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Área-Velocidad
El método área-velocidad, consiste en conocer el área hidráulica (A) por medios dimensionales y la velocidad (V) por medio de un molinete, ya sea digital o analógico y aplicar la ecuación de Castelli (Q=AV) para conocer el gasto o caudal (Q), para ello y siguiendo la NMX-179, se debe discretizar el área y velocidades en un numero de dovelas de acuerdo con el ancho del canal.
Calculadora Área-Velocidad en canales
Calculadora Área-Velocidad en Tubería
Área-Velocidad por Dovelas Mean-Section
La medición del flujo de agua es una necesidad constante en múltiples campos de la ingeniería, desde la gestión de recursos hídricos hasta la operación de sistemas industriales, plantas de tratamiento o redes de distribución o laboratorios metrológicos.
Entre los diversos métodos disponibles, uno de los más utilizados por su simplicidad y versatilidad es el método de Área-Velocidad, que permite calcular el caudal a partir de dos variables fundamentales: el área por donde circula el fluido y la velocidad con que este se desplaza.
Este método puede aplicarse tanto en tuberías cerradas como en canales de superficie libre, aunque cada uno presenta particularidades importantes en cuanto al comportamiento del flujo y a los parámetros que deben considerarse para que la medición sea precisa.
Fundamento del Método Área-Velocidad
El principio básico detrás del método es bastante intuitivo: para saber cuánta agua está pasando por un punto, basta con conocer qué tan grande es el espacio por donde circula (el área) y a qué velocidad se mueve. Multiplicando estas dos cantidades, se obtiene el flujo volumétrico o caudal.
Sin embargo, en la práctica, este cálculo implica varios desafíos. Por ejemplo, la velocidad del agua no es uniforme en toda la sección; suele ser más rápida en el centro y más lenta en las paredes o el fondo, esto si el perfil de flujo ya se ha desarrollado, debido a la fricción. Por eso, es importante hablar de velocidad media, que puede estimarse con diversos instrumentos según el caso, como flujómetros electromagnéticos, sensores ultrasónicos, etc.
Cuando el flujo ocurre dentro de una tubería cerrada, el comportamiento del agua está influido por su velocidad, la viscosidad y el tamaño de la tubería. Aquí entra en juego un parámetro llamado número de Reynolds, que sirve para clasificar el tipo de flujo: si es suave y ordenado (laminar), o turbulento y caótico. Pero esto no es lo que mas influye en la medición correcta del caudal, en un mundo real, hablando de flujo o caudal de agua en tubería cerrada el numero de Reynolds será en el orden de decenas o cientos de miles por lo que será turbulento en casi todos los escenarios, lo que si nos puede ayudar el numero de Reynolds es a corregir el perfil de velocidad, el cual determina las velocidades en diferentes puntos dentro de la sección trasversal de la tubería.
Si deseas saber mas del tema consulta nuestro otro articulo:
Cuando el flujo se da en canales abiertos, como ríos, zanjas o canales de riego, la situación cambia. Aquí, la influencia dominante es la gravedad, ya que el agua fluye por pendiente y no por presión, como en caso anterior.
En este contexto, el número de Froude se convierte en el parámetro clave. Este número compara la velocidad del agua con la velocidad a la que se propagan las ondas en la superficie. Si el agua se mueve lentamente, las ondas pueden ir en ambas direcciones (flujo subcrítico), pero si se mueve muy rápido, las ondas no pueden regresar (flujo supercrítico). Esta distinción es vital, ya que afecta la forma del flujo y, por ende, la estrategia para medirlo correctamente.
La Contribución de Castelli y la Herencia de Bernoulli
El origen del método Área-Velocidad se remonta a los albores de la hidráulica moderna. En el siglo XVII, el italiano Giovanni Benedetto Castelli, discípulo de Galileo Galilei, fue uno de los primeros en estudiar el movimiento del agua desde una perspectiva experimental. Observó que el caudal de agua que salía por un orificio dependía tanto del tamaño del orificio como de la altura del agua sobre él.
Aunque sus estudios eran aún empíricos, marcaron un antes y un después. Su trabajo influyó en Daniel Bernoulli, quien, décadas más tarde, desarrollaría el famoso principio que lleva su nombre, y que describe cómo se conserva la energía en un fluido en movimiento.
Donde:
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Q: caudal (volumen por unidad de tiempo)
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A: área de la sección de paso
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V: velocidad media del flujo
En este articulo te ofrecemos 3 calculadoras que te servirán de acuerdo a tus necesidades 1 para flujo a tubería y 2 para flujo a superficie libre, en este ultimo caso se tiene dos métodos, uno se obtiene a través del área hidráulica de un canal revestido, normalmente rectangular o trapezoidal, calculando el área de la sección e ingresando la velocidad, en el segundo to ofrecemos el método de dovelado por mean-section el cual discretiza el flujo en dovelas o secciones para conocer la velocidad y profundidad del canal en cada punto, esto con el objetivo de tener una perfilación mas correcta de la velocidad promedio axial en el canal.
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