Practica 3 Descarga de tanques

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD MADERO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

LABORATORIO INTEGRAL I PRÁCTICA Nº 3 “DESCARGA DE TANQUES”

REALIZADA: REPORTADA:

1

ÍNDICE Página

Objetivo

3

Teoría y Desarrollo Matemático

3

Material y Equipo empleado

6

Procedimiento empleado

7

Datos experimentales

8

Resultados

8

Gráficas

9

Discusión de Resultados

11

Comentarios

14

Bibliografía

16

Apéndices

17

2

OBJETIVO Describir en fenómeno físico (descarga de tanques) mediante modelos matemáticos y comparar los resultados obtenidos experimentalmente al aplicar el análisis dimensional. Desarrollar un programa de cómputo para resolver el modelo matemático que describe el drenado de un tanque.

TEORÍA Y DESARROLLO MATEMÁTICO

Algunos investigadores sobresalientes, como Reynolds y Karman consideran que el estudio de flujo de materia y energía debe ser una mezcla de teoría y experimentación. La descripción de un proceso mediante un modelo para su análisis y control requiere de la aplicación de ciertos principios, por lo que se hace necesario desarrollar experimentaciones cuidadosas para obtener una relación que describa de una manera mas completa el proceso. Se estudiará la descarga de un tanque de sección constante y el tubo de descarga variable; entonces, en la aplicación de los balances de materia y energía, tendrá que considerarse la variación del flujo de salida sin y con perdidas de fricción, ya que esto afectará la propuesta del modelo matemático que representa dicha descarga (diámetro de descarga variable y su conexión al tanque).

La descarga de tanques, por mas simple que parezca, es quiza una de las practicas mas utilizadas en la industria. Todo proceso que se lleva a cabo en un tanque incluye un proceso de vaciado del mismo. Es por ello la gran importancia de esta operacion y su estudio. Se estudio el vaciado de tanques con tubos de diferente diametro y el efecto de los mismos en la velocidad. Para los tubos se obtuvieron resultados satisfactorios, notando que una disminucion en el diametro en el tubo de vaciado disminuirá la velocidad de vaciado como esperado.

3

4

MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO Cronómetro

Tapón

Tanque

Probeta

Diámetro : 1.55 cm Diámetro : 1.63 cm Diámetro : 1.76 cm Diámetro : 1.83 cm

Flexómetro

Vernier 5

PROCEDIMIENTO EMPLEADO

1. Con la válvula de descarga cerrada llenar el tanque con agua.

2. Tomar la medida de la altura inicial.

3. Colocar uno de los tapones en el orificio de descarga. Tomando previamente la medida de su diámetro.

4. Abrir la válvula de descarga y tomar las medidas correspondientes.

5. Cerrar la válvula y tomar la medida de la altura de al agua.

6. Repetir los pasos anteriores con los distintos tapones.

6

DATOS EXPERIMENTALES

Diámetro del tapón Altura inicial (hi) Altura final (hf)

Tiempo

(Dtp) (cm)

(cm)

(cm)

(s)

1.83

103.8

98.8

7.48

98.8

93.8

7.07

1.83

93.8

89.8

9.68

1.83

89.8

83.8

5.53

1.76

103.8

98.8

9.82

1.76

98.8

93.8

8.94

1.76

93.8

89.8

12.24

89.8

83.8

7.76

1.63

103.8

98.8

11.06

1.63

98.8

93.8

11.04

1.63

93.8

89.8

14.4

1.63

89.8

83.8

8.5

1.55

103.8

98.8

11.85

1.55

98.8

93.8

10.57

1.55

93.8

89.8

15.66

1.55

89.8

83.8

9.37

1.83

1.76

Tabla 1.1

7

RESULTADOS DE FLUJO VOLUMÉTRICO.

Diámetro de tapón Dtp (cm)

tiempo (s)

q (cm3/s)

1.83

7.48

120.95

1.83

7.07

127.97

1.83

9.68

93.46

1.83

5.53

163.61

1.76

9.82

92.13

1.76

8.94

101.20

1.76

12.24

73.91

1.76

7.76

116.59

1.63

11.06

81.80

1.63

11.04

81.95

1.63

14.4

62.83

1.63

8.5

106.44

1.55

11.85

76.35

1.55

10.57

85.59

1.55

15.66

57.77

1.55

9.37

96.56

8

APÉNDICE Cálculo del tiempo ideal o modelo Para calcular el tiempo ideal tenemos que sacar los coeficientes b0,b1 yb2 de la ecuación:

√

√

Tomamos los valores de la sección Datos Experimentales de hi(altura inicial), hf(altura final), Dtp (diámetro del tapón) y t (tiempo). Aplicamos la función ESTIMACIÓN LINEAL en el programa Microsoft Office Excel para obtener los valores de b0, b1 y b2. Los resultados obtenidos son:

b2

b1

b0

96.2244775

-90.5318276

-0.91283251

Se muestra la sustitución de los datos en cada tapón para determinar el tiempo ideal:

Diámetro de tapón: 1.83 cm √

Tiempo modelo = 9.55 s

√

Tiempo experimental = 9.68 s

9

Diámetro de tapón: 1.76 cm √

Tiempo modelo = 10.09 s

√

Tiempo experimental = 9.82 s

Diámetro de tapón: 1.63 cm √

Tiempo modelo = 11.91 s

√

Tiempo experimental = 11.06 s

Diámetro de tapón: 1.55 cm √

Tiempo modelo = 8.64 s

√

Tiempo experimental = 9.37 s

Porcentaje de error

Se toma el valor absoluto del resultado obtenido Diámetro de tapón: 1.83 cm

10

Diámetro de tapón: 1.76 cm

Diámetro de tapón: 1.63 cm

Diámetro de tapón: 1.55 cm

DISCUSIÓN DE RESULTADOS En esta práctica pudimos observar que obtuvimos distintos cálculos experimentales debido a los diferentes tipos de diámetros de cada tapón, empleados en la descarga de tanques donde utilizamos el mismo flujo para cada tapón. Por la parte de las gráficas podemos observar que a mayor diámetro es menor el tiempo de descarga de un tanque, al igual que el flujo volumétrico, a mayor diámetro es mayor el flujo de descarga.

BIBLIOGRAFIA DESCARGA DE TANQUES 

http://cbi.izt.uam.mx/iq/lab_mec_de_fluidos/Practicas%20Laboratorios/PRACTICA3. pdf



http://fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/DT.pdf

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CUESTIONARIO 1.- Hacer las curvas experimentales de h (cm) vs. t (seg) y de q (m3 / s) vs. h (cm) para los diferentes diámetros de descargas. Graficas de altura vs tiempo con los diferentes diámetros del tapón.

altura vs tiempo 12

Tiempo (s)

10 8 6 4 2 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 1.1 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.83cm

altura vs tiempo 14 12 Tiempo (s)

10 8 6 4 2 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 1.2 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.76cm 12

altura vs tiempo 16 14 Tiempo (s)

12 10 8 6 4 2 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 1.3 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.63cm

Tiempo (s)

altura vs tiempo 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 1.4 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.55cm

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Graficas de flujo volumétrico vs altura con los diferentes diámetros del tapón.

flujo volumetrico cm3/s

altura vs flujo volumetrico 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 2.1 grafia de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.83cm.

altura vs flujo volumetrico flujo volumetrico (cm3/s)

140 120 100 80 60 40 20 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 2.2 grafica de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.76cm

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altura vs flujo volumetrico 120

flujo volumetrico (cm3/s)

100 80 60 40 20 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 2.3 grafica de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.63cm.

altura vs flujo volumetrico flujo volumetrico (cm3/s)

120 100 80 60 40 20 0 88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

altura (cm)

Figura 2.4 grafica de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.55cm.

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