presión hidrostática monografía final

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Asignatura:

MECÁNICA DE FLUIDOS I

TEMA

PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Sección : 35E

Integrantes del grupo : Chilet Silva, Miguel Ángel

Noel Vargas, Jonatan

Rojas García, Diego

Torres Madrid, Estefany

Valverde Portocarrero, Melissa

Profesor: Ing. Martin F. Chumpitaz Camarena

Lima, Perú

2015

Mecánica de Fluidos Presión hidrostática 2015-I

PRESIÓN HIDROSTÁTICA

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DEDICATORIA

El presente trabajo lo dedicamos en primer lugar a Dios por ser nuestro guía espiritual, a nuestros padres por estar con nosotros en los buenos y malos momentos brindándonos su apoyo incondicional, también a nuestro querido profesor que con su dedicación, paciencia, esmero y profesionalismo nos dirigió durante todo este trayecto con el objeto de enseñarnos e instruirnos para nuestro futuro y ser buenos profesionales.

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AGRADECIMIENTO

Durante todo este tiempo en el que estuvimos haciendo el trabajo con dedicación, nos dimos cuenta que en esos momentos de caída, estuvieron ahí nuestros padres y amigos quienes nos dieron aliento para seguir adelante, por eso les agradecemos todo el apoyo brindado.

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INDICE

“PRESIÓN HIDROSTÁTICA”

Dedicatoria 3 Agradecimientos 4 Introducción 7

CAPITULO1

Marco teórico

- Definición 9- Objetivo 9- Fluidos 10- Principio de Pascal 10

CAPITULO2

CÁLCULO DE PRESIÓN 12

CAPITULO 3

Aplicaciones: Brazo hidráulico, robot hidráulico 14

CAPITULO 4

Conclusiones 21

Recomendaciones 21

Bibliografía 22

ANEXOS 23

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INTRODUCCION

Según la física, la materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, todo aquello observable que tiene una cantidad de energía y cambia o se deforma con el paso del tiempo. Esta se puede clasificar en tres estados: Sólido, líquido o gaseoso. Cualquier cosa que observemos a nuestro alrededor la encontraremos en uno de estos estados, y hasta en algunos casos se encontrarán en un nuevo estado.

Sin embargo, centrándonos en estas tres fases de la materia, nos damos cuenta que existe una diferencia entre ellas que se puede apreciar a simple vista. La materia en estad sólido no cambia su forma (al menos no visiblemente) ante una fuerza externa mientras que por otro lado, la materia que se encuentra en estado líquido o gaseoso cambia su forma según las fuerzas externas que estén presentes. Visto de otra forma, la materia en estado líquido o gaseoso adopta su forma según el recipiente que lo contenga, cambia su forma para adaptarse a su recipiente, mientras que la materia en estado sólido no lo hace.

De esta forma, podemos definir a la materia que se encuentre en estado líquido o gaseoso como fluidos. Visto así, la materia se puede clasificar en sólidos y fluidos. Un fluido es una sustancia que como lo indica su nombre, tiene la capacidad de fluir, es una sustancia que carece de elasticidad y puede adoptar cualquier forma. Un fluido puede definirse como un conjunto de moléculas distribuidas al azar, unidas a través de fuerzas cohesivas débiles además de las fuerzas ejercidas por las paredes del recipiente que lo contiene. Mientras que los gases tienden a cambiar su forma expandiéndose según el recipiente que los contengan, los líquidos lo hacen quedándose en la parte inferior del recipiente.

Los fluidos tienen distintos comportamientos en el ambiente, por lo tanto existen diversas ramas de la hidrología que se dedican al estudio de todos estos comportamientos. Una de estas ramas es la hidrostática, la cual se dedica al estudio del comportamiento de los fluidos en condiciones de equilibrio.

Se sabe que los fluidos, al adoptar la forma del recipiente que los contiene, ejercen fuerza sobre estos. La fuerza ejercida es proyectada en todas direcciones, y también sobre cualquier objeto que se sumerja en el fluido. Esta fuerza puede ser denominada como presión, por lo tanto la fuerza ejercida sobre los objetos sumergidos en el fluido es lo que denominamos presión hidrostática.

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La presión hidrostática es de suma importancia y sus aplicaciones se pueden apreciar en la vida cotidiana, como se explicara más adelante, se puede apreciar en diversas formas que comúnmente pasan desapercibidas.

El presente informe tratará tanto de las aplicaciones de la presión hidrostática como de algunos principios como los de pascal o Arquímedes, además de ciertos fenómenos como el empuje hidrostático, el centro de presiones, entre otros.

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CAPITULO 1

DEFINICIÓN

La presión hidrostática es la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido, como esta presión se debe al peso del líquido, esta

presión depende de la densidad ( ), la gravedad ( ) y la profundidad (h) del el

lugar donde medimos la presión (P) . Si usas las Unidades del

Sistema Internacional la Presión estará en Pascales( ),la densidad en

Kilogramo sobre metro cubico( ), la gravedad en metro sobre segundo al

cuadrado ( ) y la profundidad en metro (m), si nos damos cuenta (

) al sumergir un vaso boca abajo en el agua lo sumerges

con todo y el aire que contiene desde que está afuera, puesto que el aire siempre es empujado hacia arriba por ser menos denso que el agua, al encontrarse con las paredes del vaso y una fuerza introduciendo el vaso, no le queda más que mantenerse en el vaso, por lo tanto el agua no puede entrar al espacio que está siendo ocupado por el aire.

OBJETIVOS

Demostrar y ejemplificar las propiedades de los fluidos, asi como el principio de Pascal, mediante la creación de dos prototipos que serán explicados en el presente informe.

Explicar el proceso de fabricación de un manómetro que sirva de herramienta para la medición de las presiones.

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Calcular la presión presente a distintas alturas mediante el manómetro y comparar los resultados obtenidos con los cálculos teóricos. Explicar y comentar los resultados.

FLUIDOS

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a una tensión de cortadura, por muy pequeña que esta sea. Una fuerza cortante es la componente tangente a la superficie de la fuerza y esta fuerza, dividida por el área de la superficie, es la tensión de cortadura media sobre el área considerada. La tensión de cortadura en un punto es el límite del cociente de la fuerza cortante por el área cuando el área se reduce a cero en el punto. El fluido en inmediato contacto con la pared solida tiene la misma velocidad que la pared, es decir, no hay ningún deslizamiento del fluido sobre la pared. Es un hecho experimental que se ha comprobado en los innumerables ensayos con varios tipos de fluidos y materiales de la pared.

PRINCIPIO DE PASCAL

El principio de Pascal nos dice que la presión ejercida a cualquier fluido que no pueda comprimirse, además de estar encerrado y en equilibrio, será transmitida con igual intensidad en todos los puntos del mismo fluido y en todas direcciones. En otras palabras, lo que nos dice este principio es que la presión se mantiene constante en todo el fluido.

Este principio es de gran importancia para el ámbito de la ingeniería y tiene distintas aplicaciones que hacen posible la resolución de distintos problemas en los trabajos de ingeniería.

Por ejemplo, si un fluido se encuentra en un recipiente cerrado y es sometido por un lado del recipiente a una presión constante, la presión se transmitirá en todas direcciones en igual magnitud a la presión ejercida. En el caso que la presión sea muy grande, el recipiente fallará como se muestra en la figura.

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Por otro lado, al transmitirse la presión en todas direcciones, si hay algún lugar del recipiente que pueda deformarse, entonces el fluido se desplazará hacia esa dirección de la misma manera en que se desplaza con la presión inicial en un punto del recipiente.

De la misma forma sucede si los recipientes son jeringas unidas por mangueras como se mostrará en el presente proyecto.

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CAPÍTULO 2

CALCULO DE PRESIÓN

ALTURA 1ALTURA 2ALTURA 3

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Se utilizó agua como fluido para el manómetro en vez de mercurio debido a que el mercurio tiene un precio más elevado.

Para la construcción del manómetro con el que se realizaron las mediciones de las presiones en la tabla, se utilizaron los siguientes materiales:

Manguera transparenteCinta AdhesivaSiliconaEmbudoGloboTecnopor

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CAPÍTULO 3

3.1 BRAZO HIDRAULICO

3.1.1 Antecedentes

El brazo hidráulico apareció basándose en el descubrimiento de la prensa hidráulica de Pascal, la cual permite levantar grandes masas con pequeñas fuerzas que se aplica en este artefacto. En la antigüedad por la necesidad de construir grandes edificaciones crearon una herramienta para levantar y transportar grandes masas que utilizaban para la construcción; esta herramienta era un brazo de madera que giraba sobre un eje para poder levantar y llevar el material de un lugar a otro. El brazo constaba de un sistema de poleas que por la fuerza de los trabajadores que jalaban las cuerdas le permitía levantar al material y luego bajarlo cuando se disminuía la fuerza. Con el transcurso de los años este brazo fue adquiriendo mejorías tanto en materiales como en su funcionamiento. Cuando Pascal descubre la prensa hidráulica estos brazos cambiaron radicalmente ya que se comenzaron a utilizar un sistema parecido a la prensa hidráulica, las cuales permitían levantar grandes pesos con menos esfuerzo.

3.1.2 Objetivo Diseño, construcción y operación de un sistema mecánico para cumplir una tarea definida, que demuestre el principio de Pascal; este principio podrá comprobar cómo el brazo hidráulico levantara un objeto con una masa mayor a él, pero con un mínimo de fuerza emitido por presión de los fluidos; creando así una aplicación dinámica de fuerzas mediante fluidos

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3.1.3 Materiales y partes

JERINGAS: serán utilizadas para hacer funcionar el brazo hidráulico ya que gracias a ellas el brazo tendrá movimiento y es lo más esencial que necesita el brazo para funcionar.

PALILLOS DE MADERA Y CARTON: Los palillos serán utilizados como pasadores para que el brazo se mueva de arriba hacia abajo, mientras que se utilizaran los cartones para fijar el brazo y que no se separen de los palillos.

PALITOS DE HELADO: Se utilizaran para crear las palancas que controlarán al brazo.

MANGUERAS: se utilizara para unir las jeringas para poder darle movimiento al brazo, también se utilizara para que pase el líquido de una jeringa a otra.

AGUA: será utilizado para demostrar que un líquido con poca densidad es necesario aplicar mayor fuerza.

PINTURA: se utilizara para darle color al brazo. MADERA: es lo esencial para poder elaborar el brazo hidráulico

ya que gracias a la madera se podrá dar forma al brazo y construir el carrito para que tenga movilidad horizontal.

LIJAS: se utilizara para lijar la madera y quitar las astillas que esta tenga

ALAMBRE: Para amarrar y sostener las jeringas a la base, para que estas funcionen correctamente.

TALADRO REGLA CUCHILLA PEGAMENTO LAPICERO ALICATE

3.1.4 Movimiento del brazo hidráulico

El movimiento vertical consiste en desplazar arriba o abajo nuestro centrode masas mediante una extensión o una flexión de las articulaciones.El movimiento rotatorio es el que se basa en un eje de giro y radio constante: la trayectoria será una semi-circunferencia.

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3.1.5 Procedimiento Mediante la escuadra tomamos las medidas de cada una de las partes delbrazo, empezamos por los que van a sujetar la estructura esta parte tieneque ser la más larga y ancha posible para que el brazo tenga más resistenciaa la presión que va a soportar. Hacemos esto con cada parte del brazo lasiguiente parte tiene que ser un poco más corta. La tercera parte del brazotiene que ser la más pequeña y uno de los extremos tiene que tener la formade un triángulo equilátero.

Después empezaremos a cortar con la cuchilla 4 de cada una de ellas, luego pegaremos las piezas de dos en dos para así hacer que las partes del brazo sea más resistente En total nos quedaran 8 piezas, juntaremos la que sean iguales Luego haremos un agujero con el taladro en cada una de las marcas introduciendo cada palo de brochetas en cada agujero.

Luego dejaremos que el palito sobresalga un poco y lo pegaremos al cartón, encajaremos la otra pieza igual, pondremos dos jeringas entre los cartones para calcular la separación y fijaremos con pegamento. Cortaremos los palitos dejando un poco de sobrante, las otras dos piezas alargadas las colocaremos perpendicularmente a la posición anterior posición y en el otro extremo colocaremos otro palo apoyándonos para guardar la separación, para que ese extremo este articulado Lo sujetaremos con una zarándela de cartón y lo colocaremos en las uniones Luego le fijaremos con pegamento.

Luego mediremos el hueco que quedo entre los dos cartones y cortaremos una pieza con ese ancho, esa pieza la encajaremos ahí y llegada a la base Para hacer nuestros pistones lo primero que haremos es hacer un agujero en el extremo del embolo a cada jeringa para colocar un pistón haremos un trazo con una lapicero para luego con el taladro hacer un agujero, sujetaremos el embolo de la jeringa con un palito para fijar el otro extremo del pistón usaremos dos bridas la primera con el tamaño de la jeringa la segunda con el tamaño del palo de la brocheta; haremos 8 de estas piezas; la grande la cerraremos alrededor de la jeringa lo más cerca de la boquilla.

Luego cortaremos palo de helado por la mitad, uniremos dos mitades formando un ángulo recto, otro de los trozos lo marcaremos por la mitad y nos guiaremos con la marca para pegar la otra pieza encima, haremos dos de estas piezas luego haremos en la parte que hemos cortado haremos una

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marca en el borde después uniremos estas dos piezas con la regla y trazaremos una línea luego perforaremos las marcas y haremos una agujero en el otro extremos de la pieza a medio centímetro del borde y centrado.

El cuerpo de la pieza lo haremos con el cuadrado que nos queda, haremos una marca a medio centímetro de la esquina luego hacemos lo mismo en la esquina opuesta y haremos dos agujeros en los que introduciremos dos trozos de palitos, pegaremos los palitos por detrás arras del cartón.

Las pondremos rectas y marcaremos una línea, cortaremos para eliminar la parte que nos sobra; luego cortaremos 2 alambre de 12 cm para sostener la pieza, mediremos 2 cm y doblaremos a un lado, mediremos 2 cm y dobláremos al lado opuesto, los alambres se fijara a la pinza, ya colocado los alambres fijaremos con dos zarándela el otro extremos de los alambres lo introduciremos en el hueco de la otra jeringa.

Para hacer el soporte de nuestro brazo utilizaremos cartón grueso; 6 rectángulo de 23 x 34 cm, los pegaremos todos uno encima de otro para conseguir una base sólida. Tomaremos un pedazo de papel de 20 x 5 cm, lo enrollaremos alrededor del palillo chino y lo sujetaremos con cinta; el palillo debe moverse dentro del tubo de papel, a continuación cortaremos un pedazo de palillo de 1cm lo meteremos en un extremo del tubo y lo meteremos y lo pegaremos.

Haremos un agujero con una broca de la medida del tamaño del papel, marcaremos el tubo que sobresale, lo eliminaremos, pegaremos el tubo en el soporte, con el palillo dentro del tubo, Situaremos el brazo al lado, marcaremos en el palillo donde termina el cartón trasero y lo cortaremos por ahí antes de pegar el palillo al brazo pondremos un palo de helados debajo para que quede elevado. Este va hacer el eje que gire el brazo y tendrá que estar bien pegado

Al resto de jeringa le cortaremos la base del embolo, para el brazo perforaremos el extremo de dos palitos de helado, a uno de ellos le pegaremos un palito de brochetas y lo introduciremos en el embolo de la jeringa que debe moverse entre los palos de helado, para mantener la separación entre los palos pondremos trozos de cartón entre uno y otro Y el soporte que se realizo va en el lado inferior del brazo de la medida.

Lo pegaremos y reforzaremos donde podamos a la hora que vamos a fijar el

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otro pistón tenemos que tener en cuenta dos cosas el pistón encogido debe formar un ángulo menor de 180° y estirado no puedo golpear con el brazo a ningún sitio, cuando tengamos el punto lo fijaremos con un palito de brocheta La sujeción para los mandos lo haremos con dos palitos de helados cortados por la mitad, les haremos un orificio en los extremos y lo pegaremos en los laterales del soporte a lado contrario de donde queda el brazo de esta manera

Luego marcaremos una línea de 10 cm de cada lateral y haremos un corte tan profundo como el ancho del palito que atraviese todas las capas del cartón, en estos cortes introduciremos los otros dos palitos de helados cortados Para los mando usaremos 8 palitos de helados al cual haremos un orificio a un extremo y otro en el centro , cortaremos trocitos de cartón para los palitos y lo pegaremos en dos en dos, si introducimos palos de brochetas será fácil pegarlos bien rectos

En el agujero del centro fijaremos el embolo de la jeringa, para fijar el otro extremo a 4 pedazos d alambres de 6 cm les daremos forma de U, sujetaremos los ambos con un soporte de dos en dos con un palito de brochetas y pondremos pegamento entre estos puntos y lo distribuiremos para que tengan la misma separación y anclaremos el otro extremo de la jeringa, clavando la une al cartón y pegándola con adhesiva , ya solo nos queda unir los mandos al brazo con el tubo elástico , para que sea hidráulico y mucho más preciso tendremos que llenar los tubos y las jeringas con agua.

El primer mando ira unido al pistón de giro, el segundo mando a la segunda articulación, el tercero a la primera articulación y el cuarto al pistón que acciona la pinza.

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3.2 ROBOT HIDRÁULICO

3.2.1 Antecedentes

El robot hidráulico aparece como una aplicación del brazo hidráulico algo más compleja. Se basa en el mismo principio del brazo hidráulico, solo que consta de más partes, que además son más detalladas.

El robot podría aparecer bajo la misma necesidad del brazo hidráulico (transportar cargas pesadas con un menos esfuerzo), pero el robot tendría una mejor apariencia y podría ser más funcional aunque más complicado.

3.2.2 Objetivo

Demostrar los principios de Pascal en cuanto a la presión hidrostática, mediante la creación de un robot que pueda desplazarse y transportar cargas pesadas con un mínimo esfuerzo. Este robot demostrará claramente las propiedades de los fluidos así como su aplicación en el campo de la ingeniería así como algunos otros.

3.2.3 Materiales y partes

JERINGAS: serán utilizadas para el funcionamiento del robot hidráulico.

TORNILLOS: Los tornillos serán utilizados para el ajuste del robot. BISAGRAS: Para la movilización de algunas partes del robot, como

la boca por ejemplo. MANGUERAS: se utilizara para unir las jeringas para poder darle

movimiento al robot, también se utilizara para que pase el líquido de una jeringa a otra.

AGUA COLOREADA: será utilizado para demostrar que un líquido con poca densidad es necesario aplicar mayor fuerza.

PINTURA: se utilizara para darle color al robot. MADERA: para la construcción del robot hidráulico. LIJAS: se utilizara para lijar la madera y quitar las astillas que esta

tenga LIGAS: para tensar ciertas partes del robot y que tenga un correcto

funcionamiento.

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3.2.4 Movimiento

Para el funcionamiento del robot hidráulico se toman en cuenta movimientos similares a los del brazo hidráulico. Movimientos verticales y horizontales según la utilización de las jeringas y las conexiones a las partes del robot. El robot cuenta con un gancho en lo que podrían ser sus manos que se mueven mediante un movimiento circular, accionado por las jeringas correspondientes.

El accionamiento simultáneo de las jeringas correspondientes causan movimientos más reales y más fluidos en el robot, los cuales le dan una mejor visualización.

3.2.5 Procedimiento

Se fabricarán las partes del robot como las piernas, brazos, el cuerpo y la cabeza utilizando la madera. Las piernas del robot se pegaran a una base de madera, en las que también se encontrarán las jeringas y mangueras necesarias pegadas para su movilización.

Luego de las piernas ira el cuerpo que será colocado encima de estas y unido mediante bisagras. El cuerpo se sujetará mediante dos jeringas colocadas entre las piernas y el cuerpo del robot.

A los costados del cuerpo irán los brazos, unidos al cuerpo de forma simple mediante un tornillo que facilite su movimiento giratorio. Ambos brazos contarán con una jeringa cada uno que permita girar estos.

Luego del brazo se colocarán ganchos, que simularán ser las manos del robot, que se sujetarán a unas jeringas mediante abrazaderas, permitiendo que los ganchos se abran y cierren y que el robot pueda coger objetos.

Finalmente, la cabeza se colocará encima del cuerpo. La cabeza constará de dos bloques de madera unidos mediante una bisagra, de forma que simulará ser la boca del robot, que se accionará mediante dos jeringas.

El prototipo contara con las jeringas suficientes para la movilización de ambos brazos, las manos, la boca (cabeza), para sujetar el cuerpo y para permitir al robot agacharse.

Las partes que se encuentren sueltas, así como algunas jeringas, serán ajustadas con abrazaderas.

Por último las mangueras deberán ser llenadas con líquido para empezar con la movilización del robot.

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CAPITULO 4

CONCLUSIONES

Es importante entender el comportamiento de los fluidos asi como el de sus propiedades, y usarlas de una manera eficiente que nos lleve a la solución de distintos problemas presentes en el día a día, en especial en el ámbito de la ingeniería.

El principio de Pascal es sumamente importante y fundamental para el entendimiento de la mecánica de fluidos. Además de ser un importante medio para utilizar fuerzas pequeñas de una manera más eficiente, como se puede apreciar en la vida cotidiana en elevadores, grúas, excavadoras, etc.

El manómetro es una herramienta simple y eficaz para la medición de presiones, es importante aprender a utilizarlo correctamente.

RECOMENDACIONES

Tener cuidado a la hora de utilizar las herramientas para la elaboración de los prototipos, respetar las medidas de seguridad para garantizar un trabajo libre de accidentes de algún tipo.

Las mediciones para las partes del prototipo deben ser lo más exactas posibles, solo así se podrá obtener un correcto funcionamiento del prototipo. Es importante utilizar las herramientas de forma correcta para una mayor precisión.

Evitar que las mangueras sean llenadas con aire, produciendo un mal funcionamiento en el prototipo.

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BIBLIOGRAFIA

VICTOR L. STREETER. Mecánica de fluidos [en línea] <https://pperalta.files.wordpress.com/2009/08/streeter-victor-mecanica-de-los-fluidos-imagen.pdf> [consulta: 07 Mayo 2015]

JUAN DAVID. Brazo hidráulico [en línea] <brazohidraulicojd.blogspot.com/2011/12/brazo-hidraulico_06.html> [consulta: 07 Mayo 2015]

WIKIPEDIA. Materia [en línea] <http://es.wikipedia.org/wiki/Materia#Concepto_f.C3.ADsico> [consulta: 07 Mayo 2015]

GERONIMO MANSO. Introducción a la hidrostática [en linea] <http://www.geronet.com.ar/?p=29 > [consulta: 07 Mayo]

WIKISPACES. Presión hidrostática [en línea] <http://2012-1102-g5.wikispaces.com/INFORME+N%C2%B01+PRESI%C3%93N+HIDROST%C3%81TICA> [consulta: 07 Mayo]

PAREDES T. FRANKLIN. Teoría básica y problemas propuestos de hidrostática e hidrodinámica [en línea] <http://www.monografias.com/trabajos35/hidrostatica-hidrodinamica/hidrostatica-hidrodinamica.shtml> [consulta: 07 Mayo 2015]

PABLO TURMERO. Hidrostática [en línea] <http://www.monografias.com/trabajos104/hidrostatica/hidrostatica.shtml> [consulta: 07 Mayo 2015]

ROBERTO JIMENEZ MANDUJANO. Práctica-Hidrostática [en línea] <http://www.monografias.com/trabajos11/practhidro/practhidro.shtml> [consulta: 07 Mayo 2015]

ANÓNIMO. Definición de principio de Pascal [en línea] <http://definicion.de/principio-de-pascal/> [consulta: 07 Mayo 2015]

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ANEXOS

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Abrazaderas

Jeringas

Las jeringas se unen a las abrazaderas y se anclan en un determinado lugar

Jeringas unidas a abrazaderas y colocadas en sus respectivos lugares para la movilización del brazo hidráulico.


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Embudo para la medición de presiones con el manómetro.

Manómetro para la medición de presiones de los prototipos.

Recipiente para ser llenado con agua y con ayuda del manómetro determinar las presiones usadas en los prototipos.

presión hidrostática monografía final

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