APENDICE BALANCE NO ESTACIONARIO

INTRODUCCIÓN

En un sistema en estado no estacionario las variables físicas, químicas, y termodinámicas del sistema no permanecen constantes con el tiempo, es decir, existen cambios en las variables de estado como: la temperatura, el volumen y la presión, entre otras, y por tanto, también se modifican con el tiempo, las funciones de estado como: la entropía, la entalpía, etc. Uno de los procesosmás comunes que se pueden encontrar en la industria son el vaciado y llenado de tanques, así como la variación de concentración de un compuesto en particular. Con el objetivo de estudiar dichos procesos se emplearon tres tanques cilíndricos de capacidades diferentes, una bomba centrifuga y un rotámetro.

Primeramente se estudió el vaciado de tanque para determinar la variación de altura enfunción del tiempo, luego se determinó el tiempo experimental y teórico, que tarda el llenado de un tanque en alcanzar condiciones estacionarias. Finalmente, se determinó la variación de la concentración de azúcar en un sistema de tanques en serie, relacionando las velocidades de descargas, pérdidas por fricción y tiempo de variación de concentración, para determinar dicha concentración en cada intervalode tiempo se hizo uso de un refractómetro.

Se tiene que resaltar la importancia para un ingeniero químico, el análisis del comportamiento de un sistema en estado no estacionario y su posterior comparación con los modelos teóricos, ya que en la mayoría de los casos, al momento de diseñar una planta se busca que esta opere en condiciones estacionarias, debido a las simplificaciones en loscálculos y ecuaciones que implica suponer este estado. Sin embargo, en la práctica es muy difícil de alcanzar dicha condición, por lo que el ingeniero, a través de la modificación de variables, debe buscar que el sistema opere lo más similar posible al comportamiento estacionario, siempre y cuando los requerimientos del proceso lo permitan.















ANÁLISIS Y RESULTADOS


VACIADO DE UN TANQUE

a)Determinar la tendencia de la variación de la altura del líquido, en función del tiempo, en forma experimental, teórica con fricción y teórica sin fricción, y comparar dichos comportamientos ente sí.

A continuación se presenta de manera gráfica la variación del nivel del líquido en función del tiempo en forma experimental, teórica sin y con fricción, para el vaciado del tanque 2.


Gráfico Nº º.Variación de la altura de líquido en el tanque 2 en función del tiempo

Se puede observar en la gráfica Nº1, que hay una tendencia decreciente del nivel del agua en el tanque, a medida que transcurre el tiempo, tanto para el caso experimental como los casos teóricos con y sin fricción. Esto coincide con lo esperado teóricamente, ya que durante el vaciado del tanque, la válvula que permite elpaso del fluido a dicho tanque se encontraba cerrada, por lo que no hubo entrada de agua que compensara la salida de la misma. Lo anterior se puede constatar fácilmente a través de un balance de masa, puesto a que no hay entrada de agua, y la cantidad de agua que sale es igual a la variación del agua en el tanque en función del tiempo, por ende a medida que se descarga más fluido, su variación enel tanque al transcurrir el tiempo es menor, lo que explica que el nivel de agua en el tanque disminuya con el tiempo. [CENGEL, 2002]

Sin embargo, al comparar las tres tendencias se puede constatar que existen desviaciones entre ellas, puesto que los valores teóricos considerando o no las pérdidas por fricción están entre los valores experimentales. Por otra parte, se puede notar que latendencia al considerar las pérdidas por fricción presenta alturas mayores que cuando no se consideran, esto debido a que en presencia de pérdidas la velocidad de descarga disminuye ya que se ve afectada en gran medida por el factor de fricción, lo que implica que el tanque tarde más tiempo en vaciarse que cuando no se toman en cuenta dichas pérdidas.
En cuanto a la variación experimental, su...