UNIVERSIDAD JOS CARLOS MARITEGUI

INGENIERIA MECNICA ELCTRICA

Trabajo N 3 :

FUERZAS HIDROSTARICAS SOBRE LAS SUPERFICIES

CURSO LINEAS DE TRANSMISION

Universidad Jos Carlos Maritegui

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Mecnica Elctrica

TEMA

FUERZAS HIDROSTATICA SOBRE SUPERFICIES

OBJETIVOS ESPECFICOS

Fuerza ejercida por un lquido sobre un rea plana

Fuerza ejercida por un lquido sobre una superficie curva

Gestin del Talento Humano

DRA.YRMA RODRIGUEZ HERNANDEZ

Elaborado por:

Yuler Antonio Eugenio Mamani

DEDICATORIA

Dedico este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formacin profesional. A mi madre, por ser el pilar ms importante y por demostrarme siempre su cario y apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias de opiniones. A mi padre, a pesar de nuestra distancia fsica, siento que ests conmigo siempre y aunque nos faltaron muchas cosas por vivir juntos, s que este momento hubiera sido tan especial para ti como lo es para m.

INDICE

INDICE3

I.OBJETIVOS.1

1.1.GENERALIDADES.1

1.2.ESPECIFICACIONES.1

II.INTRODUCCIN.2

III.FUNDAMENTOS TEORICOS.3

3.1.Ubicacin.3

3.2.Descripcin.3

3.3.Ubicacin del rio moquegua.3

3.4.Caractersticas climatolgicas.4

3.5.Ecologa.4

3.6.Caractersticas edafolgicas generales.4

3.7.CAPACIDAD DE USO MAYOR.4

3.8.Anlisis regional.4

3.9.Sectores de uso.7

3.10.Problemtica.8

IV.INGENIERIA DE TRABAJO.10

4.1.EVALUACIN DE RESERVAS EXPLOTABLES.10

4.2.POBLACIN Y DENSIDAD POBLACIONAL10

V.ANAILISIS ECONOMICO.12

5.1.SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO12

5.2.Presupuesto12

VI.CONCLUCIONES.14

VII.CUESTIONARIO.15

VIII.BIBLIOGRAFIA.17

Ley de Recursos Hdricos y su Reglamento.17

UNIVERSIDAD JOS CARLOS MARITEGUI

INGENIERIA MECNICA ELCTRICA

TRABAJO :

HIDROSTATICA

CURSO CENTRALES ELECTRICAS

I. INTRODUCCION.

En la actualidad el ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder disear satisfactoriamente las estructuras que los contienen. Es por eso la importancia de aprender y saber las diferentes caractersticas delos fluidos sobre las distintas superficies, en este caso, las superficies planas.

Un fluido es un estado de la materia en el que la forma de los cuerpos no es constante y es esttico si todas y cada una de sus partculas se encuentran en reposo o tienen una velocidad constante con respecto a un punto de referencia inercial, de aqu que la esttica de fluidos cuente con las herramientas para estudiarlos, con la certeza de que en este caso no tendremos esfuerzos cortantes y que manejaremos solo distribuciones escalares de presin, lo cual es el objetivo principal. Esta distribucin de presiones a lo largo de toda el rea finita puede reemplazarse convenientemente por una sola fuerza resultante, con ubicacin en un punto especfico de dicha rea, el cual es otro punto que le corresponde cuantificar a la esttica de fluidos.

II. OBJETIVO:

2.1. OBJETIVOS GENERALES

Anlisis prctico-terico de las fuerzas hidrostticas sobre una superficie plana sumergida en un fluido incompresible en reposo.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Anlisis cualitativo de las fuerzas ejercidas por el fluido sobre la superficie plana sumergida.

Determinacin prctica de la fuerza de presin ejercida sobre la superficie y su ubicacin.

Determinacin terica de la fuerza de presin y la ubicacin dentro de la superficie sumergida.

III. JUSTIFICACION:

El principio descubierto por Arqumedes , que hoy lleva su nombre , expresa que la fuerza con la cual u liquido empuja un cuerpo sumergido es igual al peso del lquido desplazado por el cuerpo, es decir , Arqumedes noto que existe una fuerza denominada empuje hidrosttico , que obra sobre los cuerpos sumergidos en los fluidos , en direccin contraria al peso de ellos..

De lo anterior se comprende que un cuerpo flota en un fluido si el empuje s igual al peso del cuerpo. Un braco puede flotar porque el empuje hidrosttico que recibe del agua, ocasionado por el volumen desplazado por el casco de la nave es igual a su peso.

IV. MARCO TEORICO.

4.1. PRESION:

En mecnica, fuerza por unidad de superficie que ejerce un lquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presin suele medirse en atmsferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presin se expresa en Newton por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un Pascal (Pa).Sin embargo en la prctica, se expresa con frecuencia la presin en altura equivalente de columna de un lquido determinado: por ejemplo en metros de columna de agua, en milmetros de columna de mercurio, etc. Dimensionalmente la presin no es igual a una longitud, sino es igual a una fuerza partida por una superficie. Por eso en el Sistema Internacional de Unidades las alturas como unidades de presin han sido abolidas aunque no hay dificultad en seguir utilizndose como alturas equivalentes.

FIG. 1. PRESION SOBRE UN CUERPO

4.2. ESTATICA DE FLUIDOS:

UN fluido se define como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que est sometida a un esfuerzo cortante, sin importar que tan pequeo sea, el fluido para que se considere esttico, todas sus partculas deben permanecer en reposo o mantener la misma velocidad constante respecto a un sistema de referencia inercial.

Al considerar los lquidos, estos presentan cambios muy pequeos en su densidad a pesar de estar sometidos a grandes presiones, el fluido se denomina incomprensible y se supone que si densidad en constante para efecto de los clculos.

FIG-2. ESTATICA DE FUIDOS

4.3. FUERZA HIDROSTTICA:

Una vez determinada la manera en que la presin vara en un fluido en estado esttico podemos indagar la fuerza sobre una superficie sumergida, provocada por la distribucin de presin, en un lquido en equilibrio esttico. Esto implica que debemos especificar:

L magnitud de la fuerza

La direccin de la fuerza

La lnea de accin de la fuerza resultante

Para este estudio consideremos por separado las superficies planadas como las curvas.

FIG-3. FUERZAS EN DIFERENTES AREAS

Para calcular una fuerza hidrosttica sobre un cuerpo hay que tener en cuenta el rea de ese cuerpo y la distribucin de presiones sobre esa rea. Esta fuerza hidrosttica (normal a la superficie) ser una fuerza total/resultante (o equivalente), que ser representativa de la distribucin de presin (y por lo tanto de fuerzas) sobre ese cuerpo.

FIG-4. FUERZA RESULTANTE

4.4. SUPERFICIES HORIZONTALES:

Es el caso ms simple para calcular la fuerza provocada por la presin hidrosttica, ya que como la profundidad (h) es constante sobre toda la superficie horizontal, la presin tambin lo ser:

El sentido de F ser perpendicular a la superficie, y el punto de aplicacin, puesto que una superficie horizontal no gira, ser el Centro

De Gravedad (CDG) de la superficie.

FIG-8. FUERZA SOBRE UNA SUPERCIE PLANA

4.5. SUPERFICIES HORIZONTALES

Una superficie plana en una posicin horizontal en un fluido en reposo est sujeta a una presin constante. La magnitud de la fuerza que acta sobre la superficie es:

Fp= p dA = p dA = Pa

Todas las fuerzas elementales pdA que actan sobre A son paralelas y tienen el mismo sentido. Por consiguiente, la suma escalar de todos estos elementos es la magnitud de la fuerza resultante.

FIG-9. FUERZAS HORIZONTALES

Su direccin es perpendicular a la superficie y hacia esta si p es positiva. Para encontrar la lnea de accin de la resultante, es decir, el punto en el rea donde el momento de la fuerza distribuida alrededor de cualquier eje a travs del punto es 0, se seleccionan arbitrariamente los ejes xy, tal como se muestra en la figura.9.

Puesto que el momento de la resultante debe ser igual al momento del sistema de fuerzas distribuidas alrededor de cualquier eje, por ejemplo el eje y.

pAx = Axp dA

Donde x es la distancia desde el eje y hasta la resultante. Como p es constante

x= 1/A Ax dA = xg

En la cual x g es la distancia al centroide del rea. Por consiguiente, para un rea horizontal sujeta a una presin esttica, la resultante pasa a travs del centroide del rea

4.6. SUPERFICIES VERTICALES

En las superficies verticales, la presin hidrosttica no es constante, sino que vara con la profundidad h:

FIG-10. SUPERFICIES VERTICALES

Para calcular la fuerza hidrosttica equivalente hay integrar los diferentes valores de la presin hidrosttica a lo largo de todo el rea de la superficie vertical.

Qu significado fsico tiene esta frmula? En la figura se ve que la presin en el CDG (PCDG= g hCDG) es la presin promedio sobre la superficie vertical. Es lgico que multiplicando la presin promedio por el rea A se obtenga el mdulo de la fuerza total equivalente ejercida por la presin hidrosttica sobre la superficie.

FIG-11. PERSION POMEDIO SOBRE LA SUPERFICIE VERTICAL

4.7. SUPERFICIES PLANAS INCLINADAS

En la figura 2 se indica una superficie plana por la lnea AB. Esta se encuentra inclinada un ngulo desde la horizontal. La interseccin del plano del rea y la superficie libre se toma como el eje x.

El eje y se toma como el plano del rea, con el origen O, tal como se muestra en la superficie libre. El rea inclinada arbitraria est en el plano xy . Lo que se busca es la magnitud, direccin y lnea de accin de la fuerza resultante debida al lquido que acta sobre un lado del rea.

FIG-12. SUPERFICIES INCLINADAS

La magnitud de la fuerza F que acta sobre un electo con un rea a en forma de banda con espesor y con sus bordes largos horizontales es:

F = p A = h A=y sen A

Debido a que todas estas fuerzas elementales son paralelas, la integral sobre el rea es la magnitud de la fuerza F, que acta sobre un lado del rea.

F = ApdA = sen ydA = sen y A = hA = pGA

Con la relaciones tomadas de la figura ysen =hy pG=h la presin en el centroide del rea. En palabras, la magnitud de la fuerzas ejercida en uno de los lados del rea plana sumergida en un lquido es el producto del rea por la presin en su centroide. En esta forma se debe notar que la presencia de una superficie libre no es necesaria. Para determinar la presin en el centroide cualquier medio se puede utilizar.

RESUMEN:

FIG-13. DIFERENCIAS ENTRE SUPERFICIES.

4.8. SUPERFICIES CURVAS.

La fuerza resultante de la presin sobre superficies curvas sumergidas no puede calcularse con las ecuaciones desarrolladas para la fuerza de la presin sobre superficies planas sumergidas, debido a las variaciones en direccin de la fuerza de la presin. Sin embargo la fuerza resultante de la presin puede calcularse determinando sus componentes horizontales y combinndolos verticalmente.

FIG-14. SUPERFICIES CURVOS

La componente horizontal es la fuerza hidrosttica que acta sobre la proyeccin vertical

La componente vertical es la fuerza hidrosttica que acta sobre la proyeccin horizontal ms el peso del fluido contenido en el volumen

FIG-15. DESCRIPCION DE LAS ACTUANTES EN SUPERFICIES CURVOS

CALCULO DE LA FUERZA HORIZONTAL:

Determinar el rea proyectada horizontalmente A

Determinar la distancia desde el centroide hasta la superficie libre Hc

Calcular la presin promedio en el centroide Ppromedio = PO + PGHC

Calcular la fuerza horizontal FH = Ppromedio * A

Calcular yc, YC =

CALCULO DE FUERZA VERTICAL.

Fv = Fy + w

Fy = Ppromedio * Ahorizontal

CALCULO DE LA FUERZA RESULTANTE.

FR =

CALCULAR EL ANGULO DE INCLINACIN.

=

V. PROBLEMAS RESUESTOS.

5.1. PROBLEMAS SOBRE COMPUERTAS PLANAS.

1.

5.2. EJERCICIO TIPO DE ACLARACION.

Se propone un ejercicio aplicativo en el campo de la ingeniera como son las presas de concreto.

Con este ejercicio queremos un poco aclarar lo que son las fuerzas y presiones que actan sobre este tipo de estructura.

VI. CONCLUSIONES:

Si un cuerpo est sumergido en agua va a experimentar una fuerza de presin ejercida por el agua esta fuerza debe ser normal y dirigida hacia la superficie del cuerpo.

La fuerza de presin ejercida por el agua sobre una placa sumergida ser proporcional a la profundidad en la que se encuentre.

La fuerza hidrosttica resultante debe ser perpendicular a la superficie

El plano de la superficie sumergida se extiende hasta que interseque el plano de la superficie libre formando un Angulo .

Sobre la superficie actan superpuestas una presin uniforme, causada por la presin atmosfrica en la superficie libre, y una presin que se incrementa uniformemente, debido a la accin de la gravedad sobre el lquido.

No hay esfuerzo cortante

La fuerza superficial en un fluido liquido en reposo varia con la profundidad.

Cuando la superficie del lquido est bajo cierta presin, en este caso la atmosfrica; es necesario convertir esta presin en altura de un fluido, para obtener una extensin horizontal de la presin total de la altura del fluido.

Las fuerzas laterales se eliminan unas con otras

El valor de la fuerza resultante debida a una presin que se incrementa de modo uniforme puede evaluarse con mayor facilidad imaginando que la presin en el centroide acta uniformemente sobre toda el rea y calculndola en consecuencia.

VII. OBSERVACIONES.

Se cumpli el objetivo de la practica, el cual era observar que la superficie libre de un liquido en reposo es siempre horizontal, observar el efecto del flujo sobre la superficie libre as como verificar el principio de Arqumedes.

Respecto a la experimentacin de lasuperficie libre de un liquido estticose puede concluir que al estar eltanquey los tubos comunicantesA,B, yCa la misma presin, esto es a la presin atmosfrica o superficie libre; su nivel de altura del liquido es el mismo, esto lo constatamos al suministrar agua al tanque a cierta elevacin y observar lo sucedido con respecto a los tubos. Por lo que generalizando se concluye quela superficie libre de un liquido esttico es siempre horizontal.

De la segunda parte del experimento se concluye que en el tuboAno subi el agua al existir un vaco en este tubo al estar la vlvula(V5)cerrada; por lo que se ejerci una compresin en el tubo y no dejo que subiera de nivel.

En lo que se refiere a la Seccin delEfecto del flujo sobre la superficie librese concluye que al estar abierta la vlvula que corresponde al tubo y al mantener un flujo constante en el tanque, la desalojacin del agua del tubo ser mayor que la de los tubos siguientes, en este experimento puede observarse una lnea de energa ascendente o descendente.

VIII. CUESTIONARIO.

a. Presin absoluta

b. Presin manomtrica

c. Presin atmosfrica

IX. BIBLIOGRAFIA:

LIBRO ESTATICA WILLIAM F. RILEY - LEROY D. STURGES

MECANICA PARA INGENIEROS- ESTATICA L. MERIAM

ESTATICA DE LOS FLUIDOS I

HTTP://ERIVERA-2001.COM/FILES/FLUIDOS_EN_EQUILIBRIO.PDF

HTTP://WWW.AMF.UJI.ES/TEORIA_TEMA2_910.PDF

CLAUDIO MATAIX."MECNICADE FLUIDOS Y

MQUINAS HIDRULICAS". ED. HARLA

MEXICO 1995.

RONALD V. GILES."MECNICADE LOS FLUIDOS

E HIDRULICA"ED. MC GRAW HILL

MEXICO 1990. SERIE SCHAUM

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