Ecuación de energía

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

• Aprender la ecuación de la energía y su funcionamiento   en las máquinas.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS        

• Conocer como en diferentes máquinas  funciona los sistemas de lubricación  aplicando los conocimientos adquiridos en clase.
• Comprender cuales son las energías que se involucran en las distintas  partes de un sistema hidráulico.
• Obtener  las energías rechazadas en las distintas máquinas y saber cómo influye en el sistema.

1. MARCO TEORICO

Ecuación de Bernoulli

La ecuación de Bernoulli, se puede considerar como una apropiada declaración del principio de la conservación de la energía, para el flujo de fluidos. El comportamiento cualitativo que normalmente evocamos con el término "efecto de Bernoulli", es el descenso de la presión del líquido en las regiones donde la velocidad del flujo es mayor. Este descenso de presión por un estrechamiento de una vía de flujo puede parecer contradictorio, pero no tanto cuando se considera la presión como una densidad de energía. En el flujo de alta velocidad a través de un estrechamiento, se debe incrementar la energía cinética, a expensas de la energía de presión.  (Crespo.A, 2006)

Si bien la ecuación de Bernoulli se afirma en términos, como son la conservación de la energía y las ideas de presión, energía cinética y energía potencial, su aplicación en la fórmula se limita a los casos de flujo constante. Para el flujo a través de un tubo, tal flujo puede ser visualizado como un flujo laminar, que todavía es una idealización, pero si el flujo es una buena aproximación laminar, entonces puede ser modelada y calculada la energía cinética del flujo en cualquier punto del fluido. El término energía cinética por unidad de volumen en la ecuación, es el que requiere estrictas restricciones para que se pueda aplicar en la ecuación de Bernoulli - que básicamente es la suposición de que toda la energía cinética del fluido está contribuyendo directamente al proceso de avance del flujo del fluido -. Ello debería hacer evidente que la existencia de turbulencias o cualquier movimiento caótico del fluido implicaría que algo de la energía cinética no está contribuyendo al avance del fluido a través del tubo.  (Hernández, 1976)

También hay que decir que, si bien la conservación de la energía se aplica siempre, esta forma de analizar la energía, no describe ciertamente cómo se distribuye esa energía bajo condiciones transitorias. Una buena visualización del efecto Bernoulli es el flujo a través de un estrechamiento.

Otra aproximación implicada en la declaración de la ecuación de Bernoulli anterior es prescindir de las pérdidas por fricción del fluido. El flujo laminar idealizado a través de una tubería puede ser modelado por la Ley de Poiseville, que sí incluye las pérdidas viscosas, cuyo resultado en una disminución de la presión a medida que avanza a lo largo de la tubería. La declaración de la ecuación de Bernoulli anterior llevaría a la expectativa de que la presión una vez pasado el estrechamiento volvería al valor P1, ya que el radio vuelve a su valor original. Y este no es el caso debido a la pérdida de algo de energía en el proceso de flujo activo, por la fricción en el movimiento molecular desordenado (energía térmica). Se puede hacer un modelado más preciso mediante la combinación de la ecuación de Bernoulli con la ley de Poiseuille. Un ejemplo real que podría ayudar a visualizar el proceso es el control de la presión del flujo a través de un tubo estrechado.  (White.F, 2008)

Un fenómeno de gran relevancia dentro del estudio de la mecánica de fluidos consiste en las pérdidas de carga que se producen al transportar fluidos desde un punto hacia otro. Al transportar fluidos por tuberías se generan esfuerzos de corte debido a la viscosidad del fluido por ende existe roce entre el fluido y la tubería lo que se traduce en pérdidas de energía las cuales son de suma importancia cuantificar para así ser consideradas a la hora de requerir mover un fluido de un punto a otro. Estas pérdidas de carga pueden ser continuas a lo largo de una tubería de sección constante o accidentales provocadas por estrechamientos o cambios de dirección en la tubería o la presencia de accesorios como válvulas, codos, etc. Para cuantificar estas pérdidas se hace uso del concepto de pérdida de carga proveniente de la ecuación de energía que habla de las pérdidas de carga como caídas de presión entre dos puntos, medidas que se pueden obtener experimentalmente. (White.F, 2008)

El desplazamiento de fluidos, líquidos o gases (en ocasiones incluso con sólidos en suspensión) se desarrolla normalmente en sistemas de flujo, más o menos largos y complejos que implican conducciones rectas, generalmente cilíndricas de diámetros variados, enlazadas por uniones convenientes, curvaturas, codos, válvulas, etc. A través de estos sistemas el fluido sólo fluye espontáneamente si su energía total disminuye en la dirección del flujo. De no ser así, habrá que comunicarle energía desde el exterior mediante dispositivos tales como bombas, en el caso de líquidos, o compresores, soplantes o ventiladores, en el caso de gases. Tal aporte de energía puede invertirse en aumentar la velocidad, la altura o la presión del fluido.

La cuantía de la energía que deberá suministrarse a un fluido para conseguir su desplazamiento por un sistema determinado dependerá de su caudal, de la altura a que deba elevarse, de la presión con que se requiera al final de su recorrido, de las longitudes y diámetros de los tramos rectos de conducción, de los accidentes (ensanchamientos, estrechamientos, curvaturas válvulas, codos, etc.) intercalados entre ellos y de sus propiedades físicas, fundamentalmente su viscosidad y su densidad.

  Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida  como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse  en presión estática.

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