RESUMEN

Se trata de un concepto que no necesariamente ha de coincidir con el centroide

geométrico, el centro de masas o el centro de gravedad. La coincidencia o

no de estos conceptos permite analizar la estabilidad de un cuerpo inmerso

en un fluido.

El elemento principal de medida consiste en una corona circular de sección

cuadrada costada a 90º que gira libremente alrededor de su centro geométrico

sobre un eje apoyado en rodamientos. Posee un contrapeso P, regulable para

buscar el equilibrio con la pesa deslizante W, en la posición “cero” de la regla

graduada.

Mediante este peso deslizante W, con ayuda de un nivel de burbuja instalado

en la cara superior del sector se verifica la horizontalidad de esta cara,

lográndose con esto que una cara del sector este completamente vertical y

eliminándose en esta condición la fuerza F debido a la presión hidrostática

sobre la superficie plana y vertical con al componente horizontal Fh de la

Fuerza de Empuje E sobre la otra cara alabeada del sector.

La ubicación del Centro de Presión, se logra hallando la distancia X (que define

el punto donde actúa la fuerza de empuje E), ignorando los torques de

naturaleza gravimétrica e hidrostática.

Wxl=Fvx X

Siendo Fv componente vertical de la fuerza de empuje E.

El equipo está concebido de modo que mediante el aprovechamiento de la

fuerza de empuje que ejercen los líquidos sobre cuerpos sumergidos se puede

determinar experimentalmente el Centro de Presiones de las fuerzas de origen

hidrostático que actúan sobre superficies sumergidas en el seno de un fluido.

En mecánica de fluidos, se entiende como centro de presión al punto en el que

se considera están concentradas - teóricamente - todas las fuerzas debidas

a presiones sobre un cuerpo. Se puede visualizar este concepto como el

lugar geométrico donde se aplica la resultante de todos los diferenciales de

fuerza a lo largo de la superficie del cuerpo.

Este equipo permite determinar de una manera sencilla la ubicación física del

punto donde actúa la resultante de la fuerza hidrostática sobre una superficie

sumergida en el seno de un fluido denominado Centro de presiones.

ABSTRACT

It is a concept that has not necessarily coincide with the geometric centroid, the

center of mass or center of gravity. The coincidence or not these concepts to

analyze the stability of a body immersed in a fluid.

The main measuring element consists of a circular square section at 90 COST

FROM freely rotating about its geometric center on a shaft supported by

bearings crown. It has an adjustable to seek balance with sliding weights W, the

“zero " position of the graduated scale P counterweight.

By this sliding weight W , using a bubble level installed on the top side of the

industry horizontality of this face is verified , achieving this that one side of the

sector is completely vertical eliminated in this condition the force F due to the

hydrostatic pressure on the flat vertical surface with the horizontal component

Fh of the thrust force E on the other side of the sector warped .

The location of the center of pressure is achieved by finding the distance X

(which defines the point where the thrust force acts E), ignoring gravity torques

and hydrostatic nature.

Wxl=Fvx X

Being Fv vertical component of the pushing force E.

The equipment is designed so that by leveraging the pushing force exerted by

the liquid on submerged bodies can be determined experimentally Center

Pressures origin hydrostatic forces acting on submerged within a fluid surfaces.

In fluid mechanics, it is understood as the center of pressure to the point which

is considered are concentrated - theoretically - all the forces due to pressure on

a body. This concept can be viewed as the locus where it is applied to all the

resulting differential force across the body surface.

This unit allows a simple way to determine the physical location of the point

where the resultant of the hydrostatic force on a submerged surface within a

fluid pressure acts called Center.

INTRODUCCION

El flotador ocupa un ambiente amplio y puede girar libremente los 360 grados

respecto a su eje de giro ubicado en su centro geométrico y está emplazado

dentro de una cuba de acrílico transparente que permite una visualización

completa de los eventos.

Esta condición es la que se aprovecha para anular la componente horizontal

de la fuerza hidrostática que actúa en la superficie vertical con la otra

componente horizontal que actúa de la parte alabeada ya que por estar en un

mismo nivel, ambas son de igual magnitud pero de sentidos contrarios,

prevaleciendo solo la fuerza de empuje cuyo Torque producido con respecto al

eje de rotación puede ser equilibrado con una pesa de valor conocido y de

desplazamiento variable.

La magnitud del empuje se determina para la posición de equilibrio por

geometría, luego igualando momentos respecto al eje de giro se halla el brazo

del momento del empuje y con ello la ubicación del centro de presiones. Esta

operación se puede repetir para cualquier nivel de la superficie vertical

sumergida.

El flotador consistente en un segmento circular de sección rectangular tiene sus

caras distales a 90 grados de modo que la horizontalidad de una de estas

caras implica necesariamente la verticalidad de la otra cara, cosa que se

evidencia mediante un nivel de burbuja fijo en la cara horizontal.

MATERIAL Y METODOS

PROCEDIMIENTO:

Nivelar el recipiente con ayuda de los niveles dispuestos y los tornillos

ajustables; ubicar la pesa deslizante indicando la longitud d=10cm en la

regla graduada horizontal. Si la superficie horizontal de la anilla basculante

no se encontrase horizontal, nivelar utilizando la contrapesa.

Abrir la llave de ingreso de agua para que comience a llenar el depósito. La

llave de desagüe debe estar completamente cerrada.

A medida que la superficie libre se aproxima a la superficie curva cerrar

parcialmente la llave de ingreso de modo que al llenarlo sea más lento.

Como norma, se considera que la superficie libre enrasa con la superficie curva

cuando el contacto entre ellas visto de perfil sea de 2.5cm. En este momento

puede aprovecharse para nivelar definitivamente el aparato.

Leer la altura a la que se encuentra la superficie libre del agua.

Continuar con el llenado del recipiente, abriendo nuevamente la llave de

ingreso. Se observa que la superficie curva empieza a levantarse por efecto del

empuje del agua.

Correr la pesa deslizante consiguiendo que la parte superior plana del anillo

basculante este aproximadamente horizontal.

La superficie libre del agua debe estar alrededor de 1cm. del borde superior de

la superficie plana vertical, no debe cubrirla totalmente, cerrar la llave de

ingreso de agua.

Correr la pesa deslizante hasta una posición cuya longitud sea exacta

(para facilitar la medición). Tomar lectura de esta longitud.

Abrir la llave de desagüe hasta conseguir que la parte superior plana del anillo

basculante este exactamente horizontal. Cerrar la llave de desagüe.

Leer la altura a la cual se ubica la superficie libre de agua, h, en la regla vertical

ubicada en la esquina del recipiente. Tomar nota de esta lectura. Debe tenerse

especial cuidado al efectuar esta medición, tratando de minimizar el error de

paralaje.

Correr nuevamente la pesa deslizante. Si se desean tomar varios datos, no

correrla demasiado.

1° LECTURA 2° LECTURA 3° LECTURA 4° LECTURA 5° LECTURA 6° LECTURA

MEDIDA HORIZONTAL(m) 0.100 0.122 0.151 0.213 0.280 0.370

MEDIDA VERTICAL (m) 0.070 0.101 0.121 0.144 0.165 0.187

1° 2° 3° 4° 5°

VARIACION HORIZONTAL(m) 0.022 0.051 0.113 0.180 0.270

VARIACION VERTICAL (m) 0.031 0.051 0.074 0.095 0.117

Fv = vol AREA 0.18 m2 PESO ESPECIFICO agua 9810 N/m3

Fv1 = 54.74 N d2 (1)= 0.01320

Fv2 = 90.06 N d2 (2)= 0.00995

Fv3 = 130.67 N d2 (3)= 0.00967

Fv4 = 167.75 N d2 (4)= 0.00991

Fv5 = 206.60 N d2 (5)= 0.01060

Ycp¿Ycg+IgYA

Ycp(1)= 0.021

Ycp(2)= 0.034

Ycp(3)= 0.049

Ycp(4)= 0.063

Ycp(5)= 0.078

DISCUSION

Al realizar un análisis de los resultados obtenidos, observamos que la

relación entre la fuerza aplicada con la pesa y el incremento de las alturas del

líquido “h” para mantener el equilibrio; así como también se observó que la

relación entre las profundidades “h” y la distancia al “centro de presiones”

varían linealmente, lo que indica que el centro de presiones es inversamente

proporcional a la profundidad “h” de la columna del líquido, mientras mayor sea

la altura “h” del líquido, menor será la distancia al centro de presiones o lo que

es lo mismo menor será la distancia entre el centro de presiones y el centro de

gravedad de la superficie parcialmente sumergida.

En la medida en que se desarrollaba el laboratorio se observó como al

aumentar la columna de agua dentro del recipiente, se obtenía una fuerza

igual a la aplicada con las pesas, ejercida por el agua sobre la superficie plana

inclinada parcialmente sumergida.

CONCLUSIONES

La fuerza que ejerce un líquido sobre una superficie plana parcialmente

sumergida dependerá directamente de la profundidad o altura “h” del

líquido; el centro de presiones que es el punto donde se aplica la

fuerza, varía inversamente proporcional a la altura “h”.

RECOMENDACIONES

- Tener bien nivelado el banco hidráulico para evitar errores

- Tener mucha precisión a la hora de que el nivel de agua toque el

cuadrante.

- Controlar bien la entrada y salida de agua ya que en un momento ya no

se puede usar la llave de salida del agua porque saldría mal el ensayo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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- Mott, Robert L.; Mecánica de fluidos; 6ta edición.