¿Qué es el flujo por gravedad?
Es el movimiento del agua por una tubería impulsada solo por la diferencia de altura entre el origen y la salida, sin bombas ni energía eléctrica. Los sistemas que funcionan así se llaman sistemas de abastecimiento por gravedad y son comunes en Guatemala para:
- Conducciones de agua potable desde nacimientos en comunidades rurales.
- Distribución desde tanques elevados o tinacos.
- Riego agrícola desde depósitos o ríos en alto.
- Trasvase entre tanques e instalaciones industriales.
Cómo funciona la calculadora
Usa la ecuación de la energía entre la superficie del agua en el origen y la salida de la tubería:
H = hf + (0.5 + ΣK + 1) × V² ÷ 2g
Donde H es el desnivel, hf la pérdida por fricción, 0.5 la pérdida de entrada, ΣK los accesorios y 1 × V²/2g la energía con la que sale el agua. La fricción se calcula con Hazen-Williams:
hf = 10.67 × L × Q^1.852 ÷ (C^1.852 × D^4.87)
que equivale a la forma clásica V = 0.849 × C × R^0.63 × S^0.54 con R = D/4 (radio hidráulico de tubo lleno). Finalmente el caudal esQ = V × A.
En líneas largas el resultado es casi igual al de Hazen-Williams solo, pero en líneas cortas con mucho desnivel incluir la entrada y la salida evita sobrestimar el caudal.
Coeficientes de rugosidad (C)
| Material | C | Características |
|---|---|---|
| PVC / plástico | 150 | Superficie muy lisa, mínima fricción |
| Polietileno, cobre | 140 | Lisos y resistentes a la corrosión |
| Acero nuevo | 130 | Uso industrial |
| Hierro galvanizado | 120 | Común en instalaciones antiguas |
| Concreto | 110 | Grandes conducciones |
| Hierro fundido / tubería vieja | 100 | Con incrustaciones |
Ejemplos
Ejemplo 1: conducción doméstica
Tubería de PVC con diámetro interno de 100 mm, 50 m de largo y 3 m de desnivel. Solo con Hazen-Williams resultan unos 21 L/s; al sumar la entrada y la salida el caudal baja a cerca de 19.5 L/s.
Ejemplo 2: línea desde un nacimiento
Tubería PVC de 2" (160 PSI), 200 m de largo y 10 m de desnivel, con 2 codos y una válvula: la calculadora da alrededor de 4.1 L/s, unos 240 L/min, suficiente para llenar un tanque de 10 m³ en unos 40 minutos.
Limitaciones
- Hazen-Williams es válida para agua entre 4 y 25 °C en flujo turbulento; para otras condiciones usa Darcy-Weisbach.
- Supone tubería llena. Para drenajes o canales usa la ecuación de Manning.
- Instala ventosas en los puntos altos y válvulas de purga en los bajos.
- Si el caudal no te alcanza, puedes subir de diámetro o instalar una bomba: compara con la calculadora de carga dinámica total.