Laboratorio de Mecánica de Fluidos I Centro de Presión sobre una superficie plana sumergida

Laboratorio de Mecánica de Fluidos I

Centro de Presión sobre una superficie plana sumergida

8-Noviembre-18, II Término 2018-2019

Huacón Caiminagua Erick Mateo

Facultad de Ingeniería Marítima, Ciencias Biológicas, Oceánicas y Recursos Naturales (FIMCBOR)

Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)

Guayaquil-Ecuador

emhuacon@espol.edu.ec

Resumen

Para esta práctica de laboratorio se definió la posición del centro de presión en la cara rectangular del cuadrante del banco de prueba el principal instrumento a usarse fue un aparato de presión hidrostática F1-12, en el que la idea principal era comprender la consecuencia que tiene una columna de un fluido (agua) sobre una superficie. Para esto se realizó por medio de obtención de datos de la masa y profundidad del nivel de agua al momento de mantenerse en equilibrio un cuerpo parcial, consiguiendo una lectura de columna de fluido en milímetros según cada masa. Para esto se consideraron dos situaciones uno con sistema totalmente sumergido y otro parcialmente sumergido. Con la recopilación de datos se obtuvo se realizó dos graficas por situación Fuerza hidrostática vs Profundidad del centro de presión vs Profundidad de inmersión

Palabras claves: Centro de Presión, Equilibrio Parcial, Fuerza Hidrostática.  

Abstract

For this laboratory practice, the position of the pressure center on the rectangular face of the quadrant of the test bench was defined. The main instrument to be used as an apparatus of hydrostatic pressure F1-12, in which the main idea was to understand the consequence that has a column of a fluid (water) on a surface. This was done by obtaining data of the mass and depth of the water level at the time of maintaining a partial body equilibrium, obtaining a column reading of fluid in millimeters according to each mass. For this, two situations were considered: one with a totally submerged system and another partially submerged. With the collection of data, two graphs were obtained per situation Hydrostatic strength vs Depth of the pressure center vs. immersion depth

Keywords: Pressure Center, Partial Balance, Hydrostatic Force.

INTRODUCCION

Cuando una superficie plana se expone a un fluido, puedes ser una compuerta o una presa esta queda sujeta a una presión, una de esta aplicación es la famosa presa Hoover que está ubicada en los Estado Unidos en la zona de Colorado esta fue calculada por el famoso método de Triad Load

Las fuerzas paralelas Encima de una superficie planas crean un sistema de fuerzas paralelas y constantemente se necesita definir la magnitud de la fuerza y también definir su punto de aplicación conocido también como punto de presión, (Cengel, 2006). Para esta práctica usamos otros dos principios más el de Pascal y el de Arquímedes que enuncia lo siguiente

“La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido”, (Blaise Pascal, 1623-1662).

“Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido será empujado con una fuerza igual al peso del volumen desplazado por dicho cuerpo, (Arquímedes, 287-212 a.C.).

El empuje viene dado por la fórmula:

Entonces el empuje viene dado por:

 (Ec.1)[pic 1]

En donde:

𝐸 = 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐𝑜 

𝜌𝑓 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 

𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑑𝑜 

Con esto se conoce el concepto de Centro de Presión que es la intersección de la línea de acción de la fuerza resultante generada por la fuerza que ejerce el fluido sobre la superficie en donde se considera el momento total del sistema de fuerzas con el objetivo de compensar con el momento de la fuerza equivalente aplicada en ese punto, (Cengel, 2006).

 Para esta práctica se realizaron dos casos uno superficie plana parcial y el otro totalmente sumergida.

Para calcular la fuerza sobre una superficie plana vertical parcialmente sumergida usaremos:

Empuje Hidrostático:

[pic 2]

Para la ubicación experimental del centro de presión:

[pic 3]

Ubicación teórica del centro de presión:

              [pic 4][pic 5]

Para el cálculo de la fuerza sobre una superficie plana vertical totalmente sumergida:

Empuje Hidrostático:

[pic 6]

Para la ubicación experimental del centro de presión:

[pic 7]

Ubicación teórica del centro de presión:

[pic 8]

Donde:

𝜌 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 

𝐵 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 = 75.30𝑚𝑚       

𝐷 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎=100.00mm      

𝐻 = 199.82𝑚𝑚       

𝐿 = 27.20 𝑚𝑚       

𝑚 = M𝑎𝑠𝑎 

 Equipos, Instrumentación y Procedimiento                          

Para la práctica solo se utilizó el Aparato de presión hidrostática, la cual se detalla a continuación:

  El esquema del aparato y todas sus partes se encontrarán en el Anexo A y estos mismos valores con sus respectivas incertidumbres en la Tabla 1.

Luego de obtener y tabular las dimensiones referentes, se continuo a balancear el brazo de equilibrio del banco de pruebas y el portador de masas con el apoyo de un contrapeso, también se nivelo el sistema con la ayuda de un nivel de burbuja. Con el banco de prueba ya listo, se inició de la práctica, en donde la superficie plana vertical se sumergiría parcialmente en agua.

...