El diámetro hidráulico , D H , es un término comúnmente utilizado cuando se maneja 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 [1] [2]
dónde
De manera más intuitiva, el diámetro hidráulico puede entenderse como una función del radio hidráulico RH , que se define 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. [3]
Tenga en cuenta que para el caso de una tubería circular,
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 siguiente tabla. 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. [4]
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: [5]
dónde
Esta definición se reduce a canales de sección transversal uniforme no circular y a tuberías circulares.
Para un conducto o tubería completamente lleno cuya sección transversal es un polígono regular , el diámetro hidráulico equivale al diámetro de un círculo inscrito dentro del perímetro mojado . Esto se puede ver de la siguiente manera: El polígono regular de lados es una unión de triángulos, cada uno de altura y base . Cada uno de estos triángulos contribuye al área total y al perímetro total, dando
para el diámetro hidráulico.