UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

MODALIDAD PRESENCIAL

PRÁCTICA N° 1

DETERMINACIÓN DEL CENTRO DE PRESIONES CON UN ÁNGULO α=90°, PARCIALMENTE

SUMERGIDO

SEMESTRE: QUINTO

PARALELO: B

PERÍODO ACADÉMICO

ABRIL –SEPTIEMBRE 2015

Contenido1. Identificación............................................................................................................3

1. Marco Teórico................................................................................................................4

1.1. FME08 Presión sobre superficies.............................................................................4

1.2. Fuerza de Flotabilidad.............................................................................................5

1.3. Agua de mar...........................................................................................................5

2. Objetivos.......................................................................................................................5

2.1. Objetivo General....................................................................................................5

2.2. Objetivos Específicos..............................................................................................5

3. Materiales.....................................................................................................................6

4. Procedimiento...............................................................................................................7

5. Discusión, observación e interpretación de resultados.................................................10

6. Conclusiones................................................................................................................12

7. Recomendaciones........................................................................................................12

8. Bibliografía...................................................................................................................13

9. Anexos.........................................................................................................................14

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1. Marco Teórico1.1. FME08 Presión sobre superficies Este equipo consiste en un cuadrante montado sobre el brazo de una balanza que oscila alrededor de un eje. Depósito con patas de sustentación regulables que determina su correcta nivelación, dispone de una válvula de desagüe. Su función principal es determinar el Centro de presiones para inmersión parcial y total también sirve para determinar la fuerza hidrostática (magnitud de fuerza), se determina el empuje que sufre la placa.

FUERZA EJERCIDA POR UN LÍQUIDO SOBRE UNA SUPERFICIE PLANA.

La fuerza ejercida por un líquido sobre una superficie plana es igual al producto

del peso específico del líquido por la profundidad del centro de gravedad de la superficie y por el área de la misma. Esto es:

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

Si el líquido es agua; entonces:

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

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1.2. Fuerza de FlotabilidadUn cuerpo en un fluido, ya sea que flote o este sumergido, experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido que desplaza.

Una fuerza de flotación actúa en reacción vertical hacia arriba a través de centroide del volumen desplazado y se define en forma matemática por medio del Principio de Arquímedes, como sigue:

Fb=γf V d

Donde:Fb=Fuerzade flotaciónγf =Pesoespecifico del fluidoV d=Volumendesplazado del fluido

Cuando un cuerpo flota libremente desplaza el volumen suficiente de fluido para balancear su propio peso.

El análisis de problemas que tiene que ver con la flotabilidad requiere que se aplique la ecuación de equilibrio estático en la dirección vertical ∑ Fv=0, que supone que el objeto permanece en reposo en el fluido.

1.3. Agua de marEl agua de mar o agua salada es una solución hecha o basada en agua que compone los océanos y mares de la Tierra. Es salada por la concentración de sales minerales disueltas que contiene, un 35 ‰ (3,5 % o 35 g/L) como media. La densidad media en superficie es de 1,025 g/ml, siendo más densa que el agua dulce y el agua pura. A mayor contenido en sal más baja su punto de congelación, por lo que el agua del mar se convierte en hielo sobre los −2 °C, si bien se ha registrado1 una corriente en la Antártida a −2,6 °C. El océano contiene un 97,25 % del total de agua que forma la hidrosfera.

2. Objetivos2.1. Objetivo General

Calcular la fuerza hidrostática y de flotabilidad en una superficie parcialmente sumergida.

2.2. Objetivos Específicos Aprender el uso correcto del equipo FME-08 Determinar el centro de presiones en una cara plana perpendicular a

la superficie del fluido. Determinar el centro de presiones en una sección circular del

cuadrante perpendicular a la superficie del fluido. Calcular la fuerza de flotabilidad en la sección circular y plana del

cuadrante.

3. Materiales

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Banco de pruebas FME-08 marca EDIBON

Probetas

Platillo con pesas

Agua

5

Sal

4. Procedimiento

Nivelar el depósito hasta que el nivel de la burbuja se encuentre en el centro.

Medir y tomar nota de las cotas designadas por a, L, d y b; estas últimas correspondientes a la superficie plana situada al extremo del cuadrante.

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Con el deposito determinado sobre el grupo hidráulico, colocar el contrapeso móvil y colgar el platillo al extremo del brazo

Cerrar la espita del desagüe del fondo del depósito. Desplazar el contrapeso móvil hasta conseguir que la superficie plana sea perpendicular a la base del depósito.

Tomar las medidas desde una posición total de equilibrio, así todos los cambios se producirán por medio de una diferencia en el volumen de agua o por una diferencia en las masas que colocamos en el platillo.

Mezclar 61.05 gr de sal por cada 1000 mililitros.

Verter agua en el depósito hasta que la superficie libre de ésta resulte tangente al borde más inferior del cuadrante .El ajuste fino de dicho nivel

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se puede lograr sobrepasando ligeramente el llenado pretendido y, posteriormente, desaguando lentamente a través de la espita.

Colocar un peso calibrado sobre el platillo de balanza y añadir, lentamente, agua hasta que la superficie plana a estudiar sea perpendicular a la base del depósito.

Anotar el nivel de agua, indicado en el cuadrante, y el valor del peso situado sobre el platillo.

Repetir la operación anterior varias veces, aumentando en cada una de ellas, progresivamente, el peso en el platillo hasta que, estando nivelado el brazo basculante, el nivel de la superficie libre del agua se iguale con la arista superior de la superficie plana rectangular que presenta el extremo del cuadrante.

A partir de ese punto, y en orden inverso a como se fueron colocando sobre el platillo, se van retirando los incrementos de peso dados en cada operación, se nivela el brazo (después de cada retirada) utilizando la

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espita de desagüe y se van anotando los pesos en el platillo y los niveles de agua (h).

5. Discusión, observación e interpretación de resultados.

Llenado depósitoPesos Alturas

F (gr) h (mm)70 30140 60210 90310 130

Fuerza de Flotabilidad∑ Fy=0

−W +Fb=0

Fb=W =0,07 kg∗9,81m

s2

Fb=0,69 N

densidad sal=1,025grml

∗1000=1025kg

m3

9

Peso especificoγ sal=δ sal∗g

γ sal=1025kg

m3∗9,81

m

s2

γ sal=10055,25N

m3

Fuerza horizontal

FH=γsal∗S∗w (h+ S2 )

FH=10055,25N

m3∗0,03m∗0,07 m(0,03 m+ 0,03 m

2 )FH=0,95 N

Fuerza resultanteFR=√FH 2+Fb2

FR=√0,95 N2+0,69 N2

FR=1,17 N

Presión

P= S2∗γ sal

P=0,0015 m∗10055,25N

m3

P=15083 Pa

Área sumergidaA s=h∗b

A s=0,03 m∗0,07 m

A s=0,0021 m2

Centro de presión

Lcp=Lp 2−h3

(radio de giro) Lp 2=a+dLp 2=0,01 m+0,07 m

Lp 2=0,08 m

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Lcp=0,08 m−0,03 m3

Lcp=0,07 m

Peso(Kg)

Altura(hm)

Fb(N)

FH(N)

FR(N)

Area sumergida

(m2)

Centro de presión (Lcp) (m)

0,07 0,030,6867

0,95022113 1,17238094

0,0021 0,07

0,14 0,06 1,3734 3,8008845 4,041404530,0042 0,06

0,21 0,092,0601

8,55199013 8,79662135

0,0063 0,05

0,31 0,133,0411

17,8430411 18,1003427

0,0091 0,03666667

6. Conclusiones

El equipo FME-08 consiste en un brazo basculante que con ayuda de un contrapeso móvil y un platillo de pesas se puede calcular la fuerza hidrostática y de flotabilidad de un fluido.

Mediante la práctica se logró determinar el centro de presiones en una cara plana perpendicular a la superficie del fluido.

De acuerdo a los datos obtenidos en el ensayo de determino el centro de presiones en una sección circular del cuadrante perpendicular a la superficie del fluido.

En base a los resultados obtenido en los cálculos pertinentes se la fuerza de flotabilidad en igual al peso.

7. Recomendaciones

Se debe nivelar y calibrar el equipo para disminuir el margen de error de los datos obtenidos.

A la hora de medir la altura se debe de colocar la mirada al mismo nivel en que esta el agua para dar una medida más acertada.

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Realizar el experimento tomando minuciosamente las notas de las respectivas observaciones ya que son importantes a la hora de proceder a realizar el informe.

8. Bibliografía

Mott, R. L. (2006). Mecánica de Fluidos (I 532 M921m). México: PEARSON. Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2010). Mecánica de fluidos, Fundamentos y

aplicaciones (I 5163). México: McGrawHill. www.edibom.com

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9. Anexos

Grafico N° 10.1

Fuente: Autores

Grafico N° 10.2

Fuente: Autores

Grafico N° 10.3

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Fuente: Autores

Grafico N° 10.4

Fuente: Autores

Grafico N° 10.5

Fuente: Autores

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