Calculadora de caudal en tubería: caudal según diámetro y presión (Hazen-Williams)

Cómo funciona

Hazen-Williams (forma de NFPA 13 y de los textos de plomería): p = 4.52 × Q^1.85 ÷ (C^1.85 × d^4.87), con p en psi por pie, Q en galones por minuto y d = diámetro interior en pulgadas · Caudal a partir de la presión: Q = (p × C^1.85 × d^4.87 ÷ 4.52)^(1 ÷ 1.85), con p = (presión disponible − presión por la subida) ÷ (longitud × (1 + % de conexiones)) · Velocidad: V = Q ÷ área · 1 m de subida = 9.8 kPa · 1 psi = 6.895 kPa

El caudal que entrega una tubería depende de cuánta presión puedes darte el lujo de perder por fricción a lo largo de ella. La ecuación de Hazen-Williams relaciona el caudal, el diámetro interior, la rugosidad del tubo (el coeficiente C) y la pérdida por fricción para agua a temperatura normal; esta calculadora usa la forma que aparece en NFPA 13 y en los textos de diseño de plomería. Elige “Caudal a partir de la caída de presión” para saber cuánto puede llevar un tramo, “Pérdida de presión con un caudal” para revisar un caudal de diseño o “Caudal a partir de la velocidad” para la relación de continuidad Q = área × velocidad. Como el diámetro entra elevado a 4.87, el tamaño pesa mucho más que cualquier otra cosa: una medida más de tubo lleva entre 60 y 110% más agua con la misma pérdida, y duplicar el diámetro interior lleva unas 6 veces más. Usa siempre el diámetro interior real, que no coincide con la medida nominal y cambia entre tipos de cobre, PEX y cédulas de PVC. El coeficiente C baja cuando el tubo envejece y se incrusta, por eso las viejas líneas galvanizadas pierden tanto caudal. El resultado solo cuenta la fricción del tubo recto. Codos, tes y válvulas agregan longitud equivalente (pon un margen en Más opciones), subir el agua consume 9.8 kPa por cada metro de altura y la presión que gastes debe dejar suficiente en el aparato (a menudo 55 a 140 kPa). Hazen-Williams es empírica y está pensada para agua cerca de la temperatura ambiente; para agua caliente, otros líquidos o caudales muy pequeños o lentos, usa Darcy-Weisbach.

Ejemplo resuelto

Ignacio tiene una línea de cobre (C = 140) de 25 mm de diámetro interior y 30 m de largo, y puede gastar 35 kPa (0.35 bar) en fricción, que son los valores iniciales de esta página. La pérdida por fricción permitida es 0.35 bar ÷ 30 m = 0.011667 bar/m. Con la forma métrica de Hazen-Williams, Q = (0.011667 × 140^1.85 × 25^4.87 ÷ (6.05 × 10^5))^(1/1.85) ≈ 45.3 L/min, es decir, unos 0.75 L/s o 2.72 m³/h. La velocidad es (45.3 ÷ 60,000) m³/s ÷ (π ÷ 4 × 0.025²) m² ≈ 1.54 m/s: bien para agua fría, aunque un poco por encima del límite habitual de 1.5 m/s para agua caliente. Con un tubo de 20 mm y la misma presión, el caudal baja a unos 25 L/min.

Fuentes: Open Exam Prep (NICET): The Hazen-Williams friction loss equation, NFPA 13 form with worked examples · Engineering ToolBox: Hazen-Williams equation, friction loss in water pipes · Engineering ToolBox: Hazen-Williams coefficients (C values by material) · Hazen-Williams equation (Wikipedia) · BCcampus Plumbing: water pipe sizing and the Hazen-Williams formula

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