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8.3: Caudal

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    152532
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    El caudal es la medición de un volumen de líquido (es decir, agua) que pasa a través de un área de sección transversal determinada (es decir, tubería) por unidad en el tiempo. En la industria de obras hídricas, los caudales se expresan en varias unidades diferentes. A continuación se muestran los más comunes.

    • Caudales
      • cfs = pies cúbicos/segundo
      • gpm = galones/minuto
      • MGD = millones de galones/día
    Figura\(\PageIndex{1}\)

    Dependiendo de la aplicación, los caudales se expresan en estas u otras unidades potencialmente. Por ejemplo, el caudal de un pozo o bomba de refuerzo se expresa comúnmente como gpm, mientras que la producción anual podría expresarse como acre-pies por año (AFY). Sin embargo, al resolver un problema de caudal, la unidad de expresión común es cfs. La razón de esto se debe en parte a la medición del área unitaria de la estructura por la que está pasando el agua (es decir, tubería, alcantarillado, acueducto, etc.) Las áreas para estas estructuras se expresan típicamente como pies cuadrados (ft 2). Además, la velocidad (distancia a lo largo del tiempo) a la que fluye el agua se expresa comúnmente como pies por segundo. La fórmula del caudal y cómo se expresan las unidades se muestran en el siguiente ejemplo.

    • Caudal = Área x Velocidad
    • Caudal (Q) = Área (A) x Velocidad (V)
    • Q = A x V
    • Q (pies cúbicos/seg) = Área (ft 2) x Velocidad (pies/seg)

    Comprender los caudales y las velocidades puede ayudar con el diseño de tamaños de tubería para pozos, estaciones de bombeo y plantas de tratamiento. Con el entendimiento de que las velocidades suelen estar en el rango de 2 a 7 pies por segundo y el caudal conocido, se pueden calcular los diámetros de las tuberías. Por ejemplo, si se está perforando un nuevo pozo y los datos de prueba de la bomba determinan que el pozo puede producir un flujo específico, digamos 1,500 gpm, y no desea que la velocidad supere los 6.5 fps, se puede determinar el diámetro requerido de la tubería (ver abajo).

    Ejemplo

    Q = A x V o para este ejemplo A = Q/V ya que se conocen el caudal (Q = 1,500 gpm) y la velocidad (V = 6.5 fps).

    El primer paso es asegurarse de que los valores “conocidos” estén en las unidades correctas.

    La velocidad dada a 6.5 fps está en la unidad correcta. Sin embargo, el caudal dado en gpm necesita ser convertido a cfs.

    • 1,500 gpm ÷ 448.8 = 3.34 cfs

    Ahora que ambos valores están en su unidad correcta, divide los dos para obtener el valor desconocido, en este caso, el Área (A).

    • 3.34 cfs/6.5 fps = 0.51 ft 2

    Sabiendo que el Área es de 0.51 ft 2 y que la fórmula para Área es 0.785 x D 2, se puede calcular el diámetro de la tubería.

    • 0.51 ft 2 = 0.785 x D 2
    • D 2 = 0.51 pies/20.785
    • D 2 = 0.66 ft 2

    Para encontrar el valor del diámetro (D), se debe tomar la raíz cuadrada de D 2.

    • D 2 = 0.66 ft 2
    • D = 0.81 ft

    Dado que los diámetros de las tuberías se expresan típicamente en pulgadas, multiplique la respuesta por 12.

    • 0.81 pies x 12 pulg = 9.7 o 10 pulgadas

    Ejercicios

    Resolver los siguientes problemas.


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