Determinación Centro De Presión

Determinación centro de presión
Departamento de Ingeniería Mecánica
Mecánica de fluidos
16/08/2011
Nomenclatura
F: fuerza [Newtons – N]
ρ: Densidad del agua [1000 kg/m3]
g: gravedad [ 9.81 m/s2]
B: Base del cuadrante [0.075m]
d: altura de hundimiento [m]
m: peso [kg]
L: longitud brazo [0.275m]
H: distancia del cuadrante al pivote [0.2m]
D: altura del cuadrante [0.1m]
Marco TeóricoDescripción del funcionamiento del dispositivo de presión hidrostática Armfield F1-12.
Este dispositivo cuenta con un conjunto de diferentes piezas, principalmente de un cuadrante montado sobre un brazo de balanza el cual se encuentra asentado sobre unos filos de cuchilla, o bordes cuchillo. Estos bordes coinciden con el centro del arco del cuadrante, por lo que de todas las fuerzashidrostáticas que actúan sobre éste cuando se encuentra sumergido, solo la fuerza que se encuentra sobre la cara frontal rectangular genera un momento sobre el eje de apoyo, ya que el brazo de palanca de las demás fuerzas que actúan sobre el dispositivo es nulo puesto que estas son radiales.
El peso del cuadrante principal se encuentra compuesto por un contrapeso, cuya posición es ajustable. A demás delcontrapeso, el dispositivo dispone de un platillo al que se le pueden agregar diferentes pesas, para de esta forma compensar el empuje del líquido.
El dispositivo en sí, se encuentra montado sobre un tanque de acrílico el cual puede ser nivelado mediante sus apoyos roscados. El alineamiento correcto se indica mediante un nivel de burbuja instalado sobre la base del tanque.
Un indicador se encuentrafijado a un lado del tanque, el cual se encarga de indicar cuando el brazo esta equilibrado en posición horizontal. El agua entra por la parte superior del tanque por medio de un tubo flexible y puede vaciarse a través de una válvula.

Gráfica 1. Esquema general del dispositivo de presión hidrostática Armfield F1-12.
Método para el cálculo del centro de presión e interpretación de lasvariables del problema.
A partir del grafico que se encuentra a continuación, se podrá diseñar el método para calcular la magnitud y ubicación de la fuerza resultante generada por la presión hidrostática sobre una superficie.
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Gráfica 2. Fuerza Hidrostática y centro de presión en un punto arbitrario en la superficie del Área A en el plano inclinado a un ángulo θ debajo de la superficie libre.

*Determinar el área y el centròide de la superficie sumergida a partir de un marco de referencia fijo en el objeto.
* Evaluar la profundidad del centroide de la superficie por medio de geometría simple respecto al ángulo entre la inclinación de la superficie y la superficie libre del fluido. ( hCG)
* Calcular el valor de la presión promedio sobre la superficie sumergida, teniendo en cuentaque esta es equivalente a la presión en el centroide de esta misma. (Pprom=Patm+ρghCG)
* Hallar magnitud de la fuerza resultante de la presión hidrostática sobre la superficie sumergida. (La fuerza resultante sobre la superficie equivale a la presión sobre el área de la superficie)
* Transformar la profundidad del centroide de la superficie si esta se encuentra inclinada. yCG=hCGsinθ* Calcular la ubicación de la fuerza sobre la superficie mediante el centro de presiones:
yCP=-γ senθ IxxpCGA xCP=-γ senθ IxypCGA
* Peso especifico: γ=ρg
* Fuerza de presión: F=γhCGA
* Memento de inercia Ixx o Ixy según geometría
Equipos
* Dispositivo de presión hidrostática (F1-12)
* Juego de pesas.
* Agua y contenedor.
* ReglaProcedimiento
Con el objetivo de estimar la fuerza generada sobre la superficie del sistema se deben adquirir diferentes datos para lo cual primero se debe nivelar el dispositivo girando los apoyos. medir las distancias necesarias para los cálculos.
Posteriormente se llena con agua limpia el contenedor hasta cubrir parcialmente o totalmente la cara vertical del rotador, según sea el caso. Después de esto...