Ecuación de Hazen-Williams – cálculo de la pérdida de carga en tuberías de agua

La ecuación de Darcy-Weisbach con el diagrama de Moody se considera el modelo más preciso para estimar la pérdida de carga por fricción para un flujo de tubería constante. Dado que la ecuación de Darcy-Weisbach requiere un cálculo iterativo, puede preferirse un cálculo empírico alternativo de la pérdida de carga, como la ecuación de Hazen-Williams:

Nótese que la fórmula de Hazen-Williams es empírica y carece de base teórica. Tenga en cuenta que las constantes de rugosidad se basan en condiciones «normales» con aproximadamente 1 m/s (3 pies/seg).

Ejemplo – Pérdida de carga por fricción en una tubería de agua

200 gal/min de agua fluye en una tubería de PEH de 3 pulgadas DR 15 con diámetro interior de 3,048 pulgadas. El coeficiente de rugosidad para la tubería de PEH es de 140 y la longitud de la tubería es de 30 pies. La pérdida de carga para una tubería de 100 pies puede calcularse como

h100ft = 0,2083 (100 / 140)1,852 (200 gal/min)1,852 / (3,048 in)4.8655

= 9 pies H2O / 100 pies de tubería

La pérdida de carga para una tubería de 30 pies se puede calcular

h30ft = h100ft (30 pies) / (100 pies)

= 9 (30 pies) / (100 pies)

= 2.7 pies H2O

Aplicación móvil relacionada de The Engineering ToolBox

  • Water Pipes Head Loss Calculator App

– aplicaciones gratuitas para uso offline en dispositivos móviles.

Calculadora Hazens-Williams en línea

Unidades imperiales

Las calculadoras siguientes pueden utilizarse para calcular la pérdida de carga específica (pérdida de carga por 100 pies (m) de tubería) y la pérdida de carga real para la longitud real de la tubería. Los valores predeterminados son los del ejemplo anterior.

l – longitud de la tubería o del tubo (pies)

c – coeficiente de rugosidad determinado para el tipo de tubería o tubo

q – caudal (gal/min)

dh – diámetro hidráulico interior (pulgadas)

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Unidades de la SI

l – longitud del tubo o tubería (m)

c – coeficiente de rugosidad determinado para el tipo de tubo o tubería

q – caudal (litro/seg)

dh – diámetro hidráulico interior (mm)

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    Ecuación de Hazen-Williams en una plantilla de Excel

La ecuación de Hazen-Williams no es la única fórmula empírica disponible. La fórmula de Manning se utiliza comúnmente para calcular los flujos impulsados por la gravedad en canales abiertos.

La velocidad del flujo se puede calcular como

v = 0.408709 q / dh2 (2)

donde

v = velocidad del flujo (pies/s)

Limitaciones

La ecuación de Hazen-Williams se supone que es relativamente precisa para el flujo de agua en sistemas de tuberías cuando

  • el número de Reynolds es superior a 105 (flujo turbulento)
  • la temperatura del agua está en el rango de 40 – 75 oF (5 – 25oC) y la viscosidad cinemática es aproximadamente 1.1 cSt

Para agua más caliente con menor viscosidad cinemática (ejemplo 0,55 cSt a 130 oF (54,4 oC)) el error será significativo.

Dado que el método de Hazen-Williams sólo es válido para el flujo de agua – el método de Darcy Weisbach debe utilizarse para otros líquidos o gases.

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