Informe N° 2 Final de Laboratorio de Fluidos I
-
Upload
danny-guzman -
Category
Documents
-
view
51 -
download
4
description
Transcript of Informe N° 2 Final de Laboratorio de Fluidos I
Laboratorio de Fluidos I
“FUERZA DE PRESIÓN SOBRE UNA PLACA SUMERGIDA”
Guzmán Silva Danny Giuseppe
Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)
Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)
Guayaquil – Ecuador
Resumen:
En esta práctica se halló la fuerza de presión que actúa en una placa sumergida así como
también el punto en donde actúa dicha fuerza de presión por lo que utilizamos un
mediador centro de presión, la cual consistió en equilibrar al equipo añadiendo
cantidades de agua. Con los datos dados al inicio de la práctica como el valor de las
masas, el ancho de la placa y los datos que se registró durante el desarrollo de nuestra
práctica como la altura, se procedió a encontrar nuevos datos por medio de ecuaciones.
Graficando lo valores del Momento vs las altura, por medio de la pendiente de la
gráfica y una ecuación experimental, se logró encontrar el peso específico del fluido que
en nuestro caso fue la del agua que resultó ser [
] , el cual fue cercano al
valor teórico que es de [
]
Palabras clave:
Fuerza de presión, peso específico.
Abstract
In this practice was found pressure force acting on a submerged plate as well as the
point where the force of pressure acts so we use a mediator center of pressure, which
consist on balance system by adding amounts of water. With the data given at the
beginning of practice like value of the masses, width of plate and data that we were
registered during the development of our practice like height, we proceeded to find new
data using equations. Plotting values of Moment vs. height, for the value of slope given
by the graph and experimental equation, we managed to find the specific weight of the
fluid which in our case was water that turned out to be [
], which it was
close to the theoretical value.
Key words:
Pressure force, specific weight
Introducción:
Fuerzas de presión en compuertas
La serie de esclusas construidas en
Panamá a cada extremo del canal
asombraron al mundo. Eran las mayores
que se habían visto, y funcionaban muy
eficientemente. Se tardó cuatro años en
construirlas, y se construyeron de dos en
dos, para que pudieran funcionar dos
líneas de tráfico a la vez. Las esclusas
están hechas de hormigón, vertido en
grandes moldes de madera El suelo de
cada cámara tiene de 4 a 6 metros de
grosor, y las paredes tienen un espesor de
hasta 15 metros al nivel del suelo,
adelgazándose escalonadamente por
fuera hasta llegar a medir solo 2,5 metros
de grueso en la parte alta. Todas las
esclusas son idénticas en sus
dimensiones. Cada esclusa mide 35.5
metros de ancho por 305 metros de largo
y24 metros de profundidad. Las paredes
de las cámaras no son macizas sino que
están horadas por grandes conductos por
donde pasa el agua para llenar y vaciar
las cámaras. El agua procede de los lagos
Gatún y Miraflores, y penetra en cada
cámara por 70 orificios abiertos en el
fondo, lo que le permite levantar con
suavidad los barcos. El desagüe se
efectúa por un sistema similar de
orificios, para hacer descender los barcos
que van en dirección contraria. El flujo
de agua se controla mediante compuertas
deslizantes de acero que corren sobre
rodamientos de rodillos.
La gata hidráulica
En el sistema de una gata hidráulico
tenemos dos émbolos, uno con un área
más pequeña que el otro. Se le aplica una
fuerza en el embolo pequeño creando una
presión en el fluido y esa misma presión
es igual en el otro embolo que tiene un
área mayor. Entonces, para que la
presión sea igual en ambos lados, la
fuerza debe de ser mayor, así, generas
una fuerza grande con una pequeña y
esto es lo que permite levantar un coche
con tan solo la fuerza de nuestro brazo.
Dirección hidráulica
El sistema de dirección hidráulica
funciona a través de una bomba, que
presuriza un fluido líquido y es enviado
por tubos y mangueras a la caja de
dirección.
En su interior, se ubican sellos que al
recibir esta presión impulsan a las
varillas que unen la caja de dirección con
las ruedas. Todo esto se activa
únicamente cuando el motor del
automóvil está encendido.
Las direcciones hidráulicas comunes
poseen mejor control a la hora de
estacionarse ya que no demandan
esfuerzo alguno, en cambio a altas
velocidades requiere un control mayor
del volante.
Frenos Hidráulicos
El movimiento del pedal del freno fuerza
a un pistón para que se mueva en el
cilindro. Esto aplica presión a un líquido
delante del pistón, obligándolo a pasar
(bajo presión) a través de los conductos
de freno hacia los cilindros de ruedas.
Cada cilindro de rueda tiene dos
pistones. Cada pistón está acoplado a una
de las zapatas de freno mediante un
pasador accionador. Por tanto, cuando el
líquido es forzado al interior de los
cilindros de ruedas, los pistones resultan
empujados hacia fuera. Este movimiento
fuerza las zapatas también hacia fuera,
poniéndolas en contacto con la tambora.
Mediante la Ecuaciones dadas en la guía
se calcula el momento que produce la
fuerza resultante respecto al pivote O.
𝑀=𝑊𝐿𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜
El momento que produce la fuerza
resultante respecto al pivote O puede ser
expresado como:
𝑀= 𝐵cos(𝑅23−𝑅1
3)/3− 𝐵(𝑅2
2−𝑅1
2)H/2
Equipos e instrumentación:
Los datos del equipo registrados en
la placa fueron los siguientes:
Equipo: Aparato mediador centro de
presión
Marca: TECQUIPMENT
Serie: 176
Modelo: Hm
Código: 02686
El esquema del equipo se encuentra en
Anexos A
Instrumentación dada en esta práctica:
Mediador de centro de presión
Rango: 0 – 200
Incertidumbre: ± 1 mm
Procedimiento experimental:
Antes de comenzar la práctica, se comprobó
que el equipo se encuentre calibrado, de lo
contrario hay que equilibrarlo ajustando al
equipo por medio de una perilla que se
encuentra en el lado izquierdo cerca de
donde se ubica el porta masa.
Una vez que se enceró el equipo ubicamos
nuestra primera masa de 235.9, al momento
de ubicarlo el equipo se desequilibró, por lo
que se empezó agregar agua de poco en
poco para volver a tener el equipo estable
en 0. En este punto medimos el valor de
nuestra H para registrarlo. Se colocó una
segunda masa adicional dando un nuevo
valor de m= 285.9 g, volviendo añadir agua
y registrar el nuevo H, este mismo
procedimiento se repitió cinco veces, para
poder tener una gráfica de M vs H.
Resultados:
Los resultados que se encontraron en esta
práctica se muestran en anexos B y C así
como su cálculo.
Análisis de resultados, conclusiones y
recomendaciones:
Como se puede observar los datos que se
obtuvieron de la altura en la tabla N° 1
varía en forma lineal al igual que los pesos
por lo que la gráfica que se presenta de M
vs H (Ver anexo C) es una línea recta. Al ir
aumentando los pesos la fuerza de presión
aumenta de igual manera ya que se agrega
mayor cantidad de agua, otro punto es que
el centro de presión cambia y es lógico ya
que se logra otra altura, cambiando el área
como consecuencia su centroide cambia,
pero como se puede apreciar en los
resultados de la tabla N 1 no cambia
mucho, as cantidades de agua que se añadió
eran muy pequeñas.
El principio de presión es utilizada en
ingeniería debido a su gran importancia,
ayudando a levantar grandes pesos sin
mucho gasto de energía humana. Algo
básico como en el caso de la gata de nuestro
carro que utiliza el principio de pascal,
hasta en estaciones de tratamiento de agua
potable, embalses, procesos industriales,
canales de regadío, canales de trasvase de
agua, estaciones depuradoras de aguas
residuales a través de compuertas, todo esto
depende de las características del fluido que
estemos utilizando.
Como sugerencia creo que se debería
utilizar otro tipo de fluido porque al
momento de tomar las medidas no se puede
apreciar bien la lectura ya que el agua es
incolora.
Referencias bibliográficas:
Universidad tecnológica de Panamá
(2014), Análisis sobre “Superficies
sumergidas”, por Acosta Ruth, De León
Fernando; Jaén Leynneth
ESPOL, (2015) Guía de laboratorio de
Mecánica de Fluidos I, Práctica II Fuera
de presión sobre una placa sumergida
Guayaquil, Ecuador: FIMCP.
Dysac, Dinámica y saneamiento de
caudales Pdf compuertas
Ingeniería de Presas, Presas de fábrica
por Joaquin Diéz Cascón Sagrado y
Francisco Bueno Hernández
Anexo A
Esquema del aparato mediador centro de presión
Anexo B
Tabla de datos
W [N] H [m] M[N*m] Fr exp [N] Ycp exp [m]
2.314 0.102 0.5785 3.527±0.185 0.1640±0.0861
2.805 0.090 0.7013 4.408±0.165 0.1591±0.0059
3.295 0.080 0.8238 5.143±0.148 0.1602±0.0046
3.786 0.068 0.9465 6.025±0.127 0.1571±0.0033
4.276 0.058 1.069 6.760±0.110 0.1581±0.0025
Tabla N° 1: Tabla de datos con valores encontrados experimentalmente
Datos iniciales
B= 75mm
R1= 100mm
R2= 200 mm
Lbrazo= 250 mm
Determinando el momento
𝑀 𝑊𝐿
𝑀 ( )( ) 𝑁
𝑀 ( )( ) 𝑁
𝑀 ( )( ) 𝑁
𝑀 ( )( ) 𝑁
𝑀 ( )( ) 𝑁
Determinando el peso específico del agua
𝑀 𝐵 (𝑅
𝑅 )
𝑒 𝑑 𝑒 𝑒 𝑁
(𝑀 )
𝐵 (𝑅 𝑅
)
( [𝑁 ] [𝑁 ])
( )
( ) [𝑁
]
Determinando Fuerza experimental
𝐵 (𝑅
𝑅 )
𝐵(𝑅 𝑅 )
( ) [
𝑁 ] ( )( )[ ]
( ) [
𝑁
] ( )[ ] [ ]
[𝑁]
( ) [
𝑁 ] ( )( )[ ]
( ) [
𝑁
] ( )[ ] [ ]
[𝑁]
( ) [
𝑁 ] ( )( )[ ]
( ) [
𝑁
] ( )[ ] [ ]
[𝑁]
( ) [
𝑁 ] ( )( )[ ]
( ) [
𝑁
] ( )[ ] [ ]
[𝑁]
( ) [
𝑁 ] ( )( )[ ]
( ) [
𝑁
] ( )[ ] [
[𝑁]
Determinando Centro de presión experimental
𝑐 𝑊𝐿
𝑐 [𝑁 ]
[𝑁] [ ]
𝑐 [𝑁 ]
[𝑁] [ ]
𝑐 [𝑁 ]
[𝑁] [ ]
𝑐 [𝑁 ]
[𝑁] [ ]
𝑐 [𝑁 ]
[𝑁] [ ]
Cálculo de la incertidumbre de la pendiente, fuerza y centro de presión
|
| |
|
|
𝑎| 𝑏 |
𝑏
𝑎 | 𝑎 𝑏
|
( ) | ( )
|
| |
|
|
𝐵 (𝑅 𝑅
)| 𝑎 𝑎
|
( )| [( ) ( )]
(
)
( )( ) ( )( ) ( )( )
( )( ) ( )( ) ( )( )
( )( ) ( )( ) ( )( )
( )( ) ( )( ) ( )( )
( )( ) ( )( ) ( )( )
|
|
|
| ( )
|
| ( )
|
| ( )
|
| ( )
|
| ( )
Determinando error porcentual
( ) [
] ( ) [
]
[𝑁
]
| |
| |
Anexo C
Gráfica M vs H
( ) 𝑁
Anexo D
PREGUNTAS EVALUATIVAS:
1. Las compuertas son fundamentales en las aplicaciones de ingeniería,
especialmente en el control de reservorios de algún fluido. Existen muchos tipos de
compuertas, entre ellas las compuertas radiales motorizadas y las compuertas de
elevación vertical. Investigue sobre las compuertas mencionadas detallando sus
funciones específicas así como también sus ventajas y desventajas.
Compuertas radiales motorizadas: Comúnmente utilizadas para control de aguas en
obras de toma de drenajes urbanos, canales a cielo abierto, colectores profundos, presas
Hidroeléctricas o Agrícolas, como elemento de control o bloqueo de flujos. Como
ventaja tenemos; capacidad de operación con alta Carga Hidráulica, operación segura y
silenciosa, posibilidad de automatización y control remoto de posición, variedad de tipo
de accionamientos. Una desventaja es su fallo por su automatismo debido a su
funcionamiento ocasional.
y = -11,136x + 1,7103 R² = 0,999
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Mo
me
nto
[N
*m]
Altura [m]
M vs H
Series1
Lineal (Series1)
2. La magnitud de la fuerza en un lado de una superficie plana circular de área
unitaria con centroide 10 ft abajo de una superficie libre de agua, es (a) menor que
10γ; (b) depende de la orientación del área; (c) mayor que 10Θ; (d) el producto de
γ y la distancia vertical de la superficie libre al centro de presión; (e) ninguna de
las anteriores. Justifique su respuesta. Donde γ es el peso específico y Θ es el
ángulo entre la sección transversal de la superficie sumergida y el nivel de
separación libre de líquido, además 0< Θ <π/2 radianes.
Va a depender de la orientación del área porque de acuerdo a esto su centroide cambiara
con respecto a nuestra referencia por lo tanto la opción es la B
3. Un área triangular vertical tiene un lado en una superficie libre, con el vértice
hacia abajo. Su altura es h. El centro de presión está debajo de la superficie libre
(a) h/4; (b) h/3; (c) h/2; (d) 2/3 h; (e) 3/4 h. Justifique su respuesta.
Se encontrará a 2/e porque se la ubica desde la parte inferior
4. Un barril cilíndrico de madera se sostiene por medio de aros en sus partes
superior en inferior. Cuando el barril se llena con líquido, la razón de tensión en el
aro superior a la tensión en el aro inferior, debido al líquido, es (a) 1/2; (b) 1; (c) 2;
(d)
La opción es la A porque la fuerza hidrostática en la parte inferior es mayor que la
superior por lo tanto la relación es de 1/2