Calculadora de pérdida de carga en tuberías
Calcula la pérdida de carga de una tubería con sus codos, tes y válvulas (Darcy-Weisbach y Colebrook-White). También al revés: el caudal que pasa con una pérdida dada, el diámetro necesario o la longitud máxima.
La pérdida de carga es la presión que se «come» una tubería al mover un fluido: por el rozamiento con las paredes y por cada codo, te o válvula que encuentra. Con esta calculadora la obtienes para agua, aire, gasóleo, aceites o cualquier otro fluido, y también al revés: el caudal que pasa con una pérdida dada, el diámetro que necesitas para no pasar de cierta pérdida o la longitud máxima de la tubería.
Cómo usar la calculadora
- Elige el fluido. Para el agua basta su temperatura; para otro, escribe su densidad y su viscosidad.
- Elige el material de la tubería: pone su rugosidad, que puedes cambiar.
- De estos cuatro datos, escribe tres y deja vacío el que quieras calcular: caudal, diámetro interior, longitud o pérdida de carga.
- Si la tubería tiene accesorios, escribe cuántos de cada tipo. Si va de un depósito a otro, marca «Entrada y salida de depósito». Para un filtro o un equipo, suma su coeficiente K en «Otras pérdidas».
- Con el desnivel, la calculadora te da también la presión total que tiene que dar la bomba.
Fórmula de Darcy-Weisbach
Donde λ es el factor de fricción (sin unidades), L la longitud de la tubería (m), D su diámetro interior (m), ΣK la suma de coeficientes de los accesorios, ρ la densidad del fluido (kg/m³) y v la velocidad media (m/s), que sale del caudal:
El primer sumando es la pérdida lineal (la tubería recta) y el segundo, la pérdida localizada (los accesorios). Dividida entre ρ · g, la pérdida se expresa en metros de columna de fluido (hf).
Factor de fricción: Colebrook-White
El factor de fricción depende del número de Reynolds (Re = ρ · v · D / μ) y de la rugosidad relativa ε / D:
La ecuación de Colebrook no se puede despejar: la calculadora la resuelve por iteración, partiendo de la aproximación de Swamee-Jain. Es lo mismo que leer el diagrama de Moody, pero sin errores de lectura.
Pérdidas en codos, tes y válvulas
Cada accesorio suma Δp = K · ρ · v² / 2. Los coeficientes son los del Crane TP-410, que dependen del diámetro a través de fT (el factor de fricción en turbulencia plena del acero comercial), más un término K₁ / Re de Hooper para el flujo lento o viscoso:
| Accesorio | K (Crane) | K en DN 50 |
|---|---|---|
| Codo de 90° estándar | 30 · fT + 800 / Re | 0,57 |
| Codo de 45° estándar | 16 · fT + 500 / Re | 0,31 |
| Te, flujo por la derivación | 60 · fT + 500 / Re | 1,15 |
| Válvula de bola o compuerta abierta | 8 · fT + 300 / Re | 0,15 |
| Válvula de globo abierta | 340 · fT + 1500 / Re | 6,5 |
| Antirretorno de clapeta | 100 · fT + 1500 / Re | 1,9 |
| Entrada desde depósito (canto vivo) | 0,5 + 160 / Re | 0,5 |
| Salida a depósito | 1 | 1 |
La longitud equivalente es la tubería recta que perdería lo mismo que los accesorios: Le = ΣK · D / λ. Para una válvula concreta, usa mejor el dato del fabricante (su kv o su K).
Rugosidad de los materiales
| Material | Rugosidad ε (mm) |
|---|---|
| Cobre, latón, PVC, PE, PP | 0,0015 |
| Acero inoxidable | 0,015 |
| Acero al carbono nuevo | 0,045 |
| Acero galvanizado | 0,15 |
| Fundición | 0,26 |
| Acero oxidado o con incrustaciones | 0,5 |
| Hormigón | 0,3 a 3 (1 de media) |
Con los años la rugosidad crece: en tuberías de acero viejas conviene calcular con 0,2 a 0,5 mm.
Ejemplo resuelto
10 m³/h de agua a 20 °C por 100 m de tubería de acero de 50 mm de diámetro interior, con 4 codos de 90° y 2 válvulas de bola:
Son unos 4,9 m de columna de agua. Los accesorios suponen 5,9 m de tubería recta equivalente.
Velocidades recomendadas
| Servicio | Velocidad (m/s) |
|---|---|
| Aspiración de bombas (agua) | 0,5 a 1 |
| Impulsión de bombas (agua) | 1 a 2,5 |
| Agua en edificios | 0,5 a 2 |
| Aceites y líquidos viscosos | 0,5 a 1,5 |
| Aire comprimido | 6 a 10 |
| Vapor saturado | 20 a 40 |
Una pérdida de carga razonable en agua está entre 1 y 4 mbar por metro de tubería (10 a 40 m.c.a. por kilómetro).
Preguntas frecuentes
¿Qué es la pérdida de carga?
Es la presión que pierde un fluido al circular por una tubería, por el rozamiento con las paredes (pérdidas lineales) y por los cambios de dirección y de sección de codos, tes y válvulas (pérdidas localizadas o singulares). La bomba tiene que dar esa presión para que el caudal circule.
¿Qué fórmula usa la calculadora?
La de Darcy-Weisbach, Δp = λ · (L / D) · ρ · v² / 2, con el factor de fricción λ de Colebrook-White (o 64 / Re en flujo laminar). Los accesorios suman Δp = K · ρ · v² / 2, con los coeficientes K del Crane TP-410.
¿Qué velocidad es recomendable en una tubería de agua?
Entre 1 y 2 m/s en impulsión y entre 0,5 y 1 m/s en aspiración de bombas. Por encima de 3 m/s aumentan mucho la pérdida de carga, el ruido, la erosión y el riesgo de golpe de ariete.
¿Cuál es la diferencia con la fórmula de Hazen-Williams?
Hazen-Williams es empírica y solo vale para agua a temperatura ambiente en flujo turbulento. Darcy-Weisbach con Colebrook vale para cualquier fluido, temperatura y régimen, por eso es la que usa esta calculadora.
¿Sirve para aire y gases?
Sí, mientras la pérdida de carga sea pequeña frente a la presión absoluta (menos de un 10 %), porque la densidad se toma constante. El aire de la lista está a 20 °C y presión atmosférica; si está comprimido, elige «Otro» y escribe su densidad real.