II Informe de Fluidos 1

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I LABORATORIO DE FLUIDOS I

“MEDICIÓN DE CAUDALES UTILIZANDO BANCO

HIDRÁULICO”MECANICA DE FLUIDOS I Página 1

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INDICE

I .INTRODUCCION _________________________________________ 3II .OBJETIVOS_____________________________________________ 4

III. MARCO TEORICO_______________________________________ 5IV.MATERIALES EMPLEADOS________________________________ 6

V .PROCEDIMIENTO_______________________________________ 7VI.RESULTADOS___________________________________________ 8

VII.CONCLUSIONES________________________________________ 12VIII .BIBLIOGRAFÍA__________________________________________ 12IX. ANEXOS_______________________________________________ 12

MECANICA DE FLUIDOS I Página 2

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EQUIPO PARA DETERMINAR LA PRESIÓN SOBRE SUPERFICIESINSTALACIÓN DEL EQUIPO

El cuadrante (pieza 5); se mota en el brazo de la balanza(7), que puede vascular alrededor del eje definido por su propio apoyo (8), que es de perfil afilado. La línea de contacto del apoyo coincide con el eje del cuadrante. Así, cuando el cuadrante se halla inmerso en el agua, de todas las fuerzas hidrostáticas que actúan sobre él, únicamente ejercerá un momento con respecto al eje de apoyo la fuerza que actúa sobre la superficie frontal, plana y rectangular (11). El brazo basculante incorpora, además del tornillo de sujeción del cuadrante (6), un platillo (3) y un contrapeso ajustable (9).El deposito (1), debe nivelarse, actuando convenientemente sobre los pies de sustentación (13), que son regulables. La correcta nivelación la determina un “nivel de burbuja” (2), colocado en la plataforma que sirve de base al depósito.Un indicador (4), a modo de fiel de balanza y adosado a una de las paredes laterales del deposito, establece si el brazo (7) se encuentra horizontal.Se suministra agua al depósito por la parte superior del mismo, utilizando un conducto flexible. El desagüe se realiza a través de la espita (12), a la que puede acoplarse un conducto flexible de 1/2”.El nivel alcanzado por el agua, en el depósito, viene señalado en la escala graduada (10).


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El agua necesaria se obtendrá de la salida de impulsión del banco hidráulico, o se podrá utilizar independientemente añadiendo agua mediante una probeta o similar. NOTAS GENERALES

El objetivo de este equipo es medir la fuerza que ejerce un fluido sobre las superficies que estén en contacto con él.La fuerza que ejerce el fluido sobre una superficie sólida que este en contacto con él es igual al producto de la presión ejercida sobre ella por su área. Esta fuerza que actúa en cada área elemental, se puede representar por una única fuerza resultante que actúa en un punto de la superficie llamado centro de presión.Si la superficie solida es plana, la fuerza resultante coincide con la fuerza total, ya que todas las fuerzas elementales son paralelas.Si la superficie es curva, las fuerzas resultantes no son paralelas y tendrán componentes opuestas de forma que la fuerza resultante es menor que la fuerza total.

PRÁCTICA 1CONCEPTO DE PRESIONES MECANICA DE FLUIDOS I Página 4

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I LABORATORIO DE FLUIDOS Ia)

OBJETIVODeterminar la presión del centro de presiones sobre una superficie plana parcialmente sumergida en un líquido en reposo.b) EQUIPO NECESARIOBanco hidráulico y equipo de presión sobre superficies.c) RESUMEN DE TEORÍA

INMERSIÓN PARCIAL Tomando elementos respecto del eje en que se apoya el brazo basculante, obtenemos la siguiente relación:

F . L=12γbh2(a+d−h

3)

Donde γes el pesao especifico del agua e igual a 1000kg/cm3.


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d) PROCEDIMIENTOI. Nivelar el depósito actuando convenientemente sobre los pies de sustentación, que son

regulables, mientras se observa “el nivel de burbuja”.II. Medir y tomar nota de las cotas designadas por a, L, d y b; estas últimas correspondientes a la

superficie plana situada al extremo del cuadrante. En caso de nuestra practica de laboratorio las medidas están ya predeterminada y especificadas en una práctica brindada por el Ing.

III. Con el deposito emplazado sobre el Banco o Grupo Hidráulico, colocar el brazo basculante sobre el apoyo. Colgar el platillo al extremo del brazo.

IV. Cerrar la espita del desagüe del fondo del depósito. Desplazar el contrapeso del brazo basculante hasta conseguir que la superficie plana a estudiar sea perpendicular a la base del depósito (base que nivelaremos previamente). Con este paso conseguimos comenzar las medidas desde una posición total de equilibrio, asi todos los cambios se producirán por medio de una diferencia en volumen de agua o por una diferencia en las masas que colocamos en el platillo. Este punto es de extrema importancia para una buena toma de medidas (el equipo tiene varias muescas en el “gancho tope”, la central identifica este punto de equilibrio)

V. Introducir agua en el depósito hasta que la superficie libre de esta resulte tangente al borde más inferior del cuadrante (hasta justo el punto del elemento flotador). Este ajuste de dicho nivel se puede lograr sobrepasando ligeramente el llenado pretendido y, posteriormente, desaguando lentamente a través de la espita. Para desaguar es posible que tengas que inclinar levemente el depósito hacia el lado de la espita. Si tienes que hacerlo asegúrate después que el equipo permanece correctamente nivelado.

VI. Colocar un peso calibrado sobre el platillo de balanza y añadir, lentamente, agua hasta que la superficie plana a estudiar sea perpendicular a la base del depósito. Para el ajuste de esta posición nos valemos dela ayuda de la marca blanca que se encuentra en el tope del brazo (gancho-tope), justo al lado del platillo.Anotar el nivel de agua indicado en el cuadrante, y el valor del peso situado sobre el platillo (Nota: comprobar si las pesas están marcadas en gro grf=N ).Las columnas sombreadas en la tabla corresponden a los datos obtenidos experimentalmente, estos son los que cumplimentaremos en esta parte de la práctica.

VII. Repetir la operación anterior varias veces, aumentando en cada una de ellas progresivamente, el peso en el platillo hasta que, estando nivelado el brazo basculante el nivel de la superficie libre del agua enrase con la arista superior de la superficie plana rectangular que presenta el extremo del cuadrante (hasta cubrir totalmente la superficie plana).

VIII. A partir de ese punto, y en orden inverso a como se fueron colocando sobre el platillo se van retirando los incrementos de peso dados en cada operación, se nivela el brazo (después de cada retirada) utilizando la espita de desagua y se van anotando los pesos en el platillo y los niveles de agua (h)


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e) TABLA DE MEDICIONES, CÁLCULOS Y DE RESULTADOSA=85mm b=72mm d=103mm L=285mmLLENADO DEPÓSITO VACIADO DEPÓSITO PROMEDIOS CÁLCULOSPESO ALTURA PESO ALTURA F(g) h(mm) h/3 F/ h2F(g) h(mm) F(kg) h(mm)5 11.5 0,005 12.5 5 12 4 0.034715 21.2 0,015 22 15 21.6 7.2 0.0322MECANICA DE FLUIDOS I Página 7

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I LABORATORIO DE FLUIDOS I35 34.5 0,035 35 35 34.75 11.58 0.029055 44.5 0,055 44 55 44.25 14.75 0.0281105 64.5 0,105 64 105 64.25 21.42 0.0254205 94 0,205 205 47 15.67 0.0928

d) CONCLUSIONESExpresar las razones de las posibles discrepancias, si existen, entre los valores tomados y los que predicen las expresiones anteriores.

PRÁCTICA 2CONCEPTO DE PRESIONES EXPERIMENTO

Determine la posición del centro de presiones sobre una superficie plana, completamente sumergida en un líquido en reposo.a)EQUIPO NECESARIO

Banco hidráulico y equipo de presión sobre superficies.b)RESUMEN DE TEORÍA Inmersión total:

Tomando momentos respecto del eje en que se apoya el bazo basculante:


20 0. ( / 2 /12 )F L h bd a d d h

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En donde es la profundidad del CG de la superficie plana

PROCEDIMIENTO Acoplar el cuadrante al brazo basculante enclavándolo mediante los dos pequeños tetones y asegurándolo después mediante un tornillo de sujeción.Medir y tomar nota de las cotas designadas por a, L, d y b; estas últimas correspondientes a la superficie plana situada al extremo del cuadrante .Con el depósito emplazado sobre el Banco Hidráulico, colocar el brazo basculante sobre el apoyo(perfil afilado) y colgar el platillo al extremo del brazo.Conectar con la espita de desagüe del depósito un tramo de tubería flexible, y llevar su otro extremo al sumidero. Extender, asimismo , la alimentación de agua desde a boquilla impulsora del Banco Hidráulico hasta la escotadura triangular existente en la parte superior del depósito.Nivelar el depósito actuando convenientemente sobre los pies de sustentación, que son regulables, mientras se observa el ‘ nivel burbuja’Desplazar el contrapeso del brazo basculante hasta conseguir que éste se encuentre horizontal.


0 2h h d

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I LABORATORIO DE FLUIDOS ICerrar la espita del desague del fondo del depósito.Introducir agua en el depósito hasta que la superficie libre de ésta quede a nivel de la arista superior de la cara plana que presenta el cuadrante en su extremidad, y el brazo basculante esté en posición horizontal con ayuda de pesos calibrados situados sobre el platillo de balanza.El ajuste fino de dicho nivel se puede lograr sobrepasando ligeramente el llenado establecido y, posteriormente, desaguando lentamente a través de la espita. Anotar el nivel del agua indicado en el cuadrante, y el valor del peso situado en el platillo.Incrementar el peso sobre el platillo de balanza y añadir, lentamente, agua hasta que el brazo basculante recupere la posición horizontal. Tomar nota del nivel actual y del peso correspondiente.Repetir la operación anterior varias veces, aumentando en cada una de ellas, progresivamente, el peso en el platillo hasta que, estando nivelado el brazo basculante, el nivel de la superficie libre del agua alcance la cota máxima señalada por la escala del cuadrante.A partir de ese punto, y en orden inverso a como se fueron colocando sobre el platillo, se van retirando los incrementos de peso añadidos en cada operación, se nivela el brazo(después de cada retirada) utilizando la espita de desague y se van anotando los pesos en el platillo y los niveles de agua.

TABLA DE MEDICIONESa = 85 mm b = 72 mm d = 103 mm L = 285 mm

LLENADO DEPÓSITO VACIADO DEPÓSITO PROMEDIOS CÁLCULOS

PESO ALTURA PESO ALTURA

F(kg) h(mm) ho(m)F/ ho(kg/m)

1/ ho(

F(kg) h(mm) F(kg) h(mm)

0 0 0 8 0 4 0,004 0 250

0,005 16 0,005 16,2 0,005 16,1 0,0161 0,310559 62,111801

0,015 25,5 0,015 26 0,015 25,75 0,02575 0,5825243 38,834951

0,035 38,5 0,035 38 0,035 38,25 0,03825 0,9150327 26,143791

0,055 48 0,055 48 0,055 48 0,048 1,1458333 20,833333

0,105 67 0,105 67,5 0,105 67,25 0,06725 1,5613383 14,869888

0,205 97,5 0,205 0,205 48,75 0,04875 4,2051282 20,512821


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PROCEDIMIENTO PARA LOS CALCULOS:

1) Promediar los valores obtenidos y cumplimentar en la tabla las columnas Fm y hm.

LLENADO DEPÓSITO VACIADO DEPÓSITO PROMEDIOSPESO ALTURA PESO ALTURA F(g) h(mm)F(g) h(mm) F(kg) h(mm)5 11.5 0,005 12.5 5 1215 21.2 0,015 22 15 21.635 34.5 0,035 35 35 34.7555 44.5 0,055 44 55 44.25105 64.5 0,105 64 105 64.25205 94 0,205 94 205 94

A=85mm b=72mm d=103mm L=285mm2) Calcular los valores LCP, teniendo en cuenta que:

LCP=LP2−h3

a=85mmb=72mmd=103mmL=285mm

Siendo Lp2 el radio externo de giro (Lp2=a+d)

Entonces:

Lp2=85mm+103mmLp2=188mm

Ahora calculamos LCP

LCP1=188mm−12/3LCP1=184mmLCP1=0.184m

LCP2=188mm−21.6 /3LCP2=180.8mmLCP2=0.1808m

LCP3=188mm−34.75 /3LCP3=176.42mmLCP3=0.17642m

LCP 4=188mm−44.25 /3LCP 4=173.25mmLCP 4=0.17325m

LCP5=188mm−64.25 /3LCP5=166.583mmLCP5=0.166583m


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LCP1=188mm−94 /3LCP1=156.67mmLCP1=0.15667m

3) Procedemos al cálculo de la fuerza resultante mediante la fórmula:

FCP=ρ∗g∗h2

2∗b

Para:ρ=1000kg/m3, g=9.81m/ s2, b=72mm=0.07 2m

Entonces:

FCP1=1000kg /m3∗9.81

m /s2∗(0.012m )2

2∗0.072mFCP1=0.0509N

FCP2=1000kg /m3∗9.81

m /s2∗(0.0216m )2

2∗0.072mFCP2=0.1648N

FCP3=1000kg /m3∗9.81

m /s2∗(0.03475m )2

2∗0.072mFCP3=0.4265N

FCP4=1000kg /m3∗9.81

m / s2∗(0.04425m)2

2∗0.072mFCP4=0.6915N

FCP5=1000kg /m3∗9.81

m /s2∗(0.06425m )2

2∗0.072mFCP5=1.4578N

FCP6=1000 kg/m3∗9.81

m /s2∗(0.094m)2

2∗0.072mFCP6=3.1205N


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