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Ecuación General de la Energía - Coggle Diagram
Ecuación General de la Energía
Las pérdidas y ganancias de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del fluido que circula por él. Esto también se conoce como carga, como abreviación de la carga emplearemos el símbolo h, para las pérdidas y ganancias de energía.
hR
Energía que se remueve del fluido por medio de un dispositivo mecánico, como un motor de fluido.
hL
Pérdidas de energía del sistema por la fricción en las tuberías, o pérdidas menores por válvulas y otros accesorios.
hL = K (v2/2 g )
hA
Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico, como una bomba; es frecuente que se le denomine carga total sobre la bomba.
Bomba
es un ejemplo común de dispositivo mecánico que añade energía a un fluido. Un motor eléctrico o algún otro aditamento importante impulsa un eje rotatorio en la bomba. Entonces, la bomba aprovecha esta energía cinética y la trasmite al fluido, lo que provoca el movimiento de éste y el incremento de su presión.
Para las bombas utilizadas en sistemas hidráulicos, la eficiencia varía de 70 a 90%. Para las bombas centrífugas, utilizadas sobre todo para transferir o hacer circular líquidos, la eficiencia va de 50 a 85%.
Los motores de fluido, turbinas, actuadores rotatorios y lineales, son algunos ejemplos de dispositivos que toman energía de un fluido y la convierten a una forma de trabajo, por medio de la rotación de un eje o el movimiento de un pistón.
Un fluido en movimiento presenta resistencia por fricción al fluir. Parte de la energía del sistema se convierte en energía térmica (calor), que se disipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido.
¿de qué depende la magnitud de la energía pérdida?
La magnitud de la energía que se pierde depende de las propiedades del fluido, velocidad del flujo, tamaño de la tubería, acabado de la pared de la tubería y longitud de la misma.
P1+ρ1gh1+ρ/2
v1^2+hA-hR-hL=P2+ρ2gh2+ρ/2
v2^2
Es esencial que la ecuación general de la energía se escriba en la dirección del flujo, es decir, desde el punto de referencia en el lado izquierdo de la ecuación hacia aquél en el lado derecho. Los signos algebraicos tienen importancia crucial porque el lado izquierdo de la ecuación establece que en un elemento de fluido que tenga cierta cantidad de energía por unidad de peso en la sección 1, podría ganarse energía (+ hA), removerse energía (~ h R) o perderse energía (—hL), antes de que alcance la sección 2.
Potencia
En la mecánica de fluidos se considera que la potencia es la rapidez con que se transfiere la energía.
La potencia se calcula con la multiplicación de la energía transferida por newton de fluido por el flujo en peso. Es decir Pa = hAW; Como W = yQ , también se escribe Pa = hAy Q . Donde PA denota la potencia que se agrega al fluido, y es el peso específico del fluido que circula a través de la bomba y Q es el flujo volumétrico del fluido.
Eficiencia
la relación de la potencia transmitida por la bomba al fluido a la potencia que se suministra a la bomba.
eM= Potencia transmitida al fluido/Potencia de entrada a la boma
El valor siempre será menos a 1
Los valores de la eficiencia para bombas de potencia de fluido de desplazamiento positivo, se reportan de manera diferente que los valores de las bombas centrífugas. Se utiliza con frecuencia los tres valores siguientes: eficiencia global e0, eficiencia volumétrica ev y eficiencia torsional eT.
eficiencia volumétrica
es una medida de lo que transmite en realidad la bomba, en comparación con la trasmisión ideal que se calcula con el desplazamiento por revolución multiplicado por la velocidad de rotación de la bomba.
eficiencia torsional
es una medida de la relación del par ideal que se requiere para accionar la bomba contra la presión que desarrolla el par real
Como describimos para el caso de las bombas, la pérdida de energía en un motor de fluido se produce por fricción mecánica y por fricción del fluido. Por tanto, no toda la potencia que se trasmite al motor se convierte en potencia de salida del dispositivo. Así, a la eficiencia mecánica se le define como:
eM= Potencia de salida del motor/ Potencia que transmite el fluido