centro de presiones

I. INTRODUCCIÓN
Las fuerzas distribuidas de la acción del fluido sobre un área finita pueden remplazarse convenientemente por una fuerza resultante. El ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder diseñar satisfactoriamente las estructuras que los contienen. Es de suma importancia, calcular la magnitud de la fuerza resultante y su línea de acción (centro depresión).
El centro de presión, es un concepto que se debe tener claro, ya que su determinación es básica para la evaluación de los efectos que ejerce la presión de un fluido sobre una superficie plana determinada, por ejemplo: si se quiere determinar el momento que está actuando sobre una compuerta o para estudiar la estabilidad de una presa de gravedad, la pared de un tanque de almacenamientode líquidos o el caso de un barco en reposo.
II. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente la línea de acción de la fuerza resultante (centro de presiones) actúa sobre la superficie plana bajo la acción de un líquido en condiciones estáticas.
Comparar y discutir el resultado medido con el obtenido a partir de las ecuaciones de la hidrostática.
III. IDENTIFICACION DE VARIABLES
PARÁMETROUNIDAD
DESCRIPCION


Brazo al centro de presiones experimental


Altura al centro de presiones experimental


Fuerza resultante

IV. FUNDAMENTO TEÓRICO

1. PRESIÓN EN UN PUNTO IGUAL EN TODAS DIRECCIONES
En un sólido, debido a la posibilidad de esfuerzo tangencial entre partículas adyacentes, los esfuerzos en un punto dado pueden variar en direcciones distintas.
Pero no pueden existiresfuerzos tangenciales en un fluido en reposo, y las únicas fuerzas entre superficies adyacentes son las fuerzas de presión normales a las superficies. Por lo tanto, el valor de la presión en cualquier punto en un fluido en reposo es igual en todas las direcciones.
2. FUERZA SOBRE UN ÁREA PLANA

Como se advirtió anteriormente en la Sección 1, no puede existir una fuerza tangencial dentro de unfluido en reposo. Toda fuerza es por lo tanto normal a la superficie en cuestión.
Si la presión esta uniformemente distribuida sobre un área, las fuerzas es igual a la presión por el área y el punto de aplicación de la fuerza está en el centroide del área.
Para áreas horizontales sumergidas, la presión es uniforme. En el caso de fluidos compresibles (gases), la variación de la presión condistancias verticales es muy pequeña debido al peso específico bajo; por lo tanto, para dichos casos:

En los casos de los líquidos la distribución de la presión es en general no uniforme, por lo que es preciso un análisis más detallado, considere un plano vertical cuyo borde superior coincide con la superficie libre de líquido Figura 1.

Se supone que este plano es perpendicular al plano depapel, de manera que MN es su traza. La presión manométrica varía desde cero en M a NK en N. Por tanto, la fuerza total en un lado es la suma de los productos de las áreas elementales por la presión ejercida sobre ellos. Viendo la distribución de presiones es evidente que la resultante de este sistema de fuerzas paralelas debe aplicarse en un punto por debajo del centroide del área, debido a que elcentroide de un área es el punto de aplicación de la resultante de un sistema de fuerzas paralelas uniformes.

Si se baja el plano a M’N’, el cambio proporcional en la presión resultante actuara más cerca del centroide de la superficie plana, y cuanto más profundamente resulte este sumergido el plano, tanto más pequeña se hace la variación proporcional de la presión y tanto más la resultante seacerca al centroide.

En la Figura 2 MN será la traza de un área plana que forma un ángulo con la horizontal. La proyección de esta área se ha dibujado a la derecha sobre un plano vertical. La distribución de presión sobre el área inclinada forma un prisma de presión (MNHJ multiplicado por la anchura mostrada en la Figura 2), cuyo volumen es igual a la fuerza total que actual sobre el área. Si...