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Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando ecuaciones de la empresa
TLV en internet
José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas.
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Tiempo de descarga de un depósito a presión cuando se abre
una abertura del mismo (I).
Partimos de que el aire comprimido es un gas compresible, por lo que no es válida la
ecuación de Bernoulli, que deduciremos a continuación de la ec. (1).
Debemos emplear la ecuación de Euler-Bernoulli,
𝜕𝑣
𝜕𝑡
+
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑈) +
1
𝜌
𝜕𝑝
𝜕𝑙
= 0 (1)
donde,
𝑣 es la velocidad de la línea de fluido, en m/s.
𝑡 es el tiempo, en s.
𝑙 es la línea de corriente recorrida por el fluido, en m.
𝑈 es la función potencial, en este caso, gravitatoria, que procede de una fuerza
unitaria conservativa, 𝑈 = 𝑔ℎ
𝜌 es la densidad, en kg/m3
Si el fluido es estacionario entre dos estados, no existe variación de la velocidad con el
tiempo. Entonces, resulta,
𝜕𝑣
𝜕𝑡
= 0
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑈) +
1
𝜌
𝜕𝑝
𝜕𝑙
= 0
Si además el fluido es de densidad constante, obtenemos,
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑈 +
𝑝
𝜌
) = 0
Entonces también se puede escribir,
𝑣2
2
+ 𝑈 +
𝑝
𝜌
= 𝑐𝑡𝑒 (2)
sobre una línea de corriente, en general. La ecuación (2) es la ecuación de Bernoulli
y sirve para flujos incomprensibles, sin fuerzas disipativas ni trabajos sobre el sistema
(bombas, turbinas, etc.). Por tanto, vemos que la ec. (2) no sirve para calcular el
tiempo de descarga de un depósito de aire comprimido y habrá que recurrir a la
ec. (1). Este estudio se hará más adelante.
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𝜕𝑣
𝜕𝑡
+
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ) +
1
𝜌
𝜕𝑝
𝜕𝑙
= 0
Esta es una ecuación diferencial en derivadas parciales bastante laboriosa, dado que
existe un término integrando en el tiempo 𝑡 y dos términos sobre la línea de corriente 𝑙.
Además, la línea de corriente es el espacio recorrido por el fluido. A priori, sabemos que,
en el depósito, el fluido está prácticamente estático, pero no en el estado 2, cuando se
abren las dos entradas de 2“. El espacio recorrido por el fluido, una vez se abren las
entradas es una incógnita, dado que inicialmente es nulo. La velocidad conque sale del
recipiente el aire comprimido es otra incógnita. La variación de presión entre ambos
estados es conocida: conocemos la presión del depósito y la presión atmosférica. La
densidad puede obtenerse mediante la ecuación,
𝜌 =
𝑝
𝑅𝑇
(3)
donde 𝑅 es una constante para cada gas, que en el caso del aire es,
𝑅 = 287,056
𝐽
𝑘𝑔𝐾
Además,
𝜌 la densidad en kg/m3
𝑝 es la presión absoluta en Pa.
𝑇 temperatura en K.
Introduciendo la ec. (3) en la (2), resulta:
𝜕𝑣
𝜕𝑡
+
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ) +
𝑅𝑇
𝑝
𝜕𝑝
𝜕𝑙
= 0 (4)
Esta ecuación diferencial en derivadas parciales es difícil de calcular. De hecho, no es
un tipo estándar de las estudiadas en un curso de ecuaciones diferenciales. Además,
está la incertidumbre de no conocer la línea de corriente o trayectoria que va a seguir
el aire comprimido una vez vaya saliendo del depósito, en el sentido de no saber la
distancia a la que llegará el aire desde el depósito hasta el exterior impulsado. Es por
ello, que, el procedimiento seguido por esta ecuación no parece apropiado para el
cálculo, no habiendo otra ecuación conocida en la literatura para realizar el cálculo.
Entonces nos basaremos en datos encontrados en tablas sobre agujeros redondos de
fugas en instalaciones de aire comprimido.
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Fig. 1. Fugas de aire comprimido según tamaño.
Para un agujero de 5 mm de diámetro, tenemos un caudal de fuga de 1,7 m3/min.
Si el depósito tiene un volumen de 15 m3, el tiempo de vaciado hasta la presión
atmosférica sería,
𝑡 =
𝑉
𝑄
=
15
1,7
= 8,82 𝑚𝑖𝑛
En la página de TLV existe un procedimiento de cálculo de una ecuación empírica para
hallar el flujo de aire a través de un orificio circular.
Fig. 2. Programa TLV para cálculo de caudal de fugas.
Como vemos en este programa, el caudal para un diámetro de 5 mm, sale un caudal
prácticamente 1,7 m3(n)/min. Por lo tanto, la forma empírica de calcular las fugas de
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aire es la siguiente ecuación que no la encuentro en la documentación técnica, pero
la he observado en TLV.
La ecuación es la siguiente,
Si 𝑝1 − 𝑝2
𝑝1
< 𝛾 · 𝑥𝑡 ⇒ 𝑄𝑎 =
1
60
· 4,17 · 𝐶 · (
𝑑0
4,654
)
2
· 𝑝1 · (1 −
𝑝1 − 𝑝2
𝑝1
3 · 𝛾 · 𝑥𝑡
) · √
𝑝1 − 𝑝2
𝑝1
𝑡𝑎 + 273,15
(5)
Si
𝑝1 − 𝑝2
𝑝1
≥ 𝛾 · 𝑥𝑡 ⇒ 𝑄𝑎 =
1
60
· 0,667 · 4,17 · 𝐶 · (
𝑑0
4,654
)
2
· 𝑝1 · √
𝛾 · 𝑥𝑡
𝑡𝑎 + 273,15
(6)
donde,
𝑡𝑎 : Temperatura del Aire (°C)
𝑝1 : Presión Primaria (pone kPa abs). Se toma kPa man
𝑝2 : Presión Secundaria (pone kPa abs). Se toma kPa man
𝑑0 : Diámetro de Orificio (mm)
𝐶 : Coeficiente de Descarga
𝑄𝑎 : Rango de Flujo de Aire (Normal) (m³(n)/min)
𝛾 : Relación de Calores Específicos
𝑥𝑡 : Relación de Presiones Diferenciales (𝑥𝑡 = 0,72)
Dependiendo del valor 𝛾 · 𝑥𝑡 respecto a
𝑝1−𝑝2
𝑝1
se emplea la ec. (5) o la (6).
Considerando,
𝛾 =
𝑐𝑝
𝑐𝑣
=
𝑐𝑣 + 𝑅
𝑐𝑣
con 𝑡𝑎 = 20 °𝐶 → 𝑐𝑝 = 1.007
𝐽
𝑘𝑔·𝐾
𝑅 = 287,06
𝐽
𝑘𝑔·𝐾
𝑐𝑣 = 𝑐𝑝 − 𝑅 = 719,94
𝐽
𝑘𝑔 · 𝐾
Entonces, 𝛾 = 1,3987 ≃ 1,4
Elegimos el coeficiente de descarga como 𝐶 = 0,7.
Como
𝑝1−𝑝2
𝑝1
=
8−0
8
= 1 y 𝛾 · 𝑥𝑡 = 1,3987 · 0,72 = 1,0071, entonces,
𝑝1 − 𝑝2
𝑝1
< 𝛾 · 𝑥𝑡
Y se emplea la ec. (5), en este caso.
De esta forma, el resultado según la ecuación es: 𝑄𝑎 = 1,7553
𝑚³(𝑛)
𝑚𝑖𝑛
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que difiere ligeramente con lo calculado en el programa que era 1,67301 y ambos
valores se aproximan al de la tabla, que era 1,7.
Entonces, calculando con la ec. (5) para dos aberturas de 2“, siendo 1“ = 25,4 mm,
tenemos dos aberturas que dan en total 101,6 mm. Entonces calculamos,
𝑄𝑎 = 724,7559
𝑚³(𝑛)
𝑚𝑖𝑛
Luego,
𝑡 =
𝑉
𝑄
=
15
724,7559
= 0,0206966 min = 1,24 𝑠
Según el programa, empleando las mismas ecuaciones, resulta,
𝑄𝑎 = 690,79
𝑚³(𝑛)
𝑚𝑖𝑛
Cálculo parecido, pero no exactamente igual, probablemente por haber elegido
distinto valor para 𝛾.
Estos resultados son válidos para una apertura casi total de los dos orificios e instantánea.
Si se va a abrir una pequeña rendija para que vaya saliendo el aire a presión sin que
ocasione daños a las personas y al medio, el tiempo se excederá en la medida de
conocer cuál sería el diámetro total equivalente de dicha rendija.
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¿A qué velocidad sale el aire del depósito?
De la ecuación del caudal,
𝑄 = 𝑣𝑆
Y sabiendo que la sección de 2 aberturas de 2 “ cada una, es,
𝑆 = 0,004054 𝑚2
Podemos despejar 𝑣, así,
𝑣 =
𝑄
𝑆
𝑄𝑎 = 690,79
𝑚³(𝑛)
𝑚𝑖𝑛
= 11,5132
𝑚³(𝑛)
𝑠
→ 𝑣 =
11,5132
0,004054
= 2.839,95
𝑚
𝑠
Y vemos como la velocidad es en nº Mach,
𝑀 =
2.839,95
340,3
= 8,35
mayor que la de los aviones supersónicos más veloces. Por tanto, este procedimiento no
resulta adecuado para el cálculo del tiempo de descarga de un depósito de aire, por
ser contrario a la lógica, a pesar de que las ecuaciones de cálculo están presentes en
la página TLV de internet y vienen ecuaciones de cálculo de las que no se sabe su
procedencia. Analizaremos en otro estudio el tiempo en base a ecuaciones de la
mecánica de fluidos, comenzando por desarrollar la primera ecuación aparecida en
este estudio, numerado como I. La parte del desarrollo final está numerada como II.
Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli
para fluidos compresibles
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Tiempo de descarga de un depósito a presión cuando
se abre una abertura del mismo (II).
Se precisa conocer el tiempo de descarga de un depósito de volumen
15.000 l cargado de aire comprimido a la atmósfera debido a que se va a cambiar y se
tiene un escaso tiempo por parada en la empresa para conectar la instalación a un
nuevo depósito. Sabemos que el depósito está a 8 bar de presión y que posee dos
aberturas de 2“ de diámetro que se pueden abrir mediante palanca.
La ecuación de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles tiene la expresión:
𝜕𝑣
𝜕𝑡
+
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ) +
1
𝜌
𝜕𝑝
𝜕𝑙
= 0 (1)
donde,
𝑣 es la velocidad de fluido en
𝑚
𝑠
.
𝑡 es el tiempo en 𝑠.
𝑙 es la línea de corriente de flujo recorrida en 𝑚.
𝑔 es la aceleración de la gravedad. Se toma 𝑔 = 9,81
𝑚
𝑠2 .
𝜌 es la densidad del aire, se toma 𝜌 = 1,22
𝑘𝑔
𝑚3.
𝑝 es la presión en el interior del depósito en barg (bar manométricos)
𝜕 es el símbolo de derivada parcial de una variable sobre otra, así, por ejemplo:
𝜕𝑣
𝜕𝑡
es la derivada parcial de la velocidad 𝑣 en el tiempo 𝑡.
Vamos a integrar esta ecuación procurando que la variable 𝑙 desaparezca
pues no podemos calcular, a priori, el recorrido de la línea de corriente del flujo de aire
una vez pongamos el depósito en contacto con la atmósfera a través de las dos
aberturas del depósito.
De la ec. (1) y reordenando para las variables de derivación 𝑡 y 𝑙, podemos
obtener, poniendo cada variable en cada miembro de la igualdad,
𝜕𝑣
𝜕𝑡
= −
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ) −
1
𝜌
𝜕𝑝
𝜕𝑙 (2)
Al ser el aire comprimido un fluido compresible, la densidad es función de la
temperatura y de la presión y podemos obtener una expresión despejando en la
ecuación de los gases ideales,
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para fluidos compresibles
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𝜌 = 𝜌(𝑝, 𝑇) =
𝑝
𝑅𝑇 (3)
Teniendo en cuenta que la constante 𝑅 para el aire vale,
𝑅 = 287,056
𝐽
𝑘𝑔 𝐾
Introduciendo la ec. (3) en la (2), resulta,
𝜕𝑣
𝜕𝑡
= −
𝜕
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ) −
𝑅𝑇
𝑝
𝜕𝑝
𝜕𝑙 (4)
Se debe tener en cuenta que se supone una temperatura dentro del depósito
parecida a la que existe en el exterior. Por lo tanto, la hipótesis de temperatura del aire
es que se mantiene constante. Así, además, es coherente con la ec. (4) dado que la
derivada parcial respecto a la presión en el último término del segundo miembro no
podría modificar el valor de la temperatura al realizar una integración.
Sabemos por cálculo diferencial que la derivada parcial de una variable se
puede expresar en función de otra variable de la siguiente forma,
𝜕𝑝
𝜕𝑙
=
𝜕𝑝
𝜕𝑡
𝜕𝑡
𝜕𝑙 (5)
Entonces podemos introducir en la ec. (4) el procedimiento de la ec. (5)
obteniendo,
𝜕𝑣
𝜕𝑡
= −
𝜕
𝜕𝑡
𝜕𝑡
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ) −
𝑅𝑇
𝑝
𝜕𝑝
𝜕𝑡
𝜕𝑡
𝜕𝑙 (6)
Al pasar 𝜕𝑡 del primer miembro al segundo multiplicando, resulta, tras
simplificar,
𝑑𝑣 = −𝜕 [
𝜕𝑡
𝜕𝑙
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ)] −
𝑅𝑇
𝑝
𝜕𝑝
𝜕𝑡
𝜕𝑙 (7)
Se observa que 𝑑𝑣 ahora es una diferencial sobre una variable al estar sola en
el primer miembro y no tiene el símbolo de derivada parcial 𝜕.
Como ya se ha dicho, 𝑙 es la longitud de corriente del flujo de aire comprimido,
que realmente significa el espacio recorrido por el aire al salir a presión por las aberturas.
El movimiento de este fluido será horizontal, no intervendrá la aceleración de la
gravedad, y la deceleración procedente del propio aire en el medio será despreciable.
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Pág. 3 de 7
El modelo de ecuación es correcto en cuanto que la menor presión que se irá
alcanzando cuando se vacíe el depósito, hará decrementar la velocidad, con lo que
se llegará a una menor distancia 𝑙 de longitud de corriente.
Si la ecuación del movimiento rectilíneo uniforme es:
𝑙 = 𝑣 𝑡 (8)
donde,
𝑙 es el espacio recorrido en 𝑚, como ya se ha dicho.
𝑣 es la velocidad del aire a presión que sale de las aberturas del depósito en
𝑚
𝑠
𝑡 es el tiempo en recorrer el espacio 𝑙 en 𝑠.
No se debe confundir el tiempo 𝑡 en recorrer la línea de corriente del aire
comprimido por escape, del tiempo total que requiere el vaciado completo de aire
comprimido.
Rescribiendo la ec. (8) para 𝑡, se tiene,
𝑡 =
𝑙
𝑣
(9)
Entonces, realizando la derivada parcial de 𝑡 sobre 𝑙, resulta:
𝜕𝑡
𝜕𝑙
=
1
𝑣
(10)
Introduciendo la ec. (10) en la (7):
𝑑𝑣 = −𝑑 [
1
𝑣
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ)] −
𝑅𝑇
𝑝
𝑑𝑝
1
𝑣 (11)
Observando la ec. (11) vemos en el segundo miembro cómo la primera parte
solo tiene un término diferencial, mientras que la segunda, solo tiene una expresión
diferencial (𝑑𝑝), donde se han cambiado los símbolos de la derivada parcial 𝜕 a
derivada ordinaria 𝑑 pues solo existe la integración sobre una variable. Para resolver esta
ecuación recurrimos a separarla en dos partes,
𝑑𝑣 = [𝑑𝑣1] + [ 𝑑𝑣2] = −𝑑 [
1
𝑣
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ)] + [−
𝑅𝑇
𝑝
𝑑𝑝
1
𝑣
] (12)
Calculamos,
Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli
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𝑑𝑣1 = −𝑑 [
1
𝑣
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ)] = 𝑑 {− [
1
𝑣
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ)]} = 𝑑𝑓 (13)
Sabemos que la relación entre una diferencial total y sus derivadas respecto a
las variables es la siguiente:
𝑑𝑓 =
𝜕𝑓
𝜕𝑥
𝑑𝑥 +
𝜕𝑓
𝜕𝑦
𝑑𝑦 +
𝜕𝑓
𝜕𝑧
𝑑𝑧 +
𝜕𝑓
𝜕𝑡
𝑑𝑡
habiendo considerado una función 𝑓 de 4 variables. El sumatorio se extendería
a todas las variables intervinientes.
En el caso de la ec. (10), observamos que la altura ℎ debe ser constante, pues
el flujo de aire comprimido que sale de las aberturas va a seguir una trayectoria
horizontal debido a la fuerza conque va a salir mezclándose con el aire y suponiendo
que la diferencia de temperaturas entre el aire dentro del depósito y la de la atmósfera
no será significativa para la ascensión o descensión del flujo mientras sigue la línea de
corriente. La aceleración de la gravedad 𝑔 también es constante. Por lo tanto, las únicas
variables son la presión 𝑝 y la velocidad 𝑣.
Podemos extraer al segundo miembro de la ec. (11) como 𝑓. De esta forma,
𝑓 = − [
1
𝑣
(
𝑣2
2
+ 𝑔ℎ)] = −
1
2
𝑣 −
1
𝑣
𝑔ℎ
𝑑𝑣1 = 𝑑𝑓 = 𝑑 (−
1
2
𝑣 −
1
𝑣
𝑔ℎ)
Y debemos calcular la expresión siguiente de una diferencial total, solo para la
variable 𝑣,
𝑑𝑣1 =
𝜕𝑓
𝜕𝑣
𝑑𝑣
Hallamos la derivada parcial,
𝜕𝑓
𝜕𝑣
= −
1
2
+
1
𝑣2
𝑔ℎ
Entonces 𝑑𝑣1 queda,
𝑑𝑣1 = (−
1
2
+
1
𝑣2
𝑔ℎ) 𝑑𝑣 (14)
que es una función integrable.
Respecto a 𝑑𝑣2 podemos reescribir la ecuación derivada de la ec. (12)
𝑑𝑣2 = −
𝑅𝑇
𝑝
1
𝑣
𝑑𝑝 (15)
Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli
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Ya tenemos las ecuaciones diferenciales (14) y (15) para integrar.
Juntamos nuevamente las dos diferenciales,
𝑑𝑣 = (−
1
2
+
1
𝑣2
𝑔ℎ) 𝑑𝑣 −
𝑅𝑇
𝑝
1
𝑣
𝑑𝑝 (16)
Teniendo en cuenta que hemos supuesto la temperatura constante en el
problema, al no variar excesivamente la temperatura del interior del depósito y la del
exterior, como ya se dijo, integramos la ec. (16),
∫ 𝑑𝑣
𝑣
𝑣0
= ∫ (−
1
2
+
1
𝑣2
𝑔ℎ) 𝑑𝑣 − ∫
𝑅𝑇
𝑝
1
𝑣
𝑑𝑝
𝑝
𝑝0
𝑣
𝑣0
que da como resultado,
𝑣 − 𝑣0 = −
1
2
(𝑣 − 𝑣0) −
1
(𝑣 − 𝑣0)
𝑔ℎ −
𝑅𝑇
𝑣
ln(𝑝 − 𝑝0) (17)
En la ec. (17) se van a interpretar los términos.
𝑣0 es la velocidad inicial del aire comprimido justo en el momento
anterior a abrir las 2 aberturas de 2”. Por lo tanto, 𝑣0 = 0.
𝑝0 es la presión inicial que existe en el depósito y 𝑝 la presión diferencial
que va restando, siendo 𝑝0 − 𝑝 la presión remanente en el depósito.
Por lo tanto, quitando la variable 𝑣0 en la ec. (15) y despejando para 𝑣,
resulta,
𝑣 = √
2
3
R T ln(𝑝 − 𝑝0) − 𝑔ℎ (18)
con,
𝑔 = 9,81
𝑚
𝑠
ℎ = 1,5 𝑚
𝑅 = 287,056
𝐽
𝑘𝑔 𝐾
Ensayando valores con la ec. (18) podemos obtener una tabla.
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Tabla 1. Velocidad del aire según la presión en el depósito.
𝑝0 − 𝑝 (𝑏𝑎𝑟) 𝑝 (𝑏𝑎𝑟) 𝑣 (
𝑚
𝑠
)
8 0 50,857
7 1 50,605
6 2 50,313
5 3 49,965
4 4 49,536
3 5 48,977
2 6 48,179
1 7 46,782
0,5 7,50 45,342
0,25 7,75 43,855
0,01 7,99 36,156
Queda claro, después de observar la gráfica de la ecuación a las diferentes
presiones, que la velocidad puede considerarse bastante cercana a 50 m/s. No se
aprecian grandes velocidades con presiones más elevadas que luego descienden con
presiones más bajas, por lo que el aire comprimido se va a evacuar del depósito
prácticamente a una velocidad constante.
Conociendo la velocidad media estimada de entre las de la tabla, podemos
saber el caudal y con ello el tiempo total que se tarda en vaciar el depósito.
Tenemos dos aberturas de 2“ cada una.
1“ = 0,0254 𝑚 → 2" = 0,0508 𝑚
Superficie de una abertura:
𝑆 = 𝜋
𝐷2
4
= 𝜋
0,05082
4
= 0,002027 𝑚2
Superficie de dos aberturas:
𝑆𝑡 = 0,002027 · 2 = 0,004054 𝑚2
Caudal total de las dos aberturas:
𝑄 = 𝑣𝑆𝑡 = 50 · 0,004054 = 0,202683
𝑚3
𝑠
= 12,160989
𝑚3
𝑚𝑖𝑛
El tiempo que tarda en vaciarse se puede calcular por el volumen del depósito
llenado de aire comprimido entre el caudal,
Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli
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Pág. 7 de 7
𝑡 =
𝑉
𝑄
=
15 𝑚3
12,160989
𝑚3
𝑚𝑖𝑛
= 1,23345 min = 74,007 𝑠
(19)
Si en lugar de escoger 𝑣 = 50
𝑚
𝑠
tomáramos 46, el tiempo sería 80,443 s, que
como se ve es prácticamente el mismo. Velocidades más bajas se dan cuando el
depósito se halla a 0,5 barg, por lo que es suficiente para mostrar lo cercano del tiempo
para todo el rango de presiones que existirán en el depósito mientras se vacía.
Por lo tanto, se concluye que el depósito se vacía rápidamente, con la
condición de que las aberturas estén completamente abiertas. Quizás el proceso más
complicado para realizar el vaciado sea iniciar la maniobra de apertura de las aberturas
de palanca, pero una vez conseguido, el tiempo de vaciado es muy corto.

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Cálculo de tiempo de descarga en un depósito (I. por ecs. de TLV en internet, 2. por Ec. de Euler-Bernoulli de la mecánica de fluidos).pdf

  • 1. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando ecuaciones de la empresa TLV en internet José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 1 de 6 Tiempo de descarga de un depósito a presión cuando se abre una abertura del mismo (I). Partimos de que el aire comprimido es un gas compresible, por lo que no es válida la ecuación de Bernoulli, que deduciremos a continuación de la ec. (1). Debemos emplear la ecuación de Euler-Bernoulli, 𝜕𝑣 𝜕𝑡 + 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑈) + 1 𝜌 𝜕𝑝 𝜕𝑙 = 0 (1) donde, 𝑣 es la velocidad de la línea de fluido, en m/s. 𝑡 es el tiempo, en s. 𝑙 es la línea de corriente recorrida por el fluido, en m. 𝑈 es la función potencial, en este caso, gravitatoria, que procede de una fuerza unitaria conservativa, 𝑈 = 𝑔ℎ 𝜌 es la densidad, en kg/m3 Si el fluido es estacionario entre dos estados, no existe variación de la velocidad con el tiempo. Entonces, resulta, 𝜕𝑣 𝜕𝑡 = 0 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑈) + 1 𝜌 𝜕𝑝 𝜕𝑙 = 0 Si además el fluido es de densidad constante, obtenemos, 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑈 + 𝑝 𝜌 ) = 0 Entonces también se puede escribir, 𝑣2 2 + 𝑈 + 𝑝 𝜌 = 𝑐𝑡𝑒 (2) sobre una línea de corriente, en general. La ecuación (2) es la ecuación de Bernoulli y sirve para flujos incomprensibles, sin fuerzas disipativas ni trabajos sobre el sistema (bombas, turbinas, etc.). Por tanto, vemos que la ec. (2) no sirve para calcular el tiempo de descarga de un depósito de aire comprimido y habrá que recurrir a la ec. (1). Este estudio se hará más adelante.
  • 2. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando ecuaciones de la empresa TLV en internet José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 2 de 6 𝜕𝑣 𝜕𝑡 + 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ) + 1 𝜌 𝜕𝑝 𝜕𝑙 = 0 Esta es una ecuación diferencial en derivadas parciales bastante laboriosa, dado que existe un término integrando en el tiempo 𝑡 y dos términos sobre la línea de corriente 𝑙. Además, la línea de corriente es el espacio recorrido por el fluido. A priori, sabemos que, en el depósito, el fluido está prácticamente estático, pero no en el estado 2, cuando se abren las dos entradas de 2“. El espacio recorrido por el fluido, una vez se abren las entradas es una incógnita, dado que inicialmente es nulo. La velocidad conque sale del recipiente el aire comprimido es otra incógnita. La variación de presión entre ambos estados es conocida: conocemos la presión del depósito y la presión atmosférica. La densidad puede obtenerse mediante la ecuación, 𝜌 = 𝑝 𝑅𝑇 (3) donde 𝑅 es una constante para cada gas, que en el caso del aire es, 𝑅 = 287,056 𝐽 𝑘𝑔𝐾 Además, 𝜌 la densidad en kg/m3 𝑝 es la presión absoluta en Pa. 𝑇 temperatura en K. Introduciendo la ec. (3) en la (2), resulta: 𝜕𝑣 𝜕𝑡 + 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ) + 𝑅𝑇 𝑝 𝜕𝑝 𝜕𝑙 = 0 (4) Esta ecuación diferencial en derivadas parciales es difícil de calcular. De hecho, no es un tipo estándar de las estudiadas en un curso de ecuaciones diferenciales. Además, está la incertidumbre de no conocer la línea de corriente o trayectoria que va a seguir el aire comprimido una vez vaya saliendo del depósito, en el sentido de no saber la distancia a la que llegará el aire desde el depósito hasta el exterior impulsado. Es por ello, que, el procedimiento seguido por esta ecuación no parece apropiado para el cálculo, no habiendo otra ecuación conocida en la literatura para realizar el cálculo. Entonces nos basaremos en datos encontrados en tablas sobre agujeros redondos de fugas en instalaciones de aire comprimido.
  • 3. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando ecuaciones de la empresa TLV en internet José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 3 de 6 Fig. 1. Fugas de aire comprimido según tamaño. Para un agujero de 5 mm de diámetro, tenemos un caudal de fuga de 1,7 m3/min. Si el depósito tiene un volumen de 15 m3, el tiempo de vaciado hasta la presión atmosférica sería, 𝑡 = 𝑉 𝑄 = 15 1,7 = 8,82 𝑚𝑖𝑛 En la página de TLV existe un procedimiento de cálculo de una ecuación empírica para hallar el flujo de aire a través de un orificio circular. Fig. 2. Programa TLV para cálculo de caudal de fugas. Como vemos en este programa, el caudal para un diámetro de 5 mm, sale un caudal prácticamente 1,7 m3(n)/min. Por lo tanto, la forma empírica de calcular las fugas de
  • 4. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando ecuaciones de la empresa TLV en internet José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 4 de 6 aire es la siguiente ecuación que no la encuentro en la documentación técnica, pero la he observado en TLV. La ecuación es la siguiente, Si 𝑝1 − 𝑝2 𝑝1 < 𝛾 · 𝑥𝑡 ⇒ 𝑄𝑎 = 1 60 · 4,17 · 𝐶 · ( 𝑑0 4,654 ) 2 · 𝑝1 · (1 − 𝑝1 − 𝑝2 𝑝1 3 · 𝛾 · 𝑥𝑡 ) · √ 𝑝1 − 𝑝2 𝑝1 𝑡𝑎 + 273,15 (5) Si 𝑝1 − 𝑝2 𝑝1 ≥ 𝛾 · 𝑥𝑡 ⇒ 𝑄𝑎 = 1 60 · 0,667 · 4,17 · 𝐶 · ( 𝑑0 4,654 ) 2 · 𝑝1 · √ 𝛾 · 𝑥𝑡 𝑡𝑎 + 273,15 (6) donde, 𝑡𝑎 : Temperatura del Aire (°C) 𝑝1 : Presión Primaria (pone kPa abs). Se toma kPa man 𝑝2 : Presión Secundaria (pone kPa abs). Se toma kPa man 𝑑0 : Diámetro de Orificio (mm) 𝐶 : Coeficiente de Descarga 𝑄𝑎 : Rango de Flujo de Aire (Normal) (m³(n)/min) 𝛾 : Relación de Calores Específicos 𝑥𝑡 : Relación de Presiones Diferenciales (𝑥𝑡 = 0,72) Dependiendo del valor 𝛾 · 𝑥𝑡 respecto a 𝑝1−𝑝2 𝑝1 se emplea la ec. (5) o la (6). Considerando, 𝛾 = 𝑐𝑝 𝑐𝑣 = 𝑐𝑣 + 𝑅 𝑐𝑣 con 𝑡𝑎 = 20 °𝐶 → 𝑐𝑝 = 1.007 𝐽 𝑘𝑔·𝐾 𝑅 = 287,06 𝐽 𝑘𝑔·𝐾 𝑐𝑣 = 𝑐𝑝 − 𝑅 = 719,94 𝐽 𝑘𝑔 · 𝐾 Entonces, 𝛾 = 1,3987 ≃ 1,4 Elegimos el coeficiente de descarga como 𝐶 = 0,7. Como 𝑝1−𝑝2 𝑝1 = 8−0 8 = 1 y 𝛾 · 𝑥𝑡 = 1,3987 · 0,72 = 1,0071, entonces, 𝑝1 − 𝑝2 𝑝1 < 𝛾 · 𝑥𝑡 Y se emplea la ec. (5), en este caso. De esta forma, el resultado según la ecuación es: 𝑄𝑎 = 1,7553 𝑚³(𝑛) 𝑚𝑖𝑛
  • 5. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando ecuaciones de la empresa TLV en internet José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 5 de 6 que difiere ligeramente con lo calculado en el programa que era 1,67301 y ambos valores se aproximan al de la tabla, que era 1,7. Entonces, calculando con la ec. (5) para dos aberturas de 2“, siendo 1“ = 25,4 mm, tenemos dos aberturas que dan en total 101,6 mm. Entonces calculamos, 𝑄𝑎 = 724,7559 𝑚³(𝑛) 𝑚𝑖𝑛 Luego, 𝑡 = 𝑉 𝑄 = 15 724,7559 = 0,0206966 min = 1,24 𝑠 Según el programa, empleando las mismas ecuaciones, resulta, 𝑄𝑎 = 690,79 𝑚³(𝑛) 𝑚𝑖𝑛 Cálculo parecido, pero no exactamente igual, probablemente por haber elegido distinto valor para 𝛾. Estos resultados son válidos para una apertura casi total de los dos orificios e instantánea. Si se va a abrir una pequeña rendija para que vaya saliendo el aire a presión sin que ocasione daños a las personas y al medio, el tiempo se excederá en la medida de conocer cuál sería el diámetro total equivalente de dicha rendija.
  • 6. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando ecuaciones de la empresa TLV en internet José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 6 de 6 ¿A qué velocidad sale el aire del depósito? De la ecuación del caudal, 𝑄 = 𝑣𝑆 Y sabiendo que la sección de 2 aberturas de 2 “ cada una, es, 𝑆 = 0,004054 𝑚2 Podemos despejar 𝑣, así, 𝑣 = 𝑄 𝑆 𝑄𝑎 = 690,79 𝑚³(𝑛) 𝑚𝑖𝑛 = 11,5132 𝑚³(𝑛) 𝑠 → 𝑣 = 11,5132 0,004054 = 2.839,95 𝑚 𝑠 Y vemos como la velocidad es en nº Mach, 𝑀 = 2.839,95 340,3 = 8,35 mayor que la de los aviones supersónicos más veloces. Por tanto, este procedimiento no resulta adecuado para el cálculo del tiempo de descarga de un depósito de aire, por ser contrario a la lógica, a pesar de que las ecuaciones de cálculo están presentes en la página TLV de internet y vienen ecuaciones de cálculo de las que no se sabe su procedencia. Analizaremos en otro estudio el tiempo en base a ecuaciones de la mecánica de fluidos, comenzando por desarrollar la primera ecuación aparecida en este estudio, numerado como I. La parte del desarrollo final está numerada como II.
  • 7. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 1 de 7 Tiempo de descarga de un depósito a presión cuando se abre una abertura del mismo (II). Se precisa conocer el tiempo de descarga de un depósito de volumen 15.000 l cargado de aire comprimido a la atmósfera debido a que se va a cambiar y se tiene un escaso tiempo por parada en la empresa para conectar la instalación a un nuevo depósito. Sabemos que el depósito está a 8 bar de presión y que posee dos aberturas de 2“ de diámetro que se pueden abrir mediante palanca. La ecuación de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles tiene la expresión: 𝜕𝑣 𝜕𝑡 + 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ) + 1 𝜌 𝜕𝑝 𝜕𝑙 = 0 (1) donde, 𝑣 es la velocidad de fluido en 𝑚 𝑠 . 𝑡 es el tiempo en 𝑠. 𝑙 es la línea de corriente de flujo recorrida en 𝑚. 𝑔 es la aceleración de la gravedad. Se toma 𝑔 = 9,81 𝑚 𝑠2 . 𝜌 es la densidad del aire, se toma 𝜌 = 1,22 𝑘𝑔 𝑚3. 𝑝 es la presión en el interior del depósito en barg (bar manométricos) 𝜕 es el símbolo de derivada parcial de una variable sobre otra, así, por ejemplo: 𝜕𝑣 𝜕𝑡 es la derivada parcial de la velocidad 𝑣 en el tiempo 𝑡. Vamos a integrar esta ecuación procurando que la variable 𝑙 desaparezca pues no podemos calcular, a priori, el recorrido de la línea de corriente del flujo de aire una vez pongamos el depósito en contacto con la atmósfera a través de las dos aberturas del depósito. De la ec. (1) y reordenando para las variables de derivación 𝑡 y 𝑙, podemos obtener, poniendo cada variable en cada miembro de la igualdad, 𝜕𝑣 𝜕𝑡 = − 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ) − 1 𝜌 𝜕𝑝 𝜕𝑙 (2) Al ser el aire comprimido un fluido compresible, la densidad es función de la temperatura y de la presión y podemos obtener una expresión despejando en la ecuación de los gases ideales,
  • 8. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 2 de 7 𝜌 = 𝜌(𝑝, 𝑇) = 𝑝 𝑅𝑇 (3) Teniendo en cuenta que la constante 𝑅 para el aire vale, 𝑅 = 287,056 𝐽 𝑘𝑔 𝐾 Introduciendo la ec. (3) en la (2), resulta, 𝜕𝑣 𝜕𝑡 = − 𝜕 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ) − 𝑅𝑇 𝑝 𝜕𝑝 𝜕𝑙 (4) Se debe tener en cuenta que se supone una temperatura dentro del depósito parecida a la que existe en el exterior. Por lo tanto, la hipótesis de temperatura del aire es que se mantiene constante. Así, además, es coherente con la ec. (4) dado que la derivada parcial respecto a la presión en el último término del segundo miembro no podría modificar el valor de la temperatura al realizar una integración. Sabemos por cálculo diferencial que la derivada parcial de una variable se puede expresar en función de otra variable de la siguiente forma, 𝜕𝑝 𝜕𝑙 = 𝜕𝑝 𝜕𝑡 𝜕𝑡 𝜕𝑙 (5) Entonces podemos introducir en la ec. (4) el procedimiento de la ec. (5) obteniendo, 𝜕𝑣 𝜕𝑡 = − 𝜕 𝜕𝑡 𝜕𝑡 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ) − 𝑅𝑇 𝑝 𝜕𝑝 𝜕𝑡 𝜕𝑡 𝜕𝑙 (6) Al pasar 𝜕𝑡 del primer miembro al segundo multiplicando, resulta, tras simplificar, 𝑑𝑣 = −𝜕 [ 𝜕𝑡 𝜕𝑙 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ)] − 𝑅𝑇 𝑝 𝜕𝑝 𝜕𝑡 𝜕𝑙 (7) Se observa que 𝑑𝑣 ahora es una diferencial sobre una variable al estar sola en el primer miembro y no tiene el símbolo de derivada parcial 𝜕. Como ya se ha dicho, 𝑙 es la longitud de corriente del flujo de aire comprimido, que realmente significa el espacio recorrido por el aire al salir a presión por las aberturas. El movimiento de este fluido será horizontal, no intervendrá la aceleración de la gravedad, y la deceleración procedente del propio aire en el medio será despreciable.
  • 9. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 3 de 7 El modelo de ecuación es correcto en cuanto que la menor presión que se irá alcanzando cuando se vacíe el depósito, hará decrementar la velocidad, con lo que se llegará a una menor distancia 𝑙 de longitud de corriente. Si la ecuación del movimiento rectilíneo uniforme es: 𝑙 = 𝑣 𝑡 (8) donde, 𝑙 es el espacio recorrido en 𝑚, como ya se ha dicho. 𝑣 es la velocidad del aire a presión que sale de las aberturas del depósito en 𝑚 𝑠 𝑡 es el tiempo en recorrer el espacio 𝑙 en 𝑠. No se debe confundir el tiempo 𝑡 en recorrer la línea de corriente del aire comprimido por escape, del tiempo total que requiere el vaciado completo de aire comprimido. Rescribiendo la ec. (8) para 𝑡, se tiene, 𝑡 = 𝑙 𝑣 (9) Entonces, realizando la derivada parcial de 𝑡 sobre 𝑙, resulta: 𝜕𝑡 𝜕𝑙 = 1 𝑣 (10) Introduciendo la ec. (10) en la (7): 𝑑𝑣 = −𝑑 [ 1 𝑣 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ)] − 𝑅𝑇 𝑝 𝑑𝑝 1 𝑣 (11) Observando la ec. (11) vemos en el segundo miembro cómo la primera parte solo tiene un término diferencial, mientras que la segunda, solo tiene una expresión diferencial (𝑑𝑝), donde se han cambiado los símbolos de la derivada parcial 𝜕 a derivada ordinaria 𝑑 pues solo existe la integración sobre una variable. Para resolver esta ecuación recurrimos a separarla en dos partes, 𝑑𝑣 = [𝑑𝑣1] + [ 𝑑𝑣2] = −𝑑 [ 1 𝑣 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ)] + [− 𝑅𝑇 𝑝 𝑑𝑝 1 𝑣 ] (12) Calculamos,
  • 10. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 4 de 7 𝑑𝑣1 = −𝑑 [ 1 𝑣 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ)] = 𝑑 {− [ 1 𝑣 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ)]} = 𝑑𝑓 (13) Sabemos que la relación entre una diferencial total y sus derivadas respecto a las variables es la siguiente: 𝑑𝑓 = 𝜕𝑓 𝜕𝑥 𝑑𝑥 + 𝜕𝑓 𝜕𝑦 𝑑𝑦 + 𝜕𝑓 𝜕𝑧 𝑑𝑧 + 𝜕𝑓 𝜕𝑡 𝑑𝑡 habiendo considerado una función 𝑓 de 4 variables. El sumatorio se extendería a todas las variables intervinientes. En el caso de la ec. (10), observamos que la altura ℎ debe ser constante, pues el flujo de aire comprimido que sale de las aberturas va a seguir una trayectoria horizontal debido a la fuerza conque va a salir mezclándose con el aire y suponiendo que la diferencia de temperaturas entre el aire dentro del depósito y la de la atmósfera no será significativa para la ascensión o descensión del flujo mientras sigue la línea de corriente. La aceleración de la gravedad 𝑔 también es constante. Por lo tanto, las únicas variables son la presión 𝑝 y la velocidad 𝑣. Podemos extraer al segundo miembro de la ec. (11) como 𝑓. De esta forma, 𝑓 = − [ 1 𝑣 ( 𝑣2 2 + 𝑔ℎ)] = − 1 2 𝑣 − 1 𝑣 𝑔ℎ 𝑑𝑣1 = 𝑑𝑓 = 𝑑 (− 1 2 𝑣 − 1 𝑣 𝑔ℎ) Y debemos calcular la expresión siguiente de una diferencial total, solo para la variable 𝑣, 𝑑𝑣1 = 𝜕𝑓 𝜕𝑣 𝑑𝑣 Hallamos la derivada parcial, 𝜕𝑓 𝜕𝑣 = − 1 2 + 1 𝑣2 𝑔ℎ Entonces 𝑑𝑣1 queda, 𝑑𝑣1 = (− 1 2 + 1 𝑣2 𝑔ℎ) 𝑑𝑣 (14) que es una función integrable. Respecto a 𝑑𝑣2 podemos reescribir la ecuación derivada de la ec. (12) 𝑑𝑣2 = − 𝑅𝑇 𝑝 1 𝑣 𝑑𝑝 (15)
  • 11. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 5 de 7 Ya tenemos las ecuaciones diferenciales (14) y (15) para integrar. Juntamos nuevamente las dos diferenciales, 𝑑𝑣 = (− 1 2 + 1 𝑣2 𝑔ℎ) 𝑑𝑣 − 𝑅𝑇 𝑝 1 𝑣 𝑑𝑝 (16) Teniendo en cuenta que hemos supuesto la temperatura constante en el problema, al no variar excesivamente la temperatura del interior del depósito y la del exterior, como ya se dijo, integramos la ec. (16), ∫ 𝑑𝑣 𝑣 𝑣0 = ∫ (− 1 2 + 1 𝑣2 𝑔ℎ) 𝑑𝑣 − ∫ 𝑅𝑇 𝑝 1 𝑣 𝑑𝑝 𝑝 𝑝0 𝑣 𝑣0 que da como resultado, 𝑣 − 𝑣0 = − 1 2 (𝑣 − 𝑣0) − 1 (𝑣 − 𝑣0) 𝑔ℎ − 𝑅𝑇 𝑣 ln(𝑝 − 𝑝0) (17) En la ec. (17) se van a interpretar los términos. 𝑣0 es la velocidad inicial del aire comprimido justo en el momento anterior a abrir las 2 aberturas de 2”. Por lo tanto, 𝑣0 = 0. 𝑝0 es la presión inicial que existe en el depósito y 𝑝 la presión diferencial que va restando, siendo 𝑝0 − 𝑝 la presión remanente en el depósito. Por lo tanto, quitando la variable 𝑣0 en la ec. (15) y despejando para 𝑣, resulta, 𝑣 = √ 2 3 R T ln(𝑝 − 𝑝0) − 𝑔ℎ (18) con, 𝑔 = 9,81 𝑚 𝑠 ℎ = 1,5 𝑚 𝑅 = 287,056 𝐽 𝑘𝑔 𝐾 Ensayando valores con la ec. (18) podemos obtener una tabla.
  • 12. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 6 de 7 Tabla 1. Velocidad del aire según la presión en el depósito. 𝑝0 − 𝑝 (𝑏𝑎𝑟) 𝑝 (𝑏𝑎𝑟) 𝑣 ( 𝑚 𝑠 ) 8 0 50,857 7 1 50,605 6 2 50,313 5 3 49,965 4 4 49,536 3 5 48,977 2 6 48,179 1 7 46,782 0,5 7,50 45,342 0,25 7,75 43,855 0,01 7,99 36,156 Queda claro, después de observar la gráfica de la ecuación a las diferentes presiones, que la velocidad puede considerarse bastante cercana a 50 m/s. No se aprecian grandes velocidades con presiones más elevadas que luego descienden con presiones más bajas, por lo que el aire comprimido se va a evacuar del depósito prácticamente a una velocidad constante. Conociendo la velocidad media estimada de entre las de la tabla, podemos saber el caudal y con ello el tiempo total que se tarda en vaciar el depósito. Tenemos dos aberturas de 2“ cada una. 1“ = 0,0254 𝑚 → 2" = 0,0508 𝑚 Superficie de una abertura: 𝑆 = 𝜋 𝐷2 4 = 𝜋 0,05082 4 = 0,002027 𝑚2 Superficie de dos aberturas: 𝑆𝑡 = 0,002027 · 2 = 0,004054 𝑚2 Caudal total de las dos aberturas: 𝑄 = 𝑣𝑆𝑡 = 50 · 0,004054 = 0,202683 𝑚3 𝑠 = 12,160989 𝑚3 𝑚𝑖𝑛 El tiempo que tarda en vaciarse se puede calcular por el volumen del depósito llenado de aire comprimido entre el caudal,
  • 13. Cálculo del tiempo de descarga de un depósito aplicando la ec. de Euler-Bernoulli para fluidos compresibles José Manuel Gómez Vega, ingeniero industrial en mecánica de máquinas. Pág. 7 de 7 𝑡 = 𝑉 𝑄 = 15 𝑚3 12,160989 𝑚3 𝑚𝑖𝑛 = 1,23345 min = 74,007 𝑠 (19) Si en lugar de escoger 𝑣 = 50 𝑚 𝑠 tomáramos 46, el tiempo sería 80,443 s, que como se ve es prácticamente el mismo. Velocidades más bajas se dan cuando el depósito se halla a 0,5 barg, por lo que es suficiente para mostrar lo cercano del tiempo para todo el rango de presiones que existirán en el depósito mientras se vacía. Por lo tanto, se concluye que el depósito se vacía rápidamente, con la condición de que las aberturas estén completamente abiertas. Quizás el proceso más complicado para realizar el vaciado sea iniciar la maniobra de apertura de las aberturas de palanca, pero una vez conseguido, el tiempo de vaciado es muy corto.