LABORATORIO PUNTOS DE PRESION (Autoguardado)

LABORATORIO Nº 6 CENTRO DE PRESION JERSON GONZALES BOLIVAR ANDRES ALPALA PORTILLO ALVARO SEBASTIAN VALENCIA ROMO FERNANDO VELASQUEZ EDISSON EGAS Estudiantes de segundo Semestre del Programa Ingeniería Ambiental Universidad de Nariño, San Juan de Pasto, Colombia 17de Septiembre de 2014 INTRODUCCIÓN En el estudio del diseño de obras de ingeniería es importante tener en cuenta el comportamiento de los fluidos estáticos sobre las superficies de los recipientes que los contienen para lograr que estos sean lo suficientemente fuertes para contener un fluido en el caso de que sea una obra de gran envergadura tal como un embalse o depósitos de agua. Para este laboratorio se determinara la fuerza del agua sobre la superficie triangular y rectangular de dos toroides sumergidos en diferentes cantidades de agua. Con ello se reforzara la temática vista en clase y las destrezas en el manejo de equipos del laboratorio. OBJETIVOS - Determinar la fuerza de presión hidrostática ejercida por el agua sobre dos superficies sumergidas a diferentes profundidades. - Calcular el centro de gravedad y centro de presión de dichas superficies teniendo en cuenta la profundidad del agua en los distintos ensayos. - Realizar las respectivas comparaciones de dicha fuerza con las medidas de peso colocadas como contrapeso para nivelar el sistema de medida. FUNDAMENTO TEORICO FUERZA HIDROSTATICA DESCRIPCION DE APARATOS Y EQUIPOS Para este laboratorio fue necesario hacer uso de un montaje que constaba de un toroide con una superficie plana el cual estaba sujetado a un brazo móvil anclado a un tanque. En uno de sus extremos se colocó una balanza sobre la cual se colocarían los contrapesos; al colocarlos se generaría un desnivel que sería compensado con el llenado de agua en el tanque. Este procedimiento se hizo de tal manera que el líquido hiciera contacto con la cara plana del toroide y se adicionaba hasta el punto de equilibrar el brazo móvil con el contrapeso adicionado. El montaje contaba además con una regla a fin de medir la altura del agua adicionada para equilibrar el contrapeso. DESARROLLO DEL EXPERIMENTO La descripción del anterior montaje se puede comprender mejor si se observa la figura N° 1. Los toroides usados en el montaje tenían caras planas con formas triangular y cuadrara respectivamente. FIG.1 Se procedió a colocar los pesos en la balanza y se llenó el recipiente con agua hasta que el sistema llegara a un punto de equilibrio en diferentes ensayos. En cada uno de ellos se registraron los datos de peso y altura del agua en el punto de equilibrio. PRESENTACION DE RESUTADOS SECCION TRIANGULAR Base (B): 11 cm Radio toroide: 20,5 cm Altura (H): 10 cm Distancia (Z): 30,5 cm N° ensayo Peso (gr) Altura (cm) Ft (gr) F exp (gr) % E (%) Ycp (cm) Y exp (cm) % E (%) 1 8,2 3,9 10,84 13.48 24.3 1,95 17,32 88.74 2 24,6 5,9 37,56 42.75 15.9 2,94 17,20 82.4 3 49,2 7,5 77,08 89.58 16.2 3,75 16,60 77.4 4 69,2 8,5 112,24 129,88 15.7 4,24 16,15 73.7 5 109,2 10,1 188,84 215,57 14.51 5,04 15,62 67.7 FUERZA DE PRESIÓN HIDROSTATICA TEORICA ENSAYO 1 ÁREA DEL TRIANGULO ENSAYO 2 ÁREA DEL TRIANGULO ENSAYO 3 ÁREA DEL TRIANGULO ENSAYO 4 ÁREA DEL TRIANGULO ENSAYO 5 ÁREA DEL TRIANGULO FUERZA DE PRESIÓN HIDROSTATCA EXPERIMENTAL ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5  PROFUNDIDAD DEL CENTRO DE PRESION ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5 CENTRO DE PRESION EXPERIMENTAL ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5 SECCION RECTANGULAR Base (B): 7 cm Radio toroide (R): 21,5 cm Altura (H): 10 cm Distancia (Z): 30,5 cm N° ensayo Peso (gr) Altura (cm) Ft (gr) F exp (gr) % E (%) Ycp (cm) Y exp (cm) % E (%) 1 24,6 2,6 23,60 37,35 36,81 1,73 19,58 91,16 2 44,6 3,9 53,12 67,34 21,11 2,6 19,93 86,95 3 84,6 5,7 113,47 131,64 13,80 3,8 19,48 80,49 4 137,6 7,5 196,63 220,88 10,97 5 18,93 73,58 5 217,1 9,8 335,42 453,31 26,0 6,53 14,58 55,21 FUERZA DE PRESIÓN HIDROSTATICA TEORICA ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5 FUERZA DE PRESION EXPERIMENTAL ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5 DETERMINACION DEL CENTRO DE PRESION TEORICA ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5 CENTRO DE PRESION EXPERIMENTAL ENSAYO 1 ENSAYO 2 ENSAYO 3 ENSAYO 4 ENSAYO 5 ANALISIS DE RESULTADOS La fuerza hidrostática experimental experimento una variación que no supero el 30% de error en todos los ensayos hechos con el toroide de superficie triangular y rectangular, esta variación puede haber estado relacionada con la fuerza adicional generada por las superficies curvas del toroide que estuvieron sumergidas durante los ensayos, por esta razón era necesario colocar más peso en la balanza para igualar el la fuerza hidrostática del toroide. Hubiese sido probable evitar el error si solo se tuviera la cara triangular o rectangular unida a un alambre de acero que estuviese conectado al brazo del sistema. La fuerza experimentada en la base triangular fue menor que la de la cara rectangular, la explicación es que es necesario aplicar más fuerza por unidad de área en la cara rectangular que en la triangular, con ello se refuerza el concepto de presión que se vio en la clase. Respecto a la determinación de los puntos de presión se presenta una variación muy grande al hacer la comparación con los datos teóricos, el porcentaje de error supera el 90%. Como se apreció en la tabla el centro de presión excede la distancia de la figura e incluso la profundidad del recipiente. Posiblemente el factor (W*Z) debe ser revisado en el planteamiento de la formula puesto que es causa de registro de valores tan altos en el centro de presión experimental. Cabe agregar que en todas las mediciones se presentan variaciones pequeñas debido a los errores provocados por la precisión de la instrumentación y durante la medición de distancias y pesos en los ensayos. CONCLUSIONES La fuerza de presión hidrostática puede ser de gran ayuda para el cierre de compuertas o de llaves de forma automática cuando el agua llega a determinada altura sobre una superficie plana. La fuerza de presión hidrostática varia de forma significativa con las medidas experimentales; esta diferencia puede deberse a presiones ejercidas sobre las otras paredes del toroide de prueba. El factor de cálculo de la distancia del centro de presión necesita ser puesta en revisión puesto que las variaciones encontradas respecto del centro de presión teórico son excesivamente altas.