Fuerzas de presion sobre superficies sumergidas: presion hidrostatica

UNIVERSIDAD DEL VALLE
FACULTAD DE INGENIERIA
SECCION MECANICA DE FLUIDOS
PRACTICA # 3
“Fuerzas de presión sobre superficies sumergidas”
Presión Hidrostática

Devi Yolemny Parra 0810157
Victor Manuel Torres 0824477

1. Introducción

La hidrostática estudia el comportamiento de los fluidos cuando se encuentran en reposo presentando esfuerzos cortantes nulos. Un caso de estudioes una superficie sumergida en agua donde esta última ejerce fuerzas elementales de presión sobre todas y cada una de las áreas que compone la superficie plana. La hidrostática nos ayuda a determinar la magnitud de la fuerza resultante de presión sobre la placa y su ubicación en la placa conocido como centro de fuerza de presión.
La forma de calcular la magnitud y el punto de aplicación de lafuerza de presión del agua sobre la placa se puede realizar de forma experimental y de forma teórica como se realiza mas adelante.
los flidos por la cual estos seresisten a ser deformad
2. Objetivos:

General:
* Determinar de forma experimental el centro de fuerza de presión ejercida por el agua sobre un área plana.

Específicos:
* Determinar la magnitud de la fuerza de presiónaplicada por agua en reposo sobre un área plana.
* Calcular el punto de aplicación de la fuerza de presión aplicada en un área plana sumergida en agua.
* Calcular en Centro de Presión experimental y teórico.

3. Método experimental.

3.1. Materiales y equipos
* Balanza hidrostática.
* Balanza digital.
* Masas de diferentes pesos.
* Tanque o recipiente para el agua.Figura 1. Balanza Hidrostática [1]

3.2. Procedimiento

Se debe emplear la balanza hidrostática que consta de un anillo contra-balanceado que gira sobre su centro de arco lo cual esta sumergido en tanque provisto con tornillos de nivelación. El momento producido por el empuje hidráulico se mide por pesaje directo así que debe proceder de la siguiente manera, llenar el tanque hasta un nivel Aque será el nivel de referencia (NR) a partir de este NR se llena el tanque aun nivel B y coloque un peso W que logre nivelar el anillo, se repitió este procedimiento 5 veces con diferentes pesos para así tomar varios niveles de agua
4. Cálculos y resultados

Con los datos que se toman de las lecturas del nivel del agua con los correspondientes pesos para nivelar se construye la siguientetabla.
Ensayo | Lectura (mm) | Peso (g) |
1 | 30,4 | 20,8 |
2 | 41,2 | 41,8 |
3 | 42,7 | 45,8 |
4 | 52,5 | 66,6 |
5 | 62,0 | 92,0 |
6 | 70,5 | 116,9 |
7 | 76,4 | 138,2 |
8 | 84,2 | 163,1 |
Tabla 1. Datos tomados en la experimentación
4.1. Fuerza teórica (Ft)

Para obtener la fuerza teórica se utiliza la siguiente expresión:

Ft=rhCGA
, donde:
r: peso especifico del aguaA: área de la placa
hcg: centro de gravedad de la placa.

Para el ensayo 1 tenemos;

ft=9.81×10-6Nmm330.42mm(30.4mm×76.2mm)

Ft=0.34N

y así para todas las fuerzas teóricas, variando las alturas correspondientes.

4.2. Fuerza experimental (Fexp)

Para obtener la fuerza experimental se utilizo la siguiente expresión:
Fexp=WZR-Xt
donde,
W: el peso en Newton, el cual se hallamultiplicando el peso en gramos de la tabla 1
por la gravedad.
R: 203.2mm
Z: 304.8mm
Xt: h/3, siendo h la altura de la placa bajo la acción del fluido.

Para el cálculo de la Fexp del ensayo 2
Xt = 41.23=13.73m

Reemplazando se tiene:
Fexp=124.85N.mm203.2mm-13.73mm=0.66N

Y así sucesivamente para los demás ensayos.

4.3. %Error (%E)

Para obtener el % E se utiliza la siguienteexpresión:

%E=Valor experimental-Valor teorico Valor teorico×100

Para el cálculo del error porcentual del ensayo 3 se tiene

%E=0.72-0.680.68×100=5.88%

Con los datos obtenidos se reporta la siguiente tabla.

Ensayo | Ft(N) | Fexp(N) | %E |
1 | 0,34 | 0,32 | 6,25 |
2 | 0,63 | 0,66 | 4,54 |
3 | 0,68 | 0,72 | 5,88 |
4 | 1,03 | 1,07 | 3,74 |
5 | 1,44 | 1,50 | 4,00 |
6 | 1,86...