Calculadora de Caudal en GPM - Herramienta de Galones por Minuto

¿Qué es GPM (galones por minuto)?

GPM significa galones por minuto. Mide cuánta agua (u otro líquido) pasa por una tubería, válvula o accesorio en un minuto. GPM es la unidad de caudal estándar en los sistemas de fontanería, riego y protección contra incendios de Estados Unidos.

GPM es diferente de la presión. La presión, medida en PSI (libras por pulgada cuadrada), es la fuerza que impulsa el agua por una tubería. GPM es el volumen real suministrado. Una tubería puede tener alta presión pero poco caudal si es estrecha, o mucho caudal con una presión moderada si es ancha.

Fórmula del caudal en GPM

La fórmula del caudal en GPM convierte el diámetro interior de una tubería y la velocidad del agua en un caudal:

$\text{GPM} = 2.448 \times D^2 \times V$

• GPM – caudal en galones por minuto
• D – diámetro interior de la tubería, en pulgadas
• V – velocidad del agua, en pies por segundo
• 2,448: una constante que convierte el área y la velocidad de la tubería en galones por minuto

De dónde procede la constante

El caudal siempre es igual al área de la sección transversal multiplicada por la velocidad: Q = A × V. En una tubería redonda, el área es A = π × (D/2)². Al convertir esa área de pulgadas cuadradas a pies cuadrados, y los pies cúbicos por segundo a galones por minuto (1 pie cúbico contiene unos 7,48 galones, y un minuto tiene 60 segundos), las conversiones de unidades se reducen a un solo número:

$\frac{\pi \times 60 \times 7.48}{4 \times 144} \approx 2.448$

Por eso la fórmula multiplica el diámetro al cuadrado y la velocidad por 2,448.

Cómo calcular GPM

Se necesitan dos mediciones.

Diámetro interior. Se mide el diámetro interior de la tubería, no el exterior. El tamaño nominal de una tubería no siempre coincide con su diámetro interior real. El diámetro interior depende del material de la tubería y del grosor de la pared. Conviene consultar la ficha técnica del fabricante para conocer la cifra exacta.

Velocidad. Es la rapidez del agua en pies por segundo. Un caudalímetro la da directamente. Sin uno, la velocidad puede estimarse con el método del cubo que se describe más abajo.

Introduzca ambos valores en la calculadora para obtener el caudal en GPM. El diámetro debe ser mayor que cero y la velocidad no puede ser negativa. El resultado se redondea a dos decimales.

Ejemplo

Una tubería de 2 pulgadas transporta agua a 5 pies (1,5 m) por segundo.

GPM = 2,448 × 2² × 5 = 2,448 × 4 × 5 = 48,96

El caudal es de aproximadamente 49 galones (185 L) por minuto.

Un segundo ejemplo

Una tubería de 3 pulgadas transporta agua a 10 pies (3 m) por segundo.

GPM = 2,448 × 3² × 10 = 2,448 × 9 × 10 = 220,32

Eso equivale a unos 220 GPM.

Cómo medir la velocidad sin un caudalímetro

El método del cubo estima el caudal directamente, sin necesidad de conocer por separado el diámetro ni la velocidad.

1. Coloque un recipiente de volumen conocido, como un cubo de 5 galones, debajo del flujo.
2. Mida cuánto tarda en llenarse, en minutos.
3. Divida el volumen entre el tiempo: GPM = volumen ÷ tiempo.

Si el cubo se llena en 45 segundos (0,75 minutos), el caudal es 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Una medición cuidadosa del tiempo y un recipiente de volumen conocido dan el mejor resultado. El método solo funciona cuando se puede captar todo el flujo, como en el extremo abierto de una tubería o una manguera.

Cuándo no se aplica la fórmula

La fórmula supone que el agua fluye por una tubería redonda completamente llena y en condiciones estables.

• Tuberías parcialmente llenas. El término del área supone que el líquido llena toda la tubería. Una tubería de desagüe medio vacía transporta menos de lo que predice la fórmula.
• Tuberías no redondas. Los conductos ovalados, rectangulares o irregulares necesitan una fórmula de área diferente.
• Flujo no estacionario. La fórmula supone una velocidad constante. Los cierres repentinos de válvulas (golpe de ariete) o una bomba con ciclos requieren un análisis diferente.
• Cerca de accesorios. La velocidad justo después de un codo, una te o una válvula es irregular, por lo que una única lectura de velocidad en ese punto puede no representar el caudal medio.

GPM típico según la aplicación

La normativa federal limita los nuevos grifos a 2,2 GPM y las duchas a 2,5 GPM. El límite de los grifos se aplica a 60 PSI y el de las duchas a 80 PSI.

La Extensión de la Universidad de Nebraska-Lincoln indica los caudales que suelen necesitar los aparatos domésticos para funcionar bien:

Un agua más rápida no siempre es mejor. Una velocidad alta aumenta las pérdidas por fricción, el ruido y el riesgo de golpe de ariete y de erosión de las tuberías. Por eso los proyectistas de instalaciones sanitarias limitan la velocidad en las tuberías de suministro.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre GPM y la presión del agua?

GPM mide el volumen de agua suministrado por minuto. La presión (PSI) mide la fuerza que impulsa esa agua por la tubería. Una tubería puede tener una presión alta y un GPM bajo si es estrecha, o un GPM alto y una presión moderada si es ancha.

¿Cómo convierto GPM a otras unidades de caudal?

Un galón estadounidense equivale a unos 3,785 litros, así que se multiplican los GPM por 3,785 para obtener litros por minuto. Se dividen los GPM entre 448,8 para obtener pies cúbicos por segundo. Se multiplican los GPM por 0,227 para obtener metros cúbicos por hora.

¿Cuántos GPM necesita una vivienda típica?

Se suman los aparatos que probablemente funcionen al mismo tiempo, no todos los de la casa. Para las viviendas con pozos privados, la Extensión de Nebraska cita un mínimo de 10 GPM para una vivienda de 2 dormitorios y 2 baños, y de 12 GPM para 3 dormitorios y 2 baños. Añade unos 2 GPM por cada dormitorio o baño adicional.

¿Por qué el material de la tubería afecta al caudal?

Las superficies interiores rugosas crean una fricción que frena el agua. Las tuberías nuevas de PVC y de cobre tienen interiores lisos y poca fricción. La tubería de acero galvanizado se vuelve más rugosa con la edad a medida que se acumulan depósitos minerales en su interior. Los depósitos también estrechan la abertura, lo que reduce el caudal aunque el diámetro exterior no cambie.

¿Qué ocurre si una tubería es demasiado pequeña para el caudal requerido?

El agua debe moverse más rápido para entregar el mismo volumen por una tubería más estrecha. Una velocidad mayor aumenta las pérdidas por fricción. También eleva el riesgo de golpe de ariete cuando las válvulas se cierran de repente, y puede causar ruido y cavitación en las bombas.

¿Funciona esta fórmula para líquidos distintos del agua?

Sí, para el caudal volumétrico. La fórmula solo multiplica el área de la tubería por la velocidad, y la constante 2,448 es pura conversión de unidades. La densidad no aparece en ella, así que el aceite con el mismo diámetro y la misma velocidad tiene los mismos GPM que el agua. La densidad solo importa al convertir a caudal másico, por ejemplo en libras por minuto.

Referencias

1. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity. NIST SP 811 Appendix B.9 — galón = 3,785412 L; pie cúbico = 0,02831685 m³ (7,48 galones).
2. U.S. Code of Federal Regulations. 10 CFR 430.32: Energy and water conservation standards. 10 CFR 430,32 (Cornell LII) — máximo para grifos 2,2 GPM a 60 PSI; máximo para duchas 2,5 GPM a 80 PSI.
3. University of Nebraska–Lincoln Extension. Private Drinking Water Wells: Planning for Water Use (G2149). UNL Extension G2149 — caudales típicos de los aparatos; caudales mínimos de demanda máxima para viviendas.