informe exoerimental de laboratorio fluidos

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INTRODUCCION La fuerza hidrostática sobre superficies planas sumergidas es importante para el diseño de presas, tanques y obras de descargas como compuertas, así que en la presente práctica se estudiara experimentalmente y teóricamente dicha fuerza y el efecto que la profundidad ejerce sobre ella. Para ello utilizaremos un equipo para medir la fuerza hidrostática experimental. Los conocimientos adquiridos debido al desarrollo de esta práctica de Laboratorio, nos servirán un futuro, en nuestra vida profesional, como por ejemplo en obras hidráulicos de gran envergadura como pueden ser la construcción de reservorios, acueductos, tanques, canales, centrales hidroeléctricas, etc.

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Informe

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INTRODUCCION

La fuerza hidrostática sobre superficies planas sumergidas es importante para el diseño de presas, tanques y obras de descargas como compuertas, así que en la presente práctica se estudiara experimentalmente y teóricamente dicha fuerza y el efecto que la profundidad ejerce sobre ella. Para ello utilizaremos un equipo para medir la fuerza hidrostática experimental.

Los conocimientos adquiridos debido al desarrollo de esta práctica de Laboratorio, nos servirán un futuro, en nuestra vida profesional, como por ejemplo en obras hidráulicos de gran envergadura como pueden ser la construcción de reservorios, acueductos, tanques, canales, centrales hidroeléctricas, etc.

OBJETIVOS

• Determinar en forma experimental la fuerza hidrostática ejercida por un fluido en reposo sobre una superficie plana parcialmente sumergida.

• Comparar la fuerza hidrostática experimental con la fuerza hidrostática obtenida teóricamente.

⦁Determinar la posición del centro de presiones de una superficie plana parcialmente sumergida en un líquido en reposo.

MARCO TÓRICO

FUERZA EJERCIDA POR UN LÍQUIDO SOBRE UNA SUPERFICIE PLANA.

La fuerza ejercida por un líquido sobre una superficie plana es igual al producto del peso específico del líquido por la profundidad del centro de gravedad de la superficie y por el área de la misma. Esto es:

Siendo las unidades típicas: N ; Kg-f ; ton.

Si el líquido es agua; entonces: γ=9810N

m3

Se observa que el producto del peso específico por la profundidad del centro de gravedad de la superficie es igual a la presión en el centro de la gravedad del área.

CÁLCULOS

Cálculo de la fuerza teórica:

Se sabe que: Y

Entonces, si se toma un área diferencial, cuya altura sería “dh”, y la base estaría dada por “b”, entonces tenemos que:

Entonces, reemplazando en la ecuación (2), tenemos que:

Y finalmente, reemplazando la ecuaci ón (i ) en (iii), obtenemos que:

Paraw=10 g y h=2.3cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.0115m)×(0.065m×0.023m)

F=0.1686N

Paraw=20 g y h=3.2cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.016m)×(0.065m×0.032m)

F=0.3265N

W(gr) h(cm)10 2.3

20 3.240 4.550 5.260 5.7

80 6.5100 7.8120 8.5140 9.1

Paraw=40g y h=4.5cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.0225m)×(0.065m×0.045m)

F=0.6456N

Paraw=50 g y h=5.2cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.026m)×(0.065m×0.052m)

F=0.8621N

Paraw=60 g y h=5.7cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.0285m)×(0.065m×0.057m)

F=1.0359N

Paraw=80 g y h=6.5cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.0325m)×(0.065m×0.065m)

F=1.347N

Paraw=100 g y h=7.8cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.039m)×(0.065m×0.078m)

F=1.9397N

Paraw=120 g y h=8.5cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.0425m)×(0.065m×0.085m)

F=2.3035N

Paraw=140 g y h=9.1cm

TeóricamenteF=γ .hG . A Donde: A=b .h y hG=h2

Entonces tenemos que:F=(9810N

m3)×(0.0455m)×(0.065m×0.091m)

F=2.6402N

Cálculo de la fuerza experimental:

Para hallar la fuerza experimental, debemos realizar momentos con respecto al punto de apoyo del eje basculante (gozne), para eso debemos hallar primero el punto donde ejerce la fuerza hidrostática:

Se sabe que en una distribución triangular, el punto de aplicación de la resultante estará ubicado a 1/3 de altura.

Entonces, se tendrá que el brazo de palanca de esta fuerza vendrá dado por:

Por lo tanto, el momento con respecto al punto de apoyo, sería:

Y además, el momento debido a la fuerza de la carga puesta en la balanza, sería igual a F.L; obteniendo entonces que:

Donde: F=w

Del momento tomado se obtuvo: ;despejando se obtiene la fuerza:

ANEXOS

FUERZA HIDROSTÁTICA

TEORICA EXPERIMENTAL

0.1686

0.3265

0.6456

0,8621

1.0359

1.347

1.9397

2.3035

2.6402

CONCLUSIONES

Se observa una diferencia numérica entre la fuerza teórica y experimental, que pueden ser causadas por los errores cometidos al momento de visualizar las alturas o errores cometidos al momento de equilibrar o nivelar el brazo basculante.

Se observa que los datos obtenidos en el laboratorio, no cumplen completamente con la formula obtenida, esto puede deberse a que la formula se basa en condiciones ideales, y en la realidad el comportamiento es diferente del asumido teóricamente.

Se demostró experimentalmente que a medida que aumenta el nivel del agua, se incrementa la presión hidrostática y por ende la fuerza resultante perpendicular a la superficie en cuestión.

RECOMENDACIONES

Se recomienda nivelar bien el eje basculante para no cometer errores a la hora de observar la altura del agua.

Se recomienda mirar horizontalmente a la hora de medir el nivel de agua y así poder tener más exactitud a la hora de hacer la medición.