CÁLCULO DEL CAUDAL DE UN FLUIDO

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA

FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

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GRUPO N°2

1. INTRODUCCIÓN

Caudal es la cantidad de fluido que avanza o se desplaza en una unidad de tiempo, en un espacio determinado, normalmente se refiere a ríos y a tuberías. Se denomina también caudal volumétrico o índice de flujo de fluido, y puede ser expresado en función de volumen / tiempo como: (L/s), (L/h), . [pic 3]

Esta práctica pretende estudiar los caudales, aprendiendo cómo se pueden medir fácilmente teniendo disposiciones para evaluar volúmenes y tiempos; derivado de esto, el alcance de la práctica, se puede sistematizar al hecho de conseguir una definición de caudal más allá de la teoría que se encuentra en los libros, ya que se podría experimentar de manera real la medición de un caudal verificando visualmente si el resultado que se va a calcular será bajo o alto, según la velocidad que se pueda percibir por la persona al momento de hacer la práctica, esto para tener una guía.

1. OBJETIVOS

• Comprender el comportamiento físico de un fluido en movimiento
• Calcular el caudal de un fluido y estudiar el perfil de este.

1. MARCO TEÓRICO

1. Caudal

El caudal es la cantidad de fluido que pasa  en  una  unidad  de  tiempo.  Normalmente se identifica con el flujo volumétrico  o  volumen  que  pasa  por  un  área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.    

 El caudal de un río puede calcularse a través de la siguiente fórmula:

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Dada una sección de área A atravesada por un fluido con velocidad uniforme v, si esta velocidad forma con la perpendicular a la superficie A un ángulo θ, entonces el flujo se calcula como: [pic 9]

En el caso particular de que el flujo sea perpendicular al área A (por tanto
, entonces el flujo vale  [pic 10][pic 11]

Si la velocidad del fluido no es uniforme o si el área no es plana, el flujo debe calcularse por medio de una integral:  [pic 12]

Donde dS, es el vector superficie, que se define como dS= ndA

Donde n es el vector unitario normal a la superficie y  un elemento diferencial de área.[pic 13]

Si se tiene  una  superficie S que  encierra  un  volumen V,  el teorema  de  la  divergencia establece  que  el  flujo  a  través  de  la  superficie  es  la  integral  de  la  divergencia de la velocidad v en ese volumen:

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En física e ingeniería, caudal es la cantidad de fluido que circula por unidad de tiempo en determinado  sistema  o  elemento.  Se expresa  en  la  unidad  de  volumen dividida por la unidad de tiempo (m³/s).      

En el caso de cuencas de ríos o arroyos, los caudales generalmente se expresan en metros cúbicos por segundo o miles de metros cúbicos por segundo. Son variables en tiempo y en el espacio y esta evolución se puede representar con los denominados hidrogramas.

1. Los caudales de los ríos y arroyos

1. Caudal instantáneo

Como su  nombre  lo  dice,  es  el  caudal  que  se  determina  en  un  instante  determinado. Su determinación se hace en forma indirecta, determinado el nivel del  agua  en  el  río  (),  e  interpolando  el  caudal  en  la  curva  calibrada  de  la  sección determinada precedentemente. Se expresa en (m³/s).     [pic 15]

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1. Caudal medio diario

Es  la  media  de  los  caudales  instantáneos  medidos  a  lo  largo  del  día.  Si  la  sección de control es del tipo limnimétrico, normalmente se hacen dos lecturas diarias de nivel, cada 12 horas.

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Si la sección es del tipo limnigráfico convencional, es decir que está equipada con un registrador sobre cinta de papel, el hidrólogo decide, según la velocidad de variación del nivel del agua, el número de observaciones que considerará en el  día.  Siendo M, el  número  de  puntos  considerado,  la  fórmula  anterior  se  transformará en la siguiente:

  se expresa en (m³/s).[pic 18]

Si la sección es del tipo telemétrico, donde el registro del nivel del agua se hace a intervalos de tiempo determinado dt (en segundos), el número diario de registros será de:

, aplicándose la formula anterior.[pic 19]

1. Caudal medio mensual

El caudal medio mensual es la media de los caudales medios diarios del mes en examen (M = número de días del mes, 28; 30; o, 31, según corresponda):

  se expresa en (m³/s).[pic 20]

1. Caudal medio anual

El caudal medio anual es la media de los caudales medios mensuales.

  se expresa en (m³/s).[pic 21]

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