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Euler Mejorado y Runge Kutta Universidad Surcolombiana Metodos Numericos


Enviado por   •  2 de Septiembre de 2016  •  Trabajo  •  2.305 Palabras (10 Páginas)  •  366 Visitas

Página 1 de 10

SOLUCION DE ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS

CONCETRACION DE SALMUERA

PRESENTADO POR:

JAVIER HERNANDO PINTO LOSDA COD. 20142130330

FABIAN STEVENS VARON VALENCIA COD. 20151130266

ANDRES CAMILO VILLABON RAMON COD. 20141125137

PRESENTADO A:

YAMIL ARMANDO CERQUERA ROJAS

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA

FACULTAD DE INGENIERIA

NEIVA

2016


Concentración de salmuera en un determinado tiempo

[pic 1]

¿Cuál es la concentración en el tanque al cabo de 5 minutos?

Desarrollo:

La variación del volumen en el tanque respecto al tiempo está determinada por la siguiente ecuación diferencial.

     (1)[pic 2]

Donde

  • A es el caudal de entrada de agua pura a razón de 3 L/s
  • B es el caudal de salida  de agua-sal (salmuera) a razón de 2 L/s
  • t tiempo medido en segundos
  •  el volumen inicial del tanque (500 L )[pic 3]

La variación de concentración respecto al tiempo está determinada por la siguiente ecuación.

    (2)[pic 4]

Donde

  • A es el caudal de entrada de agua pura a razón de 3 L/s
  • C1 es la concentración de sal que ingresa al tanque (C1=0)
  • B es el caudal de salida  de agua-sal (salmuera) a razón de 2 L/s
  • V(t) es La variación del volumen en el tanque respecto al tiempo está determinada por la siguiente ecuación diferencial.
  • Q es la concentración en el tanque

Reemplazando la ecuación 1 en la ecuación 2 queda:

   (3)[pic 5]

Condiciones prácticas para reemplazar en la ecuación 3

A= 3 L/S

B= 2 L/S

C1= 0

V0= 500 L

[pic 6]

Obteniendo la ecuación diferencial

[pic 7]

Procedemos a solucionar la ecuación diferencial mediante separación de variables, para encontrar la función primitiva que describe la variación de la concentración respecto al tiempo.

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

Nota: la integral del lado derecho se soluciona mediante sustitución haciendo u = t+500 y du=dt

[pic 11]

Por propiedades de los logaritmos podemos convertir ese dos (2) que multiplica al logaritmo en exponente de dicho logaritmo, quedando así:

[pic 12]

Despejando la concentración Q aplicando exponencial nos queda que:

[pic 13]

[pic 14]

Donde  se puede escribir o denotar como otra constante K[pic 15]

[pic 16]

Quedando la función que mejor describe la concentración respecto al tiempo  

  (4)[pic 17]

Remplazando en la ecuación 4 según las condiciones iniciales quedando:

En un tiempo t=0 la concentración de sal es de 30 Kg quedando así:

[pic 18]

Despejando K nos queda:

[pic 19]

Por ultimo queda que la mejor ecuación que describe la concentración de sal en el tanque respecto al tiempo es:

[pic 20]


Euler mejorado

Mediante el método de Euler mejorado se presenta la descripción de la ecuación diferencial la cual representa la variación de la concentración de sal en el tanque respecto al tiempo.

Ecuación diferencial:

[pic 21]

Solución a la ecuación diferencial

[pic 22]

Se aplicó el método de Euler mejorado con paso h=1, arrojando los siguientes resultados.

pasos

Cada segundo

Valor calculado

Valor real

Error

0

0.000

 30.000000

 30.000000

 0.000000

1

1.000

 29.880359

 29.880359

 0.000000

2

2.000

 29.761433

 29.761432

 0.000000

3

3.000

 29.643215

 29.643214

 0.000001

4

4.000

 29.525700

 29.525699

 0.000001

5

5.000

 29.408883

 29.408881

 0.000001

6

6.000

 29.292757

 29.292756

 0.000001

7

7.000

 29.177318

 29.177316

 0.000002

8

8.000

 29.062560

 29.062558

 0.000002

9

9.000

 28.948478

 28.948476

 0.000002

10

10.000

 28.835066

 28.835063

 0.000002

10

10.000

 28.835066

 28.835063

 0.000002

11

11.000

 28.722319

 28.722316

 0.000002

12

12.000

 28.610232

 28.610229

 0.000003

13

13.000

 28.498800

 28.498797

 0.000003

14

14.000

 28.388018

 28.388015

 0.000003

15

15.000

 28.277881

 28.277877

 0.000003

16

16.000

 28.168383

 28.168379

 0.000003

17

17.000

 28.059520

 28.059516

 0.000004

18

18.000

 27.951287

 27.951283

 0.000004

19

19.000

 27.843678

 27.843674

 0.000004

20

20.000

 27.736691

 27.736686

 0.000004

21

21.000

 27.630318

 27.630314

 0.000004

22

22.000

 27.524556

 27.524552

 0.000005

23

23.000

 27.419401

 27.419396

 0.000005

24

24.000

 27.314847

 27.314842

 0.000005

25

25.000

 27.210889

 27.210884

 0.000005

26

26.000

 27.107525

 27.107519

 0.000005

27

27.000

 27.004747

 27.004742

 0.000005

28

28.000

 26.902554

 26.902548

 0.000006

29

29.000

 26.800939

 26.800933

 0.000006

30

30.000

 26.699899

 26.699893

 0.000006

31

31.000

 26.599429

 26.599423

 0.000006

32

32.000

 26.499526

 26.499519

 0.000006

33

33.000

 26.400184

 26.400177

 0.000006

34

34.000

 26.301399

 26.301393

 0.000007

35

35.000

 26.203169

 26.203162

 0.000007

36

36.000

 26.105487

 26.105480

 0.000007

37

37.000

 26.008350

 26.008343

 0.000007

38

38.000

 25.911755

 25.911748

 0.000007

39

39.000

 25.815697

 25.815690

 0.000007

40

40.000

 25.720172

 25.720165

 0.000007

41

41.000

 25.625176

 25.625169

 0.000007

42

42.000

 25.530706

 25.530698

 0.000008

43

43.000

 25.436757

 25.436749

 0.000008

44

44.000

 25.343325

 25.343317

 0.000008

45

45.000

 25.250408

 25.250400

 0.000008

46

46.000

 25.158000

 25.157992

 0.000008

47

47.000

 25.066099

 25.066091

 0.000008

48

48.000

 24.974701

 24.974692

 0.000008

49

49.000

 24.883801

 24.883793

 0.000009

50

50.000

 24.793397

 24.793388

 0.000009

51

51.000

 24.703485

 24.703476

 0.000009

52

52.000

 24.614061

 24.614052

 0.000009

53

53.000

 24.525121

 24.525112

 0.000009

54

54.000

 24.436663

 24.436654

 0.000009

55

55.000

 24.348682

 24.348673

 0.000009

56

56.000

 24.261176

 24.261167

 0.000009

57

57.000

 24.174141

 24.174131

 0.000009

58

58.000

 24.087573

 24.087563

 0.000010

59

59.000

 24.001469

 24.001459

 0.000010

60

60.000

 23.915826

 23.915816

 0.000010

61

61.000

 23.830641

 23.830631

 0.000010

62

62.000

 23.745910

 23.745900

 0.000010

63

63.000

 23.661630

 23.661620

 0.000010

64

64.000

 23.577798

 23.577788

 0.000010

65

65.000

 23.494411

 23.494401

 0.000010

66

66.000

 23.411465

 23.411455

 0.000010

67

67.000

 23.328958

 23.328947

 0.000010

68

68.000

 23.246886

 23.246876

 0.000010

69

69.000

 23.165247

 23.165236

 0.000011

70

70.000

 23.084037

 23.084026

 0.000011

71

71.000

 23.003253

 23.003242

 0.000011

72

72.000

 22.922892

 22.922881

 0.000011

73

73.000

 22.842952

 22.842941

 0.000011

74

74.000

 22.763429

 22.763418

 0.000011

75

75.000

 22.684321

 22.684310

 0.000011

76

76.000

 22.605625

 22.605613

 0.000011

77

77.000

 22.527337

 22.527326

 0.000011

78

78.000

 22.449455

 22.449444

 0.000011

79

79.000

 22.371977

 22.371965

 0.000011

80

80.000

 22.294899

 22.294887

 0.000011

81

81.000

 22.218218

 22.218206

 0.000012

82

82.000

 22.141932

 22.141921

 0.000012

83

83.000

 22.066039

 22.066027

 0.000012

84

84.000

 21.990535

 21.990524

 0.000012

85

85.000

 21.915418

 21.915407

 0.000012

86

86.000

 21.840686

 21.840674

 0.000012

87

87.000

 21.766335

 21.766323

 0.000012

88

88.000

 21.692362

 21.692350

 0.000012

89

89.000

 21.618767

 21.618755

 0.000012

90

90.000

 21.545545

 21.545533

 0.000012

91

91.000

 21.472695

 21.472682

 0.000012

92

92.000

 21.400213

 21.400201

 0.000012

93

93.000

 21.328098

 21.328086

 0.000012

94

94.000

 21.256347

 21.256334

 0.000012

95

95.000

 21.184957

 21.184945

 0.000012

96

96.000

 21.113926

 21.113914

 0.000013

97

97.000

 21.043252

 21.043240

 0.000013

98

98.000

 20.972932

 20.972920

 0.000013

99

99.000

 20.902964

 20.902952

 0.000013

100

100.000

 20.833346

 20.833333

 0.000013

101

101.000

 20.764075

 20.764062

 0.000013

102

102.000

 20.695149

 20.695136

 0.000013

103

103.000

 20.626565

 20.626552

 0.000013

104

104.000

 20.558322

 20.558309

 0.000013

105

105.000

 20.490417

 20.490404

 0.000013

106

106.000

 20.422847

 20.422834

 0.000013

107

107.000

 20.355612

 20.355599

 0.000013

108

108.000

 20.288708

 20.288695

 0.000013

109

109.000

 20.222133

 20.222120

 0.000013

110

110.000

 20.155885

 20.155872

 0.000013

111

111.000

 20.089963

 20.089949

 0.000013

112

112.000

 20.024363

 20.024350

 0.000013

113

113.000

 19.959084

 19.959071

 0.000013

114

114.000

 19.894124

 19.894110

 0.000013

115

115.000

 19.829480

 19.829467

 0.000013

116

116.000

 19.765151

 19.765137

 0.000014

117

117.000

 19.701134

 19.701121

 0.000014

118

118.000

 19.637428

 19.637415

 0.000014

119

119.000

 19.574031

 19.574017

 0.000014

120

120.000

 19.510940

 19.510926

 0.000014

121

121.000

 19.448153

 19.448140

 0.000014

122

122.000

 19.385669

 19.385656

 0.000014

123

123.000

 19.323486

 19.323472

 0.000014

124

124.000

 19.261602

 19.261588

 0.000014

125

125.000

 19.200014

 19.200000

 0.000014

126

126.000

 19.138721

 19.138707

 0.000014

127

127.000

 19.077721

 19.077707

 0.000014

128

128.000

 19.017013

 19.016999

 0.000014

129

129.000

 18.956593

 18.956579

 0.000014

130

130.000

 18.896461

 18.896447

 0.000014

131

131.000

 18.836615

 18.836601

 0.000014

132

132.000

 18.777053

 18.777039

 0.000014

133

133.000

 18.717773

 18.717759

 0.000014

134

134.000

 18.658773

 18.658759

 0.000014

135

135.000

 18.600051

 18.600037

 0.000014

136

136.000

 18.541607

 18.541593

 0.000014

137

137.000

 18.483437

 18.483423

 0.000014

138

138.000

 18.425541

 18.425526

 0.000014

139

139.000

 18.367916

 18.367902

 0.000014

140

140.000

 18.310561

 18.310547

 0.000014

141

141.000

 18.253475

 18.253460

 0.000014

142

142.000

 18.196655

 18.196640

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