¿Qué es la ecuación de Hazen-Williams?

Significado | Concepto | Definición:

La ecuación de Hazen-Williams es una fórmula para calcular cuánto cae la presión ambiental en un fluido a medida que fluye a través de una tubería debido a la fricción con la superficie interior de la tubería, el diámetro interior de la tubería y la velocidad de flujo del fluido. . Esta reducción de la tasa de flujo ha sido utilizada comúnmente por ingenieros en el pasado cuando el flujo de fluido era turbulento, ya que proporcionaba una buena aproximación de la pérdida de velocidad. La fórmula es relativamente simple, pero tiene varios factores que limitan su uso efectivo, y la llegada de las computadoras personales la ha hecho obsoleta en gran medida.

La ecuación de Hazen-Williams se puede utilizar para sistemas de riego.

Todos los sistemas de tuberías de agua para transferir fluido tienen lo que se conoce como pérdida de carga, que es la suma de la elevación, la velocidad y la pérdida de presión del fluido a medida que se mueve debido a la fricción dentro del fluido, ya que interactúa con la pared de la tubería y otros obstrucciones de las tuberías y como efecto secundario de la turbulencia que provocan estas interacciones. La pérdida de carga también se basa en el factor de fricción presente, que se calcula a partir del tipo de material de tubería utilizado y la velocidad del flujo de fluido. Los factores de fricción pueden oscilar entre 80 y 130 o más, y esta variabilidad hace que la ecuación de Hazen-Williams sea solo un cálculo aproximado de la caída de presión.

Los ingenieros aceptan los factores limitantes típicos para calcular la tasa de flujo volumétrico utilizando la ecuación de Hazen-Williams. Estos factores incluyen la limitación de que el fluido debe tener una viscosidad de al menos 1,13 centistokes, que es lo que muestra el agua a una temperatura ambiente de 60 ° Fahrenheit (15,5 ° Celsius). La tubería también debe tener un diámetro superior a 2 pulgadas (5,08 centímetros) y el caudal no puede superar los 10 pies por segundo (3,05 metros por segundo).

Hay dos fórmulas que se utilizan normalmente en la ecuación de Hazen-Williams, una basada en datos empíricos o experimentales y unidades imperiales, y otra que utiliza unidades internacionales estándar. La fórmula imperial se escribe como h f = 0.002083 L (100 / C) 1.85 x (gpm 1.85 / d 4.8655 ) donde "h f " es igual a la pérdida de carga que se determina en pies, "L" representa la longitud de la tubería en la medida por pies y "C" es el coeficiente de fricción para el tipo de material de la tubería. "Gpm" representa galones por minuto calculados como galones de flujo medidos en EE. UU. A través de la tubería, y "d" representa el diámetro inicial interior de la tubería antes de la acumulación o corrosión.en la pared de la tubería. Aquí, el valor de 100 en la fórmula representa un factor de Hazen-Williams adimensional.

La fórmula de unidades internacionales estándar es solo otra forma de calcular la pérdida de carga, también conocida como caída de presión por fricción, con unidades métricas. Se establece como ?P = 1.1101 x 10 10 (Q / C) 1.85 1 / D 4.87 donde "?P" es la caída de presión en kiloPascales por metro, "Q" es el caudal de fluido en metros cúbicos por hora, "D "es el diámetro interno de la tubería y" C "aquí es el factor adimensional de Hazen-Williams. Si bien es habitual utilizar el estándar de 100 para el factor Hazen-Williams, si la tubería tiene entre 10 y 15 años, a menudo se puede sustituir por un valor de 75 debido a los depósitos minerales y la corrosión en la tubería que aumentan el nivel de fricción y la turbulencia. .

El uso de la ecuación de Hazen-Williams en ausencia de cálculos informáticos más precisos todavía es posible para muchos tipos de sistemas de caudal de líquido. Se puede utilizar desde sistemas de rociadores contra incendios hasta sistemas de riego o redes de suministro de agua para edificios o municipios. Esto se debe a que ahora existen varios factores de fricción establecidos para los tipos de material de tubería que se ingresan en la fórmula, como tubería de latón y cobre en 130, tubería de policloruro de vinilo (PVC) en 150, tubería de aceroa 120 y más. Cada valor también tiene un margen de maniobra, ya que es una aproximación basada en la presencia de deformaciones en la superficie interna de la tubería que se acumulan con el tiempo a medida que la tubería envejece. Cuando se necesitan valores más precisos para la pérdida de carga o se mide un flujo de fluido para una sustancia distinta del agua, se emplea la ecuación de Darcy-Weisbach, que utiliza un coeficiente de fricción calculado con mayor precisión a partir de un diagrama de Moody que incorpora números de Reynolds.