ecuacion general de la energia -mecanica de fluidos

ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN F ACULT ACULTAD AD DE INGE NIER ÍA Y  AR  A RQUITECTURA EAP INGENIERÍA CIVIL Carretera central km 19 villa unión ñaña Lurigancho lima

 APRE  AP REND NDIZ IZAJ AJE E ANALIZAR LA ENERGIA EN LOS SISTEMAS DE FLUIDOS

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TOMAR EN CUENTA LA PERDIDA DE ENERGIA EN UN SISTEMA A CAUSA DE LA FRICCION FRICCION , LAS VAL VALVULAS VULAS Y DEMAS ACCESORIOS

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CONSIDERAR LA ENERGIA QUE UNA BOMBA AGREGA AL SISTEMA

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CONSIDERAR LA ENERGIA QUE LOS MOTORES DE FLUIDO O TURBINAS RETIRAN DEL SISTEMA .

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MEDIANTE EL EMPLEO DE LA ECUACION GENERAL DE LA ENERGIA SE ELIMINAN MUCHAS DE LAS RESTRICCIONES IDENTIFICADAS PARA LA ECUACION ECUA CION DE BERNOULLI

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CONCEPTOS INTRODUCTORIOS

 A1 *V 1

 P 1   



 Z 1 

V 1 2 g 



 A2 *V 2



 P 2   



 Z 2 

V 2 2 g 

RESTRICCIONES SOLO ES VALIDA PARA FLUIDOS INCOMPRENSIBLES

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ENTRE LAS DOS SECCIONES DE INTERES NO PUEDE HABER DISPOSITIVOS MECANICOS COMO BOMBAS , MOTEOTERES DE FLUIDO O TURBINA

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NO PUEDE HABER PERDIDA DE ENERGIA POR LA FRICCION O TURBULENCIA QUE GENERAN VALVULAS Y ACCESORIOS EN EL SISTEMA DE FLUJO

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NO PUEDE EXISTIR TRANSFERENCIA DE CALOR HACIA EL SISTEMA O FUERA DE ESTE

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EN REALIDAD NINGUN SISTEMA SATISFACE TODAS ESTAS RESTRICCIONES

OBJETIVOS IDENTIFICAR LAS CONDICIONES DONDE HAY PERDIDA DE ENERGIA EN LOS SISTEMAS DE FLUJO DE LOS FLUIDOS

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IDENTIFICAR LOS MEDIOS POR LOS QUE SE AGREGA ENERGIA A UN SISTEMA DE FLUJO DE FLUIDOS

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IDENTIFICAR LAS FORMAS EN QUE SE RETIRA ENERGIA DE UN SISTEMA DE FLUJO DE FLUIDOS

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EXTENDER LA ECUACION DE BERNOULLI PARA CONFORMAR LA ECUACION GENERAL DE LA ENERGIA CONSIDERANDO PERDIDAS, GANANCIAS O RETIROS DE ENERGIA.

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OBJETIVOS APLICAR LA ECUACION GENERAL DE LA ENERGIA A DIFERENTES PROBLEMAS

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CALCULAR LA POTENCIA DE LAS BOMBAS QUE AGREGAN ENERGIA A LOS FLUIDOS

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DEFINIIR LA EFICIENCIA DE LAS BOMBAS

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CALCULAR LA POTENCIA QUE SE REQUIERE PARA OPERAR LAS BOMBAS

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DETERMINAR LA POTENCIA QUE UN FLUIDO DA A UN MOTOR DE FLUIDO

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DEFINIR LA EFICIENCIA DE LOS MOTORES DE FLUIDO

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CALCULAR LA SALIDA DE POTENCIA DE UN MOTOR DE FLUIDO

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PERDIDAS Y GANANCIAS DE ENERGIA UNA BOMBA ES UN DISPOSITIVO MECANICO QUE AÑADE ENERGIA A UN FLUIDO. UN MOTOR ELECTRICO IMPULSA UN EJE ROTATORIO EN LA BOMBA, ENTONCES, LA BOMBA APROVECHA ESTA ENERGIA CINETICA Y LA TRANSMITE AL FLUIDO, LO QUE PROVOCA EL MOVIMIENTO DE ESTE Y EL INCREMENTO DE SU PRESION

LOS MOTORES DE FLUIDO, TURBINAS , ACTUADORES ROTATORIOS Y LINEALES, SON ALGUNOS EJEMPLOS DE DISPOSITIVOS QUE TOMAN LA ENERGIA DE UN FLUIDOS Y LA CONVIERTEN A UNA FORMA DE TRABAJO POR MEDIO DE LA ROTACION DE UN EJE O EL MOVIMIENTO DE UN PISTON

FRICCION DEL FLUIDO UN FLUIDO EN MOVIMIENTO PRESENTA RESISTENCIA POR FRICCION AL FLUIR. PARTE DE LA ENERGIA DEL SISTEMA SE CONVIERTE EN ENERGIA TERMICA (CALOR), QUE SE DISIPA A TRAVES DE LA PAREDES DE LA TUBERIA POR LA QUE CIRCULA EL FLUIDO. LA MAGNITUD DE LA ENERGIA QUE SE PIERDE DEPENDE DE:  LAS PROPIEDADES DEL FLUIDO

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 VELOCIDAD DEL FLUJO

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 TAMAÑO DE LA TUBERIA

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 ACABADO DE LA PARED DE LA TUBERIA

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 LA LONGITUD DE LA MISMA.

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VALVULAS Y  ACCESORIOS ES COMUN QUE LOS ELEMENTOS QUE CONTROLAN LA DIRECCION O EL FLUJO VOLUMETRICO DEL FLUIDO DE UN SISTEMA GENEREN TURBULENCIA LOCAL EN ESTE, LO QUE OCASIONA QUE LA ENERGIA SE DISIPE COMO CALOR . SIEMPRE QUE HAY UNA RESTRICCION ,POR EJEMPLO, UN CAMBIO EN LA VELOCIDAD O DIRECCION DEL FLUJO , HAY PERDIDAS DE ESE TIPO. EN UN SISTEMA DE GRAN MAGNITUD LAS PERDIDAS DE ENERGIA POR LAS VALVULAS Y ACCESORIOS POR LO GENERAL ESTA PERDIDA ES PEQUEÑA EN COMPARACION CON LAS PERDIDAS POR FRICCION EN LAS TUBERIAS. POR TANTO , DICHAS PERDIDAS SON LLAMAS “PERDIDAS MENORES”

NOMENCLATURA DE LAS PERDIDAS Y GANANCIAS DE ENERGIA LAS PERDIDAS Y GANANCIAS DE ENERGIA EN UN SISTEMA SE CONTABILIZAN EN TERMINOS DE ENERGIA POR UNIDAD DE PESO DEL FLUIDO QUE CIRCULA POR EL. ESTO TAMBIEN SE CONOCE COMO CARGA. COMO ABREVIACION DE LA CARGA EMPLEAREMOS EL SIMBOLO h, PARA LAS PERDIDAS Y GANANCIAS DE ENERGIA. EN ESPECIFICO EN EL ESTUDIO DE LA MECANICA DE FLUIDOS SE MANEJARA DE LA SIGUIENTE MANERA.

NOMENCLATURA DE LAS PERDIDAS Y GANANCIAS DE ENERGIA h A



Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico, como una Bomba ; 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

h L

 Perdidas de energía del sistema por la fricción en las tuberías, o perdidas Menores por válvulas o otros accesorios

PERDIDAS DE ENERGIA POR FRICCION LA MAGNITUD DE LAS PERDIDAS DE ENERGIA QUE PRODUCE LA FRICCION DEL FLUIDO, LAS VALVULAS Y ACCESORIOS, ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA CARGA DE VELOCIDAD DEL FLUIDO .

h L



2

 K (V  / 2 g )

K ES EL COEFICIENTE DE RESISTENCIA, SE PODRA DETERMINAR EL VALOR PARA K MEDIANTE LA ECUACION DE DARCY.

ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA ´ 1 

 E   P 1   



 Z 1 

V 1 2 g 

h A  h R



h A  h R





h L

h L





E 

 P 2   

´ 2



 Z 2 

V 2 2 g 

REQUIEREN LAS BOMBAS LA POTENCIA SE DEFINE COMO LA RAPIDEZ A QUE SE REALIZA UN TRABAJO. EN LA MECANICA DE FLUIDOS SE MODIFICA ESTE CONCEPTO Y SE TOMARA EN CUENTA QUE LA POTENCIA ES LA RAPIDEZ CON QUE SE TRANSFIERE ENERGIA. PARA CALCULAR LA POTENCIA QUE SE TRASMITE AL FLUIDO, DEBE DETERMINARSE CUANTOS NEWTONS DE ESTE FLUIDO PASAN POR LA BOMBA EN UN LAPSO DADO DE TIEMPO , A ESTO SE LE DENOMINA FLUJO EN PESO W

 P   A



h A

*

W  

 P   A



h A

*

  

*

Q

PA SE DENOTA COMO LA POTENCIA QUE SE AGREGA AL FLUIDO

LAS UNIDADES DE LA POTENCIA 1.0 N * m / s  watt  Sistema internacional

1hp 1lb





1hp

550lb

 pie /  s







 pie /  s

1356 watt 

745.7 watt 

Sistema tradicional de los estados unidos