Calculadora de caudales (volumétrico y másico)

Lo creas o no, nuestra calculadora de caudal no sólo es útil en mecánica de fluidos, sino también en problemas cotidianos. No sólo te ayudará si quieres averiguar el caudal de una manguera de jardín o de una alcachofa de ducha, sino también si tienes curiosidad por saber cuánta sangre bombea tu corazón cada minuto (lo que conocimos en la calculadora del gasto cardíaco 🇺🇸). También puede servirte como simple calculadora de la velocidad de una manguera.

Para una comprensión completa del tema, puedes encontrar a continuación una sección que explica qué es el caudal, así como un párrafo que ayuda a comprender cómo calcular el caudal. ¡Ten cuidado, ya que el propio término "caudal" puede ser ambiguo! Por suerte para ti, hemos implementado dos fórmulas de caudal, por lo que estás cubierto en ambos casos. Esto significa que nuestra herramienta puede servir tanto de calculadora del caudal volumétrico (es decir, podemos utilizarla para calcular los galones por minuto) como de calculadora del caudal másico.

El caudal o flujo, es la cantidad de algo que fluye (valga la redundancia) por unidad de tiempo. Cuando hablamos de caudal, lo más probable es que te imagines el concepto de caudal volumétrico (también conocido como caudal de líquido, caudal volumétrico o velocidad volumétrica). El caudal volumétrico puede definirse como el volumen de un determinado fluido que pasa a través de una determinada área de sección transversal por unidad de tiempo. Se suele representar con el símbolo $Q$ (a veces $\dot{V}$: $V$ con un punto)

Otro concepto relacionado es el caudal de masa, a veces llamado flujo de masa o corriente de masa. Esta vez no se trata del volumen, sino de la masa de una sustancia que pasa a través de una determinada área transversal por unidad de tiempo. Es una medida esencial cuando se depura el agua en una planta de aguas residuales.

Lo indicamos con un punto sobre el símbolo $m$:

El caudal másico se utiliza habitualmente en las especificaciones de ventiladores y turbinas, entre otras cosas.

Explicación breve:

Fórmula del caudal volumétrico:

donde,

• $A$ - El área de la sección transversal;
• $v$ - La velocidad del flujo.

Fórmula del caudal:

donde $ρ$ es la densidad del fluido.

Explicación más larga:

La fórmula del caudal volumétrico puede escribirse de forma alternativa (léase: mucho más útil). Primero puedes calcular el volumen de una porción de fluido en un canal como:

donde A es el área de la sección transversal del fluido, y $l$ es la anchura de una porción dada del fluido. Si nuestra tubería es circular, no hay más que aplicar la fórmula para calcular el volumen del cilindro. Sustituyendo la fórmula anterior por la ecuación de la definición del caudal, obtenemos

Como $l / t$ es la longitud del volumen dividida por el tiempo, puedes ver que no es más que la velocidad del flujo. Así pues, la fórmula del caudal volumétrico se reduce a:

La mayoría de las tuberías son cilíndricas, por lo que la fórmula del caudal volumétrico será la siguiente:

donde $d$ es el diámetro de la tubería.

La ecuación puede reordenarse para hallar la fórmula de la velocidad en la tubería.

Para hallar la fórmula del caudal másico, primero tenemos que recordar la definición de densidad:

Como el caudal másico es la masa de una sustancia que pasa por unidad de tiempo, podemos escribir la fórmula como:

La última igualdad es la más refinada:

Ahora que sabes lo que es el caudal, vamos a comprobarlo con un ejemplo sencillo:

1. Primero, selecciona una forma de la lista. Para este ejemplo, nos gustaría conocer el caudal de agua en una tubería circular, así que seleccionaremos la opción circular (tubería).

2. Introduce las medidas necesarias para calcular el área de la sección transversal. Si la sección transversal es un círculo o un cuadrado/rectángulo, encontrarás esa opción en la lista. En cualquier otro caso, puedes escribir el valor del área directamente en la calculadora (puedes utilizar nuestra completa calculadora de área para ayudarte). Elijamos una tubería con un diámetro interior de $30\ \mathrm{cm}$.

3. Introduce la velocidad media del flujo. Elijamos $5\ \mathrm{m/s}$.

4. Y ya está, la primera parte de los cálculos está hecha: la herramienta ha funcionado como una calculadora de caudal. Hemos averiguado que el caudal volumétrico es $0.3534\ \mathrm{m^3/s}$. Recuerda que siempre puedes cambiar las unidades, así que no te preocupes si necesitas trabajar en galones/minuto o litros/hora.

5. Si conoces la densidad, también puedes calcular el caudal másico; sólo tienes que introducir la densidad del material de flujo. En nuestro ejemplo, el agua tiene una densidad aproximada de $998\ \mathrm{kg/m^3}$ (la densidad del agua en $68\ \mathrm{\degree F}$, o $20\ \mathrm{\degree C}$). Sin embargo, si quieres ser superpreciso, consulta nuestra [calculadora de densidad del agua](calc: 1459), ya que la densidad cambia con la temperatura, la salinidad y la presión.

6. La herramienta mostraba un caudal de másico de $352.7\ \mathrm{kg/s}$. ¡Genial!

No olvides que nuestras herramientas son flexibles, por lo que puedes utilizar esta calculadora como calculadora de velocidad de tuberías. Por ejemplo, puedes determinar la velocidad del agua de tu grifo, dado el diámetro (por ejemplo, $1\ \mathrm{cm}$) y el caudal de un grifo de cocina (el intervalo habitual es $5$ litros - $12$ litros por minuto, según el tipo de aireador). Por cierto, ¿has visto nuestra calculadora de agua del grifo 🇺🇸, que muestra tu ahorro si cambiaras del agua embotellada al agua del grifo?