ensayo de fluidos

MECANICA DE FLUIDOS I 2014 -II

OBJETIVOS El objetivo principal es determinar la Posición del

Centro de Presiones sobre una superficie planatotalmente sumergida en un líquido en reposo.

Aprender el manejo de los equipos y materialesutilizados

Medir la fuerza hidrostática que ejerce un fluidosobre la superficie parcialmente sumergida ycompararla con un grupo de pesas colocadas.

Comparación de los datos teóricos y experimentales.

Calcular y graficar los valores obtenidos en lapráctica.

MARCO TEÓRICOFUERZA EJERCIDA POR UN LÍQUIDO SOBRE UNA SUPERFICIE PLANA.

TEORICAMENTE

La fuerza ejercida por un líquido sobre una superficieplana es igual al producto del peso específico dellíquido por la profundidad del centro de gravedad de lasuperficie y por el área de la misma. Esto es:

Siendo las unidades típicas: N ; Kg-f ; ton.

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Si el líquido es agua; entonces:

Se observa que el producto del peso específico por la profundidad delcentro de gravedad de la superficie es igual a la presión en el centro de lagravedad del área.

EXPERIMENTALMENTE

Si se toman momentos con respecto al punto de apoyo del ejebasculante, se puede llegar a la siguiente conclusión:

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F.L=12γbh2(a+d−

h3

)


γ es el peso específico del agua (1000 kg/m3) F.L= Fuerza hidrostática.

a = 85 mm

b = 72 mm

d = 103 mm

L = 285 mm

h = Esta altura es el promedio entre las

lecturas de h’ (conforme se agrega los pesos) y h”

(conforme se quita los pesos).

ENSAYO DE LABORATORIOFUERZA EJERCIDA POR UN LÍQUIDO SOBRE UNA SUPERFICIE PLANA.

EQUIPO

Equipo para medir fuerzas de agua (modelo FME08)

El módulo consiste en un cuadrante montado sobre elbrazo de una balanza que bascula alrededor de un eje.Cuando el cuadrante está inmerso en el depósito de agua,la fuerza que actúa sobre la superficie frontal, plana yrectangular, ejercerá un momento con respecto al eje deapoyo.El brazo basculante incorpora un platillo y uncontrapeso ajustable

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Depósito con patas regulables que determina su correctanivelación. Dispone de una válvula de desagüe. El nivel alcanzado por el agua en el depósito se indicaen una escala graduada.Con este equipo se determina el cálculo de la presión

del agua sobre una superficie plana.

La capacidad del tanque: V = 5.5 lit.

La distancia entre las masas suspendidas y el punto de

apoyo: L = 285 mm.

El área de la sección: As = 0.007416 m²

aproximadamente.

La profundidad total de cuadrante sumergido: 10 mm.

La altura de punto de apoyo en el cuadrante: 100 mm.

Un juego de masas de diferentes pesos. (5gr, 10gr,

20gr, etc)

PROCEDIMIENTO

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1. Se coloca el equipo de Presión sobre Superficies,

sobre el Banco Hidráulico. Se llena de agua

parcialmente hasta una cierta altura

2. Luego se procede a nivelar el equipo de presión

sobre superficies (el cual contiene un nivel de ojo

de pollo) por medio de sus tornillos nivelantes..

3. Se desplaza el contrapeso del brazo basculante hasta

que se encuentre horizontal, logrando esto al

observar que la marca del indicador quede alineada

con el borde inferior horizontal del brazo

basculante.

4. Se coloca la primera pesa, en este caso, 5 gr y luego

se va añadiendo agua lentamente, hasta que el brazo

basculante recupere la posición horizontal.

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5. Se hace la lectura respectiva y se anota los datos:

el valor del peso situado en el platillo (5gr) y el

nivel de agua indicado en el cuadrante (12mm).

6. Se repite el paso 5, las veces que se crea necesario,

aumentando progresivamente los pesos, en este caso

(5, 15, 35, 55, 105, 205).

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Hasta aquí el procedimiento señalado constituye el proceso de

llenado, los puntos posteriores corresponden al proceso de vaciado

del recipiente:

7. Luego de haber tomado las lecturas respectivas para

cada peso acumulado se comienza a retirar los

incrementos de peso dados en cada operación, mientras

se va nivelado el brazo después de cada retirada,

sacando el agua por medio de la espita (conducto

desagüe).

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8. Por cada retirada se hace la lectura correspondiente,

anotando los datos: el valor del peso situado en el

platillo y el nivel de agua indicado en el cuadrante.

RESULTADOS:

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Llenado depósito Vaciado depósito PromediosPesos Alturas Pesos Alturas Fm (Kg) Hm (m)F (g) H (mm) F (g) H (mm)05 12 05 12 0.005 0.01215 22 15 22 0.015 0.02235 34 35 35 0.035 0.034555 44 55 45 0.055 0.0445105 64 105 64 0.105 0.064205 94 205 94 0.205 0.094


1. CALCULO DE LA FUERZA TEÓRICA:

Teóricamente: ; donde:

(S. rectangular);

Reemplazando, se obtiene la fuerza:

F=1 /2 ¿

γ=1000 kg−f

m3;b=70mm;a=100mm;d=0100 m

2. CALCULO DE LA FUERZA EXPERIMENTAL:

Usando equilibrio de momentosƩM=0Del momento tomado se obtuvo

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F=1 /2γbh2

H (m) F. Teórica(kg.f)

0.012 0.005040.022 0.016940.0345 0.041660.0445 0.069310.064 0.143360.094 0.30926


Fcp*Lcp=FL*L

Donde FL es la fuerza producida por las pesas a una distancia L.

Fcp= (FL*L)/ Lcp

Despejando Fcp se obtiene la fuerza:

donde

LLENADODEPÓSITO

VACIADODEPÓSITO

PROMEDIOS CÁLCULOS

Pesos Alturas

Pesos Alturas

Fm(Kg)

Hm (m) Lcp(m)

Fcp

F (g) H (mm) F (g) H (mm)05 12 05 12 0.005 0.012 0.196 0.0072715 22 15 22 0.015 0.022 0.19267 0.0221935 34 35 35 0.035 0.0345 0.1885 0.0529255 44 55 45 0.055 0.0445 0.18517 0.08465105 64 105 64 0.105 0.064 0.17867 0.16749205 94 205 94 0.205 0.094 0.16867 0.34639

L=285mm;b=70mm;a=100mm;d=100mm

FUERZA TEÓRICA – FUERZA EXPERIMENTAL

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Fcp = W.L

a+d−h3


Peso P(kg)

Altura PromedioH (m)

Fuerza Teórica(kg.f)

FuerzaExperimental

(kg.f)0.005 0.012 0.00504 0.007270.015 0.022 0.01694 0.022190.035 0.0345 0.04166 0.052920.055 0.0445 0.06931 0.084650.105 0.064 0.14336 0.167490.205 0.094 0.30926 0.34639

GRAFICA COMPARATIVA DE FUERZAS

00.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

FUERZA TEORICA - EXPERIMENTAL

FUERZA TEORICAFUERZA EXPERIMENTAL

H

FUER

ZA H

IDRO

STAT

ICA

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