fluidos



SUPERFICIES SUMERGIDAS
MÉTODO A

I. OBJETIVO:
Determine experimentalmente el momento debido al empuje de un fluido sobre una superficie plana, parcial y totalmente sumergida.

II. CONSIDERACIONES TEÓRICAS:

Fuerzas hidrostáticas sobre superficies sumergidas
La fuerza sobre una superficie sumergida se compone de:
1. La magnitud de la fuerza.
2. La dirección de la fuerza.3. La línea de acción de la fuerza.

Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas sumergidas
Sea la superficie de la figura, se desea determinar la fuerza sobre su superficie superior, si ésta está bajo la presión de un líquido mientras que por el otro lado no tiene presión aplicada.


Como ya se dijo la fuerza hidrostática actúa perpendicularmente a cualquier superficie en el fluido.dF = PdA
La fuerza resultante se determina sumando las contribuciones de cada elemento diferencial:

Para ello se debe tomar en cuenta que la relación entre la presión y la altura viene dada por:


Si se usan presiones manométricas, en general P0 es cero, luego:

Como la geometría de la placa se expresa en función de x e y, h se puede expresar como:

En este caso la ecuación de lafuerza será:

La distancia a un centroide se define como:

Por lo tanto la fuerza se puede expresar como:


Donde h es la distancia vertical desde la superficie libre hasta el centroide del área.
El punto de aplicación de la fuerza debe ser tal que el momento de dicha fuerza con respecto a cualquier eje resulte igual al momento de la fuerza distribuida respecto al mismo eje. Sillamamos a las coordenadas del punto de aplicación de la fuerza resultante a x’, y’.

III: DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN.

Elabore un diagrama unifilar de la instalación con su respectiva guía de partes.

IV. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO UTILIZADO:
1.- Tanque en forma de ¾ de un círculo.
2.- Porta pesas.
3.- Pesas de 10 gr, 20gr, 50gr, (hasta completar 400gr).
4.- Agua.

V. MÉTODO DEOPERACIÓN:

PRIMERA PARTE

INMERSIÓN COMPLETA.

a) Ubique el tanque sobre la superficie de trabajo y coloque el brazo de la balanza.
b) Nivele el tanque, empleado los tornillos de ajuste del conjunto, observando el nivel de burbuja.
c) Coloque el porta pesas en la balanza y ajuste con el contra peso que se tiene en la pared posterior de la balanza hasta que coincida con la marca de laposición de equilibrio.
d) Coloque pesas hasta completar 400gr. En el porta pesas (sin considerar el peso del porta pesas) vierta agua en el tanque con un recipiente hasta que la balanza quede nuevamente en equilibrio y anote en el cuadro de datos la lectura h del nivel de agua en la escala del flotador.
e) Para cada uno de los pesos indicados de la lectura No.2 a la No.10 del cuadro de datos,nivele la balanza por medio de la válvula de desagüe, hasta que quede en equilibrio y anote el nivel del agua de la escala del flotador en el cuadro de datos.


SEGUNDA PARTE
INMERSIÓN PARCIAL

a) Repita el procedimiento indicado en el inciso (d) de la primera parte, solo que ahora nivele la balanza para un peso de 100gr. Para lo cual es necesario vaciar el tanque.
b) Para los pesosrestantes el cuadro de datos, efectué lo indicado en el punto (e) de la primera parte.
c) Al terminar las lecturas vacié el tanque.












CUADRO DE DATOS
PRIMERA PARTE
INMERSIÓN COMPLETA
Lecturas No.
W(gr)
Y(mm)
1
400
147
2
380
143
3
360
137
4
340
133
5
320
127
6
300
123
7
280
118
8
260
113
9
240
108
10
220
104

SEGUNDA PARTE

INMERSIÓNPARCIAL












VII. EJEMPLO DE CÁLCULO

PRIMERA PARTE
INMERSIÓN COMPLETA

Distancia al centro de gravedad Yg:

DONDE:
h=altura del líquido sobre la placa en M
d=altura de la placa=0.1M

Distancia al centro de presión Yc:

Fuerza de presión Fp=

Fp= δgbd
DONDE:
b=ancho de la placa 75mm...