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DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRONICA

ASIGNATURA: MECANISMOS. NRC: 1996 INFORME DE LABORATORIO No.4 Fuerza Centrifuga Alumnos: David Díaz Michelle Oviedo 28/05/2015 - Sangolquí

TEMA: FUERZA CENTRÍFUGA OBJETIVOS: 1. Estudiar la relación de los parámetros que forman parte de la fuerza centrífuga, como son: la masa de un cuerpo en rotación, la distancia del eje de rotación y su velocidad angular. MATERIALES Y EQUIPOS: 1. 2. 3. 4. 5.

Aparato experimental: TECQUIPMENT TM105 Transformador/ Rectificador de 12V: E66 Modulo de control de velocidad simple: E90 Tacómetro electrónico: E64 Juego de masas.

MARCO TEÓRICO: En la mecánica clásica o newtoniana, la fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo en un sistema de referencia en rotación, o equivalentemente la fuerza aparente que percibe un observador no inercial que se encuentra en un sistema de referencia giratorio. El calificativo de "centrífuga" significa que "huye del centro". En efecto, un observador no inercial situado sobre una plataforma giratoria siente que existe una fuerza que actúa sobre él, que le impide permanecer en reposo sobre la plataforma a menos que él mismo realice otra fuerza dirigida hacia el eje de rotación. Así, aparentemente, la fuerza centrífuga tiende a alejar los objetos del eje de rotación.

La aplicación de la fuerza centrífuga tiene gran importancia en el campo de la mecánica. Sus efectos pueden ser útiles en algunas aplicaciones como:

embragues centrífugos, interruptores de velocidad en motores eléctricos, reguladores de velocidad, maquinas clasificadoras, bombas centrifugas, etc. Pero también puede ser la causa de severas vibraciones o destrucción de equipos sobre revolucionados. En la siguiente figura se muestra un esquema del equipo TecQuipment TM105 donde puede apreciarse dos brazos contrabalanceados que pivotan en una corredera deslizable, que puede fijarse en varios puntos a lo largo de la corredera.

Cuando la unidad gira las masas superiores

(M a)

tienden a moverse hacia

afuera bajo la acción de la fuerza centrífuga. La fuerza gravitacional restringe cualquier movimiento de los brazos hasta que la fuerza centrífuga equilibre esta fuerza gravitatoria. En este punto las masas superiores se moverán hacia afuera. Tomando momentos en el punto O de pivote en la condición de equilibrio obtenemos: Momento de la fuerza gravitacional=Momento de la fuerza centrifuga

M a ω2 r ( 40 mm )=M b g (40 mm) M a ω2 r=M b g

De esta manera la fuerza centrífuga en la condición de equilibrio es igual al peso de la masa inferior

Mb

. La velocidad angular puede ser determinada midiendo

la velocidad de rotación cuando las masas superiores se mueven hacia afuera, entonces la fuerza centrífuga teórica puede ser calculada y comparada con el valor medido

Mbg

.

PROCEDIMIENTO: 1. Sacar los pasadores de las abrazaderas deslizantes y regularlas de manera que ambas se encuentren a la misma distancia del centro. Anotar la distancia desde el eje hasta los pivotes del brazo. 25 g ( M b)

2. Colocar una masa de Ma

3. Colocar una masa

en el brazo horizontal.

, que puede ser de

25 g .

4. Aumentar la velocidad con el control, a cierta velocidad la fuerza centrífuga hará que los brazos giren hacia afuera con un audible “click”. Anotar la velocidad en que ocurre esto, disminuir lentamente la velocidad y verificar. 5. Aumentar que queden

25 g

en los brazos horizontales

200 g

Mb

y repetir la prueba hasta

en los mismos.

6. Para verificar el efecto del radio sacar los pines y mover las abrazaderas a otra posición y repetir la prueba. TABULACIÓN DE DATOS: 127.5 mm

Radio=

Ma = Mb

( g ) ,(kg)

N (rpm)

25 g

ω (rad / s)

= 0.127 m

= 0.025 kg ω2 (rad / s2 )

Fuerza centrífuga 2 M a ω r ( N)

Peso de Mb Mbg

(N ) 25 50 75 100 125 150 175 200 GRÁFICOS:

0.025 0.050 0.075 0.1 0.125 0.150 0.175 0.2

80 120 140 160 180 200 210 230

8.3776 12.5664 14.6608 16.7552 18.8495 20.9439 21.9911 24.0855

70.1838 157.9137 214.9380 280.7354 355.3057 438.6491 483.6106 580.1134

0.2228 0.5014 0.6824 0.8913 1.1281 1.3927 1.5355 1.8419

0.245 0.49 0.735 0.98 1.225 1.47 1.715 1.96

Para los datos de la primera tabla. 1. Graficar Fuerza centrífuga vs.

ω

Velocidad angular vs F. Centrífuga 2.200 1.700 FUERZA CENTRIFUGA 1.200 0.700 0.200 9.000

19.000

29.000

W

Análisis: en el gráfico se puede notar la dependencia de la velocidad angular para la fuerza centrífuga, por ello es un gráfico lineal, donde a mayor valor de velocidad angular, existe un valor mayor de fuerza centrífuga. 2. Graficar Fuerza centrífuga vs.

2

ω

Velocidad angular al cuadrado vs F. Centrífuga 2.200 1.700 fuerza centrifuga 1.200 0.700 0.200 0.928 200.928 400.928 600.928 800.928 w2

Análisis: al momento de elevar al cuadrado la velocidad angular la gráfica se vuelve aún más lineal, es decir, la fuerza centrífuga es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad angular.

3. Graficar Fuerza centrífuga vs.

Mbg

F. Control vs F. Centrífuga 1.700 1.200 Fuerza Centrifuga

0.700 0.200

0.400 0.800 1.200 1.600 2.000 0.200 0.600 1.000 1.400 1.800 Fuerza Control

Análisis: esta gráfica es un poco menos lineal y la dispersión de los puntos es más notoria, esto se debe a otros factores externos.

PREGUNTAS: 1. Consulte tres aplicaciones prácticas a nivel industrial de la fuerza centrífuga. 

Fundición Centrífuga: Éste proceso se realiza para generar piezas de revolución, ya que se utiliza la fuerza centrífuga para facilitar el llenado del material en el molde y el enfriamiento del mismo.



Industria Textil (Maquina desmotadora de algodón): La máquina de varillas elimina del algodón las partículas extrañas más grandes, como broza y ramas. Estas máquinas utilizan la fuerza centrífuga creada por cilindros de sierra que giran a 300 o 400 rpm para expulsar la materia extraña mientras la sierra sostiene la fibra.



Separación Ciclónica: Se lleva a cabo en equipos llamados “ciclones”, en los cuales la fuerza centrífuga se genera efectos de rotación de la suspensión que ingresa al recipiente, el cual es estacionario. Los ciclones se utilizan principalmente para separar polvos o “nieblas” de gases o partículas sólidas de líquidos. Se los suele utilizar en refinerías de petróleo para la separación de gases y aceites.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: 

La fuerza centrífuga puede ser de gran ayuda en aplicaciones ingenieriles, sin embargo se debe tener mucha precaución ya que puede ser la causante de graves accidentes sino se la considera en los diseños de máquinas que generen rotación.



Se puede apreciar a simple vista en la tabulación de datos y en las gráficas, que los valores de la fuerza centrífuga y el peso no empatan, estos deberían ser muy aproximados, sin embargo se tienen errores significativos (20%), esto pudo haberse suscitado por errores tanto de operador como por defectos propios del equipo.



La fuerza centrípeta aumenta cuando la masa es mayor y el radio es menor, ya que se debe compensar esta disminución con una velocidad angular mayor, por ende la fuerza incrementara.



Como recomendación; para evitar errores del operador, sería aconsejable verificar que el equipo de medición (tacómetro) esté debidamente encerado,

además para tomar las mediciones de los radios, el laboratorio debería contar con reglas de ingeniero para disminuir las falencias. REFERENCIAS: 

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_centr%C3%ADfuga



http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/PDF/cap-222.pdf



http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/Enci clopediaOIT/tomo3/89.pdf



http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/5311/fichero/4+Desmotadora+de+algod%F3n.pdf



http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Ciclo nes.pdf