Diámetro hidráulico

El diámetro hidráulico, D_H, es un término comúnmente utilizado al manipular Flujo en tubos y canales no circulares. Con este término se pueden calcular muchas cosas del mismo modo que con un tubo redondo. Cuando la sección transversal es uniforme a lo largo de la longitud del tubo o canal, se define como

${displaystyle ¿Qué?$

dónde

A es el área transversal del flujo,

P es el perímetro mojado de la sección transversal.

De manera más intuitiva, el diámetro hidráulico puede entenderse como una función del radio hidráulico R_H, que es definido como el área de la sección transversal del canal dividida por el perímetro mojado. Aquí, el perímetro mojado incluye todas las superficies sobre las que actúa el esfuerzo cortante del fluido.

${displaystyle ¿Qué?$

${displaystyle D_{text{H}=4R_{H}$

Tenga en cuenta que para el caso de una tubería circular,

${displaystyle D_{text{H}={frac {4pi} R^{2}{2pi R}=2R}$

La necesidad del diámetro hidráulico surge debido al uso de una sola dimensión en el caso de una cantidad adimensional como el número de Reynolds, que prefiere una sola variable para el análisis de flujo en lugar del conjunto de variables que se enumeran en la tabla. abajo. La fórmula de Manning contiene una cantidad llamada radio hidráulico. A pesar de lo que su nombre pueda sugerir, el diámetro hidráulico no es el doble del radio hidráulico, sino cuatro veces mayor.

El diámetro hidráulico se utiliza principalmente para cálculos que involucran flujo turbulento. Se pueden observar flujos secundarios en conductos no circulares como resultado del esfuerzo cortante turbulento en el flujo turbulento. El diámetro hidráulico también se utiliza en el cálculo de la transferencia de calor en problemas de flujo interno.

Canales de sección no uniforme y no circular

En el caso más general, canales con un área de sección transversal no uniforme y no circular, como la válvula Tesla, el diámetro hidráulico se define como:

${displaystyle ¿Qué?$

dónde

V es el volumen total mojado del canal,

S es la superficie total mojada.

Esta definición se reduce a ${displaystyle {frac {4A}{P}}}$ para canales uniformes de sección transversal no circular, y ${displaystyle 2R}$ para tuberías circulares.

Lista de diámetros hidráulicos

Geometría	Diámetro hidráulico	Comentario
Tubo circular	${displaystyle D_{text{H}={frac {4cdot {frac {cHFF} - Sí. D}=D}$	Para un tubo circular el diámetro hidráulico es simplemente el diámetro del tubo.
Annulus	${displaystyle ¿Qué? (D_{text{out}+D_{in}}}=D_{out}-D_{text{in}}}$
Carga cuadrada	${displaystyle D_{text{H}={frac {4a}{2} {4a}=a}$	Aquí. a representa la longitud de un lado, no el área transversal
El conducto rectangular (llenado por completo). El conducto está cerrado para que el perímetro mojado consta de los 4 lados del conducto.	${displaystyle D_{text{H}={frac {4ab}{2 a+b}={frac {2ab}{a+b}}$	Para el caso límite de un conducto muy amplio, es decir, una ranura de ancho b, donde b ≫ aEntonces DH = 2a.
Canal de agua o conducto rectangular parcialmente lleno. Abierto de arriba por definición para que el perímetro mojado consta de los 3 lados del conducto (2 en el lado y la base).	${displaystyle D_{text{H}={frac {4ab}{2a+b}}$	Para el caso límite de un conducto muy amplio, es decir, una ranura de ancho b, donde b ≫ a, y a es la profundidad del agua, entonces DH = 4a.

Para un conducto o tubo totalmente lleno cuya sección transversal es un polígono regular, el diámetro hidráulico es equivalente al diámetro ${displaystyle D}$ de un círculo inscrito dentro del perímetro mojado. Esto se puede ver como sigue: El ${displaystyle N}$-sided regular polygon is a union of ${displaystyle N}$ triángulos, cada uno de altura ${displaystyle D/2}$ y base ${displaystyle B=Dtan(pi /N)}$. Cada triángulo de este tipo contribuye ${displaystyle BD/4}$ al área total y ${displaystyle B}$ al perímetro total, dando

${displaystyle D_{text{H}=4{frac {NBD/4}=D}$

para el diámetro hidráulico.