“Fuerza hidrostática sobre una superficie plana” Mecánica de Fluidos

Laboratorio Nº1

“Fuerza hidrostática sobre una superficie plana”

Mecánica de Fluidos

• Profesor: Vladimir Alarcón.
• Sección:  Ma/Vi bloque C.
• Fecha del laboratorio: jueves 27 de septiembre 2018.
• Fecha de entrega: martes 09 de octubre 2018.
• Integrantes:

• Diego Pacheco.
• Natalia Orellana.
• Andrés Pacheco.
• Kathia Palma.

Introducción

En la vida cotidiana existen variadas instancias donde nos vemos involucrados con fluidos y sus propiedades, sin percatarnos de su importancia, ya sea en el hogar a través del gas circulante para calentar el agua de baño o sistema de cañerías que nos permite tener servicios básicos, hasta en grandes construcciones como lo son las represas las cuales retienen grandes masas de aguas con el fin de regular caudales u obtener energía eléctrica para el servicio público o privado incluso en la naturaleza a través de cuencas en sectores costeros.

Es por este motivo que el día jueves 27 de septiembre alumnos de la facultad de ingeniería y ciencias de la Universidad Diego Portales tuvieron la oportunidad de asistir al laboratorio de mecánica de fluidos correspondiente al estudio de fuerzas hidrostáticas para compuertas planas con el fin de poder ver en primera persona el comportamiento de un fluido (en este caso agua) que distribuye sus fuerzas sobre una superficie plana y así poder analizar, comprender y concluir sobre sus diferentes elementos.

A demás en el presente informe se abordará el procedimiento para demostrar tanto teórica como experimentalmente el equilibrio que se genera en el sistema debido a los diferentes momentos obtenidos junto con su respectivo centro de presión.

Cabe señalar que el ensayo analizado en este informe se realizó con accesorio F1-12 para mecánica de fluidos de la marca Armfield y se realizó para dos situaciones:

• Compuerta totalmente sumergida.
• Compuerta medianamente sumergida.

Objetivos

1. Obtener la fuerza que ejerce el fluido sobre la compuerta plana completamente sumergida y sobre la compuerta plana semi-sumergida.

1. Hallar los diferentes centros de presiones para cada situación.

1. Comparar los datos obtenidos experimentalmente con los resultados teóricos para un posterior análisis.

Materiales

Este laboratorio se realizó dentro de las dependencias de la Facultad de ingeniería y ciencias de la Universidad Diego portales utilizando los instrumentos y materiales disponibles en el laboratorio:

1. Banco Hidráulico de servicios comunes: utilizado para depositar el agua extraída del depósito de agua.

[pic 2]

1. Equipo Armfield F1-12: Accesorio utilizado para el estudio del informe, fuerzas del fluido sobre la compuerta.

[pic 3][pic 4]

2.1) Pesas calibradas: con diferentes masas (10 g, 20 g, 50 g), con el objetivo de lograr el equilibrio del sistema para su posterior estudio

   [pic 5]

2.2) Probeta: Utilizada para verter el fluido sobre la compuerta de una manera más controlada para lograr el equilibrio de fuerzas con mayor facilidad.

[pic 6]

2.3) Huincha: utilizada para medir las distancias  

[pic 7]

 Métodos

La metodología a utilizar en este laboratorio consiste en dos análisis matemáticos, uno a partir de la teoría, y el otro de manera experimental. Esto a su vez, se realiza para dos actividades.

La primera actividad, consiste en sumergir completamente una superficie, como muestra en la siguiente imagen:

[pic 8]

Figura 1: Superficie completamente sumergida . guia:”fuerza hidrostática sobre una superficie plana”

Donde:

• L: El brazo desde el pivote hasta la línea de soporte del contrapeso.
• d: Alto de la superficie.
• b: Ancho de la superficie.
• a: Distancia del brazo hasta la parte superior de la superficie.

Dado este esquema se construyen las tres siguientes fórmulas:

1. , es la fuerza generada por el fluido en la superficie plana de dimensiones  y , a una altura del centro de gravedad .[pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]
2. , es la fuerza proveniente del equilibrio cuando , es decir, , donde  es la altura hasta el centro de gravedad de la superficie plana, equivalente al denominador de la fórmula.Y  es la distancia desde la superficie del agua hasta el centro de gravedad de la superficie sumergida, es decir, .[pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]
3. , es la altura donde se ubica el centro de presiones.[pic 19]

Para la realización de esta actividad es necesario sumergir completamente la superficie, para esto es necesario utilizar una probeta para verter el agua, luego se procede a agregar el peso necesario al contrapeso, lo cual se logra agregando o quitando masas hasta generar un equilibrio en el brazo, para luego hacer las mediciones, una vez lista la primera medición es necesario quitar un poco de agua,  teniendo en cuenta que la superficie tiene que seguir estando completamente cubierta y se procede a nivelar nuevamente el contrapeso, para obtener las segundas medidas una vez que se redujo el peso del contrapeso y el nivel de agua. Estas medidas son imprescindibles para obtener la profundidad del centro de presión y la fuerza ejercida en este punto.

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