MECÁNICA DE FLUIDOS

CENTRO DE PRESIONES

DEPOSITO DE AGUA

VÁLVULA DE DESAGÜE

VALVULA DE ENTRADA DE AGUA

ESCALA GRADUADABALANZA CONTRAPESO

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO N° 03 CENTRO DE

PRESIONES ASIGNATURA:

MECÁNICA DE FLUIDOS CICLO:

VALUMNO:

ROJAS RUBIO, Christian AndreeDOCENTE:

Ms. NARVAEZ ARANDA, RicardoHORARIO:

SABADO 8:50 – 10:40 pm NRC: 545 - 546

TRUJILLO – PERÚ 2016 –

00

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOSDOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA3

1. INTRODUCCIÓNEl equipo está concebido de modo que mediante el

aprovechamiento de la fuerza de empuje que ejercen los líquidos sobre cuerpos sumergidos se puede determinar experimentalmente el Centro de Presiones de las fuerzas de origen hidrostático que actúan sobre superficies sumergidas en el seno de un fluido.

En mecánica de fluidos, se entiende como centro de presión al punto en el que se considera están concentradas - teóricamente - todas las fuerzas debidas a presiones sobre un cuerpo. Se puede visualizar este concepto como el lugar geométrico donde se aplica la resultante de todos los diferenciales de fuerza a lo largo de la superficie del cuerpo.

Se trata de un concepto que no necesariamente ha de coincidir con el centroide geométrico, el centro de masas o el centro de gravedad. La coincidencia o no de estos conceptos permite analizar la estabilidad de un cuerpo inmerso en un fluido.

2. CARACTERÍSTICASEsta construido íntegramente en plexiglass, calidad cristal cero, de ½’ unidas mediante pegamento y tornillería, sus guarniciones son de bronce acero cromado, que la hacen muy resistente, liviana e inoxidable a la vez.

La verticalidad y horizontalidad de las caras extremas del flotador se hacen visibles mediante un nivel de burbujas fijado en la cara horizontal, mientras que el nivel del agua sobre la superficie vertical se determinada mediante una regla metálica fija en la pared lateral interna en el depósito.

Se puede nivelar el equipo sobre cualquier tipo de superficie mediante sus cuatro pernos de nivelación y dos niveles de burbujas instalados transversalmente para este edificio.El equipo permite la determinación experimental del Centro de presiones sobre una superficie plana vertical y otra alabeada.

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOSDOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA4

3. DESCRIPCIÓNEl flotador consistente en un segmento circular de sección rectangular tiene sus caras distales a 90 grados de modo que la horizontalidad de una de estas caras implica necesariamente la verticalidad de la otra cara, cosa que se evidencia mediante un nivel de burbuja fijo en la cara horizontal.

Esta condición es la que se aprovecha para anular la componente horizontal de la fuerza hidrostática que actúa en la superficie vertical con la otra componente horizontal que actúa de la parte alabeada ya que por estar en un mismo nivel, ambas son de igual magnitud pero de sentidos contrarios, prevaleciendo solo la fuerza de empuje cuyo Torque producido con respecto al eje de rotación puede ser equilibrado con una pesa de valor conocido y de desplazamiento variable.

La magnitud del empuje se determina para la posición de equilibrio por geometría, luego igualando momentos respecto al eje de giro se halla el brazo del momento del empuje y con ello la ubicación del centro de presiones. Esta operación se puede repetir para cualquier nivel de la superficie vertical sumergida.

El flotador ocupa un ambiente amplio y puede girar libremente los 360 grados respecto a su eje de giro ubicado en su centro geométrico y está emplazado dentro de una cuba de acrílico transparente que permite una visualización completa de los eventos.

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOSDOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA5

4. PROCEDIMIENTO:- Nivelar el recipiente con ayuda de los niveles dispuestos y

los tornillos ajustables; ubicar la pesa deslizante indicando la longitud d=10cm en la regla graduada horizontal. Si la superficie horizontal de la anilla basculante no se encontrase horizontal, nivelar utilizando la contrapesa.

- Abrir la llave de ingreso de agua para que comience a llenar el depósito. La llave de desagüe debe estar completamente cerrada.

- A medida que la superficie libre se aproxima a la superficie curva cerrar parcialmente la llave de ingreso de modo que al llenarlo sea más lento.

- Como norma, se considera que la superficie libre enrasa con la superficie curva cuando el contacto entre ellas visto de perfil sea de 2.5cm. En este momento puede aprovecharse para nivelar definitivamente el aparato.

- Leer la altura a la que se encuentra la superficie libre del agua.

- Continuar con el llenado del recipiente, abriendo nuevamente la llave de ingreso. Se observa que la superficie curva empieza a levantarse por efecto del empuje del agua.

- Correr la pesa deslizante consiguiendo que la parte superior plana del anillo basculante este aproximadamente horizontal.

- La superficie libre del agua debe estar alrededor de 1cm. del borde superior de la superficie plana vertical, no debe cubrirla totalmente, cerrar la llave de ingreso de agua.

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOSDOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA6

- Correr la pesa deslizante hasta una posición cuya longitud sea exacta (para facilitar la medición). Tomar lectura de esta longitud.

- Abrir la llave de desagüe hasta conseguir que la parte superior plana del anillo basculante este exactamente horizontal. Cerrar la llave de desagüe.

- Leer la altura a la cual se ubica la superficie libre de agua, h, en la regla vertical ubicada en la esquina del recipiente. Tomar nota de esta lectura. Debe tenerse especial cuidado al efectuar esta medición, tratando de minimizar el error de paralaje.

- Correr nuevamente la pesa deslizante. Si se desean tomar varios datos, no correrla demasiado.

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

7

5. EXPERIENCIAS SUGERIDAS:Cuantificación de la fuerza de empuje hidrostático.

ф = P

ehg Presión.

P = ϒ.h ……..….. (2)e = Densidad del líquido. ϒ = Peso específico.g = Gravedad. h = altura.

h = Altura.

Variación del ángulo que hace la resultante sobre la cara alabeada con la componente horizontal Fh para diferentes niveles.

Hallar en un plano E vs. Z, la variación del brazo de momento Z del empuje E producido para cada nivel sobre la superficie vertical tanto teórico como experimental.

F = FuerzaA = Área

F = P.A ……..….. (1)

hDonde:FF

=> Empuje HidrostáticoFuerza P

* Reemplazamos (2) en (1)

F = ϒ. h.A

La presión de objeto está dada por:

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

8

Ubicación del centro de empuje de las fuerzas hidrostáticas sobre una superficie en el seno de un fluido.

Verificación de la expresión que da la ubicación del centro de presiones Yp para la cara plana vertical para diferentes niveles de agua.

𝒀𝒑 = 𝒀 + 𝑰 /𝒀𝑨�

AFK

FM

FM

presión.gravedad.peso específico.altura.

P =g =ϒ =

F3

P = ϒh

;P = Phg

X1X2

De la figura tenemos:

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

9

Donde:

Yp : Ordenada de Centro de Presiones Cp.

Y : Ordenada de Centro de gravedad a la superficie sumergida.

IG : Momento de inercia del área sumergida respecto al eje centroidal.

A : Área de la superficie sumergida.

Demostrar que para un mismo nivel las componentes horizontales de la fuerza hidrostática sobre una superficie plana vertical y otra alabeada son iguales.

��𝒈𝒚𝒑 = 𝒚 + 𝒚

YCP

FH

CP

10

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

I. INSTALACIÓNSolo hace falta una mesa de 0.8 m de alto con una plataforma mínima de 600mm x 400mm y que este bien nivelada.

II. DIMENSIONES- Largo de la Barcaza o Pontón 370mm- Ancho de la Barcaza o Pontón 212mm- Altura de la Barcaza o Pontón 50mm- Peso de la Barcaza 2790mm- Peso deslizante vertical 500 gr.- Peso deslizante horizontal 200 gr.- Espesor de las planchas 1/32’’

Datos iniciales:

Descripción

Cantidad

Unidad

W = 500 grV0 = 10 cm

N° medición

RH (cm)

RV (cm)

1 10,00 11,802 12,11 15,503 14,40 21,304 15,30 24,4056

11

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

h0 =

6,8

h = 15,30

h – hi H (Cm)

V – Vi V (Cm)

h – h1 5,30 V – V1 12,60

h – h2 3,19 V – V2 8,90

h – h3 0,90 V – V3 3,10

N°

RV Área Volumen

1 11,80

36,80

32,762 15,5

061,7

0149,72

3 21,30

87,40

438,984 24,4

097,7

5614,13

𝒚

⁄ �

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

12

Rh1 - h2

11,5

𝑰𝑪� ( ,�� �) ( − , )�� � � �𝒀𝑪𝑷 = 𝒀𝑪 �+𝑪� 𝒀𝑪�□ = ��,�� ��� �𝒀𝑪𝑷 = ,� � + ( )( , )�� �� � 𝒀𝑪�□ = , 𝒄𝒎�� ���

𝒀𝑪𝑷 = , � �� 𝒄𝒎 𝒀𝑪� = ��−�,

��

= � ϒ 𝒀𝑪𝑷 𝑨𝒀𝑪� = ,� 𝒄𝒎�

� = (�)( ,� )�� ( ,�� )� 𝑨 = ( ,�� �)( ,� )�

� = ,�� ��� 𝒈𝒓 𝑨 = , �� � 𝒄𝒎�

� = ,� ��� 𝒌𝒈 ϒ= � 𝒈𝒓

𝑨

Ycp Ycg

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

13

𝒄𝒎

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA

14

ANEXOS

(PANEL FOTOGRÁFICO)