ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO

CARRERA DE INGENIERIA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACION

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL

CARRERA DE INGENIERIA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN

MECNICA DE FLUIDOS

6 CICLO DE ESTUDIO.PLANIFICADOR: ING. VICTOR PEREZALUMNO: WILLIAN LAGUAFECHA: 07/01/2015TEMA: FUERZAS EN SUPERFICIES PLANAS INCLINADAS Y CURVAS

AMBATO ECUADOR

2015TEMA: FUERZAS EN SUPERFICIES PLANAS INCLINADAS Y CURVAS 1. OBJETIVOS:

Objetivos Generales Investigar de forma clara y prctico-terico de las fuerzas hidrostticas sobre una superficie plana sumergida y curva en un fluido incompresible en reposo.

Objetivos Especficos 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 las fuerzas planas, inclinadas y curvas mediante la solucin de ejercicios.2. 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.

3. MARCO TEORICO

Fuerzas sobre superficies planas

Las fuerzas que actan sobre superficies sumergidas son paralelas y su resultante se aplica sobre un punto llamado centro de presin

La presin que acta sobre un punto cualquiera viene dada por:

Donde

Po representa la presin sobre la superficie libre. h es la altura vertical medida desde la superficie libre.

En caso que la superficie no est vertical, h viene dada por h=ysen2, por lo que: SUPERFICIES VERTICALES

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

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.

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.

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.

F = p A = h A=y sen A

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 ADebido 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 y sen =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. 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.

Cuando la superficie est en contacto con varios fluidos se trata de manera independiente la zona afectada por cada fluido.

1.- Calculo de la fuerza horizontal:Determinar el rea proyectada horizontalmente ADeterminar la distancia desde el centroide hasta la superficie libre HcCalcular la presin promedio en el centroide Ppromedio = PO + PGHCCalcular la fuerza horizontal FH = Ppromedio * ACalcular yc, YC = 2.- Calculo de fuerza vertical.

Fv = Fy + w

Fy = Ppromedio * Ahorizontal3.- Calculo de la fuerza resultante

FR = 4.- Calcular el Angulo de inclinacin

= RESUMEN:

EJEMPLOS:

Fuerzas sobre superficies planas (ejercicio)

Fuerzas sobre superficies curvas (ejercicio)

Fuerzas sobre superficies inclinadas (ejercicio)

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 superficial en un fluido liquido en reposo varia con la profundidad.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.PDFFig. 1 diseo de superficies que contendrn fluidos

Estructura del tema

Fuerzas sobre superficies planas

Fuerzas sobre superficies curvas

Caso general

Caso general

Compuerta rectangular

Compuerta cilndrica

Qu significado fsico tiene esta frmula?

Fig. 2 superficie plana por la lnea AB

Para determinar la fuerza sobre una superficie curva se descompone la fuerza en sus componentes vertical y horizontal

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

Ing. IndustrialPg. 4