Cuando se diseñan las redes hidráulicas es necesario identificar el comportamiento de las variables hidráulicas que definen el flujo, es aquí donde se relaciona la energía potencial, energía cinética y la energía debida a la presión con las condiciones de operación en la red. Para empezar, debemos considerar que la energía total de un fluido se mide en unidades de metros y considera tres tipos de energía que bajo un caso hipotético de no existir pérdidas se mantendría constante de forma indefinida. Las tres componentes de la energía son:

- Energía Potencial: Se define como la altura del fluido sobre un plano de referencia y está definida como:

- Energía Cinética: Se asocia con la velocidad del fluido y se define como:

- Energía de Presión: Representa la capacidad del fluido de ejercer una presión, definida como:

De acuerdo con esto la energía del fluido en un punto se compone de la suma de las tres componentes:

Y se explica por medio de la ecuación de Bernoulli, donde la presión, la velocidad y la altura se combinan y expresan las modificaciones que puede presentar alguna de las formas de energía, considerando que el aumento una forma de energía debe representar la disminución de otra manteniéndose constante, cumpliendo así con el principio de conservación de la energía. Esto en ausencia de bombas o pérdidas.

Ahora que conocemos los componentes de energía presentes en un sistema, es importante destacar que todo cambio en la energía viene acompañado de una pérdida generada por la fricción entre el fluido con las paredes de la tubería o por la presencia de accesorios en el tramo de estudio, es por esto por lo que entran en juego otros factores importantes en el análisis de las redes hidráulicas y son las pérdidas por fricción y las pérdidas locales como se presentaron en el blog anterior "“CARGA Y PÉRDIDAS DE CARGA” ¿POR QUÉ SON TAN IMPORTANTES EN UNA RED?”.

- Las pérdidas locales se generan por los cambios de dirección, modificaciones en el diámetro de la tubería, presencia de válvulas, derivaciones, entre otros;

- Las pérdidas por fricción hacen referencia al rozamiento que se genera entre el fluido y las paredes de la tubería.

Estas pérdidas en la ecuación de energía se representan como la sumatoria de estas como se presenta a continuación:

Al considerar las pérdidas en el sistema para analizar la variación de energía entre dos puntos obtenemos la siguiente ecuación donde se incluye el termino H como la sumatoria de las perdidas por fricción y perdidas locales que se presentan en el tramo de estudio:

Adicionalmente, también debemos destacar el trabajo realizado por las bombas en los sistemas que lo requieren, por lo general en redes donde se hace necesario romper una altura geométrica que no se logra por medio de las tres componentes de energía vistas previamente. Cuando se hace uso de una bomba, esta transmitirá la energía necesaria al fluido impulsándolo para alcanzar la energía necesaria para alcanzar la altura necesaria superando las perdidas en el sistema, esta energía que se añade al sistema producirá una presión que actuará sobre toda la superficie interior de las tuberías y de los accesorios de la instalación. En estos casos se incluye un término adicional referente a la energía en metros que suministra la bomba al sistema, transformando la ecuación de energía en la siguiente:

Ahora que se conocen los componentes de la energía dentro de una red, es importante conocer cómo se pueden representar de forma gráfica, es por eso por lo que a continuación definiremos la línea de energía y la línea piezométrica como elementos claves para el análisis de las redes hidráulicas.

- Línea de energía: Es la representación de la energía total en una sección de la red, es decir incluye todas las componentes vistas anteriormente, energía potencial, de presión y cinética.

- Línea piezométrica: Esta representa la altura que lograría alcanzar el fluido sin considerar la carga por velocidad

En este punto cabe destacar que:

- La línea de energía siempre está por encima de la línea piezométrica, a una distancia igual a la carga cinética, es decir, (v² / 2g).

- Si el fluido está en reposo, ambas líneas coinciden.

- En sistemas presurizados, la diferencia entre ambas indica la velocidad del flujo.