8/15/2019 Practica Superficies Planas Sumergidas 1
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1. TEMA: Determinar de la fuerza de presión y ubicación del centro de
presiones sobre superficies sumergidas planas.
2. OBJETIVOS2.1. Calcular y comprobar la fuerza de presión ejercida por el agua sobre
una superficie sumergida plana.
2.2. Calcular y comprobar la ubicación de la fuerza de presión (centro de
presiones).
3. EQUIPO, DISPOSITIVOS, MATERIALES Y REACTIVOS
• Dispositivo del centro de presiones , apoyado sobre una mesa debidamente
nivelada• Recipiente con agua limpia
• ortapesas
• esas de diferentes pesos en gramos.
• Regla
4. INSTRUCCIONES:
• Colocar las moc!ilas en los casilleros
• ro!ibido consumo de alimentos
• ro!ibido e"uipo de diversión, celulares etc.
• ro!ibido jugar
• ro!ibido mover o intercambiar los e"uipos de los bancos de trabajo
• ro!ibido sacar los e"uipos del laboratorio sin autorización.
• #bicar los e"uipos y accesorios en el lugar dispuesto por el responsable del
laboratorio, luego de terminar las pr$cticas, debidamente limpios.
• #so adecuado de e"uipos
• #so obligatorio del mandil
• %n caso de re"uerir trasladar fuera del laboratorio alg&n e"uipo, primero se
debe firmar los documentos de control de pr'stamos de e"uipos establecido, yel mismo debe ir firmado por los "ue se !acen responsables del e"uipo yo
dispositivo y el responsable del laboratorio. l momento de su devolución
tambi'n se debe firmar dic!o documento de control y de !aber observaciones
se debe !acer constar en el mismo.
5. MARCO TEÓRICO (referente a la pr$ctica, m$*imo + !ojas, tiene "ue
elaborar el estudiante) 5.1. Fluido.
#n fluido es un estado de la materia en el "ue la forma de los
cuerpos no es constante y es est$tico si todas y cada una de sus
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partculas se encuentran en reposo o tienen una velocidad constante
con respecto a un punto de referencia inercial, de a"u "ue la est$tica
de fluidos cuente con las !erramientas para estudiarlos, con la
certeza de "ue en este caso no tendremos esfuerzos cortantes y "ue
manejaremos solo distribuciones escalares de presión, lo cual es el
objetivo principal de esta pr$ctica.
%sta distribución de presiones a lo largo de toda el $rea finita puede
reemplazarse convenientemente por una sola fuerza resultante, con
ubicación en un punto especfico de dic!a $rea, el cual es otro punto
"ue le corresponde cuantificar a la est$tica de fluidos.(Dazaluis,
-oscote, /avarro, 0112)
5.2. Presión de fluidos3a presión es el concepto fsico utilizado para caracterizar la
influencia de una fuerza perfectamente distribuida sobre unasuperficie, por lo "ue su valor se da en unidades de fuerza por
unidad de $rea, esto es 4gcm5 o libraspulgada5, entre otras.
5.3. Teorema de resión.3a fuerza resultante "ue act&a sobre una superficie plana sumergida
en un l"uido puede calcularse como si la presión "ue act&a sobre su
centroide es la "ue actuase uniformemente sobre toda la superficie.
5.!. Cen"ro de resión.3a presión crece linealmente con la profundidad, por lo "ue el punto
de aplicación de la fuerza resultante estar$ situado a mayor profundidad "ue el centroide de la superficie plana considerada.
Determinaremos a!ora la coordenada y con del punto de aplicación
de la fuerza resultante.
%s el punto de aplicación de la fuerza de presión. 6u ubicación puede
encontrarse con ayuda de las siguientes e*presiones
5.5. Teorema del #en"ro de resión.3a posición del centro de presión "ueda determinada mediante la
e*presión7
%n muc!os problemas de inter's pr$ctico, la presión P0 act&a no
solamente sobre la superficie libre del l"uido, sino tambi'n sobre
una de las caras de la superficie sumergida. s, en el ejemplo "ue
se ilustra en la figura, las fuerzas producidas por la presión uniforme
P0 en ambas caras de la compuerta se compensan y la fuerza
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resultante de inter's es la debida &nicamente al aumento de presión
con la profundidad8 en consecuencia, las ecuaciones7
5.$. Teorema de %"einer o momen"o de iner#ia en"re e&es aralelos
%l momento de inercia de una superficie respecto a un eje cual"uiera
contenido en el plano de la superficie es igual al momento de inercia
de la superficie respecto a un eje paralelo "ue pase por el c.d.g. de la
superficie m$s el producto del valor de esta superficie por el
cuadrado de la distancia.
6. PROCEDIMIENTO
Para realizar ésta práctica se requiere de los siguientes equipos: Banco
hidráulico y Centro de presiones
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3a operación del banco !idr$ulico es la siguiente7
9. :erificar si el reservorio interno dispone de agua limpia !asta
apro*imadamente la mitad de su altura.
0. :erificar "ue el mismo se encuentre nivelado
;. Realizar las cone*iones re"ueridas con los dispositivos !idr$ulicos de la
pr$ctica a realizar, de tal forma "ue garantice la recirculación del agua.
+. brir parcialmente la v$lvula de la succión de la bomba el'ctrica
<. Conectar la bomba el'ctrica a la fuente de poder de 991 voltios.
=. %ncender en el botón (%TART' >. Realizar la pr$ctica y comprobar el caudal mediante aforo m$sico.
?. @erminada la pr$ctica correspondiente, proceder a apagar el e"uipo en el en el
botón (%TOP)
2. Desconectar de la fuente de alimentación
91.3impiar el e"uipo y ubicar el sitio previsto.
PROCE(IMIE)TO PARA REA*I+AR E* AFORO M,%ICO.
9. roceder a liberar del agua "ue pueda tener el tan"ue interno, para lo cual es
necesario girar el tope de la palanca para poder a subirla. 3uego soltar la
palanca colocar el tope y esperar a "ue la palanca suba !asta el tope,
inmediatamente colocar la pesa (9Ag ó 0Ag) en el porta pesas y dar inicio a
cronometrar el tiempo, luego soltar la palanca y esperar nuevamente "ue suba
la palanca !acia el tope e inmediatamente parar el cronómetro. %ste
procedimiento se debe realizar por lo menos tres veces con la finalidad de
obtener un tiempo promedio.0. 6i la palanca sube muy r$pido ser$ necesario colocar una masa de mayor
peso.
;. Como el dispositivo tiene una relación de 9 a ;, lo "ue significa "ue si se coloca
un peso de 0 4g, tendremos en el recipiente almacenando un volumen de =4g
de agua (o sea = lit de agua), siempre y cuando se trabaje con agua8 entonces
si dividimos el volumen de agua almacenado para el tiempo cronometrado
promedio, tendremos el caudal m$sico.
+. %jemplo, si se !a puesto un peso de 04g, tendremos un volumen m$sico de lit
(0B; =lit), y el tiempo cronometrado es de 01.11 seg, tendremos 1.;1 ls.
<. %l caudal m$sico sirve para comprobar el caudal "ue se determine con el
dispositivo o e"uipo en an$lisis o tambi'n se puede correlacionar realizando un
aforo volum'trico.
*a oera#ión del Cen"ro de Presiones es la si-uien"e:9. Colocar el e"uipo sobre el mesón de pr$cticas nivelado
0. /ivelar el e"uipo con los ajustes disponibles, de tal forma "ue las dos lneas
tanto !orizontal y vertical coincidan con las lneas de la escala graduada del
recipiente.
;. %"uilibrado y sin pesas, proceder a ajusta los 0 tornillos superiores de color
negro+. :erter agua limpia en el recipiente graduado del dispositivo.
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<. -edir tanto el anc!o y la altura (profundidad) del $rea sumergida (pared del
recipiente)
=. Determinar las dimensiones del brazo de las barra estabilizadora, desde el
pivot !asta la ubicación de las pesas, 0<cm
>. Determinar la altura desde el eje superior !asta la parte inferior del dispositivo
(01 cm) y !asta el nivel de espejo de agua (variable)
?. 3iberar el ajuste lateral de e"uilibrio y se observar$ "ue el dispositivo se
dese"uilibra, por lo "ue inmediatamente se proceder a e"uilibrar el sistema de
fuerzas mediante la puesta de pesas en el porta pesas y se registra el mismo.
2. roceder a sacar el agua del recipiente y proceder a su limpieza y dejar en el
sitio previsto con el seguro lateral ajustado "ue impida el desmontaje.
8. RESULTADOS OBTENIDOS (elaborar por el estudiante)
REGISTRO DE DATOS
D@6 R%EF6@RD6
(₀ CM' 0<
(₁CM' 91
/₂CM' 01
/₁ CM' 910 CM' >.<
PE%O E%PECFICO ƔF4CM 'ᶟ
0<1
ESQUEMA Y ECUACIONES DE CÁLCULO
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a) Altura al centro de gravedad hcg=h
2
b) Área A=b∗h
c) Fuerza de presión ejercida por el agua. F =γ ∗hcg∗ A
d) Momento de inercia al centro de gravedad Icg=b∗h
3
12
e) Ubicación de la fuerza de presión hcp=hcg+ Icg
hcg∗ A
f) Peso, para el equilibrio con la fuerza G= F ∗d
2
d0
Tabla de resumen de resultados
Resul"ados
F -' ;><g
#-#m'
< cm
##m' <.19>cm
I#-#m !'
=.<cm+
-f' 00<gf
d₂#m'
9<.19>cm
DISCUSIONES (elaborar por el estudiante)
9. CONCLUSIONES (elaborar por el estudiante)
• 3a fuerza de presión ejercida por el agua sobre la superficie fue de
;>< g, calculados mediante el teorema GGGGGGGGGGG..,
e*perimentalmente se obtuvo una fuerza de GGGG..
• -ediante el uso del teorema de GGGGGGG. se determinó la
ubicación de la fuerza de presión <.19>cm y e*perimentalmente se
determinó el valor de GGGGGGGG.
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!.RECOMENDACIONES (elaborar por el estudiante)
• ara obtener datos precisos, se debe nivelar, calibrar y manipular el
e"uipo forma adecuada, esto ayudar$ disminuyendo el margen de
error.
•
Cuando se proceda a medir las alturas se recomienda "ue seobserve a nivel del agua, esto para !acer una medición m$s precisa.
. BIBLIOGRA"#A (actualizada ! a"os# desde el $!!%& 'ebe constar en el
*+B,) ( $%& '()& *&+2.ANEOS (detalle de cálculos # esquemas y fotograf-as)
hcg=h
2 hcg=10cm
2=5cm
A=b∗h A=7.5cm∗10cm=75cm2
g) Fuerza de presión ejercida por el agua.
F =γ ∗hcg∗ A F =1 gr
cm3∗5cm∗75cm
3=375 gf
h) Momento de inercia al centro de gravedad
Icg=b∗h
3
12 Icg=
5cm∗(10cm)3
12=6.5cm
4
i) Ubicación de la fuerza de presión
hcp=hcg+ Icg
hcg∗ A
hcp=5cm+ 6.5cm
4
5cm∗75 cm2 hcp=5cm+0.0173 cm=5.017cm
.) Peso, para el equilibrio con la fuerza
G= F ∗d
2
d0
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G=375g f ∗15.017 cm
25cm
G=225 g f
d2=hcp+d
1
d2=5.017 cm+10cm
d2=15.017 cm
3."IRMA
Harla !azm"n Asanza
#studiante
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