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• jenipher Batista J

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ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA La ecuación general de la energía es una extensión de la ecuación de Bernoulli, el cual posibilita resolver problemas en los que hay pérdida y ganancia de energía. En la figura (1) se aprecia la interpretación lógica de la ecuación de la energía, la cual representa un sistema de flujo. Los términos E'1 y E'2 denotan la energía que posee el fluido por unidad de peso en las secciones 1 y 2, respectivamente. Se muestran las energías agregadas, removidas y pérdidas hA, hR y hL. Para un sistema tal, la expresión del principio de conservación de la energía es: E'1

+ hA - hR - hL = E'2

FIGURA 1

La energía que posee el fluido por unidad de peso es: E' =P / y + z + v 2 /2 g

Por lo tanto la siguiente la ecuación general de la energía queda denotado por:

P1/y1 + z1 + v12/2g + hA + hR - hL= P2/y2 + z2 + v 22/2g …(1)

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 empleamos el símbolo h, para las pérdidas y ganancias de energía. Por lo tanto en la ecuación general de la energía (1) los términos hA, hR y hL significan:.  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.  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. 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:

hL = K*(v2/2*g ) El término K es el coeficiente de resistencia. Al Igual que en la ecuación de Bernoulli, cada término de la ecuación (1) representa una cantidad de energía por unidad de peso de fluido que circula por el sistema. Las unidades comunes del SI son N*m/N, o metros. Las del Sistema Tradicional de Estados Unidos son lb-pie/lb, o pies. 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 (1) 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 (- hR) o perderse energía (-hL), antes de que alcance la sección 2. Ahí contiene una cantidad diferente de energía por unidad de peso, como lo indican los términos en el lado derecho de la ecuación. Por ejemplo, en la figura 1 los puntos de referencia son 1 y 2, con la carga de presión, carga de elevación y carga de velocidad señaladas en cada punto. Después de que el fluido pasa el punto 1 entra a la bomba, donde

se agrega energía. Un impulsor primario, como un motor eléctrico, acciona la bomba, y el impulsor de la bomba transfiere la energía al fluido (+hA). Después, el fluido fluye por un sistema de conducción compuesto por una válvula, codos y tramos de tuberías, donde la energía se disipa del fluido y se pierde (-hL). Antes de alcanzar el punto 2, el fluido circula a través de un motor de fluido, que retira parte de la energía para mover un dispositivo externo (-hR). La ecuación general de la energía toma en cuenta todas estas energías. En un problema particular es posible que no se requiera que aparezcan todos los términos en la ecuación general de la energía. Por ejemplo, si no hay un dispositivo mecánico entre las secciones de interés, los términos hA y hR serán igual a cero y se dejan fuera de la ecuación. Si las pérdidas de energía son tan pequeñas que puedan ignorarse, se elimina el término hL. Si ocurren ambas condiciones, se observa que la ecuación (1) se reduce a la ecuación de Bernoulli.

PÉRDIDAS Y GANANCIAS DE ENERGÍA En esta parte estudiaremos las pérdidas y ganancias de energía de los distintos dispositivos y componentes de los sistemas de circulación de flujo de fluido. Se encuentran en la mayoría de los sistemas y agregan energía al fluido, la retiran de éste, o provocan pérdidas indeseables de ella. Explicaremos las bombas, los motores de fluido y la pérdida por fricción conforme el fluido pasa por ductos y tubos, pérdidas de energía por cambios en el tamaño de la trayectoria de flujo, y pérdidas de energía por las válvulas y accesorios. GANANCIA DE ENERGÍA: BOMBA: Una 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.

En los diseños de bombas se utilizan varias configuraciones. El sistema de la figura 1 contiene una bomba centrífuga montada en línea con la tubería del proceso. Las figura 2 muestra un tipo de bomba de fluido de potencia capaces de producir presiones muy altas en el rango de 1500 a 5000 psi (10.3 a 34.5 MPa). Figura2

Instalación de tubería en la que se aprecia una bomba, válvulas, tes y otros aditamentos

MOTORES DE FLUIDOS 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. Muchos motores de fluido tienen las mismas configuraciones básicas de las bombas que mostramos en las figuras (1 y 2). La diferencia principal entre una bomba y un motor de fluido es que, cuando funciona como motor, el fluido impulsa los elementos rotatorios del dispositivo. En las bombas ocurre lo contrario. Para ciertos diseños, como el tipo de engrane sobre engrane mostrado en la figura 2, una bomba podría actuar como motor al forzar un flujo a través del dispositivo. En otros tipos se requeriría un cambio en el arreglo de las válvulas o en la configuración de los elementos giratorios. También es frecuente que el motor hidráulico se utilice como impulsor de las ruedas de los equipos de construcción y camiones, y para los componentes rotatorios de sistemas de transferencia de materiales, bandas transportadoras, equipos agrícolas, máquinas especiales y equipos automáticos.

Motor de fluido