Halla la pérdida de carga en una tubería de agua a partir del caudal, la rugosidad (factor C), el diámetro y la longitud usando la ecuación de Hazen-Williams, o resuelve el caudal que permitiría una pérdida de carga objetivo — hf = 10.67·L·Q1.852/(C1.852·D4.87).
Tubería y flujo
1 L/s ≈ 15,85 GPM
Coeficiente de rugosidad: consulte la pestaña Referencia del factor C Nuevo PVC ≈ 150, nuevo hierro fundido ≈ 130.
Head pérdida
—
Ingrese las tensiones normales γx y γy y la tensión cortante θxy para el elemento de tensión. Los tres valores pueden ser positivos (tensión) o negativos (compresión/corte invertido).
Caída de presión (kPa)—
Caída de presión (psi)—
Calcula el área, el perímetro, los ángulos interiores y exteriores y la apotema de un polígono regular a partir de su número de lados y la longitud de los lados.
Escenario
Pérdida de carga
This pipe (C = 130)
—
Rougher / older pipe (C = 100)
—
Esfuerzo normal, σx (MPa)
El estrés normal que actúa sobre la cara x del elemento de estrés, en megapascales.
Flow tasa
—
Esfuerzo normal, χy (MPa)
Flow tasa (GPM)—
Esfuerzo cortante, τxy (MPa)
El factor C representa la rugosidad de la tubería; mayor significa más suave y menos pérdida por fricción. Las tuberías nuevas y lisas tienen una C alta; Las tuberías viejas, corroídas o incrustadas tienen una C baja. Utilice un valor inferior (o el extremo inferior de su rango) para obtener una estimación conservadora de la pérdida de carga en el peor de los casos.
El esfuerzo cortante que actúa sobre la cara x en la dirección y, en megapascales.
Max Shear
Ingrese γx, γy y θxy para calcular el círculo de Mohr.
150
Cobre
130–140
σ1 (max)
140
τmax
140–150
Tensión en cualquier plano
130
Concreto
120–140
Elija una cantidad para resolver y complete los otros tres campos.
120
Calculadora Hazen-Williams — Pérdida de carga de tubería de agua
110
Calculadora Hazen-Williams
80–100
5 min de lectura3 pasos7 términos3 ejemplos6 preguntas frecuenteshf = 10.67 · L · Q^1.852 / (C^1.852 · D^4.87)
La ecuación de Hazen-Williams es la fórmula que los ingenieros civiles y de plomería usan primero al dimensionar una tubería de agua o verificar cuánta presión perderá un tramo por fricción.
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Paso a paso
Cómo usar esta calculadora
3 pasos▸
1
Ingresa el caudal, el factor C, el diámetro y la longitud
En la pestaña Pérdida de Carga, ingresa el caudal en L/s, el factor C de Hazen-Williams para el material de tu tubería (revisa la pestaña Referencia de Factor C si no estás seguro), el diámetro interno en mm y la longitud de la tubería en metros. La calculadora se actualiza al instante conforme escribes.
2
Lee la pérdida de carga y la caída de presión
La tarjeta de resultado muestra la pérdida de carga en metros, más la caída de presión equivalente en kPa y psi. La línea de interpretación explica qué significa esa pérdida para el tramo — una bomba o la presión de suministro aguas arriba tiene que superarla.
3
O resuelve el caudal que permite una pérdida de carga objetivo
Cambia a la pestaña Caudal, ingresa una pérdida de carga objetivo en su lugar, y la calculadora invierte la misma ecuación para decirte el caudal que la produce — útil cuando trabajas hacia atrás desde una caída de presión máxima permitida.
⚡
Referencia
Fórmula y metodología
1 fórmulas▸
Ecuación de Hazen-Williams (forma SI)
hf = 10.67 · L · Q^1.852 / (C^1.852 · D^4.87)
hf es la pérdida de carga por fricción en metros, L es la longitud de la tubería en metros, Q es el caudal en metros cúbicos por segundo, C es el coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams adimensional, y D es el diámetro interno de la tubería en metros. La constante 10.67 es el coeficiente estándar en unidades SI para esta fórmula empírica (difiere en la forma consuetudinaria de EE. UU., que usa 4.73 con Q en ft³/s y D en pies). Resolver la misma ecuación para Q da Q = [hf · C^1.852 · D^4.87 / (10.67 · L)]^(1/1.852), que es cómo funciona la pestaña Caudal hacia atrás desde una pérdida de carga objetivo.
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Glosario
Términos clave explicados
7 términos▸
Ecuación de Hazen-WilliamsUna fórmula empírica, desarrollada en 1906 por Allen Hazen y Gardner Williams, que relaciona el caudal de agua en una tubería con la pérdida de carga por fricción a lo largo de su longitud. Sigue siendo el método estándar para dimensionar tuberías de distribución de agua y plomería porque es más simple de aplicar que la ecuación más general de Darcy-Weisbach.
Factor CEl coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams — un número adimensional que captura qué tan lisa o rugosa es la superficie interior de una tubería. Un C mayor significa más lisa y menor pérdida por fricción (el PVC nuevo ronda 150); un C menor significa más rugosa y mayor pérdida por fricción (el hierro fundido viejo y corroído puede bajar a 80–100).
Coeficiente de rugosidadOtro nombre para el factor C. Es un valor empírico, no una rugosidad física medida directamente — se calibra para que la ecuación de Hazen-Williams coincida con la pérdida de carga observada en materiales y edades de tubería comunes.
Pérdida de cargaLa reducción en la presión de un fluido, expresada como una altura equivalente de columna de fluido (metros o pies), causada por la fricción contra la pared de la tubería mientras fluye. Es la cantidad que resuelve directamente hf.
Tubería de aguaCualquier tubería presurizada que transporta agua — una tubería principal de suministro, un montante de plomería de un edificio o una línea de riego. La ecuación de Hazen-Williams aplica específicamente al agua; no es precisa para otros fluidos porque el factor C fue calibrado contra la viscosidad del agua.
Pérdida por fricciónLa energía perdida por fricción mientras el fluido se mueve a través de una tubería, expresada aquí como pérdida de carga. Crece con la longitud de la tubería y con el caudal (aproximadamente a la potencia 1.852), y disminuye bruscamente conforme aumenta el diámetro (a la potencia 4.87).
Caída de presiónLa pérdida de carga convertida a una unidad de presión (kPa o psi) mediante ΔP = ρ·g·hf, usando la densidad del agua. Es la misma pérdida física que la pérdida de carga, solo expresada en términos de presión en lugar de una altura de columna equivalente — útil para comparar contra la presión nominal de una bomba o la presión estática de una tubería principal de suministro.
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Escenarios
Ejemplos del mundo real
3 ejemplos▸
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Diseñador de plomería
Tramo de 100 m de tubería de suministro de PVC de 100 mm
Caudal 10 L/sFactor C 130Diámetro 100 mmLongitud 100 m
A 10 L/s a través de una tubería de 100 mm en 100 m con C = 130 (un valor típico de hierro fundido o PVC de vida media), la pérdida de carga es de aproximadamente 1.90 m — igual a una caída de presión de 18.7 kPa (2.7 psi). Duplicar la longitud aproximadamente duplicaría la pérdida; aumentar el diámetro tiene, por mucho, el mayor efecto, ya que D está elevado a la potencia 4.87.
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Comparando materiales de tubería
Mismo tramo, distintos factores C
PVC (C = 150) 1.46 m de pérdida de cargaHierro fundido (C = 130) 1.90 m de pérdida de cargaTubería vieja y corroída (C = 100) 3.09 m de pérdida de carga
Manteniendo constantes el caudal, el diámetro y la longitud, cambiar de PVC nuevo (C = 150) a una tubería vieja y corroída (C = 100) más que duplica la pérdida de carga — de 1.46 m a 3.09 m. Por eso los sistemas de distribución envejecidos pierden presión con el tiempo incluso sin ningún cambio en la demanda: el interior de la tubería se vuelve más rugoso y el C baja.
🔧
Trabajando hacia atrás desde un presupuesto de presión
Resolviendo el caudal que permite un presupuesto de pérdida de carga de 1.9 m
Pérdida de carga objetivo 1.9 mFactor C 130Diámetro 100 mmLongitud 100 m
Si un sistema solo puede tolerar 1.9 m de pérdida de carga en este tramo, la pestaña Caudal muestra que el caudal puede llegar hasta aproximadamente 10.0 L/s (158 GPM) antes de que la pérdida exceda el presupuesto — exactamente el inverso del primer ejemplo, confirmando que las dos pestañas son consistentes entre sí.
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Referencia
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La ecuación de Hazen-Williams es la fórmula que los ingenieros civiles y de plomería usan primero al dimensionar una tubería de agua o verificar cuánta presión perderá un tramo por fricción. Esta calculadora calcula la pérdida de carga para un caudal, factor C, diámetro y longitud dados — o trabaja hacia atrás para hallar el caudal que permite una pérdida de carga objetivo.
Cómo funciona la Calculadora de Hazen-Williams
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La calculadora usa la forma SI de la ecuación de Hazen-Williams, hf = 10.67 · L · Q1.852 / (C1.852 · D4.87), donde hf es la pérdida de carga en metros, L es la longitud de la tubería en metros, Q es el caudal en metros cúbicos por segundo, C es el coeficiente de rugosidad, y D es el diámetro interno en metros. La pestaña Pérdida de Carga introduce tus entradas directamente en esta fórmula. La pestaña Caudal la invierte algebraicamente — resolviendo Q dado un hf objetivo — para que puedas trabajar hacia atrás desde un presupuesto de presión en lugar de hacia adelante desde un caudal.
La ecuación es empírica: Hazen y Williams la calibraron contra mediciones reales de flujo en tuberías en lugar de derivarla de primeros principios, razón por la cual solo aplica al agua a temperaturas típicas (aproximadamente 5–25 °C) y flujo turbulento. Para fluidos que no son agua, o para flujos que caen fuera del rango normal de viscosidad del agua, la ecuación más general de Darcy-Weisbach es la herramienta correcta.
Entradas y qué significan
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El caudal (Q) se ingresa en litros por segundo, una escala conveniente para tuberías de suministro residenciales y comerciales típicas (aproximadamente 0,5 a 30 L/s). factor C es el coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams; use la pestaña Referencia del factor C para elegir un valor realista para el material y la edad de su tubería en lugar de adivinar. Diámetro (D) es el diámetro interno de la tubería en milímetros, no el tamaño nominal impreso en la tubería, que puede diferir del diámetro interior real según el espesor de la pared y el cronograma. Longitud (L) es la longitud total del tramo en metros, medida a lo largo de la tubería (no la distancia en línea recta).
De estos, el diámetro tiene, con mucho, el mayor efecto en el resultado, ya que se eleva a la potencia de 4,87; reducir a la mitad el diámetro aumenta la pérdida de carga en aproximadamente un factor de 29, todo lo demás igual. Tanto el caudal como el factor C escalan la pérdida a la potencia de 1,852, por lo que un aumento del 10 % en el caudal aumenta la pérdida en aproximadamente un 19 %.
Límites y casos extremos
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La ecuación de Hazen-Williams solo es válida para agua en flujo turbulento a través de tuberías completas y cerradas — no debe usarse para otros líquidos, para gases, para flujo en canal abierto, ni para flujo laminar a velocidades muy bajas. También pierde precisión fuera de su rango de velocidad calibrado (aproximadamente 0.3–3 m/s / 1–10 ft/s es típico para el diseño de distribución de agua); para velocidades muy fuera de ese rango, o para fluidos que no son agua, usa la ecuación de Darcy-Weisbach en su lugar, que es más general pero requiere un factor de fricción del diagrama de Moody o la ecuación de Colebrook.
La cifra de caída de presión que reporta esta calculadora asume la densidad estándar del agua (1000 kg/m³) y la gravedad estándar — no considera el cambio de elevación a lo largo del tramo, las pérdidas por accesorios y válvulas (pérdidas menores), ni temperaturas extremas del agua. Para un diseño de sistema completo, suma las pérdidas menores por separado y consulta a un ingeniero certificado para cualquier cosa crítica para la seguridad.
❓
Preguntas
Preguntas frecuentes
6 preguntas▸
¿Cuál es la fórmula de Hazen-Williams?+
Es una ecuación empírica, hf = 10.67 · L · Q^1.852 / (C^1.852 · D^4.87) en unidades SI, que estima la pérdida de carga por fricción en una tubería de agua a partir del caudal, la rugosidad de la tubería (factor C), el diámetro y la longitud. Fue desarrollada en 1906 y sigue siendo el método estándar para dimensionar tuberías de suministro de agua y plomería.
¿Qué es el factor C y cómo elijo uno?+
El factor C es el coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams — más alto significa más liso y menor pérdida por fricción. Usa la pestaña Referencia de Factor C: el PVC o plástico nuevo ronda 150, el hierro fundido nuevo ronda 130, y el hierro fundido viejo, corroído o muy incrustado puede bajar a 80–100. En caso de duda, usa un valor más bajo (más rugoso) para una estimación conservadora del peor caso.
¿Esta calculadora solo funciona para agua?+
Sí. El factor C de la ecuación de Hazen-Williams fue calibrado específicamente para agua a temperaturas típicas y flujo turbulento — no es precisa para otros fluidos ni para gases. Para fluidos que no son agua, usa la ecuación de Darcy-Weisbach en su lugar.
¿En qué se diferencia esto de la ecuación de Darcy-Weisbach?+
Darcy-Weisbach es una ecuación más general, derivada de la física, que funciona para cualquier fluido pero requiere un factor de fricción del diagrama de Moody o la ecuación de Colebrook. Hazen-Williams es un atajo empírico específico para el agua que solo necesita un único coeficiente de rugosidad (C), lo que la hace más rápida de aplicar para el dimensionamiento cotidiano de tuberías de agua.
¿Qué unidades usa la calculadora?+
El caudal se ingresa en litros por segundo (L/s); el diámetro en milímetros (mm); la longitud en metros (m); el factor C es adimensional. El resultado — pérdida de carga — se muestra en metros, con la caída de presión equivalente en kPa y psi. En la pestaña Caudal, el caudal resuelto también se muestra en GPM como referencia.
¿Puedo resolver el caudal en lugar de la pérdida de carga?+
Sí — cambia a la pestaña Caudal, ingresa una pérdida de carga objetivo junto con el factor C, el diámetro y la longitud, y la calculadora invierte algebraicamente la ecuación de Hazen-Williams para resolver el caudal que produciría exactamente esa pérdida de carga.
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