FACULTAD DE INGENIERÍA
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Cajamarca mayo de 2016.
Centro de presiones
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CENTRO DE PRESIONES I. INTRODUCCIÓN En el campo de la ingeniería civil se requiere conocer las diferentes fuerzas que interactúan.
El presente informe trata sobre el ensayo de laboratorio depresión sobre FUERZAS SOBRE PAREDES RECTANGULARES. Tema de leal importancia en la Hidráulica porque nos permite saber cuáles son las Fuerzas que van a actuar en las paredes que rodean al líquido, como una presa, y su distribución en todo estas paredes. Con ayuda de equipos de laboratorio, en este caso utilizaremos “EL EQUIPO “EL EQUIPO DE CENTROS DE PRESIONES”, para PRESIONES”, para determinar el centro de presiones donde actúa el agua en la cara del bloque que está en contacto con el agua. En el presente informe detallaremos el procedimiento a seguir y los cálculos necesarios que se utilizan.
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II. OBJETIVOS
Determinar experimentalmente la fuerza hidrostática sobre una superficie parcialmente sumergida.
Determinar la posición del centro de presiones de una superficie plana parcialmente sumergida en un líquido en reposo.
A prender a manejar el equipo de centros de presiones.
Comparar la fuerza hidrostática teórica con la fuerza hidrostática práctica.
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III. MARCO TEÓRICO. FUERZAS SOBRE PAREDES RECTANGULARES. Si se toman momentos con respecto al punto de apoyo del eje basculante, se puede llegar a la siguiente conclusión:
.= (+− )
es el peso específico del agua (1000 kg/m ) 3
F.L= Fuerza hidrostática.
A = 85 mm
b = 72 mm
d = 103 mm
L = 285 mm
H = Esta altura es el promedio entre las lecturas de h’ (conforme se agrega los pesos) y h” (conforme se quita los pesos).
Demostración: Se sabe que:
= .….
=.…
Entonces, si se toma un área diferencial, cuya altura sería “dh”, y la base estaría dada por “b”, entonces tenemos que:
=.
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Entonces, reemplazando en la ecuación (2), tenemos que:
= .. () Y finalmente, reemplazando la ecuación (i) en (iii), obtenemos que:
=.ℎ..ℎ ∫ = ..∫ℎ.ℎ
= .. Ahora, después de obtenida la fuerza resultante, se toman momentos con respecto al punto de apoyo del eje basculante. De la expresión P = γ.h, se observa que la presión varia linealmente con la altura, entonces se tiene una distribución de fuerzas semejante a un triángulo. Entonces, se sabe que en una distribución triangular, el punto de aplicación de la resultante estará ubicado a 1/3 de la altura.
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IV.
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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y MATERIALES:
Nivel tubular
Eje basculante Contrapeso ajustable
Cuadrante
Regla para medir altura del líquido
Válvula de desagüe
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EQUIPO Y MATERIALES Los equipos que se utilizaron para el presente ensayo son:
EQUIPO DE CENTROS DE PRESIONES
MATERIALES AGUA.
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HERRAMIENTAS
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BALDE:
-
BERNIER:
-
REGLA:
-
CUADERNO DE APUNTES:
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-
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CAMARA FOTOGRAFICA:
V. METODOLOGIA Y PRECEDIEMIENTO 1. MEDIR RADIO DEL CUADRANTE ( R ): Esto se hace con el vernier, midiendo la distancia prudente que puede caber para medir lo que necesitamos exactamente.
2. MEDIR BASE DEL CUADRANTE (B): Seguidamente con este paso, pasamos a medir la base del cuadrante exactamente para que seguidamente con este dato anotado en el cuaderno pasar a los cálculos y pasos siguientes.
3. COLOCAR LA PESA EN EL INICIO DE LA REGLA Para empezar con el ensayo INSITU con el equipo de centros de presiones, es necesario y vital importancia color la pesa en cero.
4. NIVELAR EL TUBULAR DEL CUADRANTE: Con este paso, pasamos a nivelar exactamente el equipo de centro de presiones.
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5. CERRAR LAS VÁLVULAS DE VACIADO DEL TANQUE: Antes de verter el agua al depósito del recipiente, tenemos cuidado de cerrar las llaves para así de esa manera evitar que el líquido vertido pueda derramarse.
6. LLENAR CON AGUA EL ESTANQUE, DE MODO QUE SE GENERE UNA FUERZA HIDROSTÁTICA: Teniendo el balde con contenido dentro lleno de agua, verter a una altura prudente asta por lo menos llenar un aproximado de la mitad del cuadrante.
7. MEDIR EL VALOR DE h: Una vez el deposito con agua, pasamos a medir la altura de distancia entre la base del cuadrante y la altura a la que llego el agua.
8. NIVELAR CON LA PESA EL EFECTO DE LA FUERZA HIDROSTÁTICA Seguidamente pasamos a nivelar nuevamente la máquina de centro de presiones, para continuar con el paso siguiente…
9. MEDIR EL VALOR DEL BRAZO DE LA PESA: Se mide con la distancia de desplazamiento que sufrió esta al ser nuevamente nivelado después de haber vertido el líquido.
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10. PROCESAR LOS DATOS EN GABINETE PARA DIVERSOS VALORES DE h.
DATOS: 1. MEDIR RADIO DEL CUADRANTE (R)
2. MEDIR BASE DEL CUADRANTE (B)
RADIO
und(m)
BASE(B)
und(m)
R1 R2 R3 R4 Promedio
0,252 0,253 0,251 0,253 0,252
B1 B2 B3 B4 Promedio
0,0763 0,0762 0,0762 0,0762 0,0762
3. MEDIR LA TEMPERATURA (C°)
Temperatura
4.PESO DE LA PESA
Peso específico
INTERPOLACION 20 9790 21,10 9787,800 25 9780 5. VALORES DE L
Peso
W N
410,04
4,0225
N/m3 6. VALORES DE h
und(m) L1 L2 L3 L4
W gr
und(m)
0,0356 0,0778 0,1190 0,1342
h1 h2 h3 h4
0,0400 0,0600 0,0750 0,0800
1.DETERMINACIÓN DE LA FUERZA HIDROSTÁTICA: Fr 1.1 PRESION PROMEDIO (Pprom ) ϒ(N/m3) 9787,800 h1 (m)
0,0400
Pprom 1 (N/m2) 195,7560
ϒ(N/m3)
9787,800
h2 (m)
0,0600
Pprom 2 (N/m2) 293,6340
ϒ(N/m3)
9787,800
ϒ(N/m3)
9787,800
h3 (m)
0,0750
h4 (m)
0,0800
Pprom 3 (N/m2) 367,0425
Pprom 4 (N/m2) 391,5120
1.2 AREA (A) Mecánica de fluidos
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h1
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h3
B
0,0400 0,0762
B
0,0750 0,0762
A1
0,0030
A3
0,0057
h2
h4
B
0,0600 0,0762
B
0,0800 0,0762
A2
0,0046
A4
0,0061
1.3 FUERZA RESULTANTE (Fr) Pprom 1 (N/m2)
195,7560
Pprom 3 (N/m2) 367,0425
A1
0,0030
A3
0,0057
Fr1 (N)
0,5969
Fr3 (N)
2,0983
Pprom 2 (N/m2)
293,6340
A2
0,0046
A4
0,0061
Fr2 (N)
1,3429
Fr4 (N)
2,3874
Pprom 4 (N/m2) 391,5120
2.MOMENTO DEBIDO A LA FUERZA HIDROSTATICA: MFH Fr1 (N)
0,5969
Fr2 (N)
1,3429
Dcpe 1 (m)
0,2396
Dcpe 2 (m)
0,2330
MFH1
0,1430
MFH2
0,3129
Fr3 (N)
2,0983
Fr4 (N)
2,3874
Dcpe 3 (m)
0,2281
Dcpe 4(m)
0,2261
MFH3
0,4787
MFH4
0,5398
3.MOMENTO DEBIDO AL PESO: MW CALCULOS PARA DETERMINAR EL MW L1
0,0356
L2
0,0778
Mw 1
0,1430
Mw 2
0,3129
L3
0,1190
L4
0,1342
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Mw 3
0,4787
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Mw 4
0,5398
4.UBICACIÓN EXPERIMENTAL DEL CENTRO DE PRESIÓN: Dcpe CALCULOS PARA DETERMINAR EL Dcpe L1
0,0356
L2
0,0778
Fr1 (N)
0,5969
Fr2 (N)
1,3429
Dcpe 1 (m)
0,2396
Dcpe 2 (m)
0,23303
L3
0,1190
L4
0,1342
Fr3 (N)
2,0983
Fr4 (N)
2,3874
Dcpe 3 (m)
0,2281
Dcpe 4 (m)
0,2261
5.UBICACIÓN TEÓRICA DEL CENTRO DE PRESIÓN: Dcpt CALCULOS PARA DETERMINAR EL Dcpt R
0,252
R
0,252
h1
0,040
h3
0,075
Dcpt 1 (m)
0,239
Dcpt 3 (m)
0,227
R
0,252
R
0,252
h2
0,060
h4
0,080
Dcpt 2 (m)
0,232
Dcpt 4 (m)
0,226
6.ERROR ENTRE Dcpt - Dcpe Dcpe 1 (m)
0,24
Dcpe 2 (m)
0,23
Dcpt 1 (m)
0,24
Dcpt 2 (m)
0,23
E% 1
0,28
E% 2
0,34
Dcpe 3 (m)
0,23
Dcpe 4 (m)
0,23
Dcpt 3 (m)
0,23
Dcpt 4 (m)
0,23
E% 3
0,38
E% 4
0,23
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VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 6.1. CONCLUIONES.
La altura de centro de presiones sobre la pared vertical parcialmente sumergido se ubica a Y/3 del nivel de agua sumergido en la pared vertical.
La altura al centro de presiones se ubica por debajo de la fuerza resultante.
6.2. RECOMENDACIONES.
Al realizar el experimento, tomar los datos minuciosamente de las respectivas observaciones y medidas que se desean tomar ya que son importantes a la hora de proceder a realizar el informe.
Para obtener datos más precisos, antes de iniciar el ensayo se debe nivelar y calibrar el equipo de manera correcta, para así disminuir el margen de error.
A la hora de medir la altura se debe de colocar la mirada al mismo nivel en que esta el agua para dar una medida más acertada.
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VII. PANEL FOTOGRÁFICO
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1. MIDIENDO RADIO DEL CUADRANTE (R)
2. MIDIENDO BASE DEL CUADRANTE (B)
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3. COLOCANDO LA PESA EN EL INICIO DE LA REGLA
4. NIVELANDO EL TUBULAR DEL CUADRANTE
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5. CERRANDO LAS VÁLVULAS DE VACIADO DEL TANQUE
6. LLENANDO CON AGUA EL ESTANQUE, DE MODO QUE SE GENERE UNA FUERZA HIDROSTÁTICA.
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7. MIDIENDO EL VALOR DE h
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8. NIVELANDO CON LA PESA EL EFECTO DE LA FUERZA HIDROSTÁTICA
9. MIDIENDO EL VALOR DEL BRAZO DE LA PESA
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