Calculadora de pérdidas por fricción

La calculadora de pérdidas por fricción en tubería ayuda a calcular la pérdida de carga hidráulica por fricción para una dimensión de tubería y un caudal dados. El flujo de fluido dentro de una tubería o conducto se ve afectado por la fricción, igual que cuando empujas una caja pesada sobre una superficie rugosa. La fuerza de rozamiento que surge debido a la interacción de los fluidos con las paredes de la tubería provoca una pérdida de energía. La calculadora de pérdidas en tubería utiliza la fórmula de Hazen-Williams para calcular la pérdida por fricción.

Además, puedes estimar la pérdida de presión debida a la fricción utilizando nuestra herramienta, lo que significa que esta calculadora de pérdidas por fricción en tuberías puede hallar la pérdida de carga hidráulica en un sistema de tuberías de agua. Ejemplos comunes de sistemas de tuberías de agua son el suministro de agua a tu cocina, un sistema de aspersores, el agua de una manguera de incendios y un sistema de tuberías para llenar tu piscina.

El flujo de agua en los sistemas mencionados tiene un rendimiento y una presión de salida variables, dependiendo de factores como la fricción debida al material de la tubería. Cada material contribuye de forma diferente a la pérdida por fricción, por ejemplo, la pérdida por fricción en una manguera de incendios será diferente de la pérdida por fricción en los accesorios de tubería. En los apartados siguientes, conoceremos la variación de la presión de pérdida de carga por fricción debida a un cambio de material.

Cuando un fluido pasa por un conducto o tubería, la rugosidad de las paredes internas de la tubería y la viscosidad del fluido afectan al flujo del fluido, provocando una pérdida de energía o presión. Esta pérdida de presión afecta al rendimiento de las máquinas de bombeo, así como al caudal de salida. Los ingenieros estiman esta pérdida en función de las tubería utilizadas en el sistema para obtener la energía de salida del caudal de agua deseada.

Hay varias formas de calcular la pérdida por fricción en los conectores de tubería, como la fórmula de Darcy-Weisbach, la ley de Hagen-Poiseuille y la fórmula de pérdida por fricción de Hazen-Williams. Pero ¿cuál es la ecuación más exacta? Cada formulación tiene sus méritos y deméritos: los conocimos en tres calculadoras dedicadas: la calculadora de Darcy-Weisbach 🇺🇸, la calculadora de la ley de Poiseuille 🇺🇸 y la calculadora del caudal en una tubería. Por ejemplo, la Ley de Hagen-Poiseuille utiliza la viscosidad dinámica y se queda corta en condiciones de baja viscosidad del fluido y en tuberías anchas debido al flujo turbulento del agua por el aumento del número de Reynolds. Obtén más información sobre los efectos de este importante número en nuestra calculadora del número de Reynolds.

Esto llevó a los investigadores a avanzar hacia modelos más complejos como la fórmula de Darcy-Weisbach. Sin embargo, a pesar de ser universalmente aplicable y muy precisa, el término de factor de fricción de la fórmula de Darcy-Weisbach es difícil de estimar y tiene que complementarse con el diagrama de Moody. El diagrama de Moody también se basa en el número de Reynolds para estimar el factor de fricción. Por último, la ecuación de Hazen-Williams se presentó como una versión simplificada para estimar las pérdidas por fricción en los tubos. Sin embargo, la ecuación está limitada al agua como medio fluido.

La pérdida de carga por fricción, $H_\mathrm{L}$, puede estimarse mediante la fórmula empírica de pérdida por fricción de Hazen-Williams utilizando las dimensiones de la tubería: longitud, $L$, diámetro, $D$, caudal volumétrico, $Q$, y coeficiente de rugosidad, $C$, como:

Alternativamente, la ecuación en su forma de unidades imperiales es:

Además, la pérdida de presión, $P_\mathrm{d}$, puede estimarse a partir de la pérdida de carga hidráulica, $H_\mathrm{L}$, utilizando el peso específico del agua, $W$ como:

Sigue estos pasos para calcular la pérdida de carga por fricción:

1. Introduce las dimensiones de la tubería, es decir, el diámetro, $D$, y la longitud, $L$.

2. Introduce el caudal volumétrico, $Q$.

3. Puedes elegir el material de la tubería, que proporcionará su respectivo coeficiente de rugosidad, $C$.

   Alternativamente, selecciona personalizado como material e introduce manualmente un coeficiente de rugosidad de la tubería personalizado.

4. La calculadora de pérdidas por fricción en tubería te proporcionará la pérdida por fricción de tu sistema de tuberías.

También puedes cambiar los materiales para las mismas dimensiones y caudales volumétricos para observar la diferencia entre la pérdida de presión y observar el rendimiento de los distintos materiales de tuberías. Más abajo encontrarás un problema de ejemplo.

Estimemos la pérdida de presión por rozamiento de una tubería de cobre de diámetro $250\ \mathrm{mm}$ y longitud $10\ \mathrm{m}$ si el caudal volumétrico es $0.5\ \mathrm{m^3/s}$. Toma el peso específico del agua, $W$, como $9810\ \mathrm{N/m^3}$.

Esto da $D = 250\ \mathrm{mm} = 0.25\ \mathrm{m}$, $L = 10\ \mathrm{m}$, y $Q = 0.5\ \mathrm{m^3/s}$.

Para el material, una tubería de cobre, $C = 135$.

La pérdida de carga, $P_\mathrm{d}$, puede estimarse como:

Esto implica que la pérdida de carga en el flujo debida a la fricción de la tubería es $0.28\ \mathrm{bar}$. Ahora, comparemos esto con un material de tubería diferente, digamos una tubería de fibra de vidrio.

Para la fibra de vidrio, $C = 150$. Por tanto,

de agua.

La pérdida de carga, $P_\mathrm{d}$, puede estimarse como:

Observamos que la pérdida de presión debida a la fricción es mayor en las tuberías de cobre en comparación con las de fibra de vidrio.