¿Cuál es la diferencia entre pérdida de carga distribuida y localizada?
La distribuida ocurre a lo largo de la longitud recta por fricción con la pared y depende de longitud, diámetro, velocidad, rugosidad y régimen. La localizada ocurre en codos, válvulas, tés, reducciones, filtros, entradas y salidas y se representa por un coeficiente K. La pérdida total es la suma de las dos.
Para quienes operan bombas industriales, la pérdida de carga tiene impacto directo en dos puntos: (1) En la succión, reduce el NPSH disponible — si la pérdida es demasiado grande, la bomba cavita. (2) En la descarga, aumenta la altura manométrica total que la bomba necesita vencer — si no se contabiliza, la bomba entrega menos caudal que el proyectado.
En la experiencia de la ingeniería de aplicación de FB Bombas, la pérdida de carga en la succión mal calculada está entre las causas más frecuentes de cavitación en instalaciones industriales de bombas de engranajes y centrífugas.
| Tipo | Origen | Variables | Ecuación |
|---|---|---|---|
| Distribuida | Fricción en el tramo recto | L, D, v, rugosidad, régimen | Hf = f × (L/D) × v²/2g |
| Localizada | Codos, válvulas, tés, reducciones, filtros | Coeficiente K de cada accesorio y v en el tramo | Hf = K × v²/2g |
¿Cuál es la fórmula de la pérdida de carga distribuida?
Darcy–Weisbach calcula Hf = f × (L/D) × v²/(2g), con Hf y L en metros, D en metros, v en m/s y g = 9,81 m/s². El factor f depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa. La ecuación vale para cualquier fluido cuando propiedades y régimen se informan correctamente.
El factor de fricción f depende del régimen de flujo. Para régimen laminar (Reynolds < 2.100, típico en bombeo de fluidos viscosos con bombas FBE), f = 64/Re — y la pérdida de carga es proporcional a la viscosidad y la velocidad. Para régimen turbulento (Reynolds > 4.000, típico en bombeo de agua con bombas FBCN), f depende de la rugosidad relativa del tubo y se obtiene del diagrama de Moody o la ecuación de Colebrook-White.
En la zona de transición (2.100 < Re < 4.000), el comportamiento es inestable y debe evitarse en proyectos.
Para agua y fluidos de baja viscosidad, la alternativa consagrada en saneamiento y redes contra incendio es la fórmula de Hazen-Williams: Hf = 10,67 × L × Q^1,852 / (C^1,852 × D^4,87), con Q en m³/s, D en metros y L en metros. El coeficiente C expresa la lisura interna del tubo: PVC C = 150, acero al carbono nuevo y acero inoxidable C = 140, hierro fundido C = 130, acero galvanizado C = 120.
La ventaja es prescindir de Reynolds y del factor de fricción; la limitación es que solo vale para agua en régimen turbulento — para aceites y fluidos viscosos (bombas FBE y FBEI), use siempre Darcy-Weisbach con la viscosidad real del fluido a la temperatura de operación.
La tabla siguiente trae valores listos de pérdida de carga distribuida para agua a 20 °C en tubo de acero al carbono (rugosidad ε = 0,045 mm), calculados por Darcy-Weisbach con factor de fricción de Colebrook-White — el mismo motor de cálculo de la calculadora de pérdida de carga de FB Bombas (en /es/calculadora-perdida-de-carga), que rehace estos números para cualquier diámetro, material, caudal y viscosidad, incluyendo las pérdidas localizadas por coeficiente K.
Observe cómo la pérdida crece con el cuadrado de la velocidad: en el diámetro de 50 mm, duplicar el caudal de 10 a 20 m³/h multiplica la pérdida por 3,7.
Hf = f × (L / D) × v² / (2g)Ecuación de Darcy–Weisbach
| Diámetro interno | Caudal | Velocidad | Pérdida (m / 100 m) |
|---|---|---|---|
| 50 mm | 10 m³/h | 1,41 m/s | 4,7 |
| 50 mm | 20 m³/h | 2,83 m/s | 17,4 |
| 65 mm | 20 m³/h | 1,67 m/s | 4,6 |
| 65 mm | 30 m³/h | 2,51 m/s | 10,0 |
| 80 mm | 30 m³/h | 1,66 m/s | 3,5 |
| 80 mm | 50 m³/h | 2,76 m/s | 9,3 |
| 100 mm | 50 m³/h | 1,77 m/s | 3,0 |
| 100 mm | 80 m³/h | 2,83 m/s | 7,4 |
| 150 mm | 100 m³/h | 1,57 m/s | 1,5 |
| 150 mm | 200 m³/h | 3,14 m/s | 5,5 |
¿Cuándo usar Darcy–Weisbach o Hazen–Williams?
Use Darcy–Weisbach para cualquier fluido y régimen, con viscosidad, Reynolds y rugosidad coherentes. Hazen–Williams es una aproximación práctica para agua en régimen turbulento y no debe transferirse a aceites o fluidos viscosos. En ambos casos, caudal y diámetro deben usar las unidades declaradas por la fórmula.
| Método | Dominio de uso | Propiedades exigidas | Principal limitación |
|---|---|---|---|
| Darcy–Weisbach | Cualquier fluido y régimen | Viscosidad, densidad, rugosidad, Reynolds | Exige calcular el factor de fricción f |
| Hazen–Williams | Agua en régimen turbulento (saneamiento, incendio) | Solo el coeficiente C del material | No vale para aceites y fluidos viscosos |
¿Cómo calcular la pérdida de carga localizada?
Sume las pérdidas de cada accesorio por Hf = K × v²/(2g), usando la velocidad en el tramo donde el accesorio está instalado. Si varios ítems comparten el mismo diámetro, sume sus coeficientes K antes de aplicar la fórmula. En líneas críticas de succión, prefiera coeficientes K al largo equivalente.
La pérdida localizada ocurre en cada accesorio de la tubería: codos, tés, válvulas, reducciones, ampliaciones, filtros, entrada y salida de reservorio. Los valores de K de la tabla siguiente son indicativos de proyecto industrial — varían con la geometría exacta, el grado de apertura y el fabricante del accesorio.
Método del largo equivalente: alternativamente, cada accesorio puede convertirse en un largo equivalente de tubo recto (en diámetros). Ejemplos: codo 90° radio largo ≈ 20D, codo 90° radio corto ≈ 30D, válvula esclusa abierta ≈ 8D, válvula globo abierta ≈ 300D. Este método es práctico para estimaciones rápidas en campo. Para proyectos críticos de NPSH (especialmente en succión de bombas de engranajes FBE con fluidos viscosos), FB Bombas recomienda calcular por el método de coeficientes K, que es más preciso.
| Accesorio | Coeficiente K |
|---|---|
| Codo 90° radio largo | 0,3 |
| Codo 90° radio corto | 0,9 |
| Codo 45° | 0,2 |
| Té pasaje directo | 0,3 |
| Té salida lateral | 1,5 |
| Válvula esclusa abierta | 0,2 |
| Válvula globo abierta | 6,0–10,0 |
| Válvula de retención | 2,5 |
| Reducción concéntrica | 0,5 |
| Filtro Y (limpio) | 2,0–5,0 |
| Entrada borde vivo | 0,5 |
| Entrada achaflanada | 0,04 |
¿Cómo calcular la pérdida de carga total paso a paso?
Primero calcule v = Q/A, usando caudal y diámetro interno en unidades compatibles. Después calcule la parte distribuida, sume las partes localizadas y haga Hf,total = Hf,distribuida + Σ Hf,localizada. Use la viscosidad a la temperatura real de operación y reporte el resultado en metros del líquido bombeado.
La calculadora de pérdida de carga de FB Bombas ejecuta exactamente esos pasos con factor de fricción de Colebrook-White y coeficientes K tabulados — para cualquier diámetro, material, caudal y viscosidad.
Hf,total = Hf,distribuída + Σ Hf,localizadaSuma de las partes
¿Cómo la pérdida de carga en la succión provoca cavitación?
En la succión, Hf entra como sustracción directa: NPSHa = Pa ± Hz − Hf − Pv. Por lo tanto, 1 m de pérdida adicional reduce el NPSH disponible en 1 m y disminuye el margen sobre el valor requerido.
No trate NPSHa = NPSHr como condición sin cavitación: el NPSH3 — la base del NPSHr de catálogo, según el FAQ técnico del Hydraulic Institute — se mide en el punto donde la altura ya cayó 3%, es decir, con cavitación en curso; por eso se proyecta con margen sobre el NPSHr.
Ejemplo práctico con bomba centrífuga FBCN 50-200: NPSHr informado por el fabricante = 3,2 m. Instalación con succión inundada (Hz = +2,0 m), presión atmosférica (Pa = 10,33 mca), agua a 60°C (Pv = 2,03 mca), tubería DN65 con 5 m de tubo recto + 2 codos 90° + 1 válvula esclusa. Cálculo: velocidad v = Q/A = 2,5 m/s (turbulento, Re ≈ 330.000), f = 0,019 (Moody). Pérdida distribuida = 0,019 × (5/0,065) × (2,5²/19,62) = 0,47 m.
Pérdida localizada = (0,3+0,3+0,2) × (2,5²/19,62) = 0,26 m. Total Hf = 0,73 m. NPSHa = 10,33 + 2,0 - 0,73 - 2,03 = 9,57 m. Margen sobre NPSHr = 9,57 - 3,2 = 6,37 m — situación segura.
Pero si la misma instalación tuviera 15 m de tubo + 5 codos 90° radio largo + filtro sucio (K=8,0) + válvula esclusa + succión negativa (−3 m): con f = 0,019 y ΣK = 9,7, Hf subiría a ≈ 4,5 m (1,40 m distribuida + 3,09 m localizada) y NPSHa caería a ≈ 0,8 m — debajo del NPSHr. Cavitación.
¿Cómo la viscosidad altera la pérdida de carga?
En régimen laminar, el factor de fricción es f = 64/Re, y la pérdida crece con la viscosidad para la misma geometría y caudal. Por eso, el cálculo debe usar la viscosidad a la temperatura de operación y también verificar el arranque, cuando el fluido puede estar más frío. Las recomendaciones de velocidad de la FBE son criterios FB, no límites universales.
En aplicaciones con bombas de engranajes FBE, el fluido es típicamente viscoso (aceites, asfalto, resinas, chocolate) y el flujo tiende al régimen laminar (Re < 2.100), donde duplicar la viscosidad duplica la pérdida de carga en la misma línea y caudal. Por eso, como criterio interno de proyecto, FB Bombas recomienda velocidad máxima de 0,5 m/s en la succión de bombas FBE con fluidos viscosos (versus 1,5 m/s para agua en centrífugas FBCN).
Otra particularidad: muchos fluidos viscosos tienen viscosidad dependiente de la temperatura (ej: asfalto CAP pasa de sólido a 25°C a líquido bombeable a 180°C). La pérdida de carga debe calcularse para la PEOR condición — generalmente en el arranque, cuando el fluido está más frío y más viscoso.
FB Bombas ofrece camisas de calentamiento (opción CA) en las bombas FBE precisamente para mantener el fluido calentado en la zona de succión durante el arranque, reduciendo la viscosidad local y consecuentemente la pérdida de carga.
Reglas prácticas de dimensionamiento de la succión
Basado en la experiencia de campo de FB Bombas, estas son las reglas que minimizan la pérdida de carga en la succión: (1) Diámetro de la tubería de succión siempre ≥ diámetro de la conexión de la bomba — nunca reducir antes de la bomba; (2) Longitud total de la línea de succión: la menor posible, idealmente < 10 diámetros; (3) Evitar válvulas tipo globo en la succión (K = 6–10) — preferir esclusa (K = 0,2) o mariposa (K = 0,3); (4) Reducción excéntrica (no concéntrica) en succión horizontal — evita bolsas de aire; (5) Filtro de succión con área de pasaje ≥ 3× área del tubo, con manómetro diferencial para monitorear obstrucción; (6) Succión inundada siempre que sea posible — cada metro de columna positiva es un metro más de NPSHa; (7) Para bombas de engranajes FBE con fluidos viscosos: considerar calentar la tubería de succión si la viscosidad en el arranque excede 50.000 SSU.
¿Necesita ayuda con el cálculo?
El ingeniero de aplicación de FB Bombas calcula la pérdida de carga de su instalación y verifica el NPSH como parte del proceso de selección de bomba — sin costo. Envíe el layout de la tubería (longitud, diámetro, accesorios), datos del fluido (tipo, viscosidad a la temperatura de operación, densidad) y condiciones operacionales (caudal, presión, temperatura) a comercial@fbbombas.com.br o WhatsApp +55 11 97287-4837.
En 3 a 5 días hábiles tras el análisis de ingeniería, recibe la recomendación de modelo con análisis de NPSH incluido.