Qué hace esta calculadora
Esta herramienta estima el caudal volumétrico de aire que circula por un conducto o un orificio circular cuando conoces la diferencia de presión que lo atraviesa y el diámetro del tubo. Aplica la ecuación de energía de Bernoulli para transformar una caída de presión medida en una velocidad del aire y, después, la multiplica por el área de la sección transversal y por un coeficiente de descarga para obtener el caudal. Los resultados se muestran en metros cúbicos por segundo, por minuto y por hora, así como en CFM (pies cúbicos por minuto).
La fórmula explicada
La relación de partida procede del teorema de Bernoulli, que vincula la presión con la energía cinética del aire en movimiento:
$$v = \sqrt{\frac{2 \Delta P}{\rho}}$$donde \(v\) = velocidad en m/s, \(\Delta P\) = diferencia de presión en pascales y \(\rho\) = densidad del aire en kg/m³ (alrededor de 1,225 a nivel del mar y 15 °C). Una vez conocida la velocidad, el caudal es:
$$Q = C_d \cdot A \cdot v = C_d \cdot \frac{\pi d^2}{4} \cdot v$$Aquí \(A\) = área del tubo, \(d\) = diámetro interior y \(C_d\) = coeficiente de descarga (normalmente entre 0,6 y 0,98 según la geometría).
Cómo usarla
Introduce el diámetro del tubo y elige su unidad, la diferencia de presión en pascales, la densidad del aire y un coeficiente de descarga. La calculadora convierte el diámetro a metros, calcula el área, halla la velocidad y devuelve el caudal.
Ejemplo resuelto
Para un tubo de 100 mm con \(\Delta P = 50\,\text{Pa}\), \(\rho = 1.225\) y \(C_d = 0.98\):
$$v = \sqrt{\frac{2 \times 50}{1.225}} = 9.035\,\text{m/s}$$$$A = \frac{\pi (0.1)^2}{4} = 0.007854\,\text{m}^2$$$$Q = 0.98 \times 0.007854 \times 9.035 = 0.06954\,\text{m}^3/\text{s}$$
Coeficientes de Descarga para Geometrías Comunes
El coeficiente de descarga \(C_d\) tiene en cuenta las pérdidas de energía y la contracción del flujo (vena contracta) que hacen que el flujo real sea inferior a la predicción ideal de Bernoulli. Es la razón entre el flujo real y el teórico, y siempre es \(\le 1\). Elegir el valor correcto para su geometría es la mayor fuente de precisión en este cálculo.
| Geometría | \(C_d\) Típico | Notas |
|---|---|---|
| Orificio de arista aguda | 0.60 – 0.62 | Fuerte contracción del flujo; el estándar ~0.61 se utiliza ampliamente para orificios de placa delgada. |
| Tubo corto / entrada de conducto | 0.80 – 0.82 | El flujo reacoplado aguas abajo de la contracción recupera algo de presión. |
| Tobera de flujo (ISA 1932) | ~0.96 | El perfil convergente suave reduce considerablemente las pérdidas. |
| Tobera Venturi | 0.95 – 0.98 | Contracción gradual y difusor; pérdida de presión permanente baja. |
| Tobera de campana redondeada / boca de campana | 0.97 – 0.99 | Casi ideal; contracción mínima, utilizada como estándar de flujo. |
Cuando duda sobre una entrada de tubería o conducto suave, \(C_d \approx 0.97\text{–}0.98\) es un valor predeterminado razonable; para un agujero afilado en una placa, use \(C_d \approx 0.61\).
Preguntas frecuentes
¿Qué coeficiente de descarga debo usar? Una tobera suave y bien redondeada ronda 0,97–0,99, mientras que un orificio de borde afilado se acerca a 0,6. Si tienes dudas, usa 0,98 para un conducto.
¿Qué densidad del aire debo introducir? 1,225 kg/m³ es el valor estándar del aire a nivel del mar y 15 °C. Usa un valor menor para aire caliente o gran altitud.
¿Sirve solo para flujo incompresible? La forma de Bernoulli empleada aquí supone un flujo de baja velocidad e incompresible, lo cual es preciso para las presiones típicas de ventilación, muy por debajo de la velocidad del sonido.
