HIDRAULICA

Introducción

El documento a continuación presentado representa una forma organizativa de valorar nuestras habilidades tanto teórica como experimental, daremos los cálculos de centro de presión en una superficie plana tanto en el plano vertical parcialmente sumergido como totalmente sumergido y finalmente se presenta la valoración de nuestros diferentes puntos de vista, el análisis de los resultados alcanzados.

La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos y sus procesos de interacción con los cuerpos sólidos. La Mecánica de Fluidos como hoy la conocemos es una mezcla de teoría y experimento que proviene por un lado de los trabajos iníciales de los ingenieros hidráulicos, de carácter fundamentalmente empírico, y por el otro del trabajo de básicamente matemáticos, que abordaban el problema desde un enfoque analítico.

Para realizar nuestra determinación experimental de centro de presión fue necesario usar un cuadrante hidráulico. En un depósito se sumerge un cuadrante tórico de sección rectangular. Un brazo adosado al cuadrante permite suspenderlo para que pivote libremente en torno a un eje. El par ejercido por el peso del cuadrante tórico se puede equilibrar gracias a un contrapeso ajustable en un extremo del brazo. En el otro extremo se coloca una varilla con diferentes masas para contrarrestar el par ejercido por la presión hidrostática. Una escala sobre el cuadrante permite determinar su profundidad de inmersión. El depósito se vacía a través de la llave de descarga. Un nivel de burbuja y un pie ajustable permiten nivelar el conjunto.

El trabajo se baso en calcular la fuerza hidrostática ejercidas por el fluido, en otras palabras la fuerza de presión que ejerce un fluido, para calcular la fuerza hidrostática en las superficie vertical , a diferencia que lo que hubiera ocurrido en una superficie horizontal, la presión no es constante, sino que fue variando con la profundidad h.

Fue importante calcular el centro de presión el cual es la magnitud de la fuerza aplicada a dicha superficie o bien el punto por el cual se ejercen las líneas de acción de las fuerzas que ejercen presión sobre un cuerpo sumergido en un líquido.

Objetivos

Aprender a identificar cuando un plano vertical está parcialmente sumergido y cuando está totalmente sumergido.

Analizar el comportamiento de centro de presión cuando la altura varía sobre la superficie plana vertical.

Calcular la altura desde la superficie del agua al centro de gravedad del plano.

Determinar las fuerzas hidrostática que se ejerció sobre el fluido.

Determinar el porcentaje de error que existe entre el centro de presión experimental y teórico.

Equipos a utilizados en la práctica.

F1-12 Modelo de cuadrante hidráulico.

Juego de pesas de 50g cada una.

F1_10 banco hidráulico.

Agua.

Procedimiento experimental

1. El tanque se puso en pie a la altura de tres pies ajustables para ayudar a la nivelación. Estos los levantamos o bajamos a como sea requerido hasta que la burbuja este al centro del nivel.

2. Se ajustó la posición del peso del contrapeso hasta que el brazo de equilibrio este horizontal, indicado por la marca central en el indicador de nivel. Anotar la altura H = 200 mm.

3. Se rompió el equilibrio del cuadrante hidráulico colocando el porta pesas con un peso conocido en el extremo del brazo del mismo.

4. Gradualmente se agregó agua en el tanque volumétrico, hasta que el brazo de equilibrio este horizontal. Y como brazo de equilibrio se eleve demasiado rápido se abrió la válvula del desagüe y gradualmente se dreno el agua hasta alcanzar la posición deseada.

5. Cuando el brazo de equilibrio lo dejamos horizontal, el nivel de agua en el tanque puede medirse usando la escala al lado del cuadrante.

6. Se anotaron las lecturas del nivel del agua en el cuadrante hidráulico.

7. Se incrementó el peso en la porta pesa en 50g, hasta tener 100g y luego seguir aumentando en 50g y anotar cada lectura del nivel de agua en la cara del cuadrante hidráulico y el peso acumulado correspondiente.

8. Repetimos el paso (7) cuantas veces sea necesario.

Tabla de recolección de datos.

Casi I. Plano vertical parcialmente sumergido.

Nº W (gr) H (mm) d (mm)

1 50 200 45

2 100 200 64

3 150 200 80.5

4 200 200 94

Caso II. Plano vertical totalmente sumergido.

Nº W (gr) H (mm) d (mm)

5 250 200 107

6 300 200 119

7 350 200 131

8 400 200 143.5

9 450 200 155.5

Datos técnicos.

Longitud de balance L 275mm Distancia del colgante de peso al eje.

Eje del cuadrante H 200mm De la base de la cara del cuadrante al punto de pivote.

Altura del cuadrante D 100mm Altura de la cara vertical del cuadrante

Ancho del cuadrante B 75mm Ancho de la cara vertical del cuadrante

Caso 1

W_1=50g=0.05kg

H_Cg=0.045m/2=0.023m

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