MECÁNICA DE FLUIDOS UNID AD 3: FUND UNIDAD FUNDAMENTO AMENTO DEL FLUJO DE FLUIDOS DOCENTE: ING. CLAUDIA RAMOS D.
EJERCICIO 8
En la figura, ilustramos un un sistema sistema donde fluye agua desde un tanq ta nque ue a tra ravé véss de un si sist steema de tu tubber ería íass de dis isti tint ntos os tamaños y elevaciones. Para los puntos A-G , calcule la carga de elevación, la carga de presión, la carga de velocidad y la carga total. Grafique estos valores en un diagrama CARGA TOTAL
ADICIONALES a.
P = 0, cuando el fluido en un punto de referencia esta expuesto a la atmósfera.
b.
V= 0, en la superficie del fluido contenido en un tanque o depósito.
c.
V1 =V2, cuando ambos puntos están dentro de una tubería del mismo tipo y diámetro.
d.
Z1 = Z2, cuando ambos puntos tienen la misma elevación.
ENERGÍA MECÁNICA
Es la forma de energía que se puede convertir completa y directamente a trabajo mecánico por medio de un dispositivo mecánico ideal como lo es una turbina ideal . Las formas comunes de la energía mecánica son la energía cinética y la potencial. Sin embargo, la energía térmica no es energía mecánica, puesto que no se puede convertir en trabajo de manera directa y por completo (segunda ley de la termodinámica).
ENERGÍA MECÁNICA
El cambio en la energía mecánica de un fluido en el curso de un flujo incompresible es: ∆ =
1
+
1 2
+ 1
Por lo tanto, la energía mecánica de un fluido no cambia durante el flujo si su presión, densidad, velocidad y elevación permanecen constantes. En ausencia de cualesquiera pérdidas, el cambio en la energía mecánica representa el trabajo mecánico suministrado al fluido (si emec> 0) o extraído de éste (si emec < 0).
ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA
NOMENCLATURAS
h A = Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico, como una bomba, ventilador o un compresor; es frecuente que se le denomine carga total sobre la bomba. h R = Energía que se remueve del fluido por medio de un dispositivo mecánico, como un motor de fluido, turbina, prensa hidráulica. h L = Perdidas de energía del sistema por la fricción en las tuberías, o perdidas menores por válvulas y otros accesorios.
La energía mecánica se define como la forma de energía que se puede convertir completa y directamente a trabajo mecánico por medio de un dispositivo mecánico ideal como lo es una turbina ideal
DISPOSITIVOS MECANICOS
BOMBAS: Dispositivo mecánico que añade energía al sistema. La bomba aprovecha la energía cinética y la trasmite al fluido, lo que provoca el movimiento de este y el incremento de su presión.
POTENCIA Y EFICIENCIA QUE REQUIEREN LAS BOMBAS POTENCIA DE LA BOMBA: P A = h A W P A = h A Q
EFICIENCIA MECÁNICA DE LA BOMBA:
=
=
DISPOSITIVOS MECANICOS
MOTORES DE FLUIDO: Dispositivos que toman energía de un fluido y la convierten a una forma de trabajo. El fluido impulsa los elementos rotatorios del dispositivo (motor). También se les conoce como turbinas
Funcionamiento de turbinas
POTENCIA Y EFICIENCIA QUE REQUIERE MOTOR DE FLUIDO POTENCIA DEL MOTOR: P R = h R W P R= h R Q
EFICIENCIA MECÁNICA DEL MOTOR:
=
=
¿Qué es?
ACOPLAMIENTOS A DISPOSITIVOS MECÁNICOS Suele formarse un acoplamiento de una bomba con su motor y el de una turbina con su generador. Por lo tanto, por lo general se tiene interés en la eficiencia combinada o total de las combinaciones bombamotor y turbogenerador. Motor:
Generador:
ACOPLAMIENTOS A DISPOSITIVOS MECÁNICOS Eficiencia entre: Bomba y motor:
− = =
é
Turbina y generador: = =
é
FRICCIÓN DEL FLUIDO
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. Da como resultado disminución de la presión en los puntos establecidos en el sistema
VÁLVULAS Y ACCESORIOS
Los elementos que controlan la dirección o el flujo volumétrico del fluido en un sistema generen turbulencia local en este, lo que ocasiona que la energía se disipe como calor.
A tener en cuenta
La carga de la bomba es cero si el sistema de tuberías no contiene una bomba, un ventilador o un compresor, y la carga de la turbina es cero si el sistema no contiene una turbina. Asimismo, a veces se puede ignorar la pérdida de carga h L, cuando las pérdidas por fricción en el sistema de tuberías son despreciablemente pequeñas en comparación con los otros términos de la ecuación
El sistema bomba-turbina de la Figura, admite agua del depósito superior para proporcionar energía a la ciudad. Por la noche bombea agua del depósito inferior al superior para reestablecer la situación anterior. Para un caudal de diseño de 15.000 gal/min en cada dirección, la pérdida de carga por fricción es de 17 ft. Estime la potencia en kilovatios (a) extraída por la turbina y (b)requerida por la bomba.
La bomba de la Figura, mueve queroseno a 25°C a 2,3 ft3/s. La pérdida de carga entre 1 y 2 es de 8 ft y la bomba proporciona al flujo 8 hp de potencia. ¿Cuál sería la lectura h del manómetro en pies?
En la figura observamos el diagrama de un sistema de potencia de fluido para una prensa hidráulica que se emplea para extruir elementos de caucho. Conocemos los siguientes datos:
1.
El fluido es aceite ( sg = 0.93)
Calcule la potencia que la prensa retira del fluido Calcule la presión en el punto 2, 3, 4 y 5
EJERCICIO 11
