UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE INGENIERA CIVIL

MECANICA DE FLUIDOS.

UNASAM BARRANCA INGENIERA CIVILCURSO: MECANICA DE FLUIDOScentro de presiones y estabilidad de cuerpos flotantes

ING. Huallpa Salas, Edgar

CENTRO DE PRESIONES

INTRODUCCIN

El centro de presiones es el punto de aplicacin de la fuerza que un fluido esttico ejerce sobre determinada superficie, plana o curva; este punto puede ser descrito, por ejemplo, mediante coordenadas respecto a un sistema de referencia arbitrario. Por qu es importante conocer la ubicacin del centro de presiones? Porque siempre es necesario saber no slo cul es la magnitud de una fuerza sino cul es su punto de aplicacin, pues de ello depender la distribucin de los Esfuerzos, fuerzas, pares, etc. que se generen.

ObjetivoDeterminar experimentalmente la ubicacin del centro de presiones de la fuerza Hidrosttica ejercida por una altura de agua sobre una superficie curva, analizar la relacin entre las coordenadas de este centro de presiones y la altura de agua que ejerce presin, y verificar lo obtenido experimentalmente con lo que se conoce tericamente.

EQUIPOS Y MATERIALESEl elemento principal es un cuadrante cilndrico pivotado en su centro geomtrico, balanceado por un contrapeso y rgidamente conectado a Un elemento de pesa deslizante. Este sistema basculante se aloja en un recipiente que puede almacenar agua a diferentes alturas. La pesa deslizante produce el torque que equilibra la fuerza Hidrosttica producida por el agua.

MARCO TEORICO En esttica de fluidos, o hidrosttica, no hay movimiento relativo entre las partculas de fluido, es decir, no existen esfuerzos cortantes, el nico esfuerzo presente es un esfuerzo normal, la presin.

Todos los puntos ubicados en un mismo plano horizontal, dentro de un mismo fluido, tienen la misma presin. En un fluido de peso especfico constante tenemos que la presin manomtrica a determinada profundidad h est dada por: p = h

La superficie libre de un lquido es horizontal. En realidad es concntrica con la tierra pero en dimensiones reducidas (comparadas con las de la tierra) es prcticamente horizontal.

El grfico de presiones muestra la distribucin de la presin sobre una superficie en contacto con un fluido (principalmente se aplica al caso de un lquido).

Una superficie curva en contacto con un lquido experimentar una fuerza hidrosttica que suele ser analizada segn sus componentes horizontal y vertical.

La componente horizontal de la resultante de las presiones que un lquido ejerce sobre una superficie curva es igual en magnitud y de sentido contrario a la resultante de las presiones que el fluido ejerce sobre la proyeccin de la superficie sobre un plano vertical y tiene la misma lnea de accin, es decir, pasa por el centro de presin de dicha proyeccin.

La componente vertical de la fuerza resultante de las presiones que un lquido ejerce sobre una superficie curva es igual al peso del volumen de lquido que se encuentra verticalmente por encima de esta y se extiende hasta el nivel de la superficie libre. En el caso en el cual la superficie recibe una presin contraria en sentido a este peso, la componente vertical tendr el mismo valor (ser evaluada del mismo modo) pero tendr sentido contrario. El punto de aplicacion se ubicaria en el CG del volumen.

ESQUEMA DEL EQUIPO

1) Nivelamos el recipiente. Ubicamos la pesa deslizante indicando la longitud 10 cm (do) en la regla graduada horizontal. Si la superficie horizontal del cuadrante cilndrico no se hallase perfectamente horizontal (observar el nivel de burbuja adherido), nivelar utilizando el contrapeso.

2) Abrimos la llave de ingreso de agua para empezar el llenado del recipiente. La llave de desage debe estar completamente cerrada.

3) A medida que la superficie libre se aproxima al cuadrante cerrar parcialmente la llave de ingreso para que el llenado sea ms lento.

4) Como norma, se considera que la superficie de agua es tangente al cuadrante cuando el contacto entre estos (visto de perfil) es de 4 cm o menos. Entonces se cierra completamente la llave de ingreso y se verifica que no se haya alterado lo dispuesto en el punto 1.

5) Leer la altura a la que se encuentra la superficie libre del agua, oh, haciendo uso de la regla graduada vertical ubicada a un lado del recipiente. Debe tenerse cuidado de evitar errores de paralaje.

6) Continuar con el llenado del recipiente abriendo nuevamente la llave de ingreso. Se observar que la superficie curva empieza a levantarse por efecto de la fuerza hidrosttica del agua. La pesa deslizante debe ser desplazada a fin de equilibrar este empuje.

7) Para obtener los valores de desplazamiento de la pesa deslizante correspondientes a las diferentes alturas de agua que se experimenten, se considera conveniente empezar por el extremo superior, de modo que se llenar el recipiente hasta alcanzar la altura mxima de agua (sin llegar al radio interior del cuadrante cilndrico). Cerrar la llave de ingreso de agua.

8) Correr la pesa deslizante hasta una longitud exacta, d. Abrir la llave de desage hasta conseguir que la superficie horizontal del cuadrante est exactamente horizontal (observar nivel de burbuja correspondiente). Cerrar la llave de desage.

9) Leer la altura a la cual se ubica la superficie libre de agua, h.

10) Repetir los pasos 8 y 9 segn el nmero de mediciones que se deseen hacer.

CUESTIONARIO

Comente el ajuste obtenido de los resultados experimentales con los tericos en los grficos solicitados Xcp vs H e Ycp vs H.El ajuste de la similitud que se quiere obtener no fue no se logr obtener porque existen errores al tomar mediciones, y al momento de desarrollar los datos obtenidos en las formulas generales

Existen puntos absurdos que deben ser eliminados?Segn lo que he avanzado parece que no hay ningn punto absurdo que debera ser eliminado Qu fuentes de error podran estar afectando sus mediciones y resultados? Mediciones errones. Error del instrumento que hemos utilizado en el laboratorio Malos clculos en las formulas Entro otros

Al hacer la ltima medicin, nuevamente para d = do = 10 cm, logra medir nuevamente el mismo valor de h = ho? Por qu s o por qu no?No, porque el cuadrante cilndrico tiene que estar en equilibrio y cuando tomamos d=10cm no conseguimos el equilibro que queremos.

Indique tres casos de estructuras en los cuales requerira calcular las componentes vertical y horizontal de la fuerza sobre una superficie curva y su punto de aplicacin.

Compuertas radiales. El domo (media esfera). Compuerta parablica.

CONCLUCION

A mayor profundidad, las fuerzas hidrostticas o empuje aumente Una vez finalizada la Practica ya obtenidos los resultados de la misma podemos afirmar que la presin hidrosttica en cualquier punto interior del lquido es igual en todas direcciones es decir la presin no depende del ngulo de inclinacin de la superficie sobre la que acta. Tambin en conclusiones podemos decir que los resultados de esta prctica no son tan exactos no tienen la misma igualdad, esto puede deberse a la no buena precisin de al tomar datos del laboratorio como por ejemplo tomar las alturas del agua del recipiente o tambin a la mala calibracin del equipo contando con los pesos colocados.

b) Definir los siguientes trminos Cuerpo flotante: La estabilidad de un cuerpo parcial o totalmente sumergido es vertical y obedece al equilibrio existente entre el peso del cuerpo () y la fuerza de flotacin (F):

FF= W (en el equilibrio)Ambas fuerzas son verticales y actan a lo largo de la misma lnea. La fuerza de flotacin estar aplicada en el centro de flotacin (CF) y el peso estar aplicado en el centro de gravedad (CG).

Plano de flotacin: Al inclinarse un buque longitudinalmente, lo hace girando sobre un eje que pasa por el centro de gravedad del plano de flotacin. Dicho centro se llama centro de flotacin. El centro de flotacin: no tiene por qu estar en la vertical del centro de gravedad ni coincidir con l. Si cargamos un peso en la vertical del centro de flotacin no se altera la diferencia de calados, es decir, el asiento. Lnea de flotacin: es contorno es la superficie de flotacin Eje de Flotacin es la lnea que une el c.d.g. del flotador con el centro de carena c.d.c Carena, el volumen del flotador situado bajo el plano de flotacin. Centro de carena o de empuje, el centroide de la carena Desplazamiento, el peso del lquido desplazado por el flotador (igual al empuje hidrosttico sobre la superficie de la carena). ElempujeLa fuerza de empuje es la fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de agua que desaloja el cuerpo sumergido. Por lo tanto la resultante de las presiones distribuidas sobre la superficie de esa porcin de lquido debe ser igual y en sentido opuesto a su peso.