Presión, caudal y velocidad del agua en una casa

En una casa de Escazú, en lo alto de la loma, el agua sale de la ducha como un hilito. Dos cuadras más abajo, en el barrio de la quebrada, la manguera del jardín lanza un chorro que moja hasta la acera. Mismo acueducto, misma tubería, mismo tipo de llave. La diferencia es la presión, y para entenderla hay que separar tres ideas que en la calle se usan como si fueran una sola: presión, caudal y velocidad.

Cuando alguien dice «tengo poca agua», puede estar diciendo tres cosas distintas. Que la presión es baja y el agua no llega al segundo piso. Que el caudal es poco y el balde tarda diez minutos en llenarse. O que la velocidad es alta en un tubo muy angosto y suena como silbido. Un fontanero tiene que saber cuál de las tres es.

Presión: la fuerza del agua#

Se calcula como fuerza entre área: P = F ÷ A. En el Sistema Internacional se mide en pascales (Pa), pero en fontanería casi nadie usa pascales. Verás kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm²), libras por pulgada cuadrada (psi) o bares, según el manómetro y el fabricante.

Hay una regla práctica que te ahorra cuentas: cada 10 metros de altura de agua producen más o menos 1 kg/cm² de presión (cerca de 1 bar o 14 psi). Un tanque elevado sobre el techo, con el nivel del agua a 6 metros por encima de la ducha, da alrededor de 0,6 kg/cm², o sea unos 8,5 psi.

Ejemplo. Un tanque de captación en la loma está 25 metros más arriba que la casa de don Chepe. ¿Qué presión estática tiene la llave de su pila? Solución. 25 m ÷ 10 m por kg/cm² = 2,5 kg/cm², aproximadamente 35 psi. Es una presión buena para una casa.

Hay un detalle que muchos pasan por alto: esa es la presión con la llave cerrada, llamada presión estática. Cuando abres la llave, el agua se mueve, roza las paredes del tubo y pierde presión en el camino; la que queda se llama presión dinámica. Cuanto más largo, más angosto y más lleno de codos esté el tubo, más presión se pierde.

Caudal: cuánta agua pasa#

El caudal se calcula como volumen entre tiempo: Q = V ÷ t. Se expresa en litros por segundo (L/s), litros por minuto (L/min) o metros cúbicos por hora (m³/h).

La primera forma se mide con un balde y un reloj. Si abres la pila y un balde de 20 litros se llena en 40 segundos, el caudal es Q = 20 L ÷ 40 s = 0,5 L/s, que equivale a 30 L/min. Es la prueba más sencilla para saber cuánta agua te da una llave.

Las otras dos fórmulas conectan el caudal con el tubo: A es el área de la sección interior del tubo y v la velocidad del agua. Si el caudal se mantiene igual, un tubo más angosto obliga al agua a ir más rápido.

Velocidad: qué tan rápido va el agua#

La velocidad se mide en metros por segundo (m/s). No se ve a simple vista, pero se oye: en un tubo muy angosto para el caudal que lleva, el agua silba, vibra y desgasta los codos.

Para calcular el área del tubo se usa la del círculo: A = π × r², con el radio interior en metros. Atención a un detalle que se olvida mucho: se usa el diámetro interior, no el diámetro comercial. Un tubo de ½ pulgada tiene, por dentro, unos 15 milímetros.

Ejemplo. Por un tubo de diámetro interior 20 mm (radio 0,01 m) pasa un caudal de 12 L/min. ¿Con qué velocidad va el agua? Solución.

1. Pasa el caudal a m³/s: 12 L/min = 12 ÷ 1000 ÷ 60 = 0,0002 m³/s.
2. Calcula el área: A = 3,14 × (0,01)² = 0,000314 m².
3. Aplica v = Q ÷ A = 0,0002 ÷ 0,000314 ≈ 0,64 m/s.

En viviendas se suele recomendar que el agua no pase de unos 2 m/s. Arriba de eso aparecen el ruido, el desgaste y los golpes de ariete, ese «toc» fuerte que se oye en la pared cuando cierras una llave de golpe.

Cómo escoger el diámetro de la tubería#

El programa pide ejercicios para determinar las características de la tubería por utilizar. El método es el mismo de siempre: sumas lo que van a gastar los aparatos que puedan usarse a la vez, conviertes a unidades iguales y compruebas la velocidad.

Ejemplo. Una casa usa a la vez la ducha (8 L/min), el lavatorio (6 L/min) y la pila (10 L/min). El tubo candidato tiene diámetro interior de 15 mm (½ pulgada). ¿Sirve? Solución.

1. Caudal total: 8 + 6 + 10 = 24 L/min = 0,0004 m³/s.
2. Área del tubo de 15 mm: radio 0,0075 m, A = 3,14 × 0,0075² ≈ 0,000177 m².
3. Velocidad: v = 0,0004 ÷ 0,000177 ≈ 2,26 m/s. Se pasa de 2 m/s.
4. Con tubo de ¾ pulgada (20 mm interior), A = 0,000314 m² y v = 0,0004 ÷ 0,000314 ≈ 1,27 m/s. Este tubo sí sirve.

Diámetro comercial	Diámetro interior aproximado	Velocidad con 24 L/min
½ pulgada	15 mm	2,26 m/s (alta)
¾ pulgada	20 mm	1,27 m/s (adecuada)

Esto explica por qué el tubo principal de una casa suele ser más grueso que los ramales que llegan a cada llave: lleva el caudal de todos los aparatos juntos. Los diámetros exactos dependen del material (PVC, cobre, galvanizado) y de la norma, así que revísalos con la ficha del fabricante antes de comprar.

Cómo se relacionan las tres magnitudes#

• Si subes la presión y no cambias el tubo, sube el caudal y sube la velocidad.
• Si estrechas el tubo, el caudal baja un poco, la velocidad sube y se pierde presión.
• Si el tubo es largo o tiene muchos codos, la presión disponible en la llave baja aunque el tanque no cambie.
• Cuando cierras una llave de golpe, la velocidad cae a cero en un instante y la presión se dispara: es el golpe de ariete.

Errores frecuentes#

• Usar el diámetro comercial como si fuera el interior en las fórmulas.
• Mezclar unidades: litros con metros cúbicos, minutos con segundos.
• Medir la presión con la llave abierta y creer que es la estática.
• Pensar que una llave con poco chorro siempre tiene poca presión: puede ser un filtro o aireador tapado, o sea, poco caudal.

Para practicar en casa, mide el caudal de tu pila con un balde y un reloj, y pregunta cuántos metros hay entre el tanque y la llave. Con esos dos datos ya puedes calcular presión y caudal reales de tu propia casa.

Ponte a prueba#

Un balde de 15 litros se llena en 30 segundos. ¿Cuál es el caudal en L/s y en L/min?#

Un tanque tiene su nivel de agua 18 metros arriba de una llave. ¿Qué presión estática aproximada hay en la llave?#

Por un tubo de diámetro interior 20 mm pasa un caudal de 0,0003 m³/s. Calcula la velocidad.#

¿Por qué un tubo muy angosto para el caudal que lleva produce ruido y desgaste?#

Explica la diferencia entre presión estática y presión dinámica.#

Fuentes#

• Ministerio de Educación Pública — Programa de estudio de Artes Industriales, III ciclo (MEP, Costa Rica) (PDF)