3Eva_IT2018_T2 Drenaje de estanque

3ra Evaluación I Término 2018-2019. 11/Septiembre/2018. MATG1013

Tema 2. (40 puntos) Un estanque se drena a través de un tubo como se observa en la figura.

Con suposiciones simplificadoras, la ecuación diferencial siguiente describe cómo cambia la profundidad con el tiempo:

\frac{dh}{dt} = -\frac{\pi d^2}{4A(h)}\sqrt{2g(h+e)}

 
Donde:
h = profundidad (m),
t = tiempo (s),
d = diámetro del tubo (m),
A(h) = área de la superficie del estanque como función de la profundidad (m2),
g = constante gravitacional (9,81 m/s2) y
e es la profundidad de salida del tubo por debajo del fondo del estanque (m).

Con base en la tabla siguiente de área-profundidad, resuelva esta ecuación diferencial para determinar cuánto tiempo tomaría que el estanque se vacie, dado que h(0) = 6 m, d = 0.25 m, e = 0.3 m.

h 6 5 4 3 2 1 0
A(h) 1.17 0.97 0.67 0.45 0.32 0.18 0.02

a) Con las profundidades 0, 2, 4, 6, encuentre un modelo de trazador cúbico natural para modelar el área A(h) y calcule el error en h = 5 m

b) Use el método de Taylor de segundo orden con dt=1 s para aproximar el tiempo en que la profundidad es 3 m.

Rúbrica: literal a (20 puntos), literal b (20 puntos)


hi = np.array([6, 5, 4, 3, 2, 1, 0])
Ai = np.array([1.17, 0.97, 0.67, 0.45, 0.32, 0.18, 0.02])

Referencia: Chapra Ejercicio 28.24 p849, pdf873

Video: Superestructuras: la presa Hoover