UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
DOCENTE:
ING. JORGE AMUSQUÍVAR FERNÁNDEZ
UNIVERSITARIO: GRIMALDO DENNIS
QUIROZ VALDIVIA
LABORATORIO DECINÉTICA Y DISEÑO
DEREACTORES
ASIGNATURA: PRQ 3209
TRABAJO EXPERIMENTAL Nº 1
FECHA DE ENTREGA:
Horario laboratorio: 16:30-18:00
CARACTERIZACIÓN DEL MODELO DE FLUJO EN RECIPIENTES CON LA
DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA (DTR)
EXPERIMENTO EN IMPULSO
RESUMEN
En el presente trabajo experimental se determinó la DTR (Distribución de tiempos de residencia)
mediante el “Experimento en Impulso”, empleando como trazador el HCl en un reactor de TIPO
mezcla completa y otro de TIPO flujo pistón.
Posteriormente se aplicó los modelos de dispersión y tanques en serie dando como resultado
respectivamente, los siguientes resultados:
REACTOR DE TIPO MEZCLA COMPLETA
Tiempo de residencia:𝑡̅ = 167 (𝑠)
Varianza: 𝜎2
= 27811,88
Modelo de dispersión:(
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= 𝟎. 𝟒𝟗𝟗 > 0.01
Corrigiendo con la ecuación (13)→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒
= 0.25
El modelo al que debe ajustarse es la ec. (14)
𝐸 𝜃 =
1
√4𝜋𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
El modelo que mejor se ajusta es:
Con(
𝐷
𝜇𝐿
)
2
= 0.22 y un coeficiente de regresión de: 𝑅 𝑎𝑗
2
= 1,006
Modelo de tanques en serie:( 𝑁) 𝑒𝑥𝑝 = 1
El modelo al que debe ajustarse es la ec. (16):
𝐸 𝜃 =
𝑁(𝑁𝜃) 𝑁−1
( 𝑁 − 1)!
𝑒−𝑁𝜃
Con 𝑁 = 1 se tiene un coeficiente de regresión de:
𝑅 𝑎𝑗
2
= 1.06 ( 𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎)
REACTOR DE TIPO FLUJO PISTON
Tiempo de residencia:𝑡̅ = 42,86(𝑠)
Varianza:𝜎2
= 47,868
Modelo de dispersión:(
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= 𝟎. 𝟎𝟏𝟑 > 0.01
Corrigiendo con la ecuación (13)→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒
= 0.012
El modelo al que debe ajustarse es:
𝐸 𝜃 =
1
√4𝜋𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
El modelo que mejor se ajusta es:
Con (
𝐷
𝜇𝐿
)
1
= 0.0105 y un coeficiente de regresión de:
𝑅 𝑎𝑗
2
= 0.663 (𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟)
Modelo de tanques en serie: ( 𝑁) 𝑒𝑥𝑝 = 39
El modelo al que debe ajustarse es la ec. (16):
𝐸 𝜃 =
𝑁(𝑁𝜃) 𝑁−1
( 𝑁 − 1)!
𝑒−𝑁𝜃
El modelo que mejor se ajusta es:
Con ( 𝑁)4 = 69 y un coeficiente de regresión de:
𝑅 𝑎𝑗
2
= 0.85 (𝑆𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟)
1. INTRODUCCIÓN
La caracterización del flujo en un determinado reactor como el de flujo pistón y el de mezcla
completa, han sido considerados desde el punto de vista ideal, el comportamiento real del flujo en
un reactor real siempre se desvía de esos modelos ideales, por lo que es necesario tener en cuenta
tres factores interrelacionados que describen el modelo de contacto o de flujo:
1. La DTR o distribución de tiempos de residencia del material que circula a través del reactor.
2. El estado de agregación del material circulante, su tendencia a agruparse (grupos de moléculas
que se mueven aproximadamente juntas)
3. La prontitud y tardanza de mezclado del material en el recipiente
En tratamiento de la DTR (Et) es objeto del presente trabajo experimental, tomando en cuenta que
para la determinación de la DTR se utiliza de forma sencilla un trazador físico no reactivo, en las
siguientes clases de experimentos:
Experimento en impulso
Experimento en escalón
Experimento periódico
Experimento al azar
Dada la facilidad de interpretación, los dos primeros, se consideran apropiados al estudio
experimental.
1.1.PRINCIPIOS TEÓRICOS
El experimento en impulso
El experimento en impulso consiste en la introducción instantánea de cierta cantidad de
trazador M (moles o kg.) en el fluido que entra al reactor o recipiente y se registra la
concentración del trazador en el fluido que abandona el reactor, su representación
esquemática se muestra en el gráfico siguiente:
A partir del balance de materia:
Á𝑟𝑒𝑎 =
𝑀
𝑣
(1)
𝑡̅ =
𝑉
𝑣
(2)
Que son ecuaciones con las que se efectúa el ensayo de consistencia con las alternativas
siguientes:
Si se conoce cualquiera de las tres cantidades M, v o V, se pueden encontrar las
otras dos.
v caudal
V
Volumen
C
C
M
Área
at t
Si se conocen dos cantidades (M y v, m y V ó v y V) se puede encontrar la tercera
(V, v , M, respectivamente) y también efectuar el test de consistencia del
experimento del trazador.
Si se conocen las tres cantidades M, v y V, entonces las ecuaciones (1) y (2)
proporcionan 2 ensayos de consistencia para observar si el experimento es el
adecuado.
Para encontrar la curva Et de la DTR a partir de la curva o serie de datos concentración del
trazador (C) versus tiempo (t), se cambia simplemente la escala de concentración de modo
que el área bajo la curva de respuesta sea la Unidad (normalización).
𝐸𝑡 =
𝑣𝐶
𝑀
(3)
En función de una escala de tiempos adimensionales:
𝐸 𝜃 = 𝑡̅ 𝐸𝑡 =
𝑉𝐸𝑡
𝑣
=
𝑉𝐶
𝑀
(4)
El tiempo medio y la varianza de los datos experimentales se calcula por las expresiones
(para más detalles, ver cap. 63 del Omnilibro de los reactores químicos de Levenspiel):
𝑡̅ =
∫ 𝑡𝐶𝑑𝑡
∫ 𝐶𝑑𝑡
(5)
𝜎2
=
∫ 𝑡2
𝐶𝑑𝑡
∫ 𝐶𝑑𝑡
− 𝑡̅2
(6)
Normalización de la función E
1. Encontrar Q, de la forma:
𝑄 = ∑ 𝐶𝑖∆𝑡𝑖 (7)
2. Calcular para cada concentración del trazador (ácido), según:
𝐸𝑖 =
𝐶𝑖
𝑄
(8)
3. Graficar E (DTR) versus tiempo (para ambas experiencias: mezcla completa y flujo
pistón en un solo gráfico)
Calculo de Eθ (DTR adimensional)
1. Calcular 2
y t según el tipo de experimento del trazador del texto del omnilibro de
Levenspiel, cap. 63
2. Calcular para cada valor de ti y Ei, los nuevos valores de
𝐸 𝜃𝑖 = 𝑡̅ 𝐸𝑖 (9)
𝜃𝑖 =
𝑡𝑖
𝑡̅
(10)
3. Graficar Eθ versus θ (para ambas experiencias: mezcla completa y flujo pistón en un
solo gráfico)
MODELO DE DISPERSIÓN
Experimento en impulso
I. Desviación pequeña del flujo en pistón, D/uL<0.01
a. Encontrar D/uL, de acuerdo con:
𝜎 𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2
= 2
𝐷
𝜇𝐿
(11)
b. Si D/uL< 0.01, graficar la función
𝐸 𝜃 =
1
√4𝜋(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
𝑒
−(1−𝜃)2
4(𝐷 𝜇𝐿⁄ ) (12)
En el gráfico de la curva experimental Eθ
c. Proceder a la regresión no lineal, para tres valores
(D/uL)1< (D/uL) e< (D/uL)2
Determinar el de mejor ajuste para D/uL
II. Gran desviación del flujo en pistón, D/uL>0.01
a. Encontrar D/uL, de acuerdo con:
𝜎 𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2
= 2
𝐷
𝜇𝐿
+ 8(
𝐷
𝜇𝐿
)
2
(13)
b. Si D/uL>0.01, graficar la función:
𝐸 𝜃 =
1
√4𝜋𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ ) (14)
En el mismo gráfico de la curva experimental Eθ
c. Proceder con la regresión no lineal para tres valores
(D/uL)1< (D/uL) e< (D/uL)2
Determinar el de mejor ajuste para D/uL
MODELO DE TANQUES EN SERIE
Experimento en impulso
1. Encontrar el número de tanques en serie N, por la expresión:
𝜎 𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2
=
1
𝑁
(15)
2. Graficar la función:
𝐸 𝜃 =
𝑁(𝑁𝜃) 𝑁−1
( 𝑁 − 1)!
𝑒−𝑁𝜃
(16)
En el gráfico de la curva experimental Eθ
3. Proceder a la regresión no lineal para tres valores
N-1 < Ne< N+1
Y determinar el mejor ajuste para N
4. Si N>50 (desviación pequeña del flujo pistón)
Puede utilizarse la expresión:
𝐸 𝜃 = √
𝑁
2𝜋
𝑒
[
−(1−𝜃)2
2
𝑁
]
(17)
2. OBJETIVOS
Determinar la DTR de un recipiente con el experimento en impulso
Aplicar los modelos de Dispersión y Tanques en Serie a los experimentos de trazadores en
impulso
3. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
3.1.DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y MATERIAL
Equipo reactor tipo tanque agitado
Equipo reactor tipo tubular
Equipo de volumetría
HCl
NaOH y fenolftaleína
Matraces de 100ml
Jeringa y conexiones de goma
Equipo de dosificación del caudal del líquido
3.2.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
El experimento en impulso
El procedimiento experimental tanto para el reactor tipo tanque agitado y tipo tubular, es
el siguiente:
Se ponen en funcionamiento el equipo de agitación (para el caso del tanque agitado)
y simultáneamente la llave de paso del dosificador de caudal hasta establecer el
régimen permanente en el flujo.
Se inyecta 5 ml de HCl de manera instantánea (tiempo cero) y se recibe las muestras
en los matraces por el procedimiento de “lecturas por copas”, determinando
previamente un intervalo de tiempo constante.
Los matraces con las muestras se valoran con NaOH y fenolftaleína como indicador.
3.3.TRATAMIENTO DE DATOS
Cálculos preliminares
1. Tabulación del volumen de neutralización versus (tiempo) intervalo de tiempo de la
toma de muestra.
2. Restar el volumen de neutralización (0.1 o 0.2 que corresponde al agua de grifo) a todos
los de volumen de neutralización
3. Calcular para todos los valores de los volúmenes de neutralización, la concentración del
trazador (el ácido) a través de V1N1 =V2 N2
4. Tabular los tiempos medios correspondientes a los intervalos de muestra
REACTOR DE TIPO MEZCLA COMPLETA
Ensayo de coexistencia:
𝑡̅ =
𝑉
𝑣
Para V el cálculo del volumen del reactor se tiene los siguientes datos:
Diámetro del reactor: 14 cm.
Altura del reactor: 16 cm.
El volumen será: 𝑉 =
𝜋
4
𝐷2
∗ 𝐻 =
𝜋
4
∗ 142
∗ 16 = 2463 𝑐𝑚3
El caudal se calculara de acuerdo a datos obtenidos obteniéndose un caudal promedio de:
𝑣 =
𝑉
𝑡
=
70.13
10
= 7.013
𝑚𝑙
𝑠𝑒𝑔
Por tanto el tiempo medio de residencia será:
𝑡̅ =
𝑉
𝑣
=
2463 𝑚𝑙
7.013 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑔
= 351 𝑠𝑒𝑔
𝐶 𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0.18 𝑁
𝑉𝐻𝐶𝑙 = 10 𝑚𝐿
Cálculo de la concentración de trazador HCl de acuerdo al pto. 3
𝐶 𝐻𝐶𝑙 =
𝐶 𝑁𝑎𝑂𝐻 (𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 ) 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑉𝐻𝐶𝑙
De acuerdo al pto. 2:
(𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 ) 𝑟𝑒𝑎𝑙 = ( 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 − 0.2)(𝑚𝐿)
∆𝑡 =60 seg.
De acuerdo al pto. 1 y considerando los pasos anteriores se representan los datos
experimentales en la siguiente tabla:
REACTOR TIPO MEZCLA COMPLETA
Muestra
Intervalo de
tiempo (s)
𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯 (𝒎𝑳) ( 𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯 ) 𝒓𝒆𝒂𝒍(𝒎𝑳) 𝑪 𝑯𝑪𝒍 (𝑵) 𝒕𝒊(𝒔)
1 0-10 31,2 31 0,558 5
2 10-70 21,4 21,2 0,3816 65
3 70-130 19,1 18,9 0,3402 125
4 130-190 13,7 13,5 0,243 185
5 190-250 11 10,8 0,1944 245
6 250-310 9 8,8 0,1584 305
7 310-370 6,4 6,2 0,1116 365
8 370-430 4,2 4 0,072 425
9 430-490 2,8 2,6 0,0468 485
10 490-550 1,8 1,6 0,0288 545
11 550-610 1,4 1,2 0,0216 605
12 610-670 0,9 0,7 0,0126 665
13 670-730 0,8 0,6 0,0108 725
14 730-790 0,8 0,6 0,0108 785
15 790-850 0,8 0,6 0,0108 845
Grafica Nº1
Grafica Nº2
Grafica Nº3
0.0000
0.1000
0.2000
0.3000
0.4000
0.5000
0.6000
0 200 400 600 800 1000
C(t)
t(seg)
C(t) vs. t
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0.0035
0.004
0.0045
0 200 400 600 800 1000
E
t(seg)
E VS TIEMPO
Calculo del tiempo medio de permanencia y la varianza del experimento.
Con los datos calculados de la TABLA A-1 del ANEXO, se hallaron mediante las
siguientes ecuaciones 𝑡̅ y 𝜎2
.
𝑡̅ =
∑ 𝑡𝑖 𝐶𝑖∆𝑡
∑ 𝐶𝑖∆𝑡
=
22057,38
132,084
= 167 (𝑠)
𝜎2
=
∑ 𝑡𝑖
2
𝐶𝑖∆𝑡
∑ 𝐶𝑖∆𝑡
− 𝑡̅2
=
7357194,9
132,084
− 1672
= 27811,88
Para evaluar el grupo adimensional (D/μL) en función del modelo de dispersión ( cap 64,
El Omnilibro de los reactores químicos)
Modelo de dispersión:
Calculando (D/μL) con la ecuación (11):
𝜎 𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2 = 2
𝐷
𝜇𝐿
→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= 𝟎. 𝟒𝟗𝟗 > 0.01
Gran desviación del flujo en pistón, D/uL>0.01
Encontrar D/uL, de acuerdo con la ecuación (13):
𝜎 𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2 = 2
𝐷
𝜇𝐿
+ 8 (
𝐷
𝜇𝐿
)
2
→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒
= 0.25
Procediendo con la regresión no lineal para tres valores se tiene:
(D/uL)1< (D/uL) e< (D/uL)2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 1 2 3 4 5 6
E(𝜽𝒊)
𝜽𝒊
𝑬(𝜽𝒊) VS 𝜽𝒊
(0.22)1< (0.25) e< (0.27)2
Cálculos hechos de acuerdo con las tablas de A2-A4 del anexo.
Para (D/μL)e=0.25
𝐸 𝜃
̂ =
1
√4𝜋𝜃 ∗ 0.25
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃∗0,25
Con los cálculos realizados en la tabla A-2 del ANEXO se obtuvo los siguientes
resultados de la regresión:
𝑅 𝑎𝑗
2
=
∑( 𝐸̂ 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)
2
∑( 𝐸 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)2 =
0,564221131
0,628567817
= 0,898 (𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎)
Para (D/μL)1=0.22
𝐸 𝜃
̂ =
1
√4𝜋𝜃 ∗ 0.22
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃∗0.22
𝑅 𝑎𝑗
2
=
∑( 𝐸̂ 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)
2
∑( 𝐸 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)2 =
0,632193624
0,628567817
= 1,006 (𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎 𝑚𝑢𝑐ℎ𝑜 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟)
Para (D/μL)2=0.27
𝐸 𝜃
̂ =
1
√4𝜋𝜃 ∗ 0.27
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃∗0.27
𝑅 𝑎𝑗
2
=
∑( 𝐸̂ 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)
2
∑( 𝐸 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)2 =
0,526457064
0,628567817
= 0,838 (𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎)
Grafica de comparación:
MODELO DE TANQUES EN SERIE
Experimento en impulso
Encontrar el número de tanques en serie N, por la expresión:
𝜎𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2
=
1
𝑁
→ 𝑁𝑒𝑥𝑝 = 1,003 ≅ 1 (15)
La función será por tanto:
𝐸 𝜃 =
𝑁(𝑁𝜃) 𝑁−1
( 𝑁 − 1)!
𝑒−𝑁𝜃 (16)
En el gráfico de la curva experimental Eθ
-Modelo de tanques en serie:
Para Ne=1
𝐸̂ 𝜃 = 𝑒−𝜃
𝑅 𝑎𝑗
2
=
∑( 𝐸̂ 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)
2
∑( 𝐸 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)2 =
1,166210058
0,628567817
= 1,06 (𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎)
0.00E+00
1.00E-01
2.00E-01
3.00E-01
4.00E-01
5.00E-01
6.00E-01
7.00E-01
8.00E-01
0 1 2 3 4 5 6
E(θ)
θ
E(θ) vs. θ (COMPARACIÓN)
REACTOR DE TIPO FLUJO PISTON
𝐶 𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0.18 𝑁
𝑉𝐻𝐶𝑙 = 10 𝑚𝐿
Cálculo de la concentración de trazador HCl de acuerdo al pto. 3
𝐶 𝐻𝐶𝑙 =
𝐶 𝑁𝑎𝑂𝐻 (𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 ) 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑉𝐻𝐶𝑙
De acuerdo al pto. 2:
(𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 ) 𝑟𝑒𝑎𝑙 = ( 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 − 0.1)(𝑚𝐿)
∆𝑡 = 5 (𝑠)
De acuerdo al pto. 1 y considerando los pasos anteriores se representan los datos
experimentales en la siguiente tabla:
REACTOR TIPO FLUJO PISTON
Muestra Intervalo de
tiempo (s)
1 0-5 0,8 0,7 0,0126 2,5
2 5-10 0,9 0,8 0,0144 7,5
3 10-15 0,9 0,8 0,0144 12,5
4 15-20 0,9 0,8 0,0144 17,5
5 20-25 0,8 0,7 0,0126 22,5
6 25-30 1 0,9 0,0162 27,5
7 30-35 1,1 1 0,018 32,5
8 35-40 173,2 173,1 3,1158 37,5
9 40-45 249,3 249,2 4,4856 42,5
10 45-50 81,7 81,6 1,4688 47,5
11 50-55 30,4 30,3 0,5454 52,5
12 55-60 10,6 10,5 0,189 57,5
13 60-65 3,5 3,4 0,0612 62,5
14 65-70 2 1,9 0,0342 67,5
15 70-75 1,7 1,6 0,0288 72,5
16 75-80 1,4 1,3 0,0234 77,5
17 80-85 1,3 1,2 0,0216 82,5
18 85-90 0,8 0,7 0,0126 87,5
19 90-95 0,6 0,5 0,009 92,5
Calculo del tiempo medio de permanencia y la varianza del experimento.
Con los datos calculados de la TABLA B-1 del ANEXO, sehallaron mediante las siguientes
ecuaciones 𝑡̅ y 𝜎2.
𝑡̅ =
∑ 𝑡𝑖 𝐶𝑖∆𝑡
∑ 𝐶𝑖∆𝑡
=
2165,445
50,526
= 42,86(𝑠)
𝜎2
=
∑ 𝑡𝑖
2
𝐶𝑖∆𝑡
∑ 𝐶𝑖∆𝑡
− 𝑡̅2
=
95233,8375
50,526
− 42,862
= 47,868
Para evaluar el grupo adimensional (D/μL) en función del modelo de dispersión ( cap. 64,
El Omnilibro de los reactores químicos)
Modelo de dispersión:
Calculando (D/μL) con la ecuación (11):
𝜎 𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2 = 2
𝐷
𝜇𝐿
→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= 𝟎. 𝟎𝟏𝟑 > 0.01
Gran desviación del flujo en pistón, D/uL>0.01 con los cálculos hechos en el anexo de
la tablas de B2 A B4.
Encontrar D/uL, de acuerdo con la ecuación (13):
𝜎 𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2 = 2
𝐷
𝜇𝐿
+ 8 (
𝐷
𝜇𝐿
)
2
→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒
= 0.012
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 0.5 1 1.5 2 2.5
E(θ)
θ
E(θ) vs. θ
Procediendo con la regresión no lineal para tres valores se tiene:
(D/uL)1< (D/uL) e< (D/uL)2
(0.011)1< (0.012) e< (0.014)2
Para (D/μL) e=0.012
𝐸 𝜃
̂ =
1
√4𝜋𝜃 ∗ 0.012
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃∗0,012
𝑅 𝑎𝑗
2
=
∑( 𝐸̂ 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)
2
∑( 𝐸 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)2 =
11,91178309
19,58834061
= 0,61 (𝑛𝑜 𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎)
Para (D/μL)1=0.0105
𝐸 𝜃
̂ =
1
√4𝜋𝜃 ∗ 0.0105
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃∗0.0105
𝑅 𝑎𝑗
2
=
∑( 𝐸̂ 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)
2
∑( 𝐸 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)2 =
12,99098133
19,58834061
= 0,663 (𝑀𝑒𝑗𝑜𝑟 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒)
Para (D/μL)2=0.014
𝐸 𝜃
̂ =
1
√4𝜋𝜃 ∗ 0.014
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃∗0.014
𝑅 𝑎𝑗
2
=
∑( 𝐸̂ 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)
2
∑( 𝐸 𝜃𝑖 − 𝐸̅ 𝜃)2 =
10,75196635
19,58834061
= 0,55 (𝑛𝑜 𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎)
MODELO DE TANQUES EN SERIE
Experimento en impulso
Encontrar el número de tanques en serie N, por la expresión:
𝜎𝜃
2
=
𝜎𝑡
2
𝑡̅2
=
1
𝑁
→ 𝑁𝑒𝑥𝑝 = 38,38 ≅ 39 (15)
Ne=39, debido a que para el modelo no existe una cuarta parte de tanque.
La función será:
𝐸 𝜃 =
𝑁(𝑁𝜃) 𝑁−1
( 𝑁 − 1)!
𝑒−𝑁𝜃 (16)
-Modelo de tanques en serie:
Gráfica: Concentración del trazador versus tiempo (para ambas experiencias: mezcla
completa y flujo pistón en un solo gráfico)
Gráfica: (para ambas experiencias: mezcla completa y flujo pistón en un solo gráfico)
5. RESULTADOS Y DISCUSION
REACTOR DE TIPO MEZCLA COMPLETA
Tiempo de residencia:𝑡̅ = 167 (𝑠)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
C(t)
t(seg)
C(t) vs. t (RMC-RPF)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 1 2 3 4 5 6
E(θ)
θ
E(θ) vs. θ (RMC-RFP)
Varianza: 𝜎2
= 27811,88
Modelo de dispersión:(
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= 𝟎. 𝟒𝟗𝟗 > 0.01
Corrigiendo con la ecuación (13)→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒
= 0.25
El modelo al que debe ajustarse es la ec. (14)
𝐸 𝜃 =
1
√4𝜋𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
El modelo que mejor se ajusta es:
Con(
𝐷
𝜇𝐿
)
2
= 0.22 y un coeficiente de regresión de: 𝑅 𝑎𝑗
2
= 1,006
Modelo de tanques en serie:( 𝑁) 𝑒𝑥𝑝 = 1
El modelo al que debe ajustarse es la ec. (16):
𝐸 𝜃 =
𝑁(𝑁𝜃) 𝑁−1
( 𝑁 − 1)!
𝑒−𝑁𝜃
Con 𝑁 = 1 se tiene un coeficiente de regresión de:
𝑅 𝑎𝑗
2
= 1.06 ( 𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎)
REACTOR DE TIPO FLUJO PISTON
Tiempo de residencia:𝑡̅ = 42,86(𝑠)
Varianza:𝜎2
= 47,868
Modelo de dispersión:(
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒𝑥𝑝
= 𝟎. 𝟎𝟏𝟑 > 0.01
Corrigiendo con la ecuación (13)→ (
𝐷
𝜇𝐿
)
𝑒
= 0.012
El modelo al que debe ajustarse es:
𝐸 𝜃 =
1
√4𝜋𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
𝑒
−(1−𝜃)2
4𝜃(𝐷 𝜇𝐿⁄ )
El modelo que mejor se ajusta es:
Con (
𝐷
𝜇𝐿
)
1
= 0.0105 y un coeficiente de regresión de:
𝑅 𝑎𝑗
2
= 0.663 (𝑠𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟)
Modelo de tanques en serie: ( 𝑁) 𝑒𝑥𝑝 = 39
El modelo al que debe ajustarse es la ec. (16):
𝐸 𝜃 =
𝑁(𝑁𝜃) 𝑁−1
( 𝑁 − 1)!
𝑒−𝑁𝜃