PRACTICA N° 1

“PRESION HIDROSTATICA”

INTRODUCCIÓN

Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo

contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada

presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes

del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten

las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían

necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del

líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo y se calcula mediante la

siguiente expresión:

Donde, usando unidades del Sistema Internacional (SI),

o  es la presión hidrostática (en pascales).

o  es la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico).

o  es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado).

o  es la altura del fluido (en metros). Un líquido en equilibrio ejerce fuerzas

perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior.

o  es la presión atmosférica

Equipo a utilizar:

Banco Hidráulico

Tanque Transparente

Superficie a sumergir en el agua

Juego de pesas

Cilindro graduado

Regla graduada

Información Técnica

L, representa la distancia desde el punto pivote hasta el brazo de la balanza, 275mm

B, es el ancho de la superficie a plana, 75mm

D, es la altura de la superficie desde el punto pivote hasta el fondo de la superficie,

200mm

H, representa la altura desde el punto pivote hasta el fondo de la superficie, 200mm

Ρ, representa la densidad del agua, 1000kg/m3

PROCEDIMIENTOS

Primero se inicia con el montaje del equipo a utilizar donde se coloco el equipo de

presión hidrostática sobre el banco hidráulico, luego se nivelo la base del tanque, para la

cual se usaron algunos tornillos para fijarlo, estará perfectamente nivelado cuando la

burbuja coincida con el aro del nivel. Se observa y se nivela el brazo de la balanza,

haciendo uso del contrapeso, esto se comprobara cuando la parte plana de la balanza

coincida con la ranura o marca interna del cuadrante. Además se debe verificar de que la

válvula de desagüe este totalmente cerrada.

Luego iniciamos con la toma de datos, el cual comenzamos con un peso de 50 gramos

(gr.), con el cilindro graduado se inicia a verter el agua sin mojar la superficie hasta que la

balanza vuelva a nivelarse y se toma la lectura del nivel del agua.

Se repetirá este procedimiento como mínimo seis (6) veces con pesos distintos y

mayores a los 50 gramos usados anteriormente.

Para la recolección de datos se tomaran dos cuadros informativos para colocar los

datos, unos de ellos será para el objeto “parcialmente sumergido” y el otro cuando el objeto

este “totalmente sumergido” en el agua.

Por ultimo luego de finalizar la práctica se abre la válvula de desagüe, se limpia el

equipo utilizado y se coloca en su lugar.

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Parcialmente Sumergido

m (gr.) d (mm) Fuerza (N) h”exp (m) h”teorico (m)

50 gr. 46 mm 0,76 N 0,173 m 0,184 m

110gr. 69 mm 1,76 N 0,169 m 0,177 m

160 gr. 84 mm 2.59 N 0,166 m 0,172 m

Totalmente Sumergido

m (gr.) d (mm) Fuerza (N) h”exp (m) h”teorico (m)

260 gr. 110 mm 4,41 N 0,158 m 0,16 m

360 gr. 134 mm 6,18 N 0,157 m 0,159 m

380 gr. 140 mm 6,62 N 0,154 m 0,1592 m

APLICACIÓN DE FORMULAS

Cuestionario:

1) ¿Qué es la presión hidrostática?

La presión hidrostática es la fuerza por unidad de área que ejerce un liquido en repososobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentresumergido, como esta presión se debe al peso del liquido, esta presión depende de ladensidad (p), la gravedad (g) y la profundidad (h) del el lugar donde medimos la presión(P)PH=p*g*h

2) ¿Cual es la importancia del estudio de la presión hidrostática ejercida por un fluido?

Porque de esta manera se puede observar la Variación de la presión con la profundidad Todos los líquidos pesan, por ello cuando están contenidas en un recipiente las capas superiores oprimen a las inferiores, generándose una presión debida al peso. La presión en un punto determinado del líquido deberá depender entonces de la altura de la columna de líquido que tenga por encima de él.

3) ¿porque es importante nivelar el equipo antes de iniciar el experimento?

Se debe nivelar bien el equipo, para evitar errores al momento de tomar los datosY realizar los cálculos, cuando se trabaja con la superficie parcialmente sumergida hay q cuidar de no mojar la superficie, para que esto no influya en la toma de notas para los cálculos.

4) ¿Para la superficie en estudio a qué altura de líquido se encuentra totalmente sumergida?

Se encuentra sumergida a una altura de 110mm, hizo falta una masa de 260 gr para sumergir completamente la superficie estudiada

CONCLUSIÓN

Se cumplió el objetivo de la práctica, el cual era observar el efecto de la presión

hidrostática, y vemos que la superficie libre de un líquido en reposo es siempre horizontal,

así como también se pudo observar lo que se conoce como el principio de Arquímedes.

Al observar la tabla de resultados podemos analizar y concluir que mientras mayor sea

el peso del objeto en estudio mayor será la fuerza hidrostática, y al sumergirse el objeto

totalmente la fuerza será aun mayor a diferencia de cuando se encontraba a flote. Es decir,

podemos comprobar que como dice la teoría esta presión depende de la densidad del

líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo en el recipiente.

Además se puso observar y afirmar el principio de Arquímedes, que dice que todo

cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso

de fluido desalojado, el cual fue el que ayudo a nivelar la balanza a través del agua

utilizada.

PRACTICA N° 2

“FLUJO CANALES ABIERTOS”

INTRODUCCIÓN

El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería.

Estas dos clases de flujos son similares en diferentes en muchos aspectos, pero estos se

diferencian en un aspecto importante.

El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo en tubería

no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente el conducto.

Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican por el hecho de que la

composición de la superficie libre puede cambiar con el tiempo y con el espacio, y también

por el hecho de que la profundidad de flujo el caudal y las pendientes del fondo del canal y

la superficie libre son interdependientes.

En estas la sección transversal del flujo, es fija debida a que esta completamente

definida por la geometría del conducto. La sección transversal de una tubería por

lo general es circular, en tanto que la de un canal abierto puede ser de cualquier forma

desde circular hasta las formas irregulares en ríos. Además, la rugosidad en un canal abierto

varia con la posición de una superficie libre. Por consiguiente la selección de los

coeficientes de fricción implica una mayor incertidumbre para el caso de canales abiertos

que para del de tuberías, en general, el tratamiento del flujo en canales abiertos es mas que

el correspondiente a flujo en tuberías. El flujo en un conducto cerrado no es necesariamente

flujo en tuberías si tiene una superficie libre, puede clasificarse como flujo en canal abierto.

Canales Abiertos y sus Propiedades

Clases de canales abiertos. Un canal abierto es un conducto en el cual el agua, fluye

con una superficie libre. De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial.

Los canales NATURALES influyen todos los tipos de agua que existen de manera

natural en la tierra, lo cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas

montañosas hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de mareas. Las

corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son

consideradas como canales abiertos naturales.

Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares. En

algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes en las

observaciones y experiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujo en estos

canales se vuelvan manejables mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica.

Los canales artificiales son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo

humano: canales de navegación, canales de centrales hidroeléctricas, canales y canaletas de

irrigación, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de madera,

cunetas a lo largo de carreteras etc., así como canales de modelos de laboratorio con

propósitos experimentales las propiedades hidráulicas de estos canales pueden ser

controladas hasta un nivel deseado o diseñadas para cumplir unos requisitos determinados.

La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirán, por tanto,

resultados bastantes similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son

razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseños.

Geometría del Canal Abierto

Un canal con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante se

conoce como canal prismático. De otra manera, el canal es no prismático; un ejemplo es un

vertedero de ancho variable y alineamiento curvo. Al menos que se indique

específicamente los canales descritos son prismáticos.

El trapecio es la forma mas común para canales con bancas en tierra sin recubrimiento,

debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad.

El rectángulo y el triangulo son casos especiales del trapecio. Debido a que el

rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos

para materiales estables, como mampostería, roca, metal o madera. La sección transversal

solo se utiliza para pequeñas asqueas, cunetas o a lo largo de carreteras

y trabajos de laboratorio. El círculo es la sección más común para alcantarillados y

alcantarillas de tamaño pequeño y mediano.

PROCEDIMIENTO

Para iniciar con este procedimiento experimental primero se coloca la placa

rectangular, de manera que los tornillos estén hacia la parte externa del canal y ajustar bien

las tuercas. Se coloca la salida de la bomba que se encargara de controlar el flujo del agua.

Colocar la placa plana sin abertura en el otro extremo cerca de lo salida de agua.

Luego debemos calibrar el vernier el cual se ubicara en el centro del canal, se debe

sostener el eje principal del equipo y así apretar poco a poco el tornillo superior. Luego

bajar el eje hasta que la punta coincida exactamente con el fondo del canal para después

fijarlo. Ajustar el tornillo móvil del vernier y llevarlo hasta el punto donde su cero coincida

con el cero de la escala fija.

Se sube el eje del vernier y se ajusta para evitar que la punta vuelva a tocar el fondo del

canal.

Ahora se verifica que la bomba este apagada y la válvula esta cerrada, se conecta el

banco hidráulico y se enciende. Para así abrir lentamente la válvula girándola un poco hacia

la izquierda, de tal forma se inicia el llenado del canal. Es importante recordar que se

efectuaran tres (3) lecturas para cada una de las placas.

Para comenzar con la lectura de datos se mide la altura de la base de la placa a utilizar,

se espera que el flujo de volumen se encuentre estable y luego se toma nota de la altura del

fluido. Parara medir el caudal se elije el volumen a trabajar en el indicador de nivel y bajar

el tapón, con la ayuda de un cronometro tomar el tiempo que se es necesario para recoger

dicho volumen, se tomaron tres lecturas de tres cronómetros distintos.

Después de realizar esto con la placa rectangular se procede a cambiar retirando las

tuercas y sustituyendo la placa rectangular por la placa de abertura triangular, volver a

colocar las tuercas y realizar el mismo procedimiento que se realizo con la placa anterior.

Para finalizar se cierra la válvula, se apaga la bomba hidráulica y se desconecta, se

retira y limpia todo el equipo y se coloca en su lugar.

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Placa Rectangular

ho (mm) h (mm) V (l) t (s) Q (m3/s) H (m) Cd

79,4 91,2 1 12,45 8,03 x 10-5 0,0118 1.001

79,4 96,4 1 6,71 1,49 x 10-4 0,017 1.113

79,4 103,1 1 4,4 2,7 x 10-4 0,0277 0.9932

Placa Triangular

ho (mm) h (mm) V (l) t (s) Q (m3/s) H (m) Cd

91,1 113,6 1 8,21 1,21x 10-5 0,0225 0.954

91,1 113,8 1 8,9 1,12x 10-4 0,0227 0.864

91,1 116,1 1 5,71 1,75 x 10-4 0,025 1.060

Coeficiente de descarga:

 Dado que el caudal calculado de esta manera no es el caudal real, ya que no contempla las pérdidas de energía existentes en el dispositivo, es necesario corregirlo, para lo cual se define el coeficiente de descarga (Cd) como la relación entre el caudal real y el caudal teórico. Es decir el coeficiente de descarga sirve como factor de corrección del caudal medido para tomar en cuenta las pérdidas de energía presentes.

Cuáles son los valores teóricos entre los que oscilan los coeficientes de descarga para placas triangulares y rectangulares:

APLICACIÓN DE FORMULAS

CONCLUSIÓN

Al finalizar la práctica y la investigación podemos afirmar que la característica

principal del flujo en un canal abierto es que en el canal existe una superficie libre la cual se

encuentra a una presión constante. El más claro ejemplo, la presión sobre la superficie del

agua en un río se encuentra sometida a la presión atmosférica y esta presión es constante a

lo largo de todo el río. La implicancia fundamental de esta característica es que el

movimiento del fluido se origina en el peso del fluido (fuerza gravitatoria) y no en la

existencia o no de una diferencia de presiones, como es el caso del flujo en un ducto

cerrado. La distribución de presiones en un canal abierto es por lo general hidrostática, es

decir, depende solo de la profundidad del fluido. Las otras fuerzas de importancia en el

estudio de canales abiertos, son la fuerza de inercia y la fuerza originada por la fricción.

Podemos observar en la tabla de resultados que los valores obtenidos para el caudal

tanto para la placa rectangular como para la placa triangular, son valores totalmente

distintos, el cual se deben como se nombre a la diferencia de volumen, es decir, la

profundidad utilizada en el estudio. Pero si bien estos valores presentan un gran margen de

diferencia, en los datos de Coeficientes de Descargada presentan una gran similitud entre

los dos casos estudiados.

Anexos

Equipo utilizado para la Practica 1 “Presión Hidrostática”

Cilindro Graduado

Banco Hidráulico

Instituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño”

Extensión Maturín

Ingeniera .Mtto. Mecánico

Mecánica de fluidos

Profesor:

Ing. Federico Barreto

Bachilleres:

Angel Caguana Luis Dilorenzo

Diego Díaz