Este documento describe un experimento para medir la presión hidrostática y determinar la densidad de líquidos usando una balanza hidrostática. El experimento involucra calibrar primero la balanza con agua destilada como líquido patrón y luego usarla para medir la densidad de un líquido problema. Los resultados incluyen la densidad medida del líquido problema y un cálculo de errores basado en las incertidumbres de las mediciones.
1. FACULTADDE INGENIERIA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE
INGENIERIA CIVIL
INFORME
MECANICA DE FLUIDOS
“APARATO DE PRESIÓN
HIDROSTATICA”
Autores:
Chamoly Urtecho Jezer Daniel
Asesor:
Juana M. Lavado
MOYOBAMBA-PERU
2017
3. I. INTRODUCCIÓN
La inmensa mayoría de los materiales presentes en la Tierra se encuentran en
estado fluido, ya sea en forma de líquidos o de gases. No sólo aparecen en
dicho estado las sustancias que componen la atmósfera y la hidrosfera
(océanos, mares, aguas continentales), sino también buena parte del interior
terrestre. Por ello, el estudio de las presiones y propiedades hidrostáticas e
hidrodinámicas tiene gran valor en el marco del conocimiento del planeta.
El módulo para estudiar presión hidrostática, complementario del Banco
Hidráulico de Servicios Comunes, ha sido diseñado para determinar el empuje
estático ejercido por un fluido sobreun cuerpo sumergido y contrastarlo con
las predicciones teóricas habituales.
4. ll. RESUMEN
El peso de los líquidos en reposo provoca una presión conocida como presión
hidrostáticao también como presión gravitacional. Esta presión actúa en
todas las superficies que están en contacto con el líquido, ejerciendo una
fuerza proporcionalal tamaño de la superficie.
El efecto de la presión hidrostáticaes de gran importancia en muchas áreas
de la ingeniería: en la construcción naval, ingeniería hidráulica (al realizar el
dimensionado de esclusas y vertederos) o también en la ingeniería de
edificios y sanitaria.
El equipo de ensayo HM 150.05 ofreceensayos típicos para analizar la
presión hidrostáticaen líquidos en reposo. El efecto de la presión
hidrostáticadel agua puede representarsevisualmentecon distintos niveles
de agua y ángulos de inclinación.
El equipo de ensayo consta de un depósito de agua transparentee inclinable
con una escala para determinar el volumen. El ángulo de inclinación del
depósito de agua se ajusta mediante otra escala. El equipo se tara mediante
un brazo de palanca con ayuda de diversos pesos, determinando la fuerza de
compresión.
5. lll. OBJETIVOS
- Medir las fuerzas deempuje que se ejercen sobrelas superficies que se
encuentran en contacto con algún.
- Determinar la densidad de un l´ıquido problema mediante la balanza
hidrostatica.
6. IV. MARCO TEORICO
LOS FLUIDOS
PROPIEDADES DEFLUIDOS
Los gases y los líquidos comparten algunas propiedades comunes. Sin
embargo, entre estas dos clases de fluidos existen también notables
diferencias:
Los gases tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los
contiene, mientras que los líquidos adoptan la forma de éste pero no
ocupan la totalidad del volumen.
Los gases son compresibles, por lo que su volumen y densidad varían según
la presión; los líquidos tienen volumen y densidad constantes para una
cierta temperatura (son incompresibles).
Las moléculas de los gases no interaccionan físicamente entre sí, al
contrario que las de los líquidos; el principal efecto de esta interacción es
la viscosidad.
PRESION HIDROSTATICA
PRINCIO DE PASCAL PRENSA HIDRAULICA
En un fluido en equilibrio, la presión ejercida en cualquiera de sus puntos se
transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Esta ley,
denominada Principio de Pascal, tiene múltiples aplicaciones prácticas y
constituyela baseteórica de la prensahidráulica.
Esquema de una prensa hidráulica: un recipiente relleno de líquido con dos
émbolos de distinta superficie.
Al aplicar una fuerza F1 sobre el primer émbolo, se genera una presión en el
fluido quese transmitehacia el segundo émbolo, donde seobtiene una fuerza
F2. Como la presión es igual al cociente entre la fuerza y la superficie, se tiene
que:
7. Como S2 > S1, la fuerza obtenida en el segundo émbolo es mayor que la que
se ejerce en el primero. Por ello, con una prensa hidráulica es posible alzar
grandes pesos aplicando fuerzas pequeñas o moderadas.
EMPUJE DE LOS CUERPOS SUMERGIDOS
La presiónqueejerce unfluido sobrelasparedes delrecipiente que lo contiene
y la frontera de los cuerpos sumergidos en él produce en éstos una fuerza
ascensionalllamada empuje.
Por tanto, en un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas de
sentido contrario: el peso descendente y el empuje
ascendente.
Si el empuje es mayor que el peso, el cuerpo sale a flote;
en caso contrario, sehunde.
PRINCIPIO DEARQUIMIDES
Todo cuerpo completamente sumergido desaloja un volumen de fluido igual a
su propio volumen. En condiciones de equilibrio, un cuerpo sumergido en un
fluido experimenta una fuerza de empuje vertical ascendente que es igual al
volumen de líquido desalojado. Este enunciado se conoce como Principiode
Arquímedes, y seexpresa como:
donde rf es la densidad del fluido, Vc el volumen del líquido desalojado
(volumen de cuerpo sumergido) y g la gravedad.
8. V. METODO EXPERIMENTAL
Con el fin de calibrar la balanza hidrostática, proceda como sigue. Cuelgue el
inmerso del platillo corto, teniendo buen cuidado durante su manipulación, ´
dada su fragilidad, y asegurándosequeestá perfectamente seco, utilizando
para ello papel de filtro. A continuación, proceda a equilibrar la balanza,
añadiendo taras en el platillo largo. Con este fin, utilice tuercas, tornillos y
alambres finos, procurando no utilizar las pesas propias de la balanza. Lo que
se está´ llevando a cabo es equilibrar la balanza hidrostática, ´ compensando
el peso del inmerso con la tara.
Una vez se ha equilibrado la balanza (determinación del cero), vierta una
cantidad suficiente de líquido patrón, ´ que en este caso es agua destilada, en
un recipiente. Sumerja el inmerso, procurando quetodo el´ este´ sumergido,
así como una pequeña porción del hilo fino que lo sujeta. Procureque el
inmerso no toque en el fondo ni en las paredes del recipiente, asícomo que
no queden adheridas burbujas deaire en el inmerso. Al introducir el inmerso
en el líquido, la balanza se desequilibra. Para restablecer el equilibrio, añada
pesas en el platillo corto, utilizando para ello las pesas propias de la balanza.
Es importante recordar queestas pesas no deben tocarsecon los dedos,
puesto que el sudor, grasa o suciedad se adhieren fácilmente a ellas,
haciendo imprecisa la medición. Con este fin, se utilizaran las pinzas que se
suministran en la caja de pesas.
9. Puesto que la balanza se hallaba en equilibrio antes de introducir el inmerso,
se puede establecer la siguiente igualdad:
ρpgV = mpg
Donde ρp es la densidad del líquido patrón, V es el volumen del inmerso y
mp es la masa de las pesas añadidas para restablecer el equilibrio.
Con gran cuidado, extraiga el inmerso y séquelo bien con un papel de filtro.
Vacié el contenido del recipiente en su botella, séquelo bien y vierta una
cantidad similar de líquido problema en el recipiente.
VI. RESULTADOS
Determine la densidad del líquido problema y lleve a cabo un cálculo de
errores. Para ello, estime el error en mp y mx como la pesa más pequeña del
juego que no altera significativamente el equilibrio. El error en la densidad
del agua, hallada en las tablas, se tomara´ como la última cifra significativa.
Anote la temperatura del laboratorio a la cual se ha llevado a cabo la
experiencia.
10. VII. CONCLUSIÓN
Un cuadrante está montado sobreun brazo de balanza asentado sobrefilos
de cuchilla. Los filos coinciden con el centro del arco del cuadrante. Por lo
tanto, de todas las fuerzas hidrostáticas queactúan sobreel cuadrante
cuando éste está sumergido, la única que genera un momento sobreel eje de
apoyo, es ejercida sobrela cara rectangular del corte, ya que el brazo de
palanca de las demás es nulo por ser éstas radiales.
El peso del cuadrantecuenta con un contrapeso de posición ajustable y un
platillo al que se le agregan las pesas para compensar el empuje del líquido.
Este conjunto va montado sobreun tanque acrílico que puede ser nivelado
mediante patas roscadas. Elalineamiento correcto está indicado por un nivel
de burbuja circular montado sobrela base del tanque.
Un indicador fijado en un lado del tanque muestra cuando el brazo está
equilibrado en posición horizontal. El agua entra por la parte superior del
tanque mediante un tubo flexible y puede vaciarsea través de una válvula
fijada en un costado.
Una escala situada en el lateral del cuadranteindica el nivel de agua.
