PRÁCTICA No. 2 “Manómetros Diferenciales y Empuje Hidrostático”

Laboratorio de Hidráulica I
Práctica No.2. “Manómetros Diferenciales y Empuje Hidrostático”
PRÁCTICA No. 2
“Manómetros Diferenciales y Empuje Hidrostático”
OBJETIVO: “Calcular la distribución de presiones hidrostáticas y el empuje que actúa
sobre una superficie plana, mediante el uso de manómetros diferenciales”.
INTRODUCCIÓN
La hidrostática es la ciencia que estudia las condiciones de equilibrio de los líquidos en
reposo.
Dispositivos para Medir Presiones hidrostáticas
Las presiones producidas por un líquido en reposo pueden determinarse mediante el
empleo de ciertos dispositivos llamados comúnmente manómetros. Estos elementos
tienen su fundamento en la siguiente ecuación:
P = Pa + Z ⋅ γ
donde,
P : presión de interés (absoluta)
Pa: presión atmosférica ejercida sobre la superficie libre del líquido
Z: profundidad a la cual se desea conocer la presión ejercida por el líquido
γ: peso específico del líquido en estudio
Tipos de Manómetros
•
Manómetros diferenciales (abiertos y cerrados)
•
Manómetros simples (barómetro y tubo piezométrico)
Manómetro diferencial abierto: Es un tubo transparente en forma de U,
parcialmente lleno en la parte inferior, de un líquido más denso que el líquido en estudio
(comúnmente se emplea mercurio). Uno de sus extremos se conecta de manera
perpendicular a la pared en la que se encuentra el fluido confinado, mientras que el otro
extremo puede quedar abierto, en contacto directo con la atmósfera, o colocarse en
algún otro punto de la pared. De esta manera, relacionará la presión existente entre los
dos puntos. Se le denomina manómetro diferencial porque mide las diferencias de las
cargas de presión ejercidas entre sus dos extremos.
Manómetros cerrados: Aparatos comerciales provistos de un sistema mecánico
de aguja y carátula graduada, en la que se leen directamente las presiones.
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Tubo piezométrico: Se utiliza para medir las presiones estáticas moderadas de
un flujo que circula dentro de una tubería. El instrumental está compuesto por un tubo
transparente de diámetro pequeño que se conecta a una tubería por medio de un niple,
mientras su otro extremo se encuentra abierto a la atmósfera. La altura que alcance la
columna del líquido dentro del tubo, multiplicada por el peso específico del fluido,
determinará la presión en la tubería en el punto de contacto en el que se instaló el
piezómetro.
Barómetro: Es un dispositivo empleado para medir la presión atmosférica local.
Consiste en un tubo de vidrio. Tiene un extremo sellado y el otro abierto, el cual debe
encontrarse sumergido dentro de un recipiente con mercurio. La presión atmosférica
ejercida sobre la superficie libre del mercurio contenido en el recipiente, provoca que
éste se eleve dentro del tubo, hasta alcanzar una altura que equilibre la intensidad de la
presión atmosférica del sitio.
A
h1
h2
h3 h4
Fig. 2.1. Manómetro diferencial abierto.
EJEMPLO
Considerando la figura número 2.1, ilustrada previamente, deducir una expresión
algebraica para determinar la presión ejercida por el líquido en reposo sobre el punto A.
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
1. Instalar en el canal de pendiente variable una placa de acrílico con diversos
manómetros diferenciales.
2. Determinar la posición exacta de cada uno de los manómetros.
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3. Verter agua dentro del canal hasta cubrir cada uno de los puntos de medición
de los manómetros.
4. Determinar las alturas de los líquidos necesarias para poder calcular la presión
en cada uno de los puntos analizados.
CONTENIDO DEL REPORTE DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
1. Determinar la presión en cada uno de los puntos analizados.
2. Calcular el empuje causado por la presión hidrostática ejercida sobre la pared,
considerando la presión medida con los manómetros diferenciales.
3. Determinar la posición del empuje causado por la presión.
4. Calcular analíticamente la presión teórica ejercida sobre cada uno de los
puntos en estudio y el empuje total sobre la pared (especificar la ubicación del empuje).
5. Comparar los datos obtenidos con los manómetros diferenciales contra los
calculados analíticamente graficando el comportamiento de los resultados
experimentales y teóricos.
6. Conclusiones de la realización de la práctica, explicando el por qué de las
posibles diferencias entre los datos calculados en laboratorio y los reales.
Fecha de entrega del reporte: el día de la realización de la siguiente práctica.
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