Velocidad y flujo en tubería
La velocidad del fluido en una tubería a partir del caudal y el diámetro interior — con los límites de regla de dedo (más o menos 7 ft/s en succión y 10 en descarga) que mantienen a raya la erosión, el ruido y el golpe de ariete.
Velocidad del fluido en tubería redonda · a partir del caudal y el diámetro interior
v = 0.4085 · gpm / d² (d = diám. interior, pulg)
Qué le da
Es la velocidad promedio de un líquido que corre por una tubería redonda, sacada del caudal volumétrico y del diámetro interior de la tubería. Es el número con el que se revisa si una línea está bien dimensionada: muy lenta y los sólidos se asientan, o se gastó de más en tubo; muy rápida y se invita a la erosión, al ruido y al golpe de ariete. Para agua en unidades inglesas el atajo es v = 0.4085 × gpm ÷ d², donde d es el diámetro interior en pulgadas y v sale en pies por segundo.
De dónde sale el 0.4085
La velocidad no es más que caudal entre área: v = Q ÷ A. Tome un galón por minuto, conviértalo a pies cúbicos por segundo, divídalo entre un área de tubería escrita en pulgadas cuadradas, arrastre los factores de unidades y la constante se reduce a 0.4085. Así que nada más se necesitan dos números — el caudal en gpm y el barreno real en pulgadas. Use el diámetro interior real, no el diámetro nominal: un tubo nominal de 4" cédula 40 mide como 4.026" por dentro, y el tubo de pared gruesa o con recubrimiento sale todavía más chico, lo que sube la velocidad rápido porque va con el cuadrado del diámetro.
Para facilitarlo, el selector de Diámetro nominal mete el barreno real cédula 40 de las medidas comunes — escoja 4" y llena 4.026" y bloquea el campo para que no se le vaya un dedo; escoja ID personalizado para capturar un barreno exacto en líneas con recubrimiento, de pared gruesa o de tubing. ¿Trabaja en SI? Cambie las Unidades de caudal a m³/h y la herramienta convierte internamente (1 m³/h = 4.4029 gpm) antes de aplicar la constante 0.4085, así que la velocidad sigue saliendo en ft/s.
Nota de campo — succión contra descarga, y por qué importan el 7 y el 10
Los límites en los que coinciden casi todas las guías de tubería y bombas son más o menos 7 ft/s del lado de succión y 10 ft/s en descarga. Las líneas de succión se mantienen lentas para cuidar el NPSH y sacar a la bomba del riesgo de cavitación; las de descarga pueden ir más rápido porque la bomba está empujando. Pásese de esos números y la pérdida por fricción sube con el cuadrado de la velocidad, los codos y las válvulas de control empiezan a erosionarse, y una columna que va rápido se vuelve un problema de golpe de ariete en el instante en que una válvula cierra de golpe. Tome la señal de aquí como un primer filtro, no como sustituto de un cálculo hidráulico completo en una línea crítica.
Ejemplo resuelto
Meta 100 gpm por una línea de 4": la velocidad es 0.4085 × 100 ÷ 4² = 40.85 ÷ 16 = como 2.55 ft/s, con una sección transversal de π÷4 × 4² = 12.57 in². Eso queda cómodamente debajo de 7 ft/s, así que está bien en una línea de succión. Meta esos mismos 100 gpm en un tubo de 2" y la velocidad se dispara a unos 10.2 ft/s — el diámetro se partió a la mitad, así que la velocidad subió al cuádruple, y ahora está justo en el límite de descarga.