Qual é a diferença entre o balanço de energia e a equação de energia mecânica? Valor 1,0
Passo 1
O enunciado pede para distinguir dois conceitos usados em termodinâmica e em mecânica de fluidos: o balanço de energia (primeira lei da termodinâmica, de forma geral) e a equação de energia mecânica (às vezes chamada de equação de Bernoulli generalizada). Para responder, precisamos apresentar o que cada um cobre em termos de formas de energia e interações (calor, trabalho, variação de energia interna, perda por atrito etc.).
Passo 2
O balanço de energia é a forma mais geral da primeira lei da termodinâmica. Para um sistema aberto (volume de controle) ele pode ser escrito como
onde
(energia interna
, cinética
, potencial
),
é taxa de calor,
inclui todo tipo de trabalho (eixo, pressão, outras frontevivas), e cada termo de massa carrega entalpia
, energia cinética e potencial. Esse balanço contempla TODAS as formas de energia e todas as trocas possíveis.
A equação de energia mecânica é um caso particular desse balanço, em que se assume:
- Fluido incompressível e escoamento estacionário.
- Não há variação de energia interna nem transferência de calor
. - O único trabalho considerado é o de pressão e de eixo (bombas e turbinas), e há perdas por atrito representadas por uma altura de carga
.
Nesse cenário chega-se à forma
que equaciona apenas as energias mecânicas (pressão, cinética e potencial) acrescidas de termos de adição e perda de carga.
Resposta
O balanço de energia é a formulação geral da primeira lei da termodinâmica, incluindo variação de energia interna, calor, trabalho de todas as naturezas e transporte de entalpia com massa. A equação de energia mecânica surge como um caso especial desse balanço ao desprezar variação de energia interna e calor, considerando apenas as energias de pressão, cinética e potencial e incluindo perdas e adições mecânicas (bombas, turbinas, atrito).