Fuerza y Presión Hidrostática

Universidad Católica de la Ssma. Concepción

Facultad de Ingeniería

Mecánica de Fluidos

Fuerza y Presión Hidrostática

Integrantes

Profesor:

INTRODUCCIÓN:

En el presente laboratorio se deberá calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder diseñar satisfactoriamente las estructuras que los contiene. En este laboratorio se evaluarán las tres características de la fuerza hidrostática: modulo, dirección y sentido. A su vez se determinará también la localización de la fuerza, de esta manera pudiendo observar que pasa al aumentar o disminuir la distancia en caso de que se agregue más o menos, evaluando cada uno de los procesos.

OBJETIVOS:

• Determinación de la fuerza resultante, que ejerce un fluido sobre la superficie y el centro de la presión hidrostática.

• Determinar el momento que ejerce el fluido y el momento que ejerce el juego de pesos.

• Comparación de los resultados teóricos con los experimentales.

HIPÓTESIS:

En este laboratorio queremos observar si el momento de inercia producido por un fluido es igual al producido por un brazo que ejerce una determinada fuerza (Fc) dada la siguiente formula:

Fc * I = Fp * Id

TEORÍA:

Fluido: Es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta.

Estática de los Fluidos: Es la rama de la mecánica que estudia principalmente los fluidos en reposo, es decir, los elementos individuales del fluido no se mueven unos con respecto a otros, no existen fuerzas de corte y todas las fuerzas debidas a la presión del fluido son normales con respecto a las superficies sobre las que actúan.

Para un elemento de fluido en reposo, el elemento estará en equilibrio cuando la suma de las componentes de la fuerza en cualquier dirección sea cero.

La suma de los momentos de las fuerzas sobre cualquier punto debe ser cero.

Fuerza Hidrostática: Es la fuerza debida a la presión del fluido normal con respecto a la superficie sobre la que actúa. La fuerza hidrostática es directamente proporcional a la altura y tiene tres características que son: modulo, dirección y sentido. La estática de fluidos cubre casos en los cuales los elementos del fluido no se mueven unos con relación a otros, aún cuando el fluido puede estar en movimiento.

Centro de Presión: Este es el punto de aplicación de la fuerza hidrostática.

Presión Hidrostática: Se trata de la presión que ejerce un líquido sobre cualquier cuerpo que se encuentra en su interior, o bien, sobre las paredes del recipiente que los contiene. Si la fuerza ejercida en cada unidad de área de un elemento es la misma, se dice que la presión es constante.

Prisma de Presión: Es un volumen prismático con si base formada por el área superficial dada y con altitud sobre cualquier punto de la base dada por

P = γ * h

Donde

h: Distancia vertical hasta la superficie.

Excentricidad: Es la diferencia entre el centro de presión y el centro de gravedad.

Fuerza Resultante: Es siempre perpendicular a la superficie sumergida.

A continuación se presentará las relaciones que se ocuparán para este laboratorio:

Si “S” es menor que 100mm medidos con la regla horizontal perteneciente al sistema que analizaremos, la fuerza hidrostática está dada por el prisma de presión de forma triangular calculado a través de:

Fp = Pc x A

Donde

Fp: Fuerza Hidrostática.

Pc: Presión (N/ m²)

A: Área del recipiente hasta el nivel del agua (m³)

Siendo

Pc = p * g * (S/2)

A = S * b

Donde

p * g: Peso especifico (N/ m³)

S: Nivel del agua (m)

b: Ancho del recipiente (m)

Si “S” es mayor que 100mm la fuerza hidrostática está dada por el prisma de presión trapezoidal calculado a través de

Fp = Pc x A

Donde

Fp: Fuerza Hidrostática.

Pc: Presión (N/ m²)

A: Área del recipiente hasta el nivel del agua (m³)

Siendo

Pc = p * g * (S – 50(mm))

A = 100(mm) * b

Donde

p * g: Peso especifico (N/ m³)

S: Nivel del agua (m)

b: Ancho del recipiente (m)

Nota:

Para ambos casos se considero b = 75 (mm)

FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO:

El equipo estaba compuesto por los siguientes materiales:

1. Depósito de agua

2. Perno de retención

3. Peso corredizo

4. Perno de tope

5. Escala del nivel de agua

6. Jinete

7. Pesos

8. Asa

El aparato se compone, en primer lugar, del recipiente transparente de medición en forma de un segmento de círculo que, para los ensayos, se llena con agua. Una escala graduada en el depósito permite la lectura exacta del nivel de agua. El depósito esta suspendido de un punto giratorio.

Al tarar el depósito mediante un brazo palanca con los correspondientes pesos puede determinarse la fuerza imperante en el punto central de presión.

Esta fuerza generada por la presión hidrostática representa una importante magnitud en la construcción naval e hidráulica. Para reducir al mínimo problemas de corrosión, todos los materiales de los que se compone la estructura del ensayo se han elegido con el máximo esmero.

Características: Brazo de palanca de 250mm; Capacidad volumétrica de 2Lt

REALIZACIÓN DE ENSAYOS:

• Primero se calibró el equipo moviendo el peso corredizo hasta que se alcanzó el equilibrio, todo esto con un ángulo

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