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Beedy Academy · Calculadoras

Calculadoras de mecánica de fluidos

16 cálculos de campo para tuberías, bombas, tanques y medición de caudal. Cada calculadora muestra su fórmula y propone problemas de práctica.

Tuberías y pérdida de carga

Velocidad en una tubería

Fórmulav = Q ÷ (π D² ÷ 4)  ·  hv = v² ÷ 2g  ·  Dreq = √(4Q ÷ π vt)
m³/h
mm
m/s
Velocidad (v)—m/s
Carga de velocidad (hv)—m
Diámetro necesario para vt—mm

Agua, valores habituales: succión de bomba 0,6 a 1,5 m/s, descarga 1,5 a 3 m/s. Usar el diámetro interior real (según espesor o cédula).

Número de Reynolds (régimen de flujo)

FórmulaRe = ρ × v × D ÷ μ
m³/h
mm
kg/m³
mPa·s
Velocidad (v)—m/s
Número de Reynolds (Re)—

Laminar por debajo de 2300, turbulento por encima de unos 4000, transición entre ambos. Agua a 20 °C: μ ≈ 1,0 mPa·s; aceites: 10 a 1000 mPa·s.

Pérdida de carga en tubería (Darcy-Weisbach)

Fórmulaf = 64 ÷ Re (Re < 2300)  ·  f = 0,25 ÷ [log₁₀(ε ÷ 3,7D + 5,74 ÷ Re0,9)]²  ·  hf = f × L ÷ D × v² ÷ 2g  ·  Δp = ρ g hf
m³/h
mm
m
kg/m³
mPa·s
Número de Reynolds (Re)—
Factor de fricción (f)—
Pérdida de carga (hf)—m
Caída de presión (Δp)—kPa

Factor de Darcy por Swamee-Jain (±1 % de Colebrook para Re de 5000 a 10⁸); en la zona de transición (2300 a 4000) el resultado es aproximado. Tubería nueva: la rugosidad aumenta con la edad.

Pérdidas menores (suma de K)

Fórmulahm = ΣK × v² ÷ 2g  ·  Δp = ΣK × ρ v² ÷ 2
m³/h
mm
kg/m³
Velocidad (v)—m/s
Pérdida de carga menor (hm)—m
Caída de presión (Δp)—kPa

Valores de K habituales: codo 90° estándar 0,3 a 0,9; válvula de compuerta abierta 0,1 a 0,2; válvula de retención 2; salida a tanque 1; entrada de arista viva 0,5.

Presión y altura de líquido

Fórmulah = p ÷ (ρ g)  ·  p = ρ g H
kPa
m
kg/m³
Altura equivalente a p—m
Presión equivalente a H—kPa
p en psi—psi

Para agua, 1 bar ≈ 10,2 m. Un líquido más denso da menos altura con la misma presión: la bomba da la misma altura, no la misma presión.

Bombas

Potencia hidráulica y al eje

FórmulaPh = ρ g Q H  ·  Parbre = Ph ÷ ηp  ·  Pél = Parbre ÷ ηm
m³/h
m
kg/m³
%
%
Potencia hidráulica (Ph)—kW
Potencia al eje—kW
Potencia eléctrica absorbida—kW

Elegir un motor al menos 10 a 15 % por encima de la potencia al eje en el punto más exigente de la curva. Rendimiento de bomba centrífuga: 50 a 85 %.

Leyes de afinidad (velocidad o diámetro del impulsor)

FórmulaQ₂ = Q₁ × (N₂ ÷ N₁)  ·  H₂ = H₁ × (N₂ ÷ N₁)²  ·  P₂ = P₁ × (N₂ ÷ N₁)³
m³/h
m
kW
rpm or mm
rpm or mm
Nuevo caudal (Q₂)—m³/h
Nueva altura (H₂)—m
Nueva potencia (P₂)—kW

Exacto para un cambio de velocidad a rendimiento constante; para un recorte de impulsor, válido solo para reducciones pequeñas (menos de 10 a 15 %). El punto real depende también de la curva del sistema.

NPSH disponible y margen

FórmulaNPSHa = (ps − pv) ÷ (ρ g) + z − hfs
kPa abs
m
m
kPa abs
kg/m³
m
NPSH disponible (NPSHa)—m
Margen (NPSHa − NPSHr)—m
Relación NPSHa ÷ NPSHr—

z es negativo cuando la bomba aspira desde abajo (succión negativa). Buscar NPSHa ≥ 1,3 × NPSHr (o al menos 1 m de margen); agua a 20 °C: pv = 2,34 kPa, a 60 °C: 19,9 kPa.

Punto de operación bomba-sistema

FórmulaHp = H₀ − a Q²  ·  Hs = Hst + k Q²  ·  Q* = √((H₀ − Hst) ÷ (a + k))
m
m³/h
m
m
m
Caudal en el punto de operación—m³/h
Altura en el punto de operación—m

Aproximación: curva de bomba parabólica que pasa por H₀ y el punto nominal, pérdidas del sistema en Q². Para un cálculo fino, superponer la curva real del fabricante.

Caudal de bomba por prueba de nivel

FórmulaQ = π D² ÷ 4 × Δh ÷ t + Qe
m
m
min
m³/h
Caudal de la bomba—m³/h
Caudal de la bomba—L/s

Tanque vertical de sección constante. Cerrar la entrada si es posible (Qe = 0) y medir al menos 2 a 5 minutos para reducir el error de lectura.

Tanques

Tanque vertical: nivel y volumen

FórmulaV = π D² ÷ 4 × h  ·  h = V ÷ (π D² ÷ 4)
m
m
m
m³
Volumen al nivel h—m³
Capacidad total—m³
Porcentaje de llenado—%
Nivel para el volumen V—m
Volumen por centímetro—L/cm

Fondo plano. Para un fondo cónico o abombado, sumar el volumen del fondo aparte. Nivel medido desde el fondo interior.

Tanque horizontal: volumen parcial

FórmulaV = L × [R² acos((R − h) ÷ R) − (R − h) √(2Rh − h²)]
m
m
m
Volumen al nivel h—m³
Capacidad total—m³
Porcentaje de llenado—%

Fondos planos (R = D ÷ 2). Con fondos abombados el volumen real es algo mayor: usar la tabla de aforo si existe.

Tiempo de vaciado por un orificio

Fórmulat = (At ÷ (Cd Ao)) × √(2 ÷ g) × (√h₁ − √h₂)
m
mm
m
m
Tiempo—min
Caudal inicial—m³/h

Torricelli: tanque vertical abierto a la atmósfera, salida libre en el fondo, sin tubería aguas abajo. Una tubería de salida añade pérdidas y alarga el tiempo.

Tiempo de llenado o vaciado

FórmulaΔV = π D² ÷ 4 × (h₂ − h₁)  ·  t = ΔV ÷ (Qe − Qs)
m
m
m
m³/h
m³/h
Variación de volumen (ΔV)—m³
Tiempo—h
Tiempo—min

Tanque vertical. Para vaciar, poner h₂ por debajo de h₁ y un caudal de salida mayor que el de entrada. Sin respuesta si el nivel no va en el sentido correcto.

Medición de caudal

Caudal con placa de orificio

Fórmulaβ = d ÷ D  ·  Q = C ÷ √(1 − β⁴) × π d² ÷ 4 × √(2 Δp ÷ ρ)
mm
mm
kPa
kg/m³
Relación de diámetros (β)—
Caudal (Q)—m³/h
Caudal másico—t/h

Solo líquidos (ε = 1). Simplificado de la ISO 5167: C ≈ 0,60 a 0,61 para orificio de arista viva, β de 0,2 a 0,75 y Re alto; para transferencia fiscal, usar la ecuación completa (Reader-Harris/Gallagher).

Caudalímetro de presión diferencial: raíz cuadrada

FórmulaQ = Qmax × √(Δp ÷ Δpmax)
m³/h
kPa
kPa
Caudal (Q)—m³/h
Caudal en % de la escala—%
Δp en % de la escala—%

Con el 25 % de Δp ya se tiene el 50 % del caudal. Por debajo de cerca del 10 % del caudal la medida es poco fiable: la mayoría de los transmisores tienen corte de bajo caudal.

Herramientas de aprendizaje y verificación. Los rangos indicados son referencias generales: siga siempre los procedimientos, permisos y consignas de su planta. No se envía nada: los cálculos se hacen en su navegador.