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
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)
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)
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)
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
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
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)
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
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
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
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
Fondo plano. Para un fondo cónico o abombado, sumar el volumen del fondo aparte. Nivel medido desde el fondo interior.
Tanque horizontal: volumen parcial
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
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
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
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
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.