UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

HIDRAÚLICA

DOCENTE: Ing. Jaime Gutiérrez

№ DE LA PRÁCTICA: 2

TEMA DE LA PRÁCTICA:

Empuje hidrostático en una compuerta semicilíndrica ubicada en la pared vertical del

recipiente.

NUMERO DE GRUPO: 2

INTEGRANTES:

ÁVILA CARLOS

CHICA JONNY

ESTRELLA CARLOS

GAVILÁNEZ PEDRO

GUANOLUISA KATTY

GUANÍN EDUARDO

PIEDRA STEVENS

SAMANIEGO ALEJANDRO

TITUAÑA BELÉN

VILLAREAL SEBASTIÁN

CURSO: 3

PARALELO: 3

FECHA DE REALIZACIÓN: 25/05/2015

FECHA DE ENTREGA: 01/05/2015

PERIODO LECTIVO 2014-2015

INTRODUCCIÓN

La mecánica de fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en

movimiento o en reposo y la interacción de estos con sólidos o con otros fluidos en las

fronteras (Pasinato, 2008). Un fluido es un conjunto de moléculas que se ordenan

aleatoriamente y se mantienen juntas a partir de fuerzas que ejercen las paredes de un

contenedor (SerwayJewett, 2008).

Los fluidos no soportan esfuerzos cortantes o de tensión; debido a eso, el único

esfuerzo que se puede ejercer sobre un objeto sumergido en un fluido estático es el que

tiende a comprimir el objeto desde todos los lados (Campomanes, 2015). En otras

palabras, la presión que ejerce el fluido estático sobre un objeto siempre es

perpendicular al área del objeto (Domingo, 2011).

El único fluido en prueba fue el agua; por afines de la carrera de ingeniería civil,

donde la mayor parte de tiempo el ingeniero civil tendrá que realizar los cálculos

correspondientes de la presión que ejerce el agua en la compuerta; este ejemplo lo

podemos ver en presas hidroeléctricas.

En el presente informe se realizó la demostración práctica sobre el funcionamiento

de presiones en compuertas que se encuentran en planos horizontales e inclinados con

fluidos en reposo.

Partiendo de la recolección de datos como son altura del nivel de agua en el

estanque, la distancia que se encuentra entre el nivel del fluido y la compuerta en el caso

de que ésta se encuentre en un plano inclinado, la distancia del centro de presiones, las

dimensiones de la compuerta y su forma lo cual nos permitirá calcular su área, el ángulo

de inclinación del contenedor, la densidad del agua, la gravedad. Todos estos datos nos

permitirán utilizar las ecuaciones pertinentes para poder obtener resultados como la

presión que ejerce el agua en la compuerta y poder analizar las presiones en los

diferentes casos, ya sea que la compuerta este ubicada en un plano horizontal o en un

inclinado.

También los datos obtenidos nos facilitarán la obtención de la fuerza que ejerce el

agua en la compuerta y al dividirla con la gravedad podremos saber la masa, estos datos

serán de vital importancia para la culminación de la práctica y del informe.

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En el informe se demuestra los cálculos, procedimiento, anexos, entre otros, para

que una compuerta situada en un plano tanto horizontal como inclinado pueda ejercer la

misma o mayor fuerza que el agua ejerce. Con la ayuda de materiales como poleas lisas,

un cable sujeto a un porta pesas se añadirá masas con el fin de que la compuerta se abra.

Esto se realizará obteniendo la masa necesaria para que la compuerta pueda ejercer una

fuerza igual a la del agua permitiendo así que la compuerta se abra y dejar que el fluido

escape. Para la correcta finalización de este informe es necesario tener los datos

anteriormente mencionados ya que son de gran importancia en el momento del cálculo

de la masa.

OBJETIVOS:

GENERAL:

Analizar empuje hidrostático que ejerce un líquido en una compuerta

curva sumergida de sección semicilíndrica, ubicada en la pared vertical

del recipiente.

ESPECÍFICOS:

Demostrar experimentalmente que el empuje hidrostático depende de la

geometría de la compuerta curva, altura de carga, y del peso específico

del líquido.

Comparar los resultados teóricos con los experimentales y calcular el

porcentaje de error.

Comprobar que las formulas empíricas establecidas para el empuje

hidrostático en superficies curvas semicilíndricas son las correctas.

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EQUIPO Y MATERIALES:

1) Tanque de Presión Hidrostática en Paredes Inclinadas

Descripción: Equipo utilizado para calcular la carga que debe utilizarse para

que una compuerta en una pared inclinada (60°) este en equilibrio.

Materiales:

a) Poleas Móviles

b) Cables

c) Compuertas de forma Rectangular y Circular

d) Piezómetro

e) Regla Graduada en centímetros

f) Juego de Masas en kg

PROCEDIMIENTO:

1. Se colocan las compuertas de cierre que van en el fondo y en la pared vertical

del tanque, asegurándolas con el elemento soporte rectangular de acrílico y la

tuerca (tipo mariposa) para evitar fugas de agua alrededor de las mismas.

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2. Se procede al llenado del tanque con la ayuda de una manguera conectada a la

bomba para que el llenado sea rápido hasta llegar a la altura de agua constante.

3. Luego de conseguir la carga de agua H constante en el tanque, se procede a

retirar el soporte de acrílico de una de las compuertas empleadas en el ensayo.

4. El valor de H, se registra en la tabla y se calcula la fuerza necesaria con la que se

abrirá la compuerta.

5. Disponer de las pesas necesarias para las diferentes cargas de agua.

6. Se colocaran las pesas en forma creciente de acuerdo al valor de la fuerza

requerida teóricamente.

7. Este procedimiento se realiza para las diferentes cargas H de agua tanto para las

compuertas del fondo como las de la pared del tanque.

HOJA DE DATOS:

COMPUERTAS

Compuerta Semicilíndrica al fondo

b D Peso Nivel Empuje Fuerza Total

W H F FT=F+W(m) (m) (Kg) (m) (Kg) (Kg)0,3 0,15 1,384 0,66 18,62 20,004

Compuerta Semicilíndrica inclinada

Z0 d D θ Peso Nivel Empuje Fuerza Total

W H F FT=F+W(m) (m) (m) (°) (Kg) (m) (Kg) (Kg)0,5 0,30 0,15 60 1.384 kg 0.50 32,24 32,24

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CÁLCULOS TÍPICOS:

Compuerta Circular.

Contrapeso experimental: 32.01 kg

Pared inclinada.

Fórmulas utilizadas:

Fx=φ .b . D. senθ(ZO+ Dsenθ2 )

Fz=φ . b . D(ZO+ Dsenθ . cosθ2

−π . D2

8 )F=√ Fx2+Fz2

Para la fuerza horizontal:

Fx=(1000 )∗(0.3 )∗(0.15 )∗sen (60 ° )(0.5+0.15∗sen 60°

2 )( kg

m3∗m∗m∗m)Fx=22.02kg

Para la fuerza vertical:

Fz=(1000 )∗0.3∗0.15∗(0.5+ 0.15∗sen 60°∗cos60 °2

−π .(0.15)2

8 )( kgm3∗m∗m∗m)

Fz=23.56 kg

Para el modulo:

F=√(22.02)2+(23.56)2 kg

F=32.24 kg

Compuerta rectangular.

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En el fondo del tanque:

Fórmulas utilizadas:

F=φ .b . D(H− π .D8 )

Fr=F+Wc

Fuerza en el fondo:

F=(1000 )∗0.3∗0.1(0.66−π∗0.1

8 )( kg

m3∗m∗m∗m)F=18.62 kg

Fuerza resultante:

Fr=(18.62+1.384)kg

Fr=20.004 kg

Cálculo de error

error= valor experimental−valor realvalor real

∗100 %

error=19.70−20.00420.004

∗100 %

error=1.51 %

CONCLUSIONES:

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1. Al calcular el empuje necesario para levantar la compuerta en el tanque de

comprobó que este es mayor en la compuerta inclinada que en la compuerta que

se encuentra en el fondo del tanque.

2. La fuerza con la que el agua sale del tanque dependerá del correcto cálculo del

empuje pues al ser este inferior la compuerta no se abrirá y al estar en exceso la

fuerza con la que sale será muy fuerte y se desperdiciara la carga.

3. Los contrapesos a colocarse en las compuertas estarán determinados por la

forma, dimensiones, la altura al centro de gravedad y la altura la centro de

presiones ya que la densidad del agua y la gravedad es la misma en el Ecuador.

4. La fuerza ejercida en la compuerta que se encuentra en el fondo del tanque será

la misma en cualquier punto del fondo, mientras que la fuerza ejercida en la

compuerta sobre la pared vertical será mayor en el fondo del tanque e ira

disminuyendo conforme se acerca a la superficie.

5. La fuerza requerida en una compuerta colocada sobre una pared vertical será

diferente a la fuerza ejercida sobre una compuerta en una pared inclinada pues

esta dependerá del ángulo de inclinación y altura de la misma.

6. Mediante la práctica se concluye además que se puede aplicar cualquiera de las

diferentes fórmulas que involucran diversos elementos por lo que es necesario

tomar todos los datos posibles.

RECOMENDACIONES:

1. A la hora de medir la altura se debe de colocar la mirada al mismo nivel en que

esta el agua para dar una medida más acertada.

2. Se debe tener cuidado al momento de retirar las mariposas colocadas en las

compuertas para la salida del agua, ya que estas al retirarlas, una vez colocadas

la carga, se desprenden y sale el agua de golpe.

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3. Al acercarse a observar el ensayo, evitar llevar varios objetos que no sean los

equipos del laboratorio ya que podrían suceder algunos accidentes como la caída

de cosas o aparatos electrónicos en el tanque y dañarse debido al entrar en

contacto con el agua.

4. Para obtener datos más precisos, antes de iniciar el ensayo se debe verificar que

todos los equipos a utilizarse funcionen de manera correcta, para así disminuir el

margen de error.

5. Realizar el experimento tomando minuciosamente las notas de las respectivas

observaciones ya que son importantes a la hora de proceder a realizar el informe.

BIBLIOGRAFÍA:

Campomanes, G. P. (05 de Enero de 2015). Slideshare. Recuperado el 31 de

Mayo de 2015, de http://es.slideshare.net/gioveneperezcampomanes/manual-de-

mecnica-de-fluidos-i

Domingo, A. M. (2011). Recuperado el 31 de Mayo de 2015, de

http://oa.upm.es/6531/1/amd-apuntes-fluidos.pdf

Pasinato, H. D. (2008). Fundamentos de mecánica de fluidos. Plaza Huincul:

Editorial de la Universidad Tecnológica Nacional.

SerwayJewett. (2008). Fisica para ciencias e ingeniería Volumen 1 . Cruz

Manca - Santa Fe, Mexico: Cengage Learning Editores.

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ANEXOS

Anexo1.- Fotografías de la Posición de las compuertas en pared inclinada.

Autor: Interpretación Grupal

Vista Exterior Vista Interior

Anexo2.- Fotografía de la salida del fluido (agua) de la compuerta en la pared plana

inferior del tanque.

Autor: Interpretación Grupal

Vista Inferior

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Anexo3.- Fotografía de la salida del fluido (agua) de la compuerta en pared inclinada.

Autor: Interpretación Grupal

Vista Lateral

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