Educación y ciencia

Cómo calcular el flujo de fluido que pasa a través de un orificio en una tubería

Escrito por j.r. kambak

Un problema común en las tuberías es la corrosión. Con el tiempo, ésta puede hacer un agujero que provoque una fuga. Calcular el flujo de fluido que pasa a través de un agujero puede ser difícil debido a muchas variables, como la velocidad de flujo de fluidos, presión en la tubería y densidad del fluido, sólo para nombrar unas pocas; sin embargo, no debes desanimarte. Puedes encontrar la respuesta que necesitas siguiendo una serie de pasos simples.

Nivel de dificultad:
Moderadamente difícil

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Necesitarás

  • Una calculadora científica
  • Una cinta métrica
  • Un bolígrafo o un lápiz
  • Papel

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Instrucciones

    Instrucciones del cálculo

  1. 1

    Obtén las mediciones de: diámetro (d) del agujero en la tubería y la altura (h) de la superficie del líquido por encima del agujero. Asegúrate de que todas las medidas estén en la misma unidad estándar. Ten en cuenta que 1 pulgada = 0,0254 metros, así que, si utilizas pulgadas, debes convertir tus mediciones.

  2. 2

    Calcula el área de la sección transversal del orificio (A). Divide el diámetro del agujero a la mitad para obtener el radio. Utiliza la fórmula A = 3,14 (número Pi) * r ^ 2 (radio al cuadrado). El resultado será en unidades cuadradas.

  3. 3

    Usa la ecuación de Bernoulli para encontrar la velocidad del fluido (V) si no está ya establecida. Si la presión del líquido en una tubería es constante (el flujo es estable), el líquido sale a través del agujero en la tubería a una velocidad de V = raíz cuadrada (2*g*h), donde g es la aceleración de la gravedad (g = 9,8 m/s^2).

  4. 4

    Multiplica el área transversal del agujero por la velocidad del fluido para encontrar el volumen de líquido (Q): Q = A * V. Este será el volumen del líquido que sale del agujero en metros cúbicos por segundo.

  5. 5

    Asume un ejemplo con números. Calcula el flujo de fluido a través del agujero en la tubería con una presión constante si el agua sale del agujero con una velocidad de 1,7 m/s y el diámetro del agujero es d = 1 pulgada = 1 * 0,0254 = 0,0254 metros. En primer lugar, encuentra el área transversal del agujero: A = 3,14 * (0.0254/2)^2 = 0,00051 m^2. Dado que la presión es constante y la velocidad del agua que va a través del agujero es de 1,7 m/s, utiliza la fórmula del Paso 4 para encontrar el volumen de agua que sale del agujero: Q = 0,00051 m^2 * 1.7 m/s = 0,000867 m^3/s. Desde 1 metro cúbico = 61.024 pulgadas cúbicas, Q = 0,000867m^3/s * 61.024 = 52,9 pulgadas^3/s. De esta forma, 52,9 pulgadas cúbicas de agua sale del agujero en la tubería por segundo.

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