Caudal volumétrico

Este artículo necesita la atención de un experto en Física o Ingeniería . El problema específico es: Falta tratamiento del flujo compresible. Consulta la página de discusión para obtener más detalles. WikiProject Física  o WikiProject Ingeniería pueden ayudarte a reclutar a un experto. ( Mayo de 2023 )

Caudal volumétrico
Símbolos comunes	Q ,${\displaystyle {\punto {V}}}$
Unidad SI	m3 / s
Dimensión	${\displaystyle {\mathsf {L}}^{3}{\mathsf {T}}^{-1}}$

Termodinámica
La clásica máquina térmica de Carnot
Sucursales Clásico Estadístico Químico Termodinámica cuántica Equilibrio  / No equilibrio
Leyes Cero Primero Segundo Tercero
Sistemas Sistema cerrado Sistema abierto Sistema aislado Estado Ecuación de estado Gas ideal Gas real Estado de la materia Fase (materia) Equilibrio Controlar el volumen Instrumentos Procesos Isobárico Isocórico Isotermal Adiabático Isentrópico Isentálpico Cuasistático Politrópico Expansión libre Reversibilidad Irreversibilidad Endorreversibilidad Ciclos Motores térmicos Bombas de calor Eficiencia térmica
Propiedades del sistema Nota: Variables conjugadas en cursiva Diagramas de propiedades Propiedades intensivas y extensivas Funciones del proceso Trabajar Calor Funciones del estado Temperatura  / Entropía  ( introducción ) Presión  / Volumen Potencial químico  / Número de partículas Calidad del vapor Propiedades reducidas
Propiedades del material Bases de datos de propiedades Capacidad calorífica específica  ${\estilo de visualización c=}$ ${\estilo de visualización T}$ ${\displaystyle \s parcial}$ ${\estilo de visualización N}$ ${\displaystyle \parcial T}$ Compresibilidad  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\estilo de visualización 1}$ ${\displaystyle \V parcial}$ ${\estilo de visualización V}$ ${\displaystyle \p parcial}$ Expansión térmica  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\estilo de visualización 1}$ ${\displaystyle \V parcial}$ ${\estilo de visualización V}$ ${\displaystyle \parcial T}$
Ecuaciones Teorema de Carnot Teorema de Clausius Relación fundamental Ley de los gases ideales Relaciones de Maxwell Relaciones recíprocas de Onsager Ecuaciones de Bridgman Tabla de ecuaciones termodinámicas
Potenciales Energía libre Entropía libre Energía interna ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpía ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Energía libre de Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Energía libre de Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Historia Cultura Historia General Entropía Leyes de los gases Máquinas de "movimiento perpetuo" Filosofía Entropy and time Entropy and life Brownian ratchet Maxwell's demon Heat death paradox Loschmidt's paradox Synergetics Theories Caloric theory Vis viva ("living force") Mechanical equivalent of heat Motive power Key publications An Inquiry Concerning the Source ... Friction On the Equilibrium of Heterogeneous Substances Reflections on the Motive Power of Fire Timelines Thermodynamics Heat engines Art Education Maxwell's thermodynamic surface Entropy as energy dispersal
Scientists Bernoulli Boltzmann Bridgman Carathéodory Carnot Clapeyron Clausius de Donder Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Kelvin Lewis Massieu Maxwell von Mayer Nernst Onsager Planck Rankine Smeaton Stahl Tait Thompson van der Waals Waterston
Other Nucleation Self-assembly Self-organization Order and disorder
Category
v t e

En física e ingeniería , en particular en dinámica de fluidos , el caudal volumétrico (también conocido como caudal volumétrico o velocidad volumétrica ) es el volumen de fluido que pasa por unidad de tiempo; normalmente se representa con el símbolo Q (a veces ). Contrasta con el caudal másico , que es el otro tipo principal de caudal de fluido. En la mayoría de los contextos, es probable que una mención de caudal de fluido se refiera al caudal volumétrico. En hidrometría , el caudal volumétrico se conoce como caudal . ${\displaystyle {\dot {V}}}$

El caudal volumétrico no debe confundirse con el flujo volumétrico , definido por la ley de Darcy y representado por el símbolo q , con unidades de m ³ /(m ² ·s), es decir, m·s ⁻¹ . La integración de un flujo sobre un área da el caudal volumétrico.

La unidad del SI es metros cúbicos por segundo (m ³ /s). Otra unidad utilizada son los centímetros cúbicos estándar por minuto (SCCM). En las unidades habituales de EE. UU. y las unidades imperiales , el caudal volumétrico a menudo se expresa como pies cúbicos por segundo (ft ³ /s) o galones por minuto (definiciones estadounidenses o imperiales). En oceanografía , el sverdrup (símbolo: Sv, que no debe confundirse con el sievert ) es una unidad métrica de caudal no perteneciente al SI , donde 1 Sv equivale a 1 millón de metros cúbicos por segundo (260 000 000 galones estadounidenses/s); ^{[1] [2]} es equivalente a la unidad derivada del SI hectómetro cúbico por segundo (símbolo: hm ³ /s o hm ³ ⋅s ⁻¹ ). Lleva el nombre de Harald Sverdrup y se utiliza casi exclusivamente en oceanografía para medir la tasa volumétrica de transporte de las corrientes oceánicas .

El caudal volumétrico se define por el límite ^[3]

${\displaystyle Q={\dot {V}}=\lim \limits _{\Delta t\to 0}{\frac {\Delta V}{\Delta t}}={\frac {\mathrm {d} V}{\mathrm {d} t}},}$

es decir, el flujo de volumen de fluido V a través de una superficie por unidad de tiempo t .

Como esta es solo la derivada temporal del volumen, una cantidad escalar, el caudal volumétrico también es una cantidad escalar. El cambio de volumen es la cantidad que fluye después de cruzar el límite durante un período de tiempo, no simplemente la cantidad inicial de volumen en el límite menos la cantidad final en el límite, ya que el cambio de volumen que fluye a través del área sería cero para un flujo constante.

La IUPAC ^[4] prefiere la notación ^[5] y ^[6] para el flujo volumétrico y el flujo másico respectivamente, para distinguirlos de la notación ^[7] para el calor.${\displaystyle q_{v}}$${\displaystyle q_{m}}$${\displaystyle Q}$

El caudal volumétrico también se puede definir mediante

${\displaystyle Q=\mathbf {v} \cdot \mathbf {A} ,}$

dónde

v = velocidad de flujo ,

A = área/superficie del vector de sección transversal .

La ecuación anterior solo es válida para una velocidad de flujo uniforme u homogénea y una sección transversal plana. En general, si se incluyen velocidades de flujo variables en el espacio o no homogéneas y superficies curvas, la ecuación se convierte en una integral de superficie :

${\displaystyle Q=\iint _{A}\mathbf {v} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} .}$

Esta es la definición que se utiliza en la práctica. El área necesaria para calcular el caudal volumétrico es real o imaginaria, plana o curva, ya sea como área de sección transversal o como superficie. El área vectorial es una combinación de la magnitud del área por la que pasa el volumen, A , y un vector unitario normal al área, . La relación es .${\displaystyle {\hat {\mathbf {n} }}}$${\displaystyle \mathbf {A} =A{\hat {\mathbf {n} }}}$

La razón del producto escalar es la siguiente: el único volumen que fluye a través de la sección transversal es la cantidad normal al área, es decir, paralela a la normal unitaria. Esta cantidad es

${\displaystyle Q=vA\cos \theta ,}$

donde θ es el ángulo entre la normal unitaria y el vector de velocidad v de los elementos de la sustancia. La cantidad que pasa a través de la sección transversal se reduce por el factor cos θ . A medida que θ aumenta, pasa menos volumen. La sustancia que pasa tangencialmente al área, es decir, perpendicular a la normal unitaria, no pasa a través del área. Esto ocurre cuando θ = ⁠${\displaystyle {\hat {\mathbf {n} }}}$π/2⁠ y entonces esta cantidad del caudal volumétrico es cero:

${\displaystyle Q=vA\cos \left({\frac {\pi }{2}}\right)=0.}$

Estos resultados son equivalentes al producto escalar entre la velocidad y la dirección normal al área.

Cuando se conoce el caudal másico y se puede suponer que la densidad es constante, existe una forma sencilla de obtener :${\displaystyle Q}$

${\displaystyle Q={\frac {\dot {m}}{\rho }},}$

dónde

ṁ = caudal másico (en kg/s),

ρ = densidad (en kg/m ³ ).

En los motores de combustión interna, la integral de área temporal se considera a lo largo del rango de apertura de la válvula. La integral de elevación temporal se obtiene mediante

${\displaystyle \int L\,\mathrm {d} \theta ={\frac {RT}{2\pi }}(\cos \theta _{2}-\cos \theta _{1})+{\frac {rT}{2\pi }}(\theta _{2}-\theta _{1}),}$

donde T es el tiempo por revolución, R es la distancia desde la línea central del árbol de levas hasta la punta de la leva, r es el radio del árbol de levas (es decir, R − r es la elevación máxima), θ ₁ es el ángulo donde comienza la apertura y θ ₂ es donde se cierra la válvula (segundos, mm, radianes). Esto debe factorizarse por el ancho (circunferencia) de la garganta de la válvula. La respuesta generalmente está relacionada con el volumen barrido del cilindro.

• En fisiología cardíaca : el gasto cardíaco
• En hidrología : descarga
  • Lista de ríos por caudal
  • Lista de cascadas por caudal
  • Vertedero § Medición de caudal
• En los sistemas de recolección de polvo : la relación aire-tela

• Velocidad a granel
• Medición de caudal
• Medidor de caudal
• Caudal másico
• Placa de orificio
• Ley de Poiseuille
• Flujo de Stokes