ENSAYO EN EL BANCO HIDRAULICO

INTRODUCCIN Las fuerzas distribuidas de la accin del fluido sobre un rea finita pueden remplazarse convenientemente por una fuerza resultante. El ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder disear satisfactoriamente las estructuras que los contienen. Es de suma importancia, calcular la magnitud de la fuerza resultante y su lnea de accin (centro de presin). El centro de presin, es un concepto que se debe tener claro, ya que su determinacin es bsica para la evaluacin de los efectos que ejerce la presin de un fluido sobre una superficie plana determinada, por ejemplo: si se quiere determinar el momento que est actuando sobre una compuerta o para estudiar la estabilidad de una presa de gravedad, la pared de un tanque de almacenamiento de lquidos o el caso de un barco en reposo.OBJETIVOS 1 Determinar experimentalmente el centro de presin (C.P.) en una superficie plana vertical parcial y totalmente sumergida. 2 Analizar el comportamiento del centro de presin (C.P.) cuando vara la altura de agua sobre una superficie plana vertical. 3 Determinar la magnitud de la fuerza resultante ejercida por el lquido sobre una superficie plana parcial y totalmente sumergida (vertical). 4 Determinar el error que se comete al realizar el experimento, con el clculo terico.

GENERALIDADESCuando el cuadrante est sumergido en agua es posible analizar las fuerzas actuantes sobre la superficie del cuadrante como sigue: La fuerza hidrosttica en cualquier punto de la superficie curva es normal a la superficie y por lo tanto la resultante pasa a travs del punto de pivote, porque est localizado en el origen del radio. La fuerza sobre la parte superior e inferior de la superficie curva no produce ningn efecto en el momento que afecte al equilibrio del armazn, porque todas las fuerzas pasan a travs del eje. Las fuerzas a los lados del cuadrante son horizontales y se cancelan (iguales y opuestas). La fuerza hidrosttica en la cara vertical sumergida es contrarrestada por el peso de equilibrio. La fuerza hidrosttica resultante sobre la cara puede ser calculada del valor del peso de equilibrio y la profundidad de agua, como sigue:

Cuando el sistema est en equilibrio, los momentos con respecto del eje son iguales: Dnde: m: es la masa del colgante de peso. g: es la aceleracin de la gravedad. L: es la longitud del brazo de equilibrio. F: empuje hidrosttico. h: es la distancia entre el eje y el centro de presin

De calcular el empuje hidrosttico y el centro de presin al final de la cara del cuadrante, podemos comparar los resultados tericos y experimentales.Permite el estudio del comportamiento de un flotador y de los factores que determinan su estabilidad. Un flotador de forma rectangular flota sobre el agua y posee un rbol que tiene un contrapeso el cual suministra sobre la escala graduada, la inclinacin del mismo. Se verifica que la inestabilidad se obtiene cuando el baricentro y metacentro estn a la misma altura.Los resultados experimentales adems pueden ser comparados con los valores tericos.

EQUIPO Y MATERIALES:

Estabilidad de un cuerpo flotador, el kit est compuesto por:Un recipiente de plexigls transparente dotado de toberas para la alimentacin y la descarga.Regla mtrica para la deteccin de la superficie libre del agua.Dos perfiles flotadores de diversas formas.Dispositivos para el apoyo de la balanza.El recipiente est directamente apoyado sobre el Banco Base H89.8D o bien de fuente externa.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

La lectura X Y es importante para el empuje hidrosttico.En la horizontal (x) asi como en la vertical (y) los dos tiene una regla mtrica.A continuacin se describirn las principales experiencias que se pueden realizar en el Banco. De acuerdo a la prctica realizada.Cada paso est presidido por una breve descripcin de las finalidades que se propone; despus sigue una descripcin acerca de las modalidades de las pruebas y de la conexin entre los distintos elementos del banco en el cual se realizan estas pruebas.La ejercitacin se concluye con una parte que se refiere a la interpretacin de los resultados; en esta parte se recuerdan las nociones tericas que son la base del fenmeno observado.Estos fueron los pasos del procedimiento experimental:

1. El tanque se pone en pie a la altura de tres pies ajustables para ayudar a la nivelacin. stos deben levantarse o bajarse a como sea requerido hasta que la burbuja este al centro del nivel. 2. Ajuste la posicin del peso del contrapeso hasta que el brazo de equilibrio est horizontal, indicado por la marca central en el indicador nivel. Luego anotar la altura H = 200mm (Ver figura 2). 3. Romper el equilibrio del cuadrante hidrulico colocando el porta pesas con un peso conocido (W) en el extremo del brazo del mismo. 4. Gradualmente agregue agua en el tanque volumtrico, hasta que el brazo de equilibrio este horizontal. Si el brazo de equilibrio se eleve demasiado rpido abra la vlvula del desage y gradualmente drene el agua hasta alcanzar la posicin deseada. 5. Cuando el brazo de equilibrio este horizontal, el nivel de agua en el tanque puede medirse usando la escala al lado del cuadrante. 6. Anotar la lectura (d) del nivel del agua en el cuadrante hidrulico. (Ver figura 3). 7. Incremente el peso (W) en el porta pesas en 50gr y anotar la lectura (d) del nivel de agua en la cara del cuadrante hidrulico y el peso (W) acumulado correspondiente. 8. Repetir el paso (7) cuantas veces sea necesario.

PROCEDIMIENTO DE CLCULO

A travs del experimento haremos el anlisis de los dos casos siguientes: 1. Superficie vertical parcialmente sumergida. 2. Superficie vertical totalmente sumergida.

-PLANO VERTICAL PARCIALMENTE SUMERGIDO

Para el caso donde la cara vertical del cuadrante est parcialmente sumergida. Dnde: - L: Distancia horizontal entre el eje y el colgante para peso. -H: Distancia vertical entre el eje y la base del cuadrante. - D: La altura de la cara del cuadrante. -B: Ancho de la cara del cuadrante. -d: Profundidad de agua de la cara del cuadrante. -Ycp: Distancia vertical entre la superficie del agua y el centro de presin. -hcg: Altura desde la superficie del agua al centro de gravedad del plano.

Las fuerzas mostradas como F, el empuje hidrosttico y mg, del peso.

CLONCLUSIONES:

La finalidad de la prueba es demostrar que una superficie inmersa recibe empuje, llamado empuje hidrosttico, que depende del rea de la superficie y de la altura de su baricentro medida desde la superficie libreNote como los puntos experimentales se alejan bastante de los puntos tericos; esto se debe fundamentalmente a los errores de forma del cuerpo por lo que el empuje de flotabilidad no resulta perfectamente inclinado.La prueba del empuje hidrosttico es saber lo que el empuje genera en diversos campos.