DETERMINACIN EXPERIMENTAL DEL CENTRO DE PRESIN EN UNA SUPERFICIE PLANA

1.1 INTRODUCCIN

Las fuerzas distribuidas de la accin del fluido sobre un rea finita pueden remplazarse convenientemente por una fuerza resultante. El ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder disear satisfactoriamente las estructuras que los contienen. Es de suma importancia, calcular la magnitud de la fuerza resultante y su lnea de accin (centro de presin).

El centro de presin, es un concepto que se debe tener claro, ya que su determinacin es bsica para la evaluacin de los efectos que ejerce la presin de un fluido sobre una superficie plana determinada, por ejemplo: si se quiere determinar el momento que est actuando sobre una compuerta o para estudiar la estabilidad de una presa de gravedad, la pared de un tanque de almacenamiento de lquidos o el caso de un barco en reposo.

1.2 OBJETIVOS

1 Determinar experimentalmente el centro de presin (C.P.) en una superficie plana vertical parcial y totalmente sumergida.

2 Analizar el comportamiento del centro de presin (C.P.) cuando vara la altura de agua sobre una superficie plana vertical.

3 Determinar la magnitud de la fuerza resultante ejercida por el lquido sobre una superficie plana parcial y totalmente sumergida (vertical).

1.3 EQUIPOS A UTILIZAR EN EL ENSAYO

1. F1-12 Modelo de cuadrante hidrulico.

2. Juego de pesas de 50g cada una.

3. F1-10 Banco Hidrulico.

4. Agua.

1.4 GENERALIDADES

Cuando el cuadrante est sumergido en agua es posible analizar las fuerzas actuantes sobre la superficie del cuadrante

Las fuerzas a los lados del cuadrante son horizontales y se cancelan (iguales y opuestas).

La fuerza hidrosttica en la cara vertical sumergida es contrarrestada por el peso de equilibrio. La fuerza hidrosttica resultante sobre la cara puede ser calculada del valor del peso de equilibrio y la profundidad de agua, como

sigue:

Cuando el sistema est en equilibrio, los momentos con respecto del eje son iguales:

1.5 DESCRIPCION DEL EQUIPO

Figura 1. Esquema de cuadrante hidrulico.

1.6 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. El tanque se pone en pie a la altura de 1m aproximadamente ajustables para ayudar a la nivelacin. stos deben levantarse o bajarse a como sea requerido hasta que la burbuja este al centro del nivel.

2. Ajuste la posicin del peso del contrapeso hasta que el brazo de equilibrio est horizontal, indicado por la marca central en el indicador nivel. Luego anotar la altura y romper el equilibrio del cuadrante hidrulico colocando el porta pesas con un peso conocido (W) en el extremo del brazo del mismo.

3. Gradualmente agregue agua en el tanque volumtrico, y luego nivelar el brazo horizontal. Si el brazo de equilibrio se eleve demasiado rpido abra la vlvula del desage y gradualmente drene el agua hasta alcanzar la posicin deseada.

4. Cuando el brazo de equilibrio este horizontal, el nivel de agua en el tanque puede medirse usando la escala al lado del cuadrante.

5. Anotar la lectura (h) del nivel del agua en el cuadrante hidrulico. (Ver figura 1).

6. Repetir este proceso a diferentes niveles de agua ( Un Promedio de 10 )

1.7 TABLA DE RECOLECCIN DE DATOS

Nhth (m)

-7

190.020

210.50.035

311.50.045

412.20.052

513.70.067

615.50.085

716.80.098

817.50.105

918.70.117

1020.30.133

ht : Altura medida desde la base del tanque, hasta la altura del nivel de aguahm : Altura medida desde la base del solido hasta el nivel de agua

PROCEDIMIENTO DE CLCULO

A travs del experimento haremos el anlisis de los dos casos siguientes:

1. Superficie vertical parcialmente sumergida. 2. Superficie vertical totalmente sumergida.

Caso 1: PLANO VERTICAL PARCIALMENTE SUMERGIDO

Para el caso donde la cara vertical del cuadrante est parcialmente sumergida.

Figura 2. Caso 1: Superficie parcialmente sumergida

Donde: H: La altura de la cara del cuadrante. W: Ancho de la cara del cuadrante. h: Profundidad de agua de la cara del cuadrante.

hp: Distancia vertical entre la superficie del agua y el centro de presin.

hc: Altura desde la superficie del agua al centro de gravedad del plano.

Caso 1: PLANO VERTICAL TOTALMENTE SUMERGIDO

Para el caso donde la cara vertical del cuadrante est totalmente sumergida

Donde: H: La altura de la cara del cuadrante. W: Ancho de la cara del cuadrante. h: Profundidad de agua de la cara del cuadrante.

hp: Distancia vertical entre la superficie del agua y el centro de presin.

hc: Altura desde la superficie del agua al centro de gravedad del plano.