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Calculadora de caída de presión en tuberías
Ecuación de Darcy-Weisbach con factor de fricción iterativo de Colebrook-White. Admite flujo laminar/turbulento, preajustes de rugosidad de tuberías y pérdidas menores en los accesorios.
Resultados
Ecuación de Darcy-Weisbach
La ecuación fundamental para la caída de presión debido a la fricción en una tubería:
- F — Factor de fricción de Darcy (adimensional)
- L — longitud de la tubería (m)
- D — diámetro interior de la tubería (m)
- ρ — densidad del fluido (kg/m³)
- v — velocidad media del flujo (m/s)
Ecuación de Colebrook-White (flujo turbulento)
Para un flujo turbulento (Re > 4000), el factor de fricción se encuentra iterativamente:
Esta calculadora utiliza el método iterativo de Newton-Raphson (50 iteraciones) para obtener resultados precisos que coincidan con el diagrama de Moody.
Flujo laminar
Para Re < 2300 (flujo laminar), el factor de fricción es simplemente:
Pérdidas menores
Los accesorios, válvulas, codos y otros componentes agregan una caída de presión adicional expresada a través de factores K:
| Accesorio | Factor K | Accesorio | Factor K |
|---|---|---|---|
| Codo de 90° (estándar) | 0.9 | Codo de 45° | 0.4 |
| Tee (a través) | 0.4 | Tee (rama) | 1.8 |
| Válvula de compuerta (completamente abierta) | 0.15 | Válvula de bola (completamente abierta) | 0.05 |
| Válvula de retención (oscilante) | 2.5 | Válvula de globo (completamente abierta) | 10 |
| Entrada de tubería (borde vivo) | 0.5 | Salida de tubería | 1.0 |
| Expansión repentina | ~1.0 | Contracción repentina | ~0.5 |
Valores de rugosidad de las tuberías
| Material | Rugosidad ε (mm) | Notas |
|---|---|---|
| Acero carbono | 0.045 | Nueva tubería comercial |
| Acero inoxidable | 0.015 | Soldadura lisa |
| Cobre | 0.0015 | Tubo estirado |
| Plástico (PE, PVC) | 0.0015 | Muy suave |
| Hierro fundido | 0.25 | Nuevo; envejecido puede ser de 1 a 3 mm |
| Manguera hidráulica | 0.005 | Revestimiento interior de goma |
| Hormigón | 0,3 – 3,0 | Depende del acabado |
Ejemplo práctico
Dada: Q = 60 L/min, D = 25 mm, L = 10 m, tubería de acero (ε = 0,045 mm), aceite ν = 32 cSt, ρ = 870 kg/m³
v = 4 × 0,001 / (π × 0,025²) = 2,037 m/s
Re = 2,037 × 0,025 / (32 × 10⁻⁶) = 1,592 → Laminar
f = 64 / 1592 = 0,04020
ΔP = 0,04020 × (10/0,025) × 870 × 2,037² / 2 = 29.045 Pa = 0,290 bar
⚠️ Nota: En la región de transición (Re 2300–4000), el factor de fricción se interpola. El flujo real puede oscilar entre laminar y turbulento. Evite diseñar sistemas que operen en esta región.
La ecuación de Darcy-Weisbach calcula la caída de presión por fricción en tuberías: ΔP = f × (L/D) × ρv²/2. Se aplica tanto al flujo laminar como al turbulento; solo cambia el factor de fricción f.
Es más precisa y versátil que la de Hazen-Williams (que solo funciona para agua en flujo turbulento).
La ecuación de Colebrook-White es implícita (f aparece en ambos lados), por lo que debe resolverse de forma iterativa:
1/√f = -2 log₁₀(ε/3.7D + 2.51/(Re√f))
Esta calculadora utiliza 50 iteraciones partiendo de la aproximación de Swamee-Jain, logrando una precisión superior al 0.01%.
Valores comunes de rugosidad (ε):
- Acero: 0.045 mm (comercial nuevo)
- Acero inoxidable: 0.015 mm (soldado liso)
- Cobre/plástico: 0.0015 mm (muy liso)
- Hierro fundido: 0.25 mm (nuevo); en tuberías envejecidas puede ser de 1–3 mm
- Manguera hidráulica: 0.005 mm
Para tuberías envejecidas o corroídas, aumente la rugosidad en 2–10×.
Cada accesorio tiene un factor K. Sume todos los factores K de su sistema e introduzca el total en el campo ΣK. La pérdida menor es: ΔP = ΣK × ρv²/2.
Ejemplo: Un sistema con dos codos de 90° (K=0.9 cada uno), una derivación en T (K=1.8) y una válvula de retención (K=2.5): ΣK = 0.9 + 0.9 + 1.8 + 2.5 = 6.1.
Reglas prácticas:
- Líneas de presión hidráulica: 3–5 bar por cada 10 m es común
- Líneas de retorno hidráulico: 0,5–1 bar por cada 10 m
- Suministro de agua: 0,1–0,3 bar por cada 100 m de tubería
- La ΔP total del sistema no debe superar la presión disponible de la bomba
Los procedimientos descritos en esta página fueron desarrollados y probados en campo por el equipo de Vibromera utilizando el Balanset-1A, un equilibrador portátil de dos canales y analizador de vibraciones para el equilibrado de rotores in situ.
Instrumentos y software de equilibrado de campo profesionales. Utilizados en más de 50 países.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko es ingeniero de análisis de vibraciones y fundador y director ejecutivo de Vibromera. Desde hace más de 15 años equilibra equipos rotativos en campo y no en un banco de pruebas: desbrozadoras, ventiladores industriales, trituradoras, centrifugadoras, ejes y husillos. De ese trabajo nacieron los instrumentos Balanset — se concibieron como una herramienta que el especialista puede llevar hasta la máquina y utilizar solo, in situ, y no como equipo de laboratorio. Vibromera se fundó en 2017 y desde 2023 tiene su sede en Oporto, Portugal. Aquí se realizan el desarrollo, el montaje y el soporte de la línea Balanset. El instrumento insignia es el Balanset-1A, un analizador portátil para el equilibrado en uno y dos planos y para el diagnóstico de vibraciones. Nikolai participa personalmente en la atención al cliente, en la resolución de casos de equilibrado difíciles y en el desarrollo del software. Trabaja con clientes de todo el mundo, en cualquier idioma.
