¿Qué es el diámetro hidráulico?
El diámetro hidráulico (\(D_h\)) es un diámetro equivalente que se utiliza para analizar el flujo en conductos no circulares: conductos rectangulares, canales abiertos, espacios anulares y tuberías parcialmente llenas. Permite a los ingenieros aplicar las correlaciones propias de las tuberías circulares (como el número de Reynolds y el factor de fricción de Darcy) a cualquier sección transversal, reduciendo la geometría a una única escala de longitud.
Cómo usar esta calculadora
Introduce el área de la sección de flujo A (la superficie realmente ocupada por el fluido) en metros cuadrados y el perímetro mojado P (la longitud del contorno de la sección que está en contacto con el fluido) en metros. La calculadora devuelve el diámetro hidráulico en metros. En una tubería circular que fluye completamente llena, el resultado coincide con el diámetro real de la tubería.
La fórmula explicada
El diámetro hidráulico se define como $$D_h = \frac{4 \cdot \text{Area } A}{\text{Wetted Perimeter } P}$$ El factor 4 se elige de modo que, para una tubería circular de diámetro D que fluye completamente llena, donde \(A = \pi D^2/4\) y \(P = \pi D\), la fórmula da \(D_h = 4(\pi D^2/4)/(\pi D) = D\). Ten en cuenta que en un canal abierto el perímetro mojado excluye la superficie libre del agua, ya que ese contorno no genera fricción con ninguna pared.
Ejemplo resuelto
Imagina un canal rectangular de 2 m de ancho que transporta agua con una profundidad de 1 m. El área de flujo es \(A = 2 \times 1 = 2 \text{ m}^2\). El perímetro mojado es el fondo más las dos paredes laterales: \(P = 2 + 1 + 1 = 4 \text{ m}\). Entonces $$D_h = \frac{4 \times 2}{4} = 2 \text{ m}$$
Preguntas frecuentes
¿El diámetro hidráulico es lo mismo que el radio hidráulico? No. El radio hidráulico es \(R = A/P\), por lo que \(D_h = 4R\). Se diferencian en un factor de cuatro.
¿Qué unidades debo usar? Sirve cualquier conjunto de unidades coherentes: si A está en m² y P en m, \(D_h\) resulta en metros. Si usas ft² y ft, obtendrás el resultado en pies.
¿La superficie libre cuenta dentro del perímetro mojado? No. En el flujo en canal abierto solo se incluyen los contornos sólidos (el fondo y las paredes sumergidas), nunca la superficie superior del agua que está expuesta al aire.
