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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

1.Contenido 2. 1. Identificación............................................................................3 3. 1..........................................................................Marco Teórico 4 4. 1.1. FME08 Presión sobre superficies........................................4 5. 1.2. Fuerza de Flotabilidad.......................................................5 6. 1.3. Agua de mar......................................................................5 7. 2.................................................................................Objetivos 5 8. 2.1. Objetivo General...............................................................5 9. 2.2. Objetivos Específicos.........................................................5 10. 3..............................................................................Materiales 6 11. 4........................................................................Procedimiento 7 12. 5.............Discusión, observación e interpretación de resultados. 10 13. 6..........................................................................Conclusiones 12 14. 7...................................................................Recomendaciones 12 15. 8............................................................................Bibliografía 13 16. 9...................................................................................Anexos 14 17.

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1. Marco Teórico 1.1. 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. A ejercida por un líquido sobre una superficie plana es igual al producto hG  del peso específico del líquido por la profundidad del centro de gravedad de la superficie y por el área de la misma. Esto es:

La fuerza

F

F   . hG . A Siendo las unidades típicas: N ; Kg-f ; ton. 3

 1 Si el líquido es agua; entonces:

gr  f ton kg  f N  1 3  1000  9810 3 3 3 cm m m m

 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.

1.2. Fuerza de Flotabilidad Un 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 =Fuerza de flotación γf =Peso especifico del fluido

V d =Volumen desplazado 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 mar

El 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. Objetivos 2.1.

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

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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 

Banco de pruebas FME-08 marca EDIBON



Probetas



Platillo con pesas

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 

Agua 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.

6



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.



7



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 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.



8





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 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 depósito Pesos Alturas F (gr) h (mm) 70 30 140 60 210 90 310 130

9

Fuerza de Flotabilidad ∑ Fy=0 −W + Fb=0

Fb=W =0,07 kg∗9,81

m s2

Fb=0,69 N

densidad sal=1,025

gr kg ∗1000=1025 3 ml m

Peso especifico γ sal =δ sal∗g

γ sal =1025

kg m ∗9,81 2 3 m s

γ sal =10055,25

N m3 10

Fuerza horizontal S FH =γ sal∗S∗w h+ 2

( )

FH =10055,25

N 0,03 m ∗0,03 m∗0,07 m 0,03 m+ 3 2 m

(

FH =0,95 N Fuerza resultante FR=√ FH 2+ Fb2 FR=√ 0,95 N 2+ 0,69 N 2 FR=1,17 N Presión S P= ∗γ sal 2 P=0,0015 m∗10055,25

N 3 m

P=15083 Pa Área sumergida A s =h∗b A s =0,03 m∗0,07 m 2

A s =0,0021 m

Centro de presión Lcp=Lp 2−

h 3

(radio de giro) Lp 2=a+d Lp 2=0,01 m+ 0,07 m Lp 2=0,08 m Lcp=0,08 m−

0,03 m 3

Lcp=0,07 m 11

)

Altur Peso a (Kg) (hm) 0,07

0,03

0,14

0,06

0,21

0,09

0,31

0,13

Fb (N) 0,6867 1,3734 2,0601 3,0411

FH (N) 0,950221 13 3,800884 5 8,551990 13 17,84304 11

FR (N) 1,172380 94 4,041404 53 8,796621 35 18,10034 27

Area sumergida (m2)

Centro de presión (Lcp) (m)

0,0021

0,07

0,0042

0,06

0,0063

0,05

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. 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. 12

 

Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2010). Mecánica de fluidos, Fundamentos y aplicaciones (I 5163). México: McGrawHill. www.edibom.com

9. Anexos 13

Grafico N° 10.1

Fuente: Autores

Grafico N° 10.2

Fuente: Autores Grafico N° 10.3

Fuente: Autores

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Grafico N° 10.4

Fuente: Autores Grafico N° 10.5

Fuente: Autores

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