Efecto del uso de la ecuación de Hazen-Williams vs la ecuación de Darcy-Weisbach en tuberías de gran diámetro (Redes matrices) (2011)
En el diseño y análisis de redes de distribución de Agua potable (RDAP), las ecuaciones más empleadas para calcular las pérdidas por fricción son: la ecuación de Darcy-Weisbach y la ecuación de Hazen-Williams. El uso de esta última ecuación empírica se ha popularizado alrededor del mundo por su facilidad de manejo, ya que es una ecuación explícita para el cálculo de la velocidad. Sin embargo, el uso de esta ecuación muchas veces se hace sin tener en cuenta sus límites de aplicabilidad. Por lo tanto, el uso de esta no se debería justificar por este hecho sino por los efectos que tenga en el diseño y análisis de redes matrices, parte fundamental de una RDAP, dado que estas transportan, con tuberías de gran diámetro, el agua desde las plantas de tratamiento hasta los tanques de almacenamiento. Por ello, en esta investigación se analizó el efecto del uso de la ecuación de Darcy-Weisbach vs la Ecuación de Hazen-Williams en el diseño y análisis de redes matrices. Para ello, se diseñaron y analizaron redes matrices tales como la red matriz de Medellín y red Hanoi para distintos materiales como el CCP, GRP y Acero. Con base en este análisis, se encontró que los coeficientes de dicha ecuación empírica, sugeridos en la normativa colombiana, no son apropiados para los materiales CCP y Acero dado que estos tienden a sobreestimar las pérdidas por fricción hasta en un 20 y 40%, respectivamente, cuando se comparan con los resultados obtenidos a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach. Adicionalmente, para números de Reynolds superiores a 400.000, independiente del tipo de material que se utilice en el diseño de redes matrices, la ecuación de Hazen-Williams no satisface los parámetros de diseño de estas redes ya que no tiene en cuenta la variación que presenta la rugosidad relativa en las redes de estudio. Por lo anterior, se sugiere utilizar la ecuación de Hazen-Williams solamente si los factores de fricción obtenidos en el diseño de las redes matrices se localizan en el Flujo Turbulento Hidráulicamente liso (FTHL), a partir del límite definido por el autor. De lo contrario, se debe utilizar la ecuación de Darcy-Weisbach en el diseño y análisis de redes matrices, ya que esta es una ecuación físicamente basada que se puede utilizar para cualquier tipo de flujo, fluido y rango de diámetros.