informe completofgh

7/28/2019 iNFORME cOMPLETOfgh

1/41


2/41

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA DE INGENIERA ELECTROMECNICAFLUIDOS Y MQUINAS HIDRULICAS

LABORATORIO N 1: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

1.1OBJETIVOS

Determinar la densidad del agua, aceite, alcohol y glicerina. Por medio de

diferentes mtodos y a temperatura ambiente.

Calcular la tensin superficial del agua por medio de tubos y placas capilares.

Determinar la viscosidad del aceite y la glicerina a temperatura ambiente por medio

del equipo de viscosmetro de cada de bola.

Comparar los resultados obtenidos, con los valores numricos encontrados en tablas

y Determinar el error porcentual.

1.2EQUIPOS Y ELEMENTOS

Balanza.

Baso metlico o Eureka.

Beaker.

Cilindro gua.

Cronometro.

Esferas metlicas.

Picnmetro. Probeta.

Regla.

Solido de geometra regular.

Termmetro.


3/41



Tubos y placas de capilaridad.

1.3 MATERIALES.

Aceite de cocina.

Agua.

Alcohol.

Glicerina.

1.4PROCEDIMIENTOS

Prueba N 1: Densidad

Para determinar la densidad de un lquido es necesario medir la masa de un volumen

conocido.

A travs de 3 mtodos calcularemos las densidades para los siguientes fluidos:

Agua de grifo.

Alcohol antisptico.

Aceite de cocina.

Glicerina.

Mtodo N 1: Medicin con el beaker.

a. Pese el beaker vaco.

b. Llene el beaker con cada uno de los fluidos y lea el volumen.c. Pese el beaker + fluido


4/41



Mtodo N 2: Principio de Arqumedes.

a. Tome un objeto slido que encaje en el recipiente metlico (Eureka) de la prueba, porejemplo un cilindro o un cubo, y mida las dimensiones necesarias para el calcular el

volumen.

b.Llene el vaso metlico hasta el nivel de rebose.

c. Pese un beaker vacio.

d.Coloque el Beaker junto al recipiente metlico, permitiendo que el fluido que rebose se

deposite en el Beaker.

e. Sumerja el slido en el recipiente metlico.

f. Pese el conjunto Beaker + fluido.

Mtodo N 3. Botella de densidad.

a. Pese el picnmetro (incluyendo el tapn).

b. Llene el picnmetro con el fluido.

c. Manipule el tapn del picnmetro para que funcione como una pipeta, buscando

desalojar el fluido en exceso por encima del cuello de la botella.d. Seque la superficie externa del picnmetro y pese el conjunto picnmetro + fluido.

Prueba N 2: Viscosmetro de cada de bola

a. Llene la probeta con glicerina o aceite y coloque el cilindro gua.

b. Coloque bajo el cilindro gua las bandas de caucho separadas a una distancia de 200

mm.c. Introduzca dentro del cilindra gua cada una de las esferas.

d. Mida el tiempo que tarda la esfera en descender la distancia entre las bandas de caucho.

e. Repita el procedimiento con los otros fluidos.


5/41



Figura No. 1 Viscosmetro de Cada de Bola.

1.5 FUNDAMENTACIN TERICA.

Densidad.

La densidad se define como la masa de una sustancia contenida en una unidad de volumen.

La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cbico y se denota por

En cuerpos homogneos, la densidad es una propiedad que se refiere a todas las partes del

cuerpo. Si estos son heterogneos, la densidad vara de un punto a otro.

Densidad relativa

El peso especfico (o densidad relativa) es una medida relativa de la densidad, como la

presin tiene un efecto insignificante sobre la densidad de los lquidos, la temperatura es la


6/41



nica variable que debe ser tenida en cuenta al sentar las bases para el peso especfico. La

densidad relativa de un lquido es la relacin de su densidad a cierta temperatura, con

respecto al agua a una temperatura normalizada.

Viscosidad.

La viscosidad es la propiedad de un fluido mediante la cual se frece resistencia al corte. La

viscosidad es una manifestacin del movimiento

Molecular dentro del fluido.

El coeficiente de viscosidad es constante, en el sentido de que no depende de la

velocidad. Sin embargo, depende de otros factores fsicos, en particular de la

presin y de la temperatura. Esta dependencia se explica al considerar la interpretacin

microscpica-molecular de la viscosidad.

Ley de Stokes

Debido a la existencia de la viscosidad, cuando un fluido se mueve alrededor de un cuerpo

o cuando se desplaza en el seno de un fluido, se produce una fuerza de arrastre sobre dicho

cuerpo. Si este cuerpo es, una esfera, la fuerza de arrastre esta dada por la siguiente

expresin:

Donde:

: es la viscosidad del fluido.r: es el radio de la esfera.

v: es la velocidad de la esfera respecto al fluido.


7/41



Esta relacin fue deducida por George Stokes en 1845, y se denomina ley de Stokes. En

base a la ley mencionada anteriormente, si se deja caer una esfera en un recipiente el cual

contiene un fluido, debe existir una relacin entre el tiempo empleado en recorrer unadeterminada distancia y la viscosidad de dicho fluido.

Para determinar la viscosidad absoluta a travs del viscosmetro de cada de bola, se

requiere primero conocer la velocidad observada y la velocidad corregida.

Velocidad observada:

Donde:= Velocidad observada de cada de la esfera (m/s).y = Distancia recorrida por la esfera (m)

t = tiempo para recorrer (s)

Velocidad corregida:

[ ]Donde:

= Velocidad corregida. (m/s)= Velocidad observada de cada de la esfera (m/s).= Dimetro de la esfera (m)= Dimetro del tubo (m)

Viscosidad Absoluta o dinmica :


8/41



Donde:

= Viscosidad absoluta o dinmica.

= Dimetro de la esfera. = Peso especfico de la esfera. = Peso especfico del lquido de trabajo. = Velocidad corregida.

Viscosidad Cinemtica:

Donde:

= Viscosidad cinemtica. = Viscosidad absoluta o dinmica. = Densidad del cuerpo.

1.6 CUESTIONARIO.

PRUEBA N 1: DENSIDAD

La exactitud del mtodo de Arqumedes mejorara si midiramos con:

Un vaso estrecho y profundo, o un vaso ancho y poco profundo. Por qu?

Es ms exacto el mtodo de Arqumedes u utilizando un vaso estrecho y profundo, ya

que es mas preciso al mostrar los cambios de volmenes.

Cul de los anteriores mtodos demuestra una manera ms fundamental de medir el

volumen de un lquido? Por qu?


9/41



El principio de Arqumedes muestra de manera sencilla el volumen del lquido, porque

se conocen las dimensiones y el volumen del objeto; de esta manera se sabe que el

volumen del lquido desplazado ser igual volumen del objeto sumergido.

Cul cree usted que es el procedimiento ms exacto? Por qu?

El procedimiento ms exacto es el procedimiento llevado a cabo con el beaker. En este

procedimiento se pesa el beaker y despus se pesa el beaker con el volumen del fluido.

Cul cree usted que es el procedimiento menos preciso? Por qu?

El principio de Arqumedes es el menos preciso debido a la viscosidad del liquido

contenido dentro del vaso metlico o Eureka, una parte del fluido no fluye y se queda

dentro del tubo de des envase.

Con el valor que considere ms preciso de densidad, obtenida para cada fluido, calcule

la densidad relativa. Justifique su respuesta.

Los valores obtenidos con el mtodo del beaker y su densidad relativa estn dadas por:


10/41



Tomamos los valores del beaker porque son los que muestran con mayor precisin la

densidad de los fluidos estudiados.

Comparar los valores obtenidos con los establecidos en los textos.

Las densidades halladas experimentalmente en el laboratorio comparadas con las dadas

en la tabla B5 del libro mecnica de fluidos de Merle Potter and David C Wiggert

observarmos que las densidades obtenidas para el agua, la glicerina y l aceite son

aproximadas a las mostradas en la tabla, mientras que la densidad obtenida para el

alcohol tiene un sesgo del 10%.

Enunciar las variables que tienen mayor influencia en la densidad.

Las variables que tienen mayor influencia en la densidad son:

Temperatura

Presin a la que se encuentre el fluido.

La densidad es una caracterstica propia y distinta para cada fluido.

PRUEBA N 2: VISCOSIDAD

Calcular la viscosidad dinmica y cinemtica de los fluidos empleados.

Ver tablas de datos.

Comparar los resultados obtenidos con los valores establecidos en los diferentes

textos.


11/41



Los datos obtenidos experimentalmente para la glicerina son:

Viscosidad Dinmica (N*seg/m ) Viscosidad Cinemtica (m /s)

0,062 8,17E-06

0,063 8,39E-06

0,067 8,91E-06

En el laboratorio se utilizaron 3 esferas de acero de diferentes dimetros, se midieron

los diferentes tiempos de descenso y con ello se hallo la viscosidad de la glicerina con

una gran precisin entre las tres medidas.

Enunciar las variables que tienen influencia en la viscosidad.

Las variables que influyen en la viscosidad son:

o La presin

o La temperatura

o

La viscosidad es una constante del fluido.

Cul es la viscosidad dinmica de un lquido en reposo?

El fluido tiene una viscosidad esttica constante, la viscosidad puede ser considerada

como la pegajosidad interna de un fluido.

||Como el fluido esta en reposo du es igual a cero por lo que la viscosidad dinmica en

este caso sera nula.


12/41



FORMATOS DE TOMA DE DATOS.

Para llevar a cabo los diferentes clculos es necesario hallar promedios de densidades, debido a que los valores obtenidos por los

diferentes mtodos nos ofrecen resultados distintos pero aproximados.

PRUEBA N 1: DENSIDAD

Mtodo 1. Beaker

FLUIDO Pesobeaker

(gr)

Volumendel fluido

(cm)

Pesobeaker +

fluido(gr)

Pesobeaker(Kgr)

Volumendel fluido

(m)

Pesobeaker +

fluido(Kgr)

(Peso beaker +fluido)-(pesobeaker) Kgr

Densidad(kg/m)

Agua de

grifo

70 50 118,50 7E-02 5E-05 0,12 0,05 970,00

Aceite 70 50 116,80 7E-02 5E-05 0,12 0,05 936,00

Alcohol 70 50 114,50 7E-02 5E-05 0,11 0,04 890,00

Glicerina 70 50 133,30 7E-02 5E-05 0,13 0,06 1266,00

Mtodo 2: Principio de Arqumedes.


13/41



FLUIDO Pesobeaker

(gr)

Volumen delfluido (cm)

Pesobeaker +

fluido (gr)

Pesobeaker(Kgr)

Volumendel fluido

(m)

Pesobeaker +

fluido(Kgr)


Densidad(kg/m)

Agua degrifo

45 24 67,7 4,5E-02 2,4E-05 0,07 0,02 945,83

Aceite 45 24 64,8 4,5E-02 2,4E-05 0,06 0,02 825,00

Alcohol 45 24 63,4 4,5E-02 2,4E-05 0,06 0,02 766,67

Glicerina 45 24 73,5 4,5E-02 2,4E-05 0,07 0,03 1187,50

Mtodo 2: Botella de Densidad.

FLUIDO Pesobeaker

(gr)

Volumen delfluido (cm)

Pesobeaker +

fluido (gr)

Pesobeaker(Kgr)

Volumendel fluido

(m)

Pesobeaker +

fluido

(Kgr)


Densidad(kg/m)

Agua degrifo

18,6 25 43,9 1,86E-02 2,5E-05 0,04 0,03 1012,00

Aceite 18,6 25 41,9 1,86E-02 2,5E-05 0,04 0,02 932,00

Alcohol 18,6 25 41,6 1,86E-02 2,5E-05 0,04 0,02 920,00

Glicerina 18,6 25 50,06 1,86E-02 2,5E-05 0,05 0,03 1258,40


14/41



PRUEBA N 2:VISCOSIDAD

ACEITE DE COCINAdimetro de

laesfera(In)

dimetrode laesfera(m)

Distanciade

cadaentremarcas (m)

Densidaddel

fluido(Kg/m)

Densidadde laesfera(Kg/m)

Pesoespecfico de

laesfera(N/m)

pesoespecficodel

lquido

(N/m)

Tiempo 1(seg)

Tiempo 2(seg)

Tiempo 3(seg)

Promedio

Tiempo

(seg)

Velocidad

observada

(m/s)

Velocidad

corregida

(m/s)

Viscosidad

Dinmica

(N*seg/m2)

Viscosidad

Cinemtica

(m2/s)

0,063 0,00159

0,20 897,67

7531,304

73882,092

8806,110

1,45 1,5 1,59 1,513 0,132 0,140 0,065 8,61E-06

0,094 0,00238

0,20 897,67

7531,304

73882,092

8806,110

0,77 0,61 0,76 0,713 0,280 0,308 0,067 8,85E-06

0,125 0,00318

0,20 897,67

7531,304

73882,092

8806,110

0,4 0,59 0,33 0,440 0,455 0,515 0,071 9,39E-06


15/41



Glicerina

dimetro de

laesfera(In)

dimetrode laesfera(m)

Distanciade

cadaentre

marcas (m)

Densidaddel

fluido(Kg/

m)

Densidadde laesfera(Kg/

m)

Pesoespecfico de

laesfera

(N/m)

pesoespecfico dellquido(N/m)

Tiempo

1(seg)

Tiempo

2(seg)

Tiempo

3(seg)

Promedio

Tiempo

(seg)

Velocidad

observada

(m/s)

Velocidad

corregida

(m/s)

Viscosidad

Dinmica

(N*seg

/m2

)

Viscosidad

Cinemtica

(m2/s)

0,063 0,00159

0,20 1237,30

7531,304

73882,092

12137,913

1,45 1,5 1,59 1,513 0,132 0,140 0,062 8,17E-06

0,094 0,00238

0,20 1237,30

7531,304

73882,092

12137,913

0,77 0,61 0,76 0,713 0,280 0,308 0,063 8,39E-06

0,125 0,00318

0,20 1237,30

7531,304

73882,092

12137,913

0,4 0,59 0,33 0,440 0,455 0,515 0,067 8,91E-06


16/41



Pgina 16

CONCLUSIONES

En la realizacion del laboratorio de viscosidad y densidad de los fluidos podemos analizar

el comportamiento de los fluidos y compararlos con los valores reales dados en las tablas.

Existen factores que alteran los resultados obtenidos a causa de la temperatura, la presin

atmosfrica y mtodos no exactos.

La viscosidad es una caracterstica del fluido que se puede hallar mediante la introduccin

de un cuerpo de masa conocida dentro de un recipiente que contenga al fluido, sin que la

viscosidad del fluido dependa del cuerpo inmerso en l.

En los diferentes mtodos para hallar la densidad de un fluido se cometen errores que

alteran el resultado, pero a pesar de estos, podemos obtener un valor aproximado al valor

real.


17/41



Pgina 17

LABORATORIO PRCTICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRULICASN 2: FUERZAS SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS

GABRIEL ENRIQUE CHACON

200810546JUAN FONSECA VALDERRAMA200820152

WILLIAM JAVIER GOMEZ ESTUPIAN54059205

CARLOS ANDRS PREZ ACEVEDO54069274

JHON JAIRO RODRIGUEZ TORRES200711668

CARLOS EDUARDO SANCHEZ5406

JOHN SUPELANO GARCIA200722453FERNEY ALEXIS TORRES CRISTANCHO

200720864


ESCUELA DE INGENIERA ELECTROMECNICA2011


18/41



Pgina 18

LABORATORIO N 2: FUERZAS SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDASINTRODUCCION

En muchas situaciones es necesario calcular las fuerzas que actan en superficies que se

encuentran en el interior de un fluido (superficies sumergidas), o bien, las fuerzas actuantes sobre

las paredes del recipiente que contiene dicho fluido (compuertas de tanques de almacenamiento,

diques, etc.), siendo esto el punto de partida para un diseo o un criterio de evaluacin del

comportamiento de la pared cuando se le somete a la carga por el fluido.

1.OBJETIVOS

Determinar la resultante de las fuerzas hidrostticas que actan sobre una superficie

rectangular sumergida.

Calcular experimental y tericamente el lugar de aplicacin ( cpY ) de la fuerza resultante

ejercida por el volumen de agua.

2. GENERALIDADES

2.1 FUERZAS SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS

Un cuerpo sumergido en un lquido, soporta cargas en todas direcciones, estas cargas se pueden

reducir a sus equivalentes, para conocer los efectos sobre el mismo. La placa rectangular de la

figura 1, tiene una longitudL y un ancho a. La presin hidrosttica es igual a:

hP (Ec. 1)

En donde es el peso especfico de lquido y h la distancia vertical a la superficie libre, lapresin sobre el lquido vara linealmente con la distanciax.

Figura 1. Placa rectangular sumergida en un lquido.


19/41



Pgina 19

La fuerza resultante Rde las fuerzas ejercidas sobre una cara de la placa es igual al rea bajo la

curva de presin; la lnea de accin de Rsiempre pasa por el centro de gravedad de dicha rea. El

rea bajo la curva de presin es igual a LPE , en donde EP es la presin en el centroEde la placa.Para calcular el mdulo de Rde la resultante se puede multiplicar el rea de la placa por la

presin en el centroEde la placa. La resultante Rsin embargo, no est aplicada en el puntoE. Al

punto de aplicacinp de la resultante Rse le conoce con el nombre de centro de presin.

Para el clculo de las fuerzas ejercidas por un lquido sobre una superficie curva de anchura

constante no es fcil la determinacin de la resultante Rpor integracin directa, sin embargo

considerando el cuerpo libre obtenido y separando el volumen de lquido ABD limitado por lasuperficie curva AB y por las superficies planas AD yDB indicadas en la figura 2. Las fuerzas

que actan sobre el slido libreABD son el peso Wdel volumen de lquido separado, la resultante

1R de las fuerzas ejercidas sobre AD, la resultante 2R de las fuerzas ejercida sobre BD y la

resultante de las fuerzas ejercidas por la superficie curva sobre el lquido. sta ltima resultante

es igual y opuesta, y esta sobre la misma lnea de accin de R; siendo por tanto igual a R . Las

fuerzas 21 y, RRW pueden determinarse a partir de la resolucin de las ecuaciones de equilibrio

del cuerpo libre. La resultante Rde las fuerzas hidrosttica ejercida sobre la superficie curva se

obtendr al cambiar el sentido de R .

Figura 2. Placa curva sumergida en un lquido. (a) Resultante de las fuerzas hidrostticas sobre la

placa. (b) Diagrama de cuerpo libre del lquido sobre la placa.


20/41



Pgina 20

2.2 REQUISITOS PRELIMINARES

Conocimientos de teora de errores.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

3.1 APARATO UTILIZADO PARA REALIZAR EL EXPERIMENTO

El aparato consiste de un recipiente para almacenar agua, el cual esta pivotado para crear un

efecto de balanza, en uno de sus extremos contiene agua y en el otro soporta una masa conocida;

posee dos lados cilndricos que tienen sus radios coincidiendo con el centro de rotacin del

tanque y de este modo la presin total del fluido que acta en estas superficies no ejerce momento

alrededor del centro de rotacin, el nico momento presente es el que se debe a la presin del

fluido actuando sobre la superficie plana. El momento se mide experimentalmente colocando

pesas en el soporte dispuesto en el extremo del brazo opuesto al tanque cuadrante y resolviendo

las ecuaciones de equilibrio.

Figura 3. Aparato para la realizacin del experimento.


21/41



Pgina 21

El tanque posee una escala en el cuadrante, sta se usa para medir la altura h del nivel del agua

por debajo del pivote.

Figura 4. Detalle del aparato.

La fuerza debida a la presin hidrosttica acta en el centro de presin a una distancia Ydesde

O. Esta se mide a lo largo del plano de la superficie rectangular inclinada.

El centro de presin se calcula por medio de la ecuacin:


22/41



Pgina 22

cg

cp cg

cg

IY Y

Y A (Ec. 2)

Donde cgI es el momento inercia de la superficie sumergida con respecto al eje horizontal que

pasa por el centro de gravedad.

Tabla 1. Equipos.

Cantidad Elemento

1Equipo deexperimentacin

1 Balanza

Tabla 2. Materiales.

Cantidad Elemento

1 Caja de pesas4. PROCEDIMIENTO

4.1REA TOTALMENTE SUMERGIDA

1) Por medio de la balanza pese una determinada masa y colquela en el aparato

experimentacin.

2) Equilibre el sistema vertiendo agua en el tanque, de forma tal que toda el rea quede

totalmente sumergida ( cmh 9 ).Tal como se observa en la figura 3. Consigne el valor de la

masa.

3) Extraiga agua del aparato de tal manera que al aumentar el peso en el extremo el agua

contine con el nivel de 9cm. Pese la masa y consigne los resultados en la tabla 3.

4.2 AREA PARCIALMENTE SUMERGIDA


23/41



Pgina 23

1) Equilibre el sistema con un nivel de agua menor a 9 cm ( cmh 9 ).

2) Aumente la masa aadiendo ms pesas, pero conservando la altura menor a 9 cm.

3) Tome la lectura de h para cada variacin de la masa y consigne su valor en la tabla 4.

Figura 5. rea totalmente sumergida.

5. TOMA DE DATOS

Tabla 3. rea totalmente sumergida.

rea Totalmente Sumergida

(Grados) h (mm) Masa (kg) (Grados) h (mm) Masa (kg)0 100 0,450 5 107 0,5000 91 0,500 10 119 0,5200 81 0,550 15 129 0,5500 72 0,600 20 141 0,5700 64 0,650 25 153 0,6200 54 0,700 30 162 0,650

Tabla 4. rea parcialmente sumergida.

rea Parcialmente Sumergida (Grados) h (mm) Masa (kg) (Grados) h (mm) Masa (kg)

0 143 0,250 5 148 0,3200 131 0,300 10 146 0,3700 128 0,320 15 152 0,4200 120 0,350 20 154 0,470


24/41



Pgina 24

0 115 0,370 25 162 0,5000 110 0,400 30 176 0,520

6.CARACTERISTICAS A OBTENER

Obtenga la ecuacin que permita calcular el centro de presin terico, mientras que el centro de

presin prctico se calcula por medio de la ecuacin 1.

6.1 REA TOTALMENTE SUMERGIDA

1) Calcule el centro de presin prctico para cada variacin de la masa.

2) Calcule el centro de presin terico para cada variacin de la masa.

3) Compare los centros de presin terico y prctico. Calcule el porcentaje de error.

6.2 REA PARCIALMENTE SUMERGIDA

1) Calcule el centro de presin prctico para cada variacin de la masa.

2) Calcule el centro de presin terico para cada variacin de la masa.

3) Compare los centros de presin terico y prctico. Calcule el porcentaje de error.

FORMATO CALCULOS

Los clculos fueron realizados con las formulas presentadas en la Gua De la Escuela de

Ingeniera Civil de la UPTC


25/41



Pgina 25

rea Totalmente Sumergida a Diferentes ngulos

(rad)

h(mm)

h1(mm)

h2(mm) hcg(mm) M (kg) F(N)

Ycg(mm)

Ycp (mm)Terico Y (mm) h1 cos

Ycp(mm) exp

0,087 107 1,742 101,362 51,552 0,500 5,057 51,749 -35,645 0,00019 1,736 -198,2510,175 119 -1,346 97,134 47,894 0,520 4,698 48,633 -31,498 0,00021 -1,326 -201,3670,262 129 -2,130 94,463 46,166 0,550 4,529 47,795 -30,359 0,00023 -2,057 -202,2050,349 141 -4,325 89,644 42,659 0,570 4,185 45,397 -27,041 0,00025 -4,064 -204,6030,436 153 -5,772 84,858 39,543 0,620 3,879 43,631 -24,531 0,00028 -5,232 -206,3690,524 162 -3,693 82,909 39,608 0,650 3,886 45,735 -27,514 0,00028 -3,199 -204,265

rea Parcialmente Sumergida a Diferentes ngulos

(rad) h (mm) Masa (kg) l (mm) hcg (mm) F (N) Ycp (mm) exp Ycg (mm) Icg (mm^4)Ycp (mm)terico

0,087 148 0,320 51,435 25,619 1,293 -148,565 25,717 1133930,428 34,2900,175 146 0,370 51,748 25,481 1,294 -148,252 25,874 1154760,739 34,4980,262 152 0,420 42,638 20,593 0,861 -157,361 21,319 645965,122 28,4250,349 154 0,470 36,117 16,969 0,601 -163,882 18,058 392589,253 24,0780,436 162 0,500 21,253 9,631 0,201 -178,743 10,626 79994,588 14,168

0,524 176 0,520 -3,227 -1,398 0,004 -203,026 -1,614 -280,151 -2,152

rea Parcialmente Sumergida a Cero Grados

h (mm)Masa(kg) I(mm)

hcg(mm) F (N)

Ycp(mm) exp

Ycg(mm) Icg (mm^4)

Ycp(mm)terico

143,000 0,250 57,000 28,500 1,594 -111,625 28,500 1543275,000 -19,000131,000 0,300 69,000 34,500 2,335 -105,307 34,500 2737575,000 -23,000

128,000 0,320 72,000 36,000 2,543 -102,830 36,000 3110400,000 -24,000120,000 0,350 80,000 40,000 3,139 -97,701 40,000 4266666,667 -26,667115,000 0,370 85,000 42,500 3,544 -94,119 42,500 5117708,333 -28,333110,000 0,400 90,000 45,000 3,973 -89,864 45,000 6075000,000 -30,000


26/41



Pgina 26

7. CUESTIONARIO

Que es la cabeza de presin?

R. El termino cabeza de presin (head pressure del ingles) es referido a la carga o altura depresin. No es otra cosa que la presin esttica dividida por el peso especfico de un fluido

Que es presin atmosfrica?

R. Es la presin ejercida por el aire atmosfrico en cualquier punto sobre una superficie, ya sea

terrestre o de algn fluido.

Que es presin parcial o relativa?

R. Es la misma presin manomtrica, o la referida a la ejercida por un fluido, que se encuentra a

determinada presin atmosfrica, a determinada altura bajo su superficie.

Cul es el principio fundamental de la hidrosttica, conocida tambin como la ley de Steven?

R. Formulada por Simon Stevin fsico y matemtico belga, dice que la presin ejercida por un

fluido depende exclusivamente de su altura

Cree usted que el valor de la presin sobre una superficie es independiente de la orientacin

de esta? Explquelo.

R. No, pues una superficie que esta horizontalmente presenta una presin constante sobre ella,

mientras que si esta vertical este valor vara de acuerdo a la profundidad en cada punto de su

superficie.

Que inclinacin tiene la resultante de las fuerzas hidrostticas sobre una superficie con

respecto a esta?

R. La resultante se presenta perpendicular a la superficie.

Por qu en un lquido en reposo no existen esfuerzos cortantes?

R. Porque este se deforma al mnimo esfuerzo, y no presenta ninguna resistencia a dejarse

deformar.

En qu consiste la paradoja hidrosttica? Explquela.R. Consiste en que la presin descendente de un fluido sobre un cuerpo no depende de la forma

de este, sino nicamente de la profundidad a la que se encuentre.

En forma breve comente en qu consiste el principio de Pascal y la prensa hidrulica.


27/41



Pgina 27

R. Este principio explica que la presin ejercida en cualquier parte de un fluido incompresible y

en equilibrio dentro en un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual

intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido, as en una prensa, comola fuerza resultante en una superficie de un fluido depende de la presin sobre esta y de su

magnitud, entonces si en un recipiente con dos salidas comunicadas, de seccin variada, una

grande y una pequea, se puede aplicar una fuerza pequea en la seccin pequea, se obtiene

una fuerza resultante ms grande en la seccin grande.

Enuncie cinco cosas en las que el conocimiento de las fuerzas y presiones sobre las

superficies sea aplicable a la ingeniera.

R. - Diseo de compuertas para represas, o hidroelctricas.

- Diseo de maquinas hidrulicas

- Diseo de tuberas.

- Anlisis de fuerzas sobre sumergibles.

Diseo de sistemas de bombeo y riego.


28/41



Pgina 28

CONCLUSIONES

Las superficies sumergidas en un fluido experimentan una fuerza que depende del rea deestas, de la densidad del fluido y de la altura o profundidad a la que se encuentran en el fluido.

Es distinta la presin que experimenta una superficie que est totalmente sumergida, y una que

solo tiene parte de ella.

La fuerza sobre una superficie, depende tambin del ngulo de esta respecto de la superficie

libre de presin constante del fluido en el que se encuentra inmerso.

El fluido en reposo presenta niveles de presin, debido a su propio peso, que vara obviamente

de acuerdo a la cantidad de fluido por encima de este, o por consiguiente de la profundidad de

cada uno de estos niveles.

La caracterstica principal que permite estas relaciones en un fluido, es que sea un lquido,

dada su altsima resistencia a ser comprensibles.

La caracterstica de los niveles de presin se mantiene aun cuando el contenedor del liquido

se encuentre acelerado, siempre estando relacionada la distancia d la superficie libre al punto

en que hacemos el anlisis.


29/41



Pgina 29

BIBLIOGRAFIA

HANSEN G, Arthur. Mecnica de fluidos. Mxico: Limusa-Willey S.A, 1971. 575p.

ISAZA JARAMILLO, Alberto. Gua de laboratorio para el curso de hidrulica. Bogot:

Universidad de los Andes, Facultad de ingeniera civil. 1986.

MATIX, Claudio. Mecnica de fluidos y mquinas hidrulicas. New York :Harner & Row

publishers, 1970. 580p.

MUNSON, Bruce. OKIISHI H, Theodore. YOUNG F, Donald. Fundamentos de mecnica de

fluidos. Mxico: Limusa Willey. 1999. 867p.

STREETER, Vctor L. Mecnica de los fluidos. 2 ed Mxico : McGraw-Hill, 1986. 592p.


30/41



Pgina 30

LABORATORIO PRCTICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRULICASN 3: ESTABILIDAD DE UN CUERPO EN FLOTACIN

GABRIEL ENRIQUE CHACON200810546

JUAN FONSECA VALDERRAMA200820152WILLIAM JAVIER GOMEZ ESTUPIAN

54059205CARLOS ANDRS PREZ ACEVEDO

54069274JHON JAIRO RODRIGUEZ TORRES

200711668CARLOS EDUARDO SANCHEZ

5406JOHN SUPELANO GARCIA

200722453FERNEY ALEXIS TORRES CRISTANCHO200720864


ESCUELA DE INGENIERA ELECTROMECNICA2011


31/41



Pgina 31

LABORATORIO N 3: ESTABILIDAD DE UN CUERPO EN FLOTACIN

1. OBJETIVOS

Ilustrar las ms importantes leyes de la hidrosttica como lo son la ley de Pascal y la ley deArqumedes.Intentar realizar por medios prcticos y sencillos las pruebas que muy seguramente tuvieron

que ejecutar estos dos grandes formadores de la ciencia para poder justificar sus logroscientficos.

2. EQUIPOS.

Barco de flotacin

Figura 1 Barco de flotacin en el banco de pruebas


32/41



Pgina 32

3. FUNDAMENTOS TERICOS.

EQUILIBRIO ESTABLE DE UN CUERPO FLOTANTE.

Se produce cuando el centro de carena est:

- En la vertical del centro de gravedad.- Centro de gravedad por debajo del metacentro.

Carena.Parte sumergida del casco.

Volumen de carena.Volumen del lquido desalojado.

Centro de carena.Centro de gravedad del volumen sumergido. Punto de aplicacin de la resultante de las fuerzasascendentes.

Centro de gravedad (G).Punto de aplicacin de todos los pesos. Generalmente no coincide con el centro geomtrico.

Metacentro.Punto de interseccin de las lneas de fuerzas ascendentes sobre la lnea de equilibrio normal alescorarse el barco un ngulo pequeo (< 15 ).

Flotabilidad.Es la presin ascendente que ejerce el agua sobre el barco. Flotabilidad = Peso del aguadesplazada

Altura del centro de gravedad sobre la quilla ( GK ).

Distancia vertical desde el canto bajo de la quilla ( K ) al centro de gravedad ( G ).

Francobordo.Distancia vertical desde el costado del buque y en la mediana de su eslora entre la lnea deflotacin a mxima carga y la lnea de cubierta principal.


33/41



Pgina 33

Cubierta principal.Es la que posee medios permanentes de cierre.

Reserva de flotabilidad.Volumen comprendido entre la cubierta estanca superior y la superficie de flotacin a mximacarga.

Cualquier cuerpo que se encuentra total o parcialmente sumergido en un lquido, se ve sometidoa 2 fuerzas principales que actan en sentidos opuestos. La primera corresponde al peso delcuerpo (W), mientras que la segunda es el empuje (E), resultante de las fuerzas de presin queejerce el fluido sobre el cuerpo, y acta en sentido contrario a la gravedad. Si consideramos alslido como un cuerpo de densidad constante, el peso corresponde al volumen de ste, V,

multiplicado por su peso especfico, S, mientras que si se considera que el fluido esincompresible, la magnitud del empuje corresponde al peso especfico del lquido, L,multiplicado por el volumen del lquido desplazado o volumen de carena, VC.

Respecto a los puntos de aplicacin, el peso acta en el centro de gravedad del cuerpo, G,mientras que el empuje acta en el centro de gravedad del volumen de carena o centro de carena,C.

Para que un cuerpo flote, la condicin que se debe cumplir es que el empuje cuando todo elcuerpo est sumergido sea mayor que el peso, lo que se traduce en que la densidad de ste debe

ser menor que la densidad del lquido.

GM: Altura metacntrica

radmmd

dXjdonde

d

dXj

W

wjGM /.

Yj

wi

O

C

B

G

M

wi

B B`

M

G G`


34/41



Pgina 34

BM: Altura metacntrica sobre el centro de flotacin

BM: GM+ BGBG: OGOB

OG: Altura del centro de gravedad medida desde la base

OB: OC/2

OC: V/A

V: W/=3,02

W: Peso barco + peso ajustable+peso del sensor=2,458kg+0,388kg+0,196kgr*g=3,02kg*9,81


35/41



Pgina 35

4. PROCEDIMIENTO.

Prueba N 3: Anlisis de Flotacin.

Ubicar un beaker vaci sobre agua en posicin Horizontal y vertical.Agregar un peso aproximado al beaker de tal manera que se encuentre estable en posicinvertical.Agregar un peso aproximado al beaker de tal manera que el cuerpo flotante se sumerja.

Prueba N 4: Estabilidad de un cuerpo flotante.

El siguiente experimento lo trabajaremos con el barco de flotacin con el cual realizaremoslos siguientes pasos:

Tomar el peso total del aparato W que incluye el peso ajustable w, y los dospesos magnticos registrados en la parte superior de la escala de ngulos.

Tomar el peso ajustable w.

Medir la longitud y el ancho del flotador del barco, as como tambin el espesor dela lmina que lo constituye, (aproximadamente de 2 mm).

Parte A

Amarrar el cordn grueso con la plomada a travs del hueco en el tablero deacondicionamiento del peso, verificando que la plomada quede libre para indicar lainterseccin con la lnea central marcada en el mstil.

Sujetar el peso ajustable dentro de la hendidura en V, sobre la lnea central de la

hilera ms baja y suspender el conjunto flotador y peso del extremo libre delcordn.

Marcar el punto donde la lnea de la plomada intercepta la lnea central, medir estaaltura a partir de la base externa del flotador.


36/41



Pgina 36

Repetir el paso anterior para las otras cinco hileras

Figura 2 Localizacin del centroide

Parte B.

Introducir el barco flotante en el banco de pruebas.

Nivelar el flotador acomodando el peso ajustable en el centro del barco, sobrecualquier nivel con la ayuda de los pesos magnticos, de tal forma que el ngulomarcado indique cero.


37/41



Pgina 37

Figura 3 Se uso en la medicin un sensor de horizontalidad

Mover el peso ajustable hacia la izquierda o hacia la derecha en cada una de lashileras cada 15mm, tomando el desplazamiento por ngulo formado entre la lneade la plomada y la lnea central.

5. CUESTIONARIO

Prueba N 4: Estabilidad de un cuerpo flotante.

Elaborar el grfico de valores de Xj vs la lista de ngulos para los diferentes niveles enlos que se sita el peso ajustable.


38/41



Pgina 38

Calcular la pendiente de cada una de las rectas obtenidas (dXj/d).

Se ajusto cada grafica a una recta a travs de la regresin lineal, cuya pendiente es

(dXj/d).

(yn=30) Y=2,142x

(yn=24) Y=2,712x - 0,108

(yn=18) Y=3,436x0,049

(yn=12) Y=4,796x0,106

(yn=6) Y=4,41x + 0,098

Qu sugerencias hara usted para mejorar el experimento o el aparato?

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

Localizaciondelapesa(mm)

angulo de inclinacion (grados)

Grafica de Xvs

Yn=30

Yn=24

Yn=18

Yn=12

yn=6


39/41



Pgina 39

El uso de un sensor electrnico mejora la precisin y exactitud de las mediciones ya que lamedicin con plomada es una fuente de errores, bsicamente por paralaje.

Piensa que el movimiento de la plomada que marca los ngulos en el flotador, porefecto de su propio peso afecta los resultados en alguna forma?

De ninguna manera, el peso de la plomada es requerido para una medicin ms exacta, porotro lado es una forma para que el dispositivo estabilice ms rpidamente.

Como cree usted que sera la estabilidad del barco si la base del recipiente fuera curva,y no plana como realmente lo es?

Para un recipiente curvo, probablemente obtendramos una taza de variacin de lainclinacin ms alta, el centro de gravedad se movera ms fcilmente con la variacinde la carga y seria un poco menos estable.


40/41



Pgina 40

6. TOMA DATOS

INCLINACIN DE UN CUERPO FLOTANTEAltura Donde Se Encuentra El Peso

Ajustable Medido Desde La Base (cm)Altura Donde Se Encuentra El Centro De

Gravedad Medido Desde La Base (Yn)

Yj 30 Y1 3,9

Yj 24 Y2 3,2

Yj 18 Y3 2,5

Yj 12 Y4 1,8

Yj 6 Y5 1,4

ESTABILIDAD DE UN CUERPO FLOTANTEYn

(mm)ANGULO EN GRADOS

-60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60

30 -7 0 7

24 -11 -5,5 0 5,6 11

18 -13,2 -8,2 -4,8 0 4,8 8,1 13,4

12 -12,6 -9,4 -6,0 -2,8 0 2,8 6,0 9,5 12,7

6 -13,8 -9,9 -7,1 -3,1 0 3,1 7,0 9,9 13,7

FORMATO DE CLCULOS

ESTABILIDAD DE UN CUERPO FLOTANTE

Yn M GM (mm) OG OC OB BG BMdx/d

(mm/rad)(mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

30 2,14285714 0,27142857 30 0,00444118 0,002221 29,99778 30,269208

24 2,71 0,34326667 24 23,99778 24,3410461

18 3,43 0,43446667 18 17,99778 18,4322461

12 4,79 0,60673333 12 11,99778 12,6045127

6 4,41 0,5586 6 5,997779 6,55637941


41/41



informe completofgh

Documents