Caudal, ecuación de continuidad, y por qué el agua sale disparada al tapar parte de una manguera.
El caudal indica cuánto fluido pasa por una sección de una tubería (o un río, o un canal) en cada unidad de tiempo — cuánto "sale por el caño" por segundo, en otras palabras.
Q = caudal (m³/s) · V = volumen (m³) · t = tiempo (s) · A = área de la sección transversal (m²) · v = velocidad del fluido (m/s)
Por una tubería con 0.05 m² de sección, el agua fluye a 2 m/s. ¿Cuál es el caudal?
Q = A×v = 0.05×2 = 0.1 m³/s
Eso equivale a 100 litros por segundo saliendo de esa tubería.
En un fluido ideal (que no se comprime), el caudal que entra por un extremo de una tubería tiene que ser igual al que sale por el otro — no puede "desaparecer" fluido en el medio. Si el área se achica, la velocidad tiene que aumentar para compensar.
Por eso cuando tapas parte de la boca de una manguera con el dedo, el agua sale disparada mucho más rápido — reduces el área (A₂), así que la velocidad (v₂) tiene que aumentar para mantener el mismo caudal.
Una tubería de desagüe de 0.01 m² se angosta a 0.0025 m² (un cuarto del área) en un tramo, con el agua entrando a 1 m/s. ¿A qué velocidad sale por la parte angosta?
A₁v₁ = A₂v₂ → 0.01×1 = 0.0025×v₂ → v₂ = 0.01/0.0025 = 4 m/s
Al reducirse el área a un cuarto, la velocidad se cuadruplica — este tipo de cálculo es clave al diseñar sistemas de desagüe: tuberías angostas u obstruidas fuerzan velocidades más altas, pero si la reducción es muy severa (una obstrucción real), el sistema no da abasto y el agua se acumula, causando inundaciones.
Sí — un fluido más viscoso (como la miel comparada con el agua) fluye más lento a igualdad de presión, así que el caudal real es menor. La ecuación de continuidad que vimos asume un fluido ideal, sin viscosidad, como simplificación útil para entender el concepto central.
Por la misma ecuación de continuidad — el caudal total del río tiene que mantenerse, así que donde el cauce se angosta (o se hace menos profundo), el agua tiene que acelerar para que siga pasando la misma cantidad de agua por unidad de tiempo.
Los ingenieros calculan el caudal esperado (según la lluvia típica de la zona) y diseñan el diámetro de las tuberías para que puedan manejar ese caudal sin necesitar velocidades excesivas — tuberías subdimensionadas obligan a velocidades muy altas o directamente no dan abasto, causando anegamientos.