INFORME DE LABORATORIO #7 “PRESIÓN HIDROESTATICA”

(ME3301 Mecánica de Fluidos)

Integrantes: Reynaldo Cabezas Daniel López

Bruno Ortega Fernando Rodas

Profesor: Williams Calderón Fecha: 24 de Octubre del 2012

Índice

1. Introducción .................................................................................................................. 1

2. Objetivos ....................................................................................................................... 2

3. Antecedentes y Metodología ....................................................................................... 3

4. Cálculos y Presentación de Resultados......................................................................... 6

5. Análisis de Resultados................................................................................................... 7

6. Conclusiones ................................................................................................................. 8

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1. Introducción

La presión hidrostática es la causante por el peso del fluido, es la única presión que existe al tener un fluido en reposo. Esta presión actúa sobre las superficies del recipiente que lo contiene y también sobre cualquier cuerpo que se encuentra sumergido en él. La magnitud de esta presión depende fundamentalmente de la columna de fluido que se encuentra sobre la superficie en la que actúa, dando como resultado la acción de una fuerza normal a esta. El estudio de esta presión es de gran importancia al momento del diseño de un cuerpo o mecanismo que se encuentre en presencia de este tipo de presión. Por ejemplo en estructuras de ingeniería naval como diques, presas y esclusas. En esta experiencia se busca encontrar el punto de acción resultante de la fuerza ejercida por la presión y analizar los torques teóricos con los calculados. Para ello se hace uso de la HM150.05, con la que se miden los torques para el depósito de agua en diferentes ángulos (0º, 20º y 40º) y para diferentes niveles de agua.

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2. Objetivos Objetivo general

Comprobar la teoría de hidrostática experimentalmente. Objetivos específicos

Calcular el punto de intersección de las líneas de presión y la fuerza de presión resultante para distintos niveles de agua. Calcular el torque ejercido por el depósito de agua y comparar con el torque medido ejercido por el peso corredizo.

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3. Antecedentes y Metodología Marco teórico

La presión hidrostática del agua (o cualquier otro fluido) aumenta cuando el peso propio gana profundidad y se determina del siguiente modo:

(3.1)

La presión sobre una superficie plana, puede ser expresada en forma equivalente por una fuerza de presión resultante ejercida sobre el punto de intersección de las líneas de presión.

Imagen 3.1 Descripción geométrica del deposito de agua

En particular para esta experiencia la fuerza de presión resultante y cálculo

del punto de intersección de las líneas de presión viene dado por las expresiones siguientes:

(3.2)

(3.3)

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[N]

(3.4)

(3.5)

Procedimiento El equipo para presión hidrostática en líquidos HM.150.05 consiste en:

Imagen 3.2 Equipo HM.150.05

(1) Depósito de agua (2) Perno de retención (3) Peso corredizo (4) Perno de tope (5) Escala del nivel de agua (6) Jinete (7) Pesos (8) Asa

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Coloque el HM150.05 en una superficie la cual se pueda mojar y prepare recipientes para llenar y vaciar el depósito de agua (1). Coloque el depósito (1) en un ángulo de 0º usando el perno de retención (2). Mueva el peso corredizo (3) buscando centrar el perno de tope (4), de e sta forma se está colocando el depósito en equilibrio. Vierta agua en el deposito hasta una altura menor a la cara rectangular indicando la altura gracias a la escala del nivel de agua (5), coloque el jinete (6) con los pesos (7) a una distancia para la cual se logre centrar nuevamente el perno de tope. Anote la fuerza y la distancia final en la que se dejo el jinete con la cual se calculara el torque que produce la presión hidroestática. Repita esta experiencia para niveles de agua justo a la misma altura de la cara rectangular del depósito y para niveles mayores. Realice todo lo anterior para un ángulo de 20º y otro de 40º.

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4. Cálculos y Presentación de Resultados

Tabla 4.1 Datos para Deposito con ángulo de 0º

Angulo 0° Nivel de agua más profundo st [mm] 0

Nivel de agua más alto sh [mm] 100

Brazo de fuerza I[mm]

Peso añadido

F[N]

Nivel de agua s[mm]

Torque del peso [Nm]

Brazo de fuerza calculado Id[m]

Resultante Fp[N]

Torque del agua[Nm]

180 2 80 0,36 0,173333333 2,352 0,40768

273 2 100 0,546 0,166666667 3,675 0,6125

252 4 140 1,008 0,261111111 6,615 1,72725

Tabla 4.2 Datos para Deposito con ángulo de 20º

Angulo 20° Nivel de agua más profundo st [mm] 16

Nivel de agua más alto sh [mm] 104

Brazo de fuerza I[mm]

Peso añadido

F[N]

Nivel de agua s[mm]

Torque del peso [Nm]

Brazo de fuerza calculado Id[m]

Resultante Fp[N]

Torque del agua[Nm]

254 1 80 0,254 0,177297541 1,60188552 0,28401036

253 2 104 0,506 0,168784119 3,02856481 0,51117364

229 4 140 0,916 0,150000006 5,66062962 0,84909448

Tabla 4.3 Datos para Deposito con ángulo de 40º

Angulo 40° Nivel de agua más profundo st [mm] 43

Nivel de agua más alto sh [mm] 120

Brazo de fuerza I[mm]

Peso añadido

F[N]

Nivel de agua s[mm]

Torque del peso [Nm]

Brazo de fuerza calculado Id[m]

Resultante Fp[N]

Torque del agua[Nm]

202 1 90 0,202 0,179548619 1,05973943 0,19027475

195 2 120 0,39 0,166494546 2,84436173 0,47357072

243 4 150 0,972 0,150000006 5,04928667 0,75739303

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5. Análisis de Resultados Se puede notar que si los resultados teóricos o calculados son comparados

con los resultados para el torque medidos en el laboratorio, estos difieren en muy poca medida unos de otros.

Las pequeñas diferencias se deben a fuentes de error tales como el no

equilibrar perfectamente el sistema debido al límite de visión de una persona, o algún error en la medición del nivel de agua según la escala graduada. Otra fuente de posibles errores seria al momento de realizar la medición del brazo palanca del peso corredizo, como también presencia de fenómenos de oscilación no perceptibles que dificultan la obtención de equilibrio para el sistema.

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6. Conclusiones

Mediante la experiencia realizada se pudo comprobar empíricamente la teoría de hidrostática, verificando que la presión hidrostática corresponde a un modelo lineal con la distancia a la superficie, además de calcular satisfactoriamente el punto de intersección de las líneas de presión y la fuerza de presión resultante para distintos niveles de agua.

Es posible observar que la fuerza de presión equivalente y el centro de

intersección de las líneas de presión dependen de la forma de la superficie presionada tanto como de la profundidad a la cual se encuentras inmersa la superficie, es decir, están relacionadas con el hecho de si la superficie se encuentra parcial o completamente sumergida.