Calculadora
Ingeniería
MatemáticasCalculadora de caudal
Calculadora de caudal para volumen, velocidad y área de tubería. Convierte entre m³/h, L/min, GPM y CFM. Esencial para fontanería, HVAC y sistemas de fluidos.
La Calculadora de Caudal ayuda a calcular caudal volumétrico, velocidad de flujo y área de sección de tubería. Introduce dos parámetros para calcular el tercero. Soporta múltiples unidades para agua, aire y otros fluidos.
¿Tienes comentarios? Reporta errores, sugiere funciones o comparte tus ideas — leemos todos¿Qué es el caudal?
El caudal (o gasto) es el volumen de fluido que atraviesa una sección por unidad de tiempo. Se expresa en m³/h, L/min, GPM o CFM. Se calcula multiplicando la velocidad de flujo por el área de la sección de tubería o ducto.
Fórmulas de caudal
1. Q = v × A
2. A = π × (Diámetro/2)²
3. v = Q / A
4. D = 2 × √(A / π)
Velocidades típicas
Agua (residencial): 1–2 m/s (3–6 ft/s)
Agua (comercial): 1.5–3 m/s (5–10 ft/s)
Ductos de aire (impulsión): 3–8 m/s (600–1600 fpm)
Ductos de retorno: 2–5 m/s (400–1000 fpm)
Vapor: 15–30 m/s (3000–6000 fpm)
Conversiones de unidades
1 m³/h = 16.67 L/min = 4.40 GPM = 0.588 CFM
1 GPM = 3.785 L/min = 0.227 m³/h = 0.134 CFM
1 CFM = 28.32 L/min = 1.699 m³/h = 7.48 GPM
Aplicaciones
- Fontanería: diseño de suministro de agua
- HVAC: caudal de aire, ventilación, dimensionado de ductos
- Protección contra incendios: caudales de rociadores
- Riego: entrega de agua y goteo
- Industrial: procesos y dosificación química
- Hidráulica: diseño de circuitos y actuadores
- Acuarios: caudal de filtración y bombas
Consejos de cálculo
- Velocidad alta ⇒ ruido, erosión y mayor pérdida de presión
- Velocidad baja ⇒ sedimentación o mezcla insuficiente
- Considera condiciones pico, no solo promedio
- Usa caudalímetros en aplicaciones críticas
- Prevé ampliaciones futuras al dimensionar
- En succión, usa velocidades menores que en descarga
- Consulta códigos locales de caudales mínimos
Preguntas Frecuentes
Tras cada cálculo, la herramienta ejecuta una Comprobación de velocidad automática: elija su fluido y servicio en el desplegable Fluido / Servicio — Agua (Residencial), Agua (Comercial), Agua Caliente, Ducto de Impulsión, Ducto de Retorno, Aire Comprimido o Vapor — y el panel de resultados muestra una insignia verde Correcto, amarilla Precaución o roja Fallo comparando su velocidad calculada con la banda recomendada ASHRAE/fontanería para ese medio. Las bandas coinciden con la tabla de Velocidades Típicas: agua residencial 1–2 m/s, agua comercial 1,5–3 m/s, agua caliente bajo 1,5 m/s, impulsión 3–8 m/s, retorno 2–5 m/s, aire comprimido 6–9 m/s y vapor 15–30 m/s. Un Fallo-alto advierte de erosión, ruido y golpe de ariete; un Fallo-bajo advierte de sedimentación y aire atrapado. A menos del 10% de cualquier límite la insignia pasa a Precaución en vez de Fallo, ya que las bandas son orientación, no máximos rígidos — verifique siempre contra el código de fontanería o mecánico que rija la instalación concreta.
El caudal volumétrico (Q) mide el volumen de fluido que pasa por una sección transversal por unidad de tiempo, generalmente en metros cúbicos por segundo (m³/s), litros por minuto (L/min) o galones por minuto (GPM). El caudal másico (ṁ) mide la masa por unidad de tiempo (kg/s, lb/min) y se relaciona mediante ṁ = ρ × Q, donde ρ es la densidad del fluido. Para líquidos incompresibles como agua a temperatura constante, ambos son intercambiables con una densidad fija. Para gases — aire, gas natural, vapor — la densidad varía drásticamente con presión y temperatura, así que el caudal volumétrico en un punto no equivale al de otro punto. Los ingenieros suelen convertir a condiciones estándar (SCFM a 14,7 psia y 60°F según ASME PTC 19.5) para comparar mediciones entre sistemas.
Use la ecuación de continuidad Q = A × V, donde A es el área de la sección transversal y V es la velocidad media. Para una tubería circular, A = π × (D/2)² = π × D²/4. Ejemplo: agua moviéndose a 2 m/s en una tubería de 100 mm (0,1 m) da A = π × 0,01/4 = 0,00785 m² y Q = 0,00785 × 2 = 0,0157 m³/s, o aproximadamente 15,7 L/s (249 GPM). Esta fórmula asume tubería llena y perfil uniforme de velocidad — el flujo real tiene perfil parabólico (laminar) o más plano (turbulento), pero la velocidad media sigue satisfaciendo Q = A × V_med. Para tuberías parcialmente llenas o canales abiertos, use el área mojada en vez del área geométrica completa.
Las guías de la industria (ASHRAE Handbook, Cameron Hydraulic Data) recomiendan rangos específicos para equilibrar pérdida por fricción frente a coste de tubería. Para agua fría doméstica, 1,2–2,4 m/s (4–8 ft/s) es estándar; el agua caliente debe quedarse bajo 1,5 m/s para evitar corrosión-erosión. Las líneas principales de vapor circulan a 25–35 m/s saturadas, hasta 50 m/s sobrecalentadas. Los conductos de impulsión HVAC usan 5–8 m/s para baja velocidad y 10–20 m/s para alta velocidad. Los conductos de retorno funcionan más bajo (3–5 m/s) para minimizar ruido. Las líneas principales de aire comprimido usan 6–9 m/s. Excederlos puede provocar golpe de ariete, ruido excesivo, erosión y pérdida desproporcionada de presión — la pérdida por fricción escala con V², así que duplicar la velocidad cuadruplica la pérdida.
El número de Reynolds Re = ρVD/μ = VD/ν es la relación adimensional entre fuerzas inerciales y fuerzas viscosas. Por debajo de Re ≈ 2.300 el flujo es laminar — el fluido se mueve en capas paralelas suaves y la caída de presión es lineal con la velocidad (Hagen-Poiseuille). Por encima de Re ≈ 4.000 es totalmente turbulento — dominan los remolinos caóticos y la caída de presión escala aproximadamente con V^1,75 a V^2. Entre 2.300 y 4.000 hay una zona transicional donde el régimen es inestable. Para agua a 20°C (ν = 1,0 × 10⁻⁶ m²/s) circulando a 1 m/s por una tubería de 50 mm, Re = 50.000 — totalmente turbulento. La mayor parte de la tubería industrial de líquidos y gases opera turbulenta, por eso el factor de fricción Darcy-Weisbach (gráfico Moody) es la herramienta estándar de diseño.
La ecuación de Manning Q = (1/n) × A × R^(2/3) × S^(1/2) (métrico) rige el flujo por gravedad en alcantarillas, alcantarillados y ríos, donde n es el coeficiente de rugosidad de Manning, A es el área mojada, R = A/P es el radio hidráulico (P es perímetro mojado) y S es la pendiente de la línea de energía (a menudo igual a la pendiente del lecho para flujo uniforme). Valores típicos de n: hormigón liso 0,012, acero acabado 0,011, canal de tierra 0,025, arroyo natural 0,035. Para una tubería circular a media sección con 1% de pendiente (0,01 m/m), el radio hidráulico es D/4, así que el caudal es aproximadamente 30% menor que la misma tubería llena por gravedad. Manning es empírica — derivada de mediciones fluviales del siglo XIX — y debe verificarse frente a la forma Chezy o Darcy para diseños de alta precisión.
Primero, establezca una pérdida de carga máxima admisible por 100 m de tubería — típicamente 30 mbar/m (3 m de agua/100 m) para fontanería o 1 Pa/m para impulsión HVAC. Use Darcy-Weisbach hf = f × (L/D) × V²/(2g) o la fórmula más simple Hazen-Williams para agua (hf = 10,67 × L × Q^1,852 / (C^1,852 × D^4,87), C ≈ 130 para acero nuevo, 150 para plástico). Despeje D, redondee al tamaño comercial siguiente (DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, DN50…). Verifique siempre que el diámetro mantenga la velocidad dentro de la banda recomendada — una tubería dimensionada sólo para baja caída puede correr demasiado lenta y permitir sedimentación en fluidos sucios. Software como AFT Fathom o Pipe Flow Expert automatiza esta iteración para redes complejas.
El factor de fricción de Darcy-Weisbach f es un número adimensional que cuantifica la pérdida de presión viscosa y turbulenta en una tubería. El gráfico de Moody traza f frente al número de Reynolds (10³ a 10⁸ eje logarítmico) para varios valores de rugosidad relativa ε/D, donde ε es la rugosidad absoluta (acero comercial ε ≈ 0,045 mm, cobre estirado 0,0015 mm, hormigón 0,3–3 mm). En flujo laminar, f = 64/Re. En flujo totalmente turbulento, f depende sólo de ε/D y viene dado por la ecuación Colebrook-White 1/√f = -2 log₁₀(ε/(3,7D) + 2,51/(Re√f)) — implícita, así que los ingenieros iteran o usan la aproximación explícita Swamee-Jain. Una vez conocido f, la pérdida es hf = f × (L/D) × V²/(2g). En tramos largos el término de fricción domina la caída total de presión, así que f preciso es crítico.
Las pérdidas menores son caídas de presión en accesorios — codos, tes, válvulas, expansiones, contracciones — causadas por separación de flujo y turbulencia. Cuantifíquelas con el método del coeficiente de pérdida: h_menor = K × V²/(2g), donde K depende de la geometría del accesorio. Valores típicos de K de Crane TP-410: codo estándar 90° 0,75, codo radio largo 90° 0,45, válvula compuerta totalmente abierta 0,17, válvula globo totalmente abierta 10, válvula retención de oscilación 2,5, contracción brusca 0,5, expansión brusca 1,0. En tramos largos las pérdidas menores son insignificantes, pero en tuberías compactas de planta con muchos accesorios suelen exceder la fricción del tubo recto. El método de longitud equivalente (L_eq = K × D / f) le permite añadir las pérdidas de accesorios directamente a la longitud recta antes de aplicar Darcy-Weisbach.
CALCULADORAS DE INGENIERíA39
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