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• Juan Martinez

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO, CDMX

HIDRAULICA BASICA PROFESOR: DIAZ DIAZ ANGEL ORTIZ TOLEDO ALFREDO 4CM5 “LA TÉCNICA AL SERVICIO DE LA PATRIA”

 Objetivo Comprender que la presión de un fluido no depende del volumen del recipiente en el que esté comprendido, sino, de su altura y su peso específico. Comprender el concepto de carga presión, la variación de presión en un líquido por la profundidad y la altura de carga de presión.

 Equipo utilizado Ecuación fundamental      

Bata Balanza hidrostática Tubos de prueba Contrapesos 2 vasos de precipitado de 500ml Calibrador vernier Principio de Arquímedes

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Balanza de Arquímedes Cilindro de Arquímedes Dos vasos de precipitado Pesas Cilindro de vidrio tipo probeta biselado Tapa de vidrio con incrustación al centro Principio de Pascal

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Globo de Pascal Cápsula de membrana con piezómetro diferencial Colorante azul de metilo Recipiente de vidrio Manómetro diferencial en U

 Consideraciones teóricas 

Presión La presión es una tensión normal, y por lo tanto tiene dimensiones de fuerza por unidad de área. O 𝑀𝐿−1𝑇−2. En el sistema inglés, la presión se expresa como " psi " o 𝑙𝑏𝑓/𝑖𝑛2. En el sistema métrico de unidades, la presión se expresa como "pascales" o 𝑁/𝑚2. Su fórmula es la siguiente: P=F/A; P= (y)(h)

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Principio de Arquímedes Todo cuerpo sumergido parcial o totalmente en el seno de un fluido experimenta una fuerza (F) de empuje verticalmente ascendente, igual al peso (W) del volumen del líquido desalojado, desplazado. 𝜀 = 𝛾𝑜 ∙ 𝑉

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Principio de Pascal la presión ejercida sobre un fluido incompresible 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 𝑃𝑡 = ∆𝑃𝑥 = ∆𝑃𝑦 = ∆𝑃𝑧

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Instrumentos de medición Existen tres métodos para medir presión: absoluta, manométrica y diferencial. La presión absoluta está relacionada con la presión en forma aislada, en tanto que las presiones manométrica y diferencial están relacionadas con otra presión como atmosférica ambiental o la presión en un contenedor adyacente.

 Tipos de Sensor de Presión Existe una variedad de diseños de sensor de presión debido a las diferentes condiciones, rangos y materiales de medida usados en la construcción del sensor. Los tipos comunes de sensor de presión son sensores basados en puente, amplificados o piezoeléctricos. La presión es medida al convertir el fenómeno físico en una forma intermedia, como desplazamiento, el cual puede ser medido por un transductor.

 Desarrollo de la practica  Ecuación fundamental  

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En la primera parte utilizamos una balanza hidrostática y 4 tubos de prueba, de diferentes diámetros y formas. El principio de este experimento fue comprobar que la presión de un fluido (en este caso agua), no depende del volumen en el que esté depositado ni la forma que adopte ni el diámetro del depósito, sino, de la altura o profundidad. A esta presión se le conoce como presión hidrostática cuya fórmula se representó en las consideraciones teóricas. El desarrollo de esta experiencia consistió en situar los tubos de prueba sobre la punta metálica de la balanza, opuesta a la placa Figura 5. Tubos de prueba que contenía a los contrapesos, y después llenar los tubos con agua hasta que por debajo, éste fluido empezara a descender Posteriormente, cuando el fluido dejó de caer en el vaso de precipitado inferior, se obtuvo una altura de 16.8 centímetros. Este fenómeno se repitió constantemente en los 4 vasos de precipitados, a continuación, se presentan los volúmenes de agua contenidos en los distintos tubos. De este experimento se puede concluir que precisamente la presión no depende de la forma, volumen o diámetro de los tubos o de cualquier otro depósito si no de su peso específico.

 Principio de Arquímedes 

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Se tomó una balanza de Arquímedes con dos cilindros colgando de la parte izquierda y un pequeño plato que contenía unos contrapesos para que la balanza estuviera en equilibrio. Después retiramos la barra que hacía posible el equilibrio, sosteniendo los contrapesos y los cilindros y se situó un vaso de precipitado por debajo de los cilindros y observamos un desnivel en el equilibrio anterior, y esto debido a un fenómeno llamado empuje que es la fuerza ascendente opuesta al peso de los cilindros provocada por el fluido contenido en el vaso de precipitado, si se quisiera calcular el empuje se considera el peso real fuera del vaso menos el peso que se reporte al estar sumergido o mejor conocido como peso aparente. Después de recordar el principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido parcial o totalmente en el seno de un fluido experimento una fuerza de empuje verticalmente ascendente, igual al peso del volumen del líquido desalojado”, nos dimos cuenta de que si agregáramos el mismo volumen desplazado de agua dentro del cilindro sumergido llegaríamos de nuevo al equilibrio anterior demostrando así el principio del científico Arquímedes. También se pudo observar en otro experimento el empuje para eso usamos un cilindro con su tapa, y lo que sucedió aquí fue que al introducir el cilindro con la tapa

y sumergirlo en agua este se mantenía con la tapa pero al nivelar el agua del cilindro con la del recipiente externo la tapa se separaba puesto que la fuerza de empuje era mayor

 Principio de Pascal  

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Para el tercer y último experimento se tomó un Globo de Pascal con su respectivo émbolo. Como se puede observar, este dispositivo de laboratorio tiene la peculiaridad de que posee 5 ramificaciones o capilares unidos, probablemente de distintos diámetros. La experiencia consistió en que comprobáramos que efectivamente la presión es la misma en cualquier dirección del espacio (X, Y, Z). Al empujar el émbolo se apreciaba el ascenso del líquido por los capilares caso contrario o sea al ir jalando el émbolo el fluido iba descendiendo. Para complementar esta experiencia se tomó una capsula de membrana elástica con un manómetro diferencial en U, posteriormente se sumergió dentro de un contenedor con agua (vaso de precipitado) y se midió la presión en las direcciones del espacio 3D dentro de un fluido (agua) comprobando así el principio de pascal en donde declara que la presión dentro de un fluido posee una misma magnitud en todas las direcciones disponibles.

 Cuestionario 1._¿Cuál es la ecuación fundamental de la Hidrostática? 𝑃=𝛾∙ℎ 2._Escriba usted el principio de Pascal Toda presión ejercida en el seno de un fluido se transmite con la misma magnitud en todas direcciones en ese plano horizontal de referencia. La presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas direcciones y en todos los puntos del fluido. 𝑃𝑡 = ∆𝑃𝑥 = ∆𝑃𝑦 = ∆𝑃𝑧 3._ ¿Cuál es la diferencia entre presión y empuje? La presión está en función de la altura y el empuje en función del volumen. 4._Menciona 3 aplicaciones donde intervenga el principio de Arquímedes   

En la navegación (flotabilidad de barcos, boyas, etc) Diseño y construcción de Submarinos Determinación de volúmenes de objetos irregulares

5._Si se sumergen 2 esferas de diferente peso y de igual volumen en un recipiente con agua ¿Cómo es el empuje ascendente en ambas? Es igual o diferente ¿por qué? Es igual pues el empuje no depende del peso sino del volumen y el peso específico del fluido

6._Menciona algunas aplicaciones de la presión Hidrostática  Dirección Hidráulica de un automóvil  Frenos hidráulicos  En los brazos hidráulicos de retroexcavadoras En los brazos hidráulicos de retroexcavadoras

7._Menciona 3 aplicaciones donde intervenga el principio de Pascal  Gato Hidráulico  Elevador Hidráulico para carros  Robotica hidráulica(como son los brazos hidráulicos)

 Conclusiones Pudimos observar que la presión no depende del volumen, forma o características del recipiente en el que está contenido un volumen, sino de la altura o profundidad del fluido y de su peso específico, en cambio el empuje depende del volumen del objeto o cuerpo a estudiar, en esencia podemos concluir que la presión ejercida por un fluido es la misma en todas las direcciones disponibles en el espacio.

 Comentarios personales A pesar de tener una práctica meramente demostrativa, se logran apreciar los fenómenos explicados en clase, y como su descubrimiento ha impactado enormemente el mundo de la ingeniería civil, llegando incluso a ser usados de forma básica para esta asignatura, a pesar de que hace ya cientos de años, habían sido descubiertos.

 Bibliografía   

http://www.mne.psu.edu/cimbala/Learning/Fluid/Pressure/pressure_basics.htm http://www.ducksters.com/science/physics/pressure.php

http://global.britannica.com/science/Archimedes-principle