A equação de Hazen-Williams é a fórmula que os engenheiros civis e hidráulicos buscam primeiro ao dimensionar um cano de água ou verificar quanta pressão uma passagem perderá devido ao atrito. Esta calculadora calcula a perda de carga para uma determinada taxa de fluxo, fator C, diâmetro e comprimento - ou trabalha de trás para frente para encontrar a taxa de fluxo que uma perda de carga alvo permite.

Como funciona a calculadora Hazen-Williams

A calculadora usa a forma SI da equação de Hazen-Williams, hf = 10,67 · L · Q1,852 / (C1,852 · D4,87), onde hf é a perda de carga em metros, L é o comprimento do tubo em metros, Q é a vazão em metros cúbicos por segundo, C é o coeficiente de rugosidade e D é o diâmetro interno em metros. A guia Perda de carga conecta suas entradas diretamente a esta fórmula. A guia Taxa de fluxo a inverte algebricamente - resolvendo Q dado um hf alvo - para que você possa trabalhar para trás a partir de um orçamento de pressão em vez de avançar a partir de uma taxa de fluxo.

A equação é empírica: Hazen e Williams calibraram-na com base em medições reais de fluxo de tubulação em vez de derivá-la dos primeiros princípios, e é por isso que ela só se aplica à água em temperaturas típicas (aproximadamente 5–25°C) e fluxo turbulento. Para fluidos que não sejam água ou para fluxos que estão fora da faixa normal de viscosidade da água, a equação mais geral de Darcy-Weisbach é a ferramenta correta.

Entradas e o que elas significam
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taxa de fluxo (Q) é inserida em litros por segundo — uma escala conveniente para tubos de abastecimento residenciais e comerciais típicos (aproximadamente 0,5–30 L/s). fator C é o coeficiente de rugosidade de Hazen-Williams; use a guia Referência do fator C para escolher um valor realista para o material e a idade do seu tubo, em vez de adivinhar. Diâmetro (D) é o diâmetro interno do tubo em milímetros - não o tamanho nominal impresso no tubo, que pode diferir do diâmetro interno real dependendo da espessura da parede e da programação. Comprimento (L) é o comprimento total do trecho em metros, medido ao longo do tubo (não a distância em linha reta).

Destes, o diâmetro tem de longe o maior efeito no resultado, já que é elevado à potência de 4,87 - reduzir o diâmetro pela metade aumenta a perda de carga em aproximadamente um fator de 29, todo o resto igual. A vazão e o fator C dimensionam a perda para a potência de 1,852, portanto, um aumento de 10% na vazão aumenta a perda em cerca de 19%.

Limites e casos extremos

A equação de Hazen-Williams só é válida para água em fluxo turbulento através de tubos cheios e fechados — ela não deve ser usada para outros líquidos, para gases, para fluxo em canal aberto ou para fluxo laminar em velocidades muito baixas. Ele também perde precisão fora de sua faixa de velocidade calibrada (cerca de 0,3–3 m/s / 1–10 pés/s é típico para projetos de distribuição de água); para velocidades bem fora dessa faixa, ou para fluidos que não sejam água, use a equação de Darcy-Weisbach, que é mais geral, mas requer um fator de atrito do gráfico de Moody ou da equação de Colebrook.

O valor da queda de pressão que esta calculadora relata assume a densidade padrão da água (1000 kg/m³) e a gravidade padrão - não leva em conta a mudança de elevação ao longo do percurso, conexões e perdas de válvula (perdas menores) ou extremos de temperatura da água. Para um projeto de sistema completo, adicione pequenas perdas separadamente e consulte um engenheiro licenciado para qualquer coisa crítica à segurança.