Energia de los Fluidos en Movimiento

ENERGIA DE LOS FLUIDOS EN MOVIMIENTO

Partiendo de la base que cualquier cuerpo en movimiento posee una energia cinética Ec (del griego kinetikos, que mueve) igual a la mitad del cuadrado de su velocidad v multiplicada por su masa, resulta,

Ec= 1/2 m . v2

Pero ademas la masa m es igual al peso P dividido por la aceleración de la gravedad g, con lo cual,
Ec = P . v2 /2g

Pero sabemos que potencia es Energía /Tiempo t , con lo cual,

Wc= Ec /t = P . v2 /2g.t

Pero también peso es volumen V por densidad d , con lo cual queda,

Wc= V.d.v2 /2g.t

Y ahora pasando de un cuerpo cualquiera a un fluido en particular, el Volumen por unidad de tiempo es caudal, Q = V/t
Con lo cual,
Wc= Q.d.v2 /2g o también

Wc= S.d.v3 /2g

ya que el caudal es velocidad por sección, Q = S. v donde S es la sección perpendicular al fluido en movimiento

Empleando las respectivas unidades del sistema métrico (mks, metro kilo segundo), nos queda

Wc(Kgm/seg)= S(m2).d(Kg/m3).v3(m/seg) /2.9,8

Y midiéndola en Kw

Wc(Kw)= S.d.v3/2.9,8.102=S.d.v3/2000

Wc(Kw)= S.d.v3/2000 (1)

Elemplo:un torrente de agua a una velocidad de 2 m/seg circulando por un canal de 1 metro cuadrado de sección, nos dará una potencia de:

Wc = 1. 1000 . 23/2000 = 4Kw

y si la densidad fuera aire,(viento)

Wc = 1. 1,293 . 23/2000 = 0,005 Kw

La primera conclusión que surge, entonces, es que para una misma superficie barrida por el dispositivo transformador de energía cinética natural en energía mecánica o eléctrica, el agua es capaz de darnos nada mas ni nada menos que 773 veces mas potencia (4000 /0,00517=773).
Aprovechemos para intentar otro cálculo, y de paso fijar conceptos que es lo mas importante.
Veamos ahora cual es la relación de velocidades que, con la misma sección, nos dará igual potencia:

Wagua= Waire

S x 1000 x vagua3 / 2000 = S x 1,293 x vaire3/2
vaire/ vagua = 3V 1000/1,293 = 9,18

Quiere decir que con un aumento de velocidad de 9,18 veces contrarrestamos las 773 veces mas de densidad del agua frente a la del aire.
Siguiendo con las simulaciones y con el intento de familiarizarnos con los valores relativos, veamos que pasa, por ejemplo, con un caudal de agua de 2, 5 m/seg, valor alto pero existente en muchos lugares con estrechamientos o saltos. Calculemos que viento hace falta para igualar esta energía:

vaire = 9,18 x 2,5= 22,95 m/seg = 82,6 Km/hora

Si bien es posible la existencia de vientos con esa velocidad, la frecuencia con que se presentan y la duración de los mismos hacen que sea totalmente despreciable su análisis, en tanto que es perfectamente factible encontrar corrientes naturales permanentes con un índice de aprovechamiento muy cercano al 100 %.