Cálculo Hidráulio

11. CÁLCULO HIDRÁULICO

11.1 PÉRDIDA DE CARGA Y
DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO Y
VELOCIDAD DE LA TUBERÍA
Un fluido al ser conducido a través de una tubería
ejerce una fuerza de roce, generándose una pérdida
de presión o pérdida de carga, que se evalúa a partir
de la conocida fórmula de Hazen & Williams cuya representación es la siguiente:
Q1,852
J = 10,665 •
C1,852 • D4,869
Donde:
J =Pérdida de carga en tanto por uno
(m.c.a./m) (adimensional)
Q = Caudal en m3/s
D = Diámetro interior de la tubería en m
C = Coeficiente de rugosidad (C=150)
El factor C = 150 para el empleo de la fórmula de
Hazen & Williams en tuberías de PVC, ha sido establecido conservadoramente luego de una serie de investigaciones en el Laboratorio de Hidráulica Alden
del Instituto Politécnico deWorcester. Es recomendado también por el Plastic Pipe Institute, AWWA,
National Engineering Standards de U.S.A. y todos los
grandes productores de tubería de PVC en el mundo.
Basado en la ecuación anterior, se ha preparado un
ábaco para facilitar los cálculos, el cual aparece al final del punto 11.2.

De la fórmula Hazen & Williams se puede despejar el
diámetro interior de la tubería, quedando laexpresión siguiente:

D=

Q 0,3804

1,626 •

J 0,2054 • C 0,3804
Adicionalmente,
Q=V•A
En que:
Q:
Caudal (m3/s)
V:
Velocidad del flujo (m/s)
A:
Sección o área de escurrimiento (m2)
59

2
A= π•D

4

Por lo tanto, despejando la velocidad del flujo, se
tiene:

V = 4 • Q2
π•D

11.2 EJEMPLO DE CÁLCULO HIDRÁULICO
a)

Determinación de la pérdida de carga

Para satisfaceruna necesidad de agua se dispone de
un caudal Q = 5 l/s y una tubería de diámetro nominal
D = 75 mm Clase 10. Determinar la pérdida de carga y
la velocidad de escurrimiento:

®

Catálogo Línea Presión

®

*
*
*

Espesor tubo C-10 DN 75 mm: 3,6 mm
Diámetro interior: 75-(2•3,6) = 67,8 mm
Pérdida de carga:

J = 10,665 •

0,005 1,852
150 1,852 • 0 ,0678 4,869

J = 0,0267m.c.a./m = 26,7 m/km
*

Se adopta como diámetro comercial D = 110 mm clase-4 cuyo diámetro interior es 105,6 mm, levemente
superior a 101 mm, que resiste una presión de trabajo de 40 metros columna de agua, valor bastante superior a la máxima presión admisible que podría tener el escurrimiento de 15 m.c.a. por el desnivel de 15
metros.
Evaluando la velocidad, se tiene:

Velocidad deescurrimiento:
V=
V=

4 • Q = 4 • 0,005
= 1,38 m/s
π • D2
π • 0,06782

b)
Determinación del diámetro de la
tubería.

60

Se desea trasladar gravitacionalmente agua entre una
toma de captación superficial y un loteo rural a 300
metros de distancia con un desnivel de 15 metros. Determinar el diámetro de la tubería y la velocidad de
escurrimiento si se dispone de un caudal Q = 20 l/s.
*Pérdida de carga permitida
(J): 15/300 = 0,05 m.c.a./m
Se tiene:

D = 1,626 •

Q 0,3804
J 0,2054 • C 0,3804

D = 1,626 •

0,020 0,3804
0,05 0,2054 • 1 50 0,3804

D = 0,101 m

4 • 0,020
π • 0,10562

= 2,28 m/s

Catálogo Línea Presión

Pérdida de carga J (m.c.a./m) (tanto por uno)

50 %

10 %
0.1000

5%

1%
0.0100

5%0

1%0
0.0010

0,5%0

0,1%0
0.0001

0,1v= 0
,2 m
/s

v=0,8 m/s

1,2

0,5

1,6

2,0

2,5

1

3,0

50
5

75

63

Caudal (l/s)

10

12
5

11
0

90

40

32

25

Ábaco Tuberías Presión PVC clases 10 - 6 - 4

16
0

v= 0,4 m/s

50

20
0
100

v= 0,6 m/s

25
0
1,0

1,4

31
5

10
C6
C4
C

1,8

35
5
2,25

40
0
2,75

500

Ábaco tuberías presión PVC, Clases 10 -6 y 4

61

®

14
0

®

11.3 PÉRDIDAS DE CARGA SINGULARES
Las pérdidas de carga de una línea de presión corresponden a las pérdidas de carga por fricción (evaluadas en punto anterior 11.1) más las pérdidas de carga
singulares, correspondientes a las pérdidas de carga
ejercidas por piezas y accesorios especiales tales como
codos, tees, válvulas, etc.
Las pérdidas singulares se...