Calculadora Pérdida de Carga Tuberías (Darcy-Weisbach)

Calcola la perdita di carico distribuita ΔH_f in una tubazione con la formula di Darcy-Weisbach. Fattore di attrito da Colebrook-White/Swamee-Jain, numero di Reynolds, regime laminare/turbolento. Gratis, in 5 lingue.

Parámetros de cálculo
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Qué es la pérdida de carga en una tubería

Cuando un fluido fluye por una tubería, la fricción con la pared interior y la turbulencia convierten progresivamente energía mecánica en calor. Esta disipación se manifiesta como caída de presión entre entrada y salida: la pérdida de carga, denotada ΔH_f (m columna fluido) o ΔP_f (Pa). Es el parámetro clave para dimensionar redes de abastecimiento, sistemas de calefacción, oleoductos, gasoductos, y para elegir la bomba. La fórmula de referencia es Darcy-Weisbach (1857), universalmente válida para fluidos newtonianos incompresibles.

La fórmula de Darcy-Weisbach

La pérdida de carga distribuida:

ΔH_f = f · (L/D) · v² / (2g) [m columna fluido]

o en presión: ΔP_f = ρ·g·ΔH_f [Pa]. Términos: f factor de Darcy, L longitud (m), D diámetro interior (m), v velocidad media (m/s = Q/A con A = π·D²/4), g = 9,81 m/s². Ejemplo: agua en DN100, L=200 m, Q=10 L/s → v = 1,27 m/s, f ≈ 0,020 → ΔH_f ≈ 3,3 m agua (32 kPa).

Número de Reynolds y regímenes

Re = v·D/ν. Para agua 20°C: ν = 1,004·10⁻⁶ m²/s. Tres regímenes:

  • Laminar (Re < 2300): f = 64/Re (Poiseuille).
  • Transición (2300-4000): inestable, evitar en dimensionado.
  • Turbulento (Re > 4000): f depende de Re y rugosidad relativa ε/D.

Factor de fricción: de Colebrook a Swamee-Jain

Colebrook-White (1939) implícita: 1/√f = −2·log₁₀[ε/(3,7·D) + 2,51/(Re·√f)]. Swamee-Jain (1976) explícita: f = 0,25/[log₁₀(ε/(3,7·D) + 5,74/Re^0,9)]². Rugosidades: cobre 0,0015; PVC 0,007; acero nuevo 0,046; fundición 0,25 mm.

Diagrama de Moody

Gráfico de Moody (1944) muestra f vs Re con curvas paramétricas para ε/D. Cuatro zonas: laminar (f=64/Re), transición (inestable), turbulento liso (Blasius f=0,316/Re^0,25), turbulento pleno (Kármán-Nikuradse, f solo de ε/D).

Velocidades recomendadas

  • Agua potable redes: 0,5-1,5 m/s.
  • Aspiración bomba: 0,5-1,5 m/s.
  • Descarga bomba: 1,5-3 m/s.
  • ACS: 0,5-1,5 m/s.
  • Calefacción: 0,5-1,2 m/s.
  • Vapor: 15-40 m/s.

Pérdida unitaria j = ΔH/L: 0,005-0,03 m/m para agua fría en redes.

Pérdidas locales y altura de bomba

ΔH_conc = ζ · v²/(2g). Valores típicos: codo 90° radio corto ζ=0,9; radio largo 0,3; válvula esfera abierta 0,05. Altura total bomba: H = ΔH_geo + Σ ΔH_f + Σ ΔH_conc + ΔH_utensilio.

Cómo usar la calculadora

Introduce D interno (mm), L (m), Q (L/s), ε (mm), ρ (kg/m³) y ν (m²/s). La calculadora devuelve v, Re, f, ΔH_f, ΔP_f, potencia disipada y evaluación.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre factor de Darcy y de Fanning?

Fanning f_F es la mitad de Darcy: f_F = f_D/4. Fanning se usa en ingeniería química/petrolera USA; Darcy en ingeniería civil europea. Diagrama de Moody usa Darcy. Laminar: f_D = 64/Re vs f_F = 16/Re. Esta calculadora usa Darcy.

¿Por qué la ecuación de Colebrook es implícita?

Porque f aparece a ambos lados. Se resuelve por iteración o por aproximaciones explícitas: Swamee-Jain 1976 (usada aquí, precisión 1-2%), Haaland 1983, Chen 1979.

¿Vale la calculadora para gases?

Sí, para bajas velocidades (Mach 0,1) usar Weymouth o Panhandle.

¿Cómo comparar con Hazen-Williams?

Hazen-Williams (1902) empírica solo para agua ambiente. Diferencias ±5-15% con Darcy-Weisbach. Manning es para canales abiertos. Darcy-Weisbach es universal, recomendada por ISO/IWA.

¿Cómo considero pérdidas locales?

ΔH_conc = ζ·v²/(2g) con ζ tabulado por accesorio. Suma añadida a la lineal. Alternativa: longitud equivalente L_eq = ζ·D/f.

¿Qué pasa en régimen de transición?

Zona inestable a evitar. Calculadora interpola entre laminar (Re=2300) y turbulento (Re=4000), pero valor real puede oscilar ±20-30%.

¿Cómo comparar con EPANET/WaterCAD?

EPANET (EPA gratuito) y WaterCAD resuelven redes complejas iterativamente. Un solo tubo da mismo resultado que esta calculadora (±1%). Diferencias significativas en redes malladas, transitorios (golpe ariete), fluidos compresibles.

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