a) Nombre del Laboratorio: Mecánica de fluidos

b) Nombre del alumno: 

c) Fecha: viernes 13–15

d) Nombre del tema: ESTÁTICA DE FLUIDOS Y DESCARGA DE TANQUES

e) Objetivos:

  1. Conocer la variación de la presión en el fondo de un tanque con respecto a la altura del líquido.
  2. Estudiar la velocidad con la que se descarga un tanque con cierto volumen de líquido sin pérdidas por fricción.
  3. Estudiar el tiempo de descarga de tanques con diferente fondo y por tuberías de diferentes diámetros sin pérdidas por fricción.
  4. Conocer las desviaciones experimentales respecto a los datos teóricos.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO


La mayoría de los procesos químicos industriales de hoy en día requieren de
almacenamiento en tanques de diferentes dimensiones y formas. En algún momento dado existe la necesidad de vaciar los tanques sea con fines de limpieza, para efectuar algún trabajo de mantenimiento de los mismos o para desarrollar un plan de proceso. Es de vital importancia conocer un estimado del tiempo que se requiere para disminuir el nivel de contenido o vaciar completamente el tanque.
El uso de la gravedad para descargar o vaciar un tanque es popular para procesos por lotes por ser la forma más factible, su uso implica la utilización de válvulas que son más simples y económicas comparadas con las bombas. Por otra parte, el tiempo de descarga no es controlado; estando la mayoría de las veces influenciado por la geometría del sistema de tuberías y el propio tanque.
Esta observación nos muestra que el nivel del tanque decrece con el tiempo y el flujo de líquido a través del orifico disminuye conforme decrece la altura del líquido en el tanque, por lo tanto, el vaciado de tanques es un proceso en régimen transitorio.
El tiempo que tarda el tanque en vaciarse está relacionado con la resistencia viscosa del fluido a fluir por el interior del orificio. Mientras mayor es la resistencia, mayor el tiempo de descarga y la velocidad de flujo es menor. La velocidad cambia con el diámetro y la longitud del tubo.
El cálculo de la duración de vaciado, es un problema de ingeniería, si el resultado estimado es muy cercano a los tiempos verdaderos, el funcionamiento de la planta será mejor.
Estos tanques se utilizan para almacenaje de agua, productos corrosivos o alimentos; para mezclado e inclusive reacción química de productos. En muchos casos se utiliza la variación de presión estática en el fondo del tanque para conocer el nivel del líquido en un determinado instante.
A continuación, se hará un estudio de estos problemas, utilizando agua como fluido de proceso.

GUÍA DE ESTUDIOS

  1. ¿Qué es un proceso transitorio y qué uno estacionario? proceso transitorio: Si cualquiera de las variables del proceso (temperatura, presión) cambia con el tiempo se dice que la operación es transitoria o no estacionaria. Por su naturaleza el proceso por lotes o semicontinuos son operaciones en estado transitorio. Proceso estacionario: Si los valores de todas las variables del proceso (volumen, velocidad de flujo) no cambian con el tiempo, se dice que el proceso opera en estado estacionario.
  2. ¿Qué objeto tiene el estudio del tiempo de descarga en un tanque? El tiempo que tarda el tanque en vaciarse está relacionado con la resistencia viscosa del fluido a fluir por el interior del orificio. Mientras mayor es la resistencia, mayor el tiempo de descarga y la velocidad de flujo es menor. La velocidad cambia con el diámetro y la longitud del tubo
  3. ¿Porque al descender el nivel del líquido en un tanque cambia la presión y la velocidad de salida? El volumen del líquido está relacionado con su presión, y además la gravedad disminuye al disminuir este volumen.
  4. ¿Qué efecto tendrá la longitud del tubo de descarga de un tanque sobre el tiempo de descarga del mismo?La velocidad cambia con el diámetro y la longitud del tubo por lo que a mayor longitud mayor tiempo de descarga.
  5. ¿Qué efecto tendrá el diámetro de la descarga en el tiempo y velocidad de descarga?A mayor diámetro menor tiempo de descarga y mayor velocidad.
  6. ¿Qué efecto tendrá la forma del tanque en el tiempo de descarga del mismo?Al cambiar la forma del tanque cambia su área y a mayor área mayor tiempo de descarga.
  7. En el caso del tanque con fondo cónico ¿qué efecto tendrá el ángulo sobre el tiempo de descarga?el tiempo total de descarga será la suma de los tiempos parciales para la sección cilíndrica más la sección cónica, aumenta la presión y la velocidad.
  8. Mencione ejemplos en donde se empleen estos sistemas en la industria.En algún momento dado existe la necesidad de vaciar los tanques sea con fines de limpieza, para efectuar algún trabajo de mantenimiento de los mismos o para desarrollar un plan de proceso
  9. ¿Cómo afectaría en el tiempo de descarga si el orificio de descarga se encontrara a 10 cm sobre el fondo del tanque de fondo plano?Disminuye su presión y su altura, por lo que la velocidad de vaciado disminuye.
  10. Explique cómo afecta el diámetro de descarga en la velocidad de descarga.El diámetro de descarga esta relacionada con la velocidad de descarga del tanque por lo que al aumentar el diámetro disminuye su velocidad.