7.3: Caudal
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El flujo es el camino que un cierto líquido (agua) toma por un tiempo específico. Comúnmente se le conoce como Flujo. Una manguera de jardín, una tubería de agua, un acueducto, una canaleta, tienen caudales. Debes conocer el área del recipiente o contenedor que está fluyendo el líquido y también debes conocer la velocidad a la que se mueve el líquido. El caudal se expresa simplemente como volumen a lo largo del tiempo.
\[\dfrac{\text { Volume }}{\text { Time }} \nonumber \]
El volumen puede ser de galones, millones de galones, pies cúbicos o cualquier otra unidad de volumen. El tiempo puede ser cualquier tiempo como, segundos, minutos, horas, etc. Sin embargo, al resolver Caudal SIEMPRE use el UNTIS — PIES CUBICOS POR SEGUNDO, donde Q representa el Caudal.
Expresado como
\[\mathrm{Q}=\dfrac{\text { Volume }}{\text { Time }}=\dfrac{\text { cubic feet }}{\text { second }} \nonumber \]
Para poder calcular un Caudal, es necesario conocer el Área del recipiente por el que viaja el líquido y la Velocidad en la que viaja el líquido. La fórmula para el caudal es
\[\mathrm{Q}=\mathrm{A} \times \mathrm{V} \nonumber \]
Donde el Área se expresa como —\(0.785 \times D^2 \) (para círculos) -\(L \times H\) (para rectángulos) y\(\dfrac{b 1+b 2}{2} \times H\) (para trapecios)
Y
Donde la velocidad se expresa como —\(\dfrac{\text { Distance }}{\text { Time }}\)
Las UNIDADES para el ÁREA deben estar siempre en PIES CUADRADOS y las UNIDADES para VELOCIDIDAD siempre deben estar en PIES POR
Por lo tanto, la ecuación debería verse así
\[\dfrac{\text { cubic }}{\text { feet }}=\dfrac{\mathrm{ft}^{2}}{1} \times \dfrac{\mathrm{ft}}{\text { second }} \quad \rightarrow \quad \dfrac{\mathrm{ft} \times \mathrm{ft} \times \mathrm{ft}}{\text { second }}=\dfrac{\mathrm{ft} \times \mathrm{ft}}{1} \times \dfrac{\mathrm{ft}}{\text { second }} \nonumber \]
Si te gusta usar la “Rueda para Tartas” se puede aplicar lo siguiente para Caudal.
Ejercicio 7.3
- ¿Cuál es la presión en libras por pulgada cuadrada en el fondo de un tanque de almacenamiento de agua de 45 pies de altura?
- Un tubo vertical de 80 pies de altura tiene ¾ de lleno. ¿Cuál es la presión en psi en la parte inferior?
- Un tanque de agua de 30 pies tiene un manómetro instalado a 2 pies de la parte inferior del tanque. Si el manómetro lee 11 psi, ¿cuál es el nivel en el tanque?
- Una tubería de 12” fluye agua a una velocidad de 3.5 fps. ¿Cuál es el caudal correspondiente?
- Una tubería de 36” de diámetro fluye agua a una velocidad de 5 fps. ¿Cuántos galones de agua fluirán a través de él en 2 horas?
- Una tubería de 18” fluye 1,500 gpm. ¿Cuál es la velocidad?
- ¿Cuál es el área de una alcantarilla de caja que fluye 4.5 MGD a una velocidad de 2.45 fps?
- Una tubería de 8” de diámetro fluye agua a una velocidad de 7.65 fps. ¿Cuál es el caudal en galones por minuto?
- Un tanque de agua de 28 pies de altura está sentado en una colina de 75 pies de altura. ¿Cuál es la presión en un hogar al pie del cerro? (Suponga que el manómetro está a 3 pies de la parte inferior de la casa y el tanque está lleno)
- ¿Cuál es la velocidad a través de una tubería de 20” de diámetro que fluye 2.5 MGD?
- Una casa que está recibiendo agua de un tanque de agua que se encuentra en la cima de una colina de 115 pies tiene una presión de 57 psi. ¿Cuál es el nivel del agua en el tanque?
- ¿Cuál es el área de una tubería que fluye 2,550 gpm a una velocidad de 5 fps?