Fuerza Sobre Superficies Sumergidas.docx

Fuerza Sobre Superficies Sumergidas Wilson Garcia Morales, José Iván Salas Ortega Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma del Caribe Barranquilla, Colombia [email protected] [email protected]

II.

Abstract— This report carries out the theme of "Force on Submerged Surfaces". In this report we present the development of the experimental practice carried out in the fluid mechanics laboratory of the autonomous community of the Caribbean, for the application of concepts of great importance in engineering, which is necessary in the water sector for the construction of structures that make contact with fluids; Emphasis is placed on the application of these forces on flat surfaces that are partially or totally submerged. Abstract— Este informe lleva a cabo el tema de “Fuerza Sobre Superficies Sumergidas”. En este informe se da a conocer el desarrollo de la práctica experimental realizada en el laboratorio de mecánica de fluidos de la autónoma del caribe, para la aplicación de conceptos de gran importancia en la ingeniería, el cual es necesario en la rama de aguas para la construcción de estructuras que hagan contacto con fluidos; se hace énfasis en la aplicación de estas fuerzas en superficies planas que se encuentren parcial o totalmente sumergidas.

I.

OBJETIVOS

Demostrar que una superficie inmersa recibe un empuje, llamado empuje hidrostático, que depende del área de la superficie y de la altura de su baricentro.

III.

MARCO TEORICO

Un cuerpo sumergido en un líquido, 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 longitud L y un ancho a. La presión hidrostática es igual a:

P  h

(Ec. 1)

En donde  es el peso específico de líquido y h la distancia vertical a la superficie libre, la presión sobre el líquido varía linealmente con la distancia x.

INTRODUCCIÓN

En muchas situaciones es necesario calcular las fuerzas que actúan 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 diseño o un criterio de evaluación del comportamiento de la pared cuando se le somete a la carga por el fluido.

Figura 1. Placa rectangular sumergida en un líquido.

La fuerza resultante R de las fuerzas ejercidas sobre una cara de la placa es igual al área bajo la curva de presión; la línea de acción de R siempre pasa por el centro de gravedad de dicha área. El área bajo la curva de presión es igual a PE L , en donde PE es la presión en el centro E de la placa. Para calcular el módulo de R de la resultante se puede multiplicar el

área de la placa por la presión en el centro E de la placa. La resultante R sin embargo, no está aplicada en el punto E. Al punto de aplicación p de la resultante R se le conoce con el nombre de centro de presión. Para el cálculo de las fuerzas ejercidas por un líquido sobre una superficie curva de anchura constante no es fácil la determinación de la resultante R por integración directa, sin embargo considerando el cuerpo libre obtenido y separando el volumen de líquido ABD limitado por la superficie curva AB y por las superficies planas AD y DB indicadas en la figura 2. Las fuerzas que actúan sobre el sólido libre ABD son el peso W del volumen de líquido separado, la resultante R1 de las fuerzas ejercidas sobre AD, la resultante R2 de las fuerzas ejercida sobre BD y la resultante de las fuerzas ejercidas por la superficie curva sobre el líquido. Ésta última resultante es igual y opuesta, y está sobre la misma línea de acción de R; siendo por tanto igual a  R . Las fuerzas W , R1 y R2 pueden determinarse a partir de la resolución de las ecuaciones de equilibrio del cuerpo libre. La resultante R de las fuerzas hidrostática ejercida sobre la superficie curva se obtendrá al cambiar el sentido de  R .

V.

PROCEDIMIENTO

VI.

ANÁLISIS

Figura 2. Placa curva sumergida en un líquido. (a) Resultante de las fuerzas hidrostáticas sobre la placa. (b) Diagrama de cuerpo libre del líquido sobre la placa. TABLA I. IV.

EQUIPOS Y MATERIALES

VII.

CONCLUSIÓN

1. Es distinta la presión que experimenta una superficie que está totalmente sumergida, y una que solo tiene parte de ella. 2. Las superficies sumergidas en un fluido experimentan una fuerza que depende del área de estas, de la densidad del fluido y de la altura o profundidad a la que se encuentran en el fluido. 3. La fuerza sobre una superficie, depende también del ángulo de esta respecto de la superficie libre de presión constante del fluido en el que se encuentra inmerso. 4. El fluido en reposo presenta niveles de presión, debido a su propio peso, que varía obviamente de acuerdo a la cantidad de fluido por encima de este, o por consiguiente de la profundidad de cada uno de estos niveles. 5. La característica principal que permite estas relaciones en un fluido, es que sea un líquido, dada su altísima resistencia a ser comprensibles. 6. La característica de los “niveles” de presión se mantiene aun cuando el contenedor del líquido se encuentre acelerado, siempre estando relacionada la distancia d la superficie libre al punto en que hacemos el análisis.

Bibliografía [1] HANSEN G, Arthur. Mecánica de fluidos. Mexico : Limusa-Willey S.A, 1971. 575p.

[2] ISAZA JARAMILLO, Alberto. Guía de laboratorio para el curso de hidráulica. Bogotá : Universidad de los Andes, Facultad de ingeniería civil. 1986.

[3] MATIX, Claudio. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. New York :Harner & Row plublishers, 1970. 580p.