Calculadora de pérdida de carga en tuberías: qué datos necesitas y para qué problemas sirve

Qué hay que tener a mano para cada condición de cálculo, para qué problemas sirve cada una y cómo completar la memoria (datos del proyecto, orígenes, criterios y contexto) para que el documento salga completo y bien argumentado.

1. Antes de empezar: lo común a todos los casos

¿Es aplicable el método?

La calculadora resuelve flujo permanente de agua en una tubería a presión: la energía que se pierde por fricción en la pared y en los accesorios entre los dos extremos de un tramo. Es aplicable si el tramo cumple:

• tubería llena y a presión, sin aire ni superficie libre. Un colector que funciona parcialmente lleno se calcula con Manning (calculadora de canales);
• un solo tramo de diámetro y material constantes. Una conducción con varios diámetros se calcula tramo a tramo y se suman las pérdidas;
• caudal constante en el tramo, sin derivaciones intermedias;
• flujo permanente: no cubre los transitorios de arranque, parada o cierre de válvulas (calculadora de golpe de ariete);
• agua a 20 °C, con viscosidad cinemática ν = 1,0·10⁻⁶ m²/s. Con Darcy-Weisbach el flujo debe ser turbulento (Re ≥ 4000); si no lo es, la calculadora lo indica antes de calcular.

Fórmula de fricción

La página ofrece valores típicos por material (PVC y PEAD, cobre, acero, fundición dúctil, concreto, acero galvanizado, fundición gris) que rellenan el coeficiente. Un tubo con años de servicio suele tener un C menor o una ε mayor que el nuevo: conviene ajustarlo y explicarlo en el origen.

Datos que piden todos los casos

Cada campo tiene su propio selector de unidad. La memoria presenta los datos en las unidades que eligió el usuario y hace el cálculo en SI, con la conversión al principio del desarrollo.

Pérdidas menores

Son las de los accesorios: codos, tes, válvulas, entrada y salida. Hay dos formas de incluirlas:

• Por accesorios, cada uno con su coeficiente K (h = K·V²/2g). La página propone valores típicos por tipo (codo de 90°, válvula de compuerta, de retención…) y admite un K propio. Hasta 50 accesorios.
• Como porcentaje de la pérdida por fricción, cuando aún no se conoce el detalle del trazado.

Sin pérdidas menores, la pérdida total es la de fricción y la memoria no las menciona.

Datos de la memoria (formulario «Memoria de cálculo»)

Todos son opcionales, pero cada uno que falta deja un hueco visible en el documento.

Origen de cada dato

Cada entrada tiene su campo de origen, de hasta 160 caracteres, que aparece en la tabla de datos y que la redacción usa para explicar la procedencia. Si se deja vacío, el documento dice «Dato del Autor».

Buenos orígenes son concretos y verificables:

• «Estudio de demanda, caudal máximo diario, horizonte 2050»;
• «Perfil longitudinal del proyecto, lámina P-04»;
• «PVC PN 10, catálogo del fabricante: diámetro interior 147,6 mm»;
• «Fundición con 30 años de servicio, C reducido según Saldarriaga (2007)».

El origen es también el lugar para la normativa: la redacción solo cita normas o referencias que figuren en los orígenes.

Criterios de verificación

Se editan en la sección de la memoria. Los valores por defecto son los habituales para conducciones de agua a presión:

Las dos tienen un interruptor «No aplicar». El documento declara entonces en Hipótesis que esa verificación no se aplica por criterio del Autor. Es útil cuando la normativa del proyecto no la exige; por ejemplo, una velocidad mínima en una conducción que funciona a caudal reducido los primeros años.

Las demás verificaciones (pérdida admisible, diámetro adoptado, caudal requerido) dependen de datos opcionales: se verifican si se dan, y no tienen interruptor.

2. Condición 1 — Pérdida de carga

«Conozco el caudal y el diámetro: ¿cuánta carga se pierde en el tramo?»

Para qué problemas

• Comprobar una tubería proyectada o existente para su caudal: velocidad y pérdida de carga.
• Obtener la presión que llega al final del tramo, restando la pérdida a la carga disponible.
• Calcular la altura que debe vencer una bomba en su impulsión (desnivel más pérdidas).
• Comprobar que la pérdida no supera un límite de la normativa o del proyecto.

Datos necesarios

• Pérdida admisible: el límite que no debe superar la pérdida total, por ejemplo la carga disponible menos la presión mínima de servicio. Con ella, la memoria verifica h_total ≤ h_adm.

Qué entrega la memoria

• Resultados: velocidad media, pérdida por fricción, pérdidas menores y pérdida total, con su gradiente. Con Darcy-Weisbach, también el número de Reynolds y el factor de fricción.
• Verificaciones de diseño: velocidad mínima y máxima y, si se da, la pérdida total frente a la admisible.

3. Condición 2 — Diámetro

«Conozco el caudal y la pérdida que me puedo permitir: ¿qué diámetro necesito?»

Para qué problemas

• Dimensionar una aducción por gravedad entre dos depósitos, con la carga disponible entre ellos.
• Elegir el diámetro de una impulsión para una pérdida objetivo.
• Comprobar el tubo comercial elegido: su pérdida real y su velocidad.

Datos necesarios

• Pérdida de carga máxima: la que se puede gastar en el tramo, incluidas las pérdidas menores. La calculadora busca el diámetro con el que la pérdida total la iguala.
• Diámetro adoptado: el interior del tubo comercial que se va a usar, igual o mayor que el teórico. Con él se calcula la pérdida real y se hacen las verificaciones.

Qué entrega la memoria

• Resultados: el diámetro interior teórico y su velocidad y pérdidas. Con D_adop, los mismos resultados para el tubo adoptado.
• Verificaciones de diseño: velocidad y, con D_adop, que su pérdida total no supere la máxima. La pérdida del diámetro teórico iguala la máxima por construcción, por eso no se verifica.

A tener en cuenta

• El diámetro teórico casi nunca es comercial. Conviene dar siempre el diámetro adoptado: es el que se va a construir y el que la memoria verifica. Sin él, el documento se queda en el valor teórico.
• Ojo con el diámetro interior: un mismo diámetro nominal tiene interiores distintos según la clase de presión o el SDR.

4. Condición 3 — Caudal

«Conozco el diámetro y la pérdida disponible: ¿qué caudal conduce la tubería?»

Para qué problemas

• Saber la capacidad de una tubería existente con la carga disponible.
• Comprobar si una aducción puede llevar un caudal requerido, por ejemplo la demanda futura de una ampliación.

Datos necesarios

• Caudal requerido: el que se quiere saber si cabe. La memoria verifica que la capacidad calculada lo alcance.

Qué entrega la memoria

• Resultados: el caudal con el que la pérdida total iguala la máxima (la capacidad del tramo con esa carga), su velocidad y sus pérdidas.
• Evaluación de la condición de flujo: velocidad y, si se da, capacidad frente a caudal requerido.

A tener en cuenta

• Si la pregunta es «¿cabe el caudal X?», X va en el campo Q_req. Escrito solo en el contexto, la memoria no lo compara con nada: esa conclusión solo existe si figura como verificación.

5. El contexto del proyecto

El campo «Contexto del proyecto (opcional)» orienta la redacción de la introducción, el análisis y las conclusiones. No se imprime tal cual: el texto lo integra donde corresponde. Admite hasta 1 000 caracteres.

Qué debe contar: situación y motivación

El contexto explica por qué se hace el cálculo y en qué situación está la obra, no los números del cálculo:

• qué es el tramo y en qué estado está: conducción nueva, tubería antigua con incrustaciones, cambio de material previsto;
• qué motivó el cálculo: presiones bajas en la red, un aumento de la demanda, la sustitución de una bomba, un encargo de revisión;
• qué decisión depende del resultado: elegir el diámetro, sustituir el tramo, cambiar la bomba, aprobar el proyecto;
• condicionantes cualitativos que ayuden a leer el resultado: un trazado con muchos accesorios, un tramo difícil de sustituir, un crecimiento de demanda por fases.

La redacción coloca los antecedentes y el propósito en la introducción, y lo que condiciona la decisión en las conclusiones. Usa solo lo que dice el contexto, sin ampliarlo ni deducir hechos nuevos.

Qué no debe llevar

• Cifras del cálculo. Caudales, diámetros, longitudes y pérdidas van en sus campos, donde se verifican y aparecen en las tablas. Un caudal que solo está en el contexto no se compara con nada.
• Normativa o referencias. Van en el origen del dato o del criterio correspondiente, que es lo que la redacción puede citar.
• Conclusiones anticipadas («la tubería es insuficiente»): las conclusiones salen del cálculo.
• Instrucciones de redacción («hazlo breve», «menciona X»): el contexto es material del proyecto, no órdenes.

Extensión

• Una frase basta para orientar la introducción.
• A partir de unas 30 palabras, el contexto se considera sustantivo y la introducción puede crecer hasta unas 150 palabras o dos párrafos, para recogerlo sin recortar.
• Más extensión no mejora el documento si no añade situación o motivación.

Ejemplos por condición

Pérdida de carga (tubería existente)

Aducción por gravedad de PVC que abastece al barrio alto desde el depósito de cabecera. Los vecinos de la zona final reportan presiones bajas en las horas de mayor consumo. Se revisa cuánta carga se pierde en el tramo antes de decidir entre sustituirlo o reforzar el bombeo.

Diámetro con diámetro adoptado (proyecto)

Nueva aducción entre el depósito de regulación y el sector norte, que se incorporará a la red en la segunda fase de la urbanización. El cálculo fija el diámetro comercial que se incluirá en el presupuesto de licitación.

Caudal con caudal requerido (ampliación)

Conducción de fundición instalada hace treinta años, con incrustaciones visibles en las últimas reparaciones. El municipio prevé conectar un nuevo conjunto de viviendas y quiere saber si la conducción actual puede atender la demanda futura o si hay que duplicarla.

Contexto mejorable, y por qué

«Se verifica que la tubería de 200 mm conduzca 45 L/s con una pérdida menor de 10 m según la norma de agua potable.»

El diámetro, el caudal, la pérdida y la norma son datos. Lo correcto es:

• poner los 45 L/s en Q_req y los 10 m en la pérdida de carga máxima;
• citar la norma en el origen de la pérdida máxima;
• dejar en el contexto solo la motivación: «Se comprueba si la conducción existente puede atender la demanda prevista para el sector».

6. Lista rápida por condición