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ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA

Usted aumentará su capacidad de analizar la energía en los sistemas de flujo de fluidos al agregar términos a la ecuación de Bernoulli. Tomará en cuenta la pérdida de energía en un sistema a causa de la fricción, las válvulas y demás accesorios. Al terminar esta sesión usted podrá: Aprovechar su conocimiento de la ecuación de Bernoulli, a fin de aplicar la ecuación general de la energía a sistemas reales con bombas, motores de fluido, turbinas y a la pérdida de energía por la fricción, las válvulas y los accesorios. También aprenderá a calcular la potencia que las bombas imprimen al fluido, y la que retiran de éste los motores de fluido o turbinas. También estudiaremos la eficiencia de bombas, motores y turbinas.

Piense en un sistema de fluido: Tal vez pensó en el sistema de distribución de agua de su hogar, un sistema de riego por aspersión, la tubería de un sistema de fluido de potencia o los sistemas de distribución de fluidos de una fabrica industrial.

¿De qué manera estos sistemas incluyen pérdida de energía, ganancia o retiro de ella? ¿Algunos de los sistemas incluyen bombas para transportar la energía que da lugar al flujo e incrementan la presión del fluido? ¿Hay un motor de fluido o una turbina que extrae la energía del fluido para hacer que gire un eje y realice trabajo?

Todos conocemos la ecuación de Bernoulli,

En realidad, ningún sistema satisface todas estas restricciones.

Cada válvula, te, codo, reductor y agrandamiento, ocasiona que se pierda energía del fluido. Además, mientras el fluido pasa por tramos rectos de tubo, se pierde energía debido a la fricción.

NOMENCLATURA DE LAS PÉRDIDAS Y GANANCIAS DE 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. En específico, en los capítulos próximos manejaremos los términos siguientes:

La magnitud de las pérdidas de energía que produce la fricción del fluido, las válvulas y accesorios, es directamente proporcional a la carga de velocidad del fluido. Esto se expresa en forma matemática así:

El término K es el coeficiente de resistencia. ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA En este libro manejamos la ecuación general de la energía como extensión de la ecuación de Bernoulli, lo que posibilita resolver problemas en los que hay pérdida y ganancia de energía.

POTENCIA QUE REQUIEREN LAS BOMBAS La potencia se define como la rapidez a que se realiza un trabajo. En la mecánica de fluidos se modifica dicho enunciado y 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:

Del problema anterior se sabe que

La potencia en el Sistema Tradicional de Estados Unidos

Eficiencia mecánica de las bombas

Al continuar con los datos del problema anterior: Si suponemos que la eficiencia de la bomba de este problema es de 82%, entonces

El término siguiente en la ecuación es z2 - z1. ¿Cuál es su valor? Es cero. Ambos puntos se encuentran a la misma elevación.

POTENCIA SUMINISTRADA A MOTORES DE FLUIDO La energía que un fluido trasmite a un dispositivo mecánico, como a un motor de fluido o a una turbina, se denota en la ecuación general de la energía con el término hR. Encontramos la potencia trasmitida con la multiplicación de hR por el flujo en peso W

EFICIENCIA MECÁNICA DE LOS MOTORES DE FLUIDO