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8/10/2019 Practica 3 Descarga de tanques
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1
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD MADERO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
LABORATORIO INTEGRAL I
PRÁCTICA Nº 3
“DESCARGA DE TANQUES”
REALIZADA:REPORTADA:
8/10/2019 Practica 3 Descarga de tanques
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ÍNDICE
Página
Objetivo
Teoría y Desarrollo Matemático
Material y Equipo empleado
Procedimiento empleado
Datos experimentales
Resultados
Gráficas
Discusión de Resultados
Comentarios
Bibliografía
Apéndices
3
3
6
7
8
8
9
11
14
16
17
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3
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 matemáticoque 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.
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MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO
Cronómetro Tanque
Tapón
Diámetro : 1.55 cm
Diámetro : 1.63 cm
Diámetro : 1.76 cm
Diámetro : 1.83 cm
Probeta
Flexómetro Vernier
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7
DATOS EXPERIMENTALES
Diámetro del tapón
(Dtp) (cm)
Altura inicial (hi)
(cm)
Altura final (hf)
(cm)
Tiempo
(s)
1.83 103.8 98.8 7.48
1.83 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
1.76 89.8 83.8 7.761.63 103.8 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 15.661.55 89.8 83.8 9.37
Tabla 1.1
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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 92.131.76 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 8.5 106.441.55 11.85 76.35
1.55 10.57 85.59
1.55 15.66 57.77
1.55 9.37 96.56
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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 h i(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
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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
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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.
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.
Figura 1.1 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.83cm
Figura 1.2 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.76cm
0
2
4
6
8
10
12
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
T
i e m p o ( s )
altura (cm)
altura vs tiempo
0
2
4
6
8
10
12
14
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
T i e m p o ( s )
altura (cm)
altura vs tiempo
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Figura 1.3 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.63cm
Figura 1.4 grafica de altura vs tiempo utilizando el tapón de 1.55cm
0
2
4
6
8
10
12
14
16
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
T i e m p o ( s )
altura (cm)
altura vs tiempo
0
2
4
6
8
10
12
14
16
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88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
T i e m p o
( s )
altura (cm)
altura vs tiempo
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Graficas de flujo volumétrico vs altura con los diferentes diámetros del tapón.
Figura 2.1 grafia de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.83cm.
Figura 2.2 grafica de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.76cm
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
f l u j o v o l u m e t r i c o c m 3 / s
altura (cm)
altura vs flujo volumetrico
0
20
40
60
80
100
120
140
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
f l u j o v o l u m e t r i c o ( c m 3
/ s )
altura (cm)
altura vs flujo volumetrico
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Figura 2.3 grafica de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.63cm.
Figura 2.4 grafica de flujo volumétrico vs altura utilizando el tapón de 1.55cm.
0
20
40
60
80
100
120
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 f l u j o v o l u m e t r i c o ( c m 3 / s )
altura (cm)
altura vs flujo volumetrico
0
20
40
60
80
100
120
88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
f l u j o v o l u m e t r i c o ( c m 3 / s )
altura (cm)
altura vs flujo volumetrico
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