Cómo calcular la velocidad del fluido en una tubería a partir del caudal (y al revés)

La velocidad en el tubo decide la erosión, el ruido, la caída de presión y si los sólidos se asientan. Se calcula con una sola fórmula, v = Q / A, y el error de siempre está en A: el área se saca con el diámetro interior real de la cédula, no con el nominal ni con el exterior.

Cómo se hace, paso a paso

Toma el diámetro interior ID de la tabla de B36.10M para el NPS y la cédula (6″ Sch 40: 154.1 mm; Sch 80: 146.3 mm).
Área de flujo: A = π/4 × ID², con ID en metros para que A salga en m².
Pasa el caudal a m³/s: m³/h ÷ 3,600; L/s ÷ 1,000; gpm US × 6.309 × 10⁻⁵.
Velocidad: v = Q / A en m/s. Para ft/s multiplica por 3.281.
Compara con el rango de la spec o de la hoja de datos de proceso para ese servicio.

Fórmula

A = π/4 · ID²v = Q / AQ = v · A

ID = diámetro interior real (m) · A = área de flujo (m²) · Q = caudal (m³/s) · v = velocidad media (m/s).

NPS Sch 40	ID (mm)	Área (m²)	v con 100 m³/h
4″	102.3	0.00822	3.38 m/s
6″	154.1	0.01865	1.49 m/s
8″	202.7	0.03227	0.86 m/s
10″	254.5	0.05087	0.55 m/s

Ejemplo resuelto

100 m³/h de agua en 6″ Sch 40.

Paso 1 — ID = 154.1 mm = 0.1541 m → A = π/4 × 0.1541² = 0.01865 m²

Paso 2 — Q = 100 / 3,600 = 0.02778 m³/s

Paso 3 — v = 0.02778 / 0.01865 = 1.49 m/s (4.9 ft/s)

Resultado: Está dentro del rango típico de líquidos en succión y descarga (1–3 m/s). Si la línea fuera Sch 80, el área baja 10 % y la velocidad sube a 1.65 m/s; si alguien calcula con 6 pulgadas de ID (0.01824 m²), se equivoca 2 %, poco; pero con el OD (0.02225 m²) se equivoca 19 %.

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Rangos de velocidad que se usan como referencia

Líquidos en proceso: 1–3 m/s en descarga, 0.6–1.5 m/s en succión de bombas (para no cavitar); agua de enfriamiento hasta 3 m/s; drenajes por gravedad mínimo 0.6–0.9 m/s para autolimpieza. Gas y vapor: 15–30 m/s en vapor saturado, 30–60 m/s en sobrecalentado, y en producción el límite de erosión de API RP 14E (v_e = C/√ρ). Slurries: arriba de la velocidad crítica de depósito (guía de slurry). Estos rangos son práctica de ingeniería; la spec del proyecto manda.

En gas, el caudal debe estar en condiciones reales de presión y temperatura, no en estándar (Sm³/h o SCFM): a 10 bar, 1,000 Sm³/h son unos 90 m³/h reales.

Errores comunes:

• Área con el diámetro nominal o el exterior.

• Caudal de gas en condiciones estándar sin convertir a reales.

• gpm imperial tomado como US.

• Olvidar que la cédula cambia el ID.

Referencias: ASME B36.10M · API RP 14E (erosión). Los valores son de referencia; la spec del proyecto y un ingeniero responsable validan la decisión.

Preguntas frecuentes

¿Qué velocidad lleva 100 m³/h en un tubo de 6″?

1.49 m/s en Sch 40 (ID 154.1 mm).

¿Cuál es la velocidad recomendada en tubería de agua?

Como referencia, 1–3 m/s en descarga y menos de 1.5 m/s en succión; la spec del proyecto y el fabricante de la bomba fijan el valor.

¿Cómo convierto gpm a m³/h?

Multiplica por 0.2271 (gpm US).

¿Por qué no usar el diámetro nominal?

Porque 6″ tiene 154 mm de ID en Sch 40 y 146 mm en Sch 80: el área real es la que da la velocidad.

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