Pérdida de presión
La pérdida de presión (o pérdida mayor) en una tubería, tubo o conducto puede calcularse con la ecuación de Darcy-Weisbach
Δpmajor_loss = λ (l / dh) (ρf v2 / 2) (1)
donde
Δpmajor_loss = pérdida de presión mayor (por fricción) en el flujo del fluido (Pa (N/m2), psf (lb/ft2))
λ = coeficiente de fricción Darcy-Weisbach
l = longitud del conducto o tubería (m, ft)
v = velocidad del fluido (m/s, ft/s)
dh = diámetro hidráulico (m, ft)
ρf = densidad del fluido (kg/m3, slugs/ft3)
¡Nota! – tenga en cuenta que hay dos coeficientes de fricción alternativos presentes en la literatura. Uno es 1/4 del otro y (1) debe multiplicarse por cuatro para obtener el resultado correcto. Es importante verificar esto cuando se seleccionan los coeficientes de fricción de los diagramas de Moody. La calculadora del coeficiente de fricción de Colebrook corresponde a la ecuación (1).
La ecuación de Darcy-Weisbach es válida para un flujo totalmente desarrollado, en estado estacionario e incompresible. El factor o coeficiente de fricción – λ – depende del flujo, si es laminar, transitorio o turbulento (el número de Reynolds) – y de la rugosidad del tubo o conducto. El coeficiente de fricción puede calcularse mediante la Ecuación de Colebrooke o utilizando el Diagrama de Moody.
Ejemplo – Pérdida de presión en un conducto de aire
El aire fluye con una velocidad de 6 m/s en un conducto de 315 mm de diámetro. La densidad del aire es de 1,2 kg/m3. El coeficiente de fricción se estima en 0,019 y la longitud del conducto es de 1 m. La pérdida por fricción se puede calcular como
Δpmajor_loss = 0,019 ((1 m) / (0,315 m)) ((1,2 kg/m3) (6 m/s)2 / 2)
= 1,3 Pa
¡Nota! – además de la pérdida por fricción – casi siempre hay una pérdida menor en un flujo.
Calculadora de pérdida de presión en línea
La calculadora que se muestra a continuación, que se basa en la fórmula (1), se puede utilizar para calcular la pérdida de presión en un conducto, tubería o tubo si se conoce la velocidad del fluido. Los valores por defecto son para un caudal de aire de 20oC, 1,2 kg/m3 y 6 m/s, los mismos que en el ejemplo anterior. El coeficiente de fricción se puede calcular con la ecuación de Colebrook.
Esta calculadora es genérica y se puede utilizar con unidades del SI y del Imperial. Sólo hay que sustituir los valores por los de la aplicación real.
Coeficiente de fricción – λ
Longitud de la tubería o conducto – l – (m, ft)
Diámetro hidráulico – dh – (m, pulgadas)
Densidad del fluido – ρf – (kg/m3, lb/ft3)
Velocidad del fluido – v – (m/s, ft/min)
Unidades SI Unidades imperiales
¡Calculadora de cargas!
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La calculadora que se muestra a continuación puede utilizarse si se conoce el caudal volumétrico
Coeficiente de fricción – λ
Longitud de la tubería o conducto – l – (m, pies)
Diámetro hidráulico – dh – (m, pulgadas)
Densidad del fluido – ρf – (kg/m3, lb/pies3)
Caudal de volumen – q – (m3/s, pies3/min)
Unidades SI Unidades imperiales
¡Calculadora de cargas!
Pérdida de carga
Alternativamente la ecuación de Darcy-Weisbach puede expresar la pérdida de carga como columna de agua dividiendo la pérdida de presión (1) con el peso específico del agua
Δpérdida mayor,w = λ (l / dh) (ρf v2 / 2) / γw
= λ (l / dh) (ρf v2 / 2) / ρw g
= λ (l / dh) (ρf / ρw) (v2 / (2 g)) (2)
donde
Δhmajor_loss,w = pérdida de carga mayor (columna de agua) en el flujo del fluido (m H2O, ft H2O)
λ = coeficiente de fricción
l = longitud de la tubería o conducto (m, pies)
dh = diámetro hidráulico (m, pies)
v = velocidad del fluido (m/s, pies/s)
γw = ρw g = peso específico del agua (9807 N/m3, 62.4 lbf/ft3)
ρw = densidad del agua (1000 kg/m3, 62.425 lb/ft3)
g = aceleración de la gravedad (9.81 m/s2, 32.174 ft/s2)
¡Nota! – en la ecuación anterior la cabeza está relacionada con el agua como fluido de referencia. Se puede utilizar otro fluido de referencia -como el Hg de mercurio- sustituyendo la densidad del agua por la densidad del fluido de referencia.
Si la densidad en el flujo de fluido es la misma que la densidad en el fluido de referencia -como es típico con el flujo de agua- la ec. (2) puede simplificarse a
Δhmajor_loss = λ (l / dh) (v2 / (2 g)) (2b)
donde
Δhmajor_loss = pérdida de carga mayor (columna de fluido que fluye) (m «fluido», ft «fluido»)
Para unidades métricas la pérdida de carga puede modificarse alternativamente a
Δhmajor_loss,w (mmH2O) = λ (l / dh) (ρf / ρw) (v2 / (2 g)) / 1000 (2c)
donde
Δhmajor_loss,w (mmH2O) = pérdida de carga (mm H2O)
Para unidades imperiales la pérdida de carga puede modificarse alternativamente a
Δhmajor_loss,w (inH2O) = 12 λ (l / dh) (ρf / ρw) (v2 / (2 g)) (2d)
donde
Δhmajor_loss,w (inH2O) = pérdida de carga (pulgadas H2O)
La ecuación de Darcy-Weisbach con el diagrama de Moody se consideran el modelo más preciso para estimar la pérdida de carga por fricción en el flujo de una tubería constante. Dado que el enfoque requiere un proceso de iteración de prueba y error, se puede preferir un cálculo de pérdida de carga empírico alternativo menos preciso que no requiera soluciones de prueba y error como la ecuación de Hazen-Williams.
Calculadora de pérdida de carga en línea
La calculadora que se muestra a continuación, que se basa en la ecuación (2), puede utilizarse para calcular la pérdida de carga en un conducto, tubería o tubo. Los valores por defecto utilizados en la calculadora son para un flujo de aire de 20oC, 1,2 kg/m3 y 6 m/s. La densidad por defecto del agua utilizada habitualmente como fluido de referencia es de 1000 kg/m3. El coeficiente de fricción se calcula con la ecuación de Colebrook.
La calculadora es genérica y puede utilizarse tanto para unidades SI como imperiales. Sólo hay que sustituir los valores por los de la aplicación real.
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