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Guia de laboratorio de presion en cierto equipo para realizar de forma presencial
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
DE MECÁNICA DE FLUIDOS / GUIAS DE LABORATORIOS
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Localizar experimentalmente el centro de presión sobre una superficie plana total o parcialmente sumergida.
5.2. MARCO TEORICO
Las superficies sumergidas son comúnmente encontradas en muchas obras de ingeniería. Presas, vertederos y compuertas son algunos ejemplos de superficies planas sumergidas.
En cada uno de estos casos, así como en cualquier otra superficie sumergida, existirá una presión ejercida por la altura del fluido que se encuentra por encima. Dicha presión se incrementa linealmente con la profundidad, obteniendo una distribución de presiones que variará según el caso.
En cada uno de estos casos es necesario calcular la fuerza ejercida por el fluido, y localizar además su punto de acción sobre la superficie, con el fin de diseñar las estructuras requeridas para el manejo del recurso hídrico.
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La figura 3 presenta un esquema del dispositivo empleado para medir el centro de presión de una superficie plana sumergida. Consiste de un sólido con forma de ¼ de toroide (generado por un cuadrado) que se encuentra fijado a una palanca de balance, la cual puede rotar libremente alrededor de un punto O. El sólido tiene radio interno (Ri) y externo (Re) y cuando el dispositivo está apropiadamente balanceado, el centro de rotación de estos radios coincide con el eje de pivote O de la palanca de balance.
El dispositivo cuenta con un recipiente que permite contener el fluido que generará la presión sobre la superficie plana.
Al llenar con un fluido (en este caso agua) el recipiente mencionado, estará actuando sobre la cara de plana del sólido, la fuerza resultante de la presión hidrostática. Esta
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situación generará un momento adicional sobre el punto O que conllevará al movimiento de la palanca de balance, el cual será igual a la fuerza resultante F multiplicado por su brazo igual a (y + yf). Para compensar este momento se debe adicionar un peso tal que considerando su distancia (L) al punto de pivote, retorne la palanca de balance a su punto de equilibrio.
En la práctica no se medirá directamente la fuerza F, en su lugar, se medirá el momento producido por dicha fuerza y calculará el valor teórico de la fuerza mediante la ecuación 1. Al contar con valores para el momento y la fuerza resultante, la localización del centro de presión puede ser calculada.
Considerando lo anterior y al revisar la figura 4 se tiene que: 𝑾𝑳 = 𝑭(𝒚 + 𝒚 (^) 𝒇 Ecuación 3.
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a. Cálculos y Gráficas x Calcule yf (t) mediante la ecuación 2. Este sería el valor teórico de yf. x Halle, para cada profundidad de agua, yf (exp) mediante la ecuación 3. Este sería el valor medido de yf. x Grafique yf (t) vs ycg e yf (exp) vs ycg sobre el mismo eje. x Grafique yf (t) - yf (exp) vs ycg. x Grafique MR vs MT. x Grafique MT vs d.
a. Compare los valores experimentales y teóricos de yf. ¿Cuáles son las fuentes de error en este experimento? Para alguno de las cuatro mediciones realizadas ¿Cuál sería el cambio en el valor medido de yf generado por un error de 10 gramos en la medida del peso?
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b. ¿Cómo permite el diseño del dispositivo medir la fuerza resultante sobre una superficie vertical sumergida? ¿Son algunas fuerzas significantes despreciadas? ¿Por qué no se considera el peso del sólido o la fuerza boyante? c. ¿Qué importancia tiene la determinación del centro de presión? d. De algunas aplicaciones prácticas del centro de presión. e. ¿A qué se llama centro de presión y centro de gravedad de una figura? f. Comente las gráficas realizadas.
