Para la mayoría de los flujos de agua y de tipo HVAC en tuberías de acero inoxidable, un factor de fricción Darcy práctico suele ser f ≈ 0,018–0,022 (rango totalmente turbulento, “suave a ligeramente áspero”). Para números de Reynolds más altos (flujo muy rápido), f a menudo tiende hacia ~0,015–0,018 ; para números de Reynolds turbulentos más bajos (cerca de 5.000 a 20.000), f puede ser ~0,03–0,04 .
Para ser preciso, calcule f a partir del número de Reynolds (Re) y la rugosidad del acero inoxidable (ε) utilizyo una correlación explícita (por ejemplo, Swamee-Jain o Haaland) o la ecuación de Colebrook.
Factor de fricción para tubería de acero inoxidable: qué valor utilizar
Utilice el factor de fricción de darcy (también llamado factor de fricción Darcy-Weisbach) a menos que su gráfico o software diga explícitamente "Fanning". El factor Darcy es 4× el factor de abanico.
Una estimación rápida y defendible cuando aún no se sabe el flujo exacto es:
- Agua en tuberías de acero inoxidable típicas (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022
- Re muy alto (~1.000.000): f a menudo se aproxima ~0,015–0,018
- Re turbulento inferior (~5 000–20 000): f comúnmente ~0,03–0,04
Luego refine con los pasos de cálculo a continuación una vez que conozca el diámetro, el caudal y la viscosidad del fluido.
Rugosidad del acero inoxidable: el insumo que impulsa el resultado
En flujo turbulento, el factor de fricción depende en gran medida de rugosidad relativa (ε/D). El acero inoxidable es generalmente “liso”, pero la ε supuesta sigue siendo importante.
| Superficie / suposición | Rugosidad absoluta, ε (mm) | Rugosidad absoluta, ε (m) | cuando usar |
|---|---|---|---|
| Acero inoxidable limpio (supuesto de diseño común) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Tubería nueva/limpia, línea base conservadora pero suave |
| Ligeramente envejecido/acumulación de película (regla general) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Si espera depósitos o un servicio menos controlado |
| Condición desconocida (margen de diseño) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Cuando necesitas más conservadurismo |
Calcule la rugosidad relativa como ε/D usando el diámetro interno (no tamaño nominal). Incluso pequeños cambios en D o ε/D pueden cambiar notablemente f en la región totalmente turbulenta.
Cálculo paso a paso (Re → f) en el que puede confiar
1) Calcular el número de Reynolds
Para una tubería circular completa:
Re = (V·D)/ν
- V = velocidad promedio (m/s)
- D = diámetro interno (m)
- ν = viscosidad cinemática (m²/s)
2) Elija la regla de régimen de flujo adecuada
- Laminar (Re < 2300): f = 64/Re
- Transición (2300-4000): evitar la “precisión”; confirmar con datos de prueba o utilizar márgenes conservadores
- Turbulento (Re > 4000): use ε/D con una correlación explícita
3) Flujo turbulento: fórmulas prácticas explícitas
Dos opciones explícitas muy utilizadas (Darcy f):
- Swamee-Jain: f = 0,25 / [log10( (ε/(3,7D)) (5,74/Re^0,9) )]^2
- Haaland: 1/√f = -1,8·log10( [ (ε/(3,7D))^1,11 ] [ 6,9/Re ] )
Si está iterando en software, la referencia clásica es Colebrook (implícita):
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)) )
Ejemplo resuelto: factor de fricción de tubería inoxidable y caída de presión
Supongamos que el agua esté cerca de 20 °C y limpie las asperezas del acero inoxidable. ε = 0,015 mm (1,5×10⁻⁵ m) y un diámetro interno de tubería D = 0,0525 m (aproximadamente una identificación Schedule 40 de 2 pulgadas). Caudal Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Calcular la velocidad y el número de Reynolds.
- Área A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Velocidad V = Q/A = 1,46 m/s
- Viscosidad cinemática ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Rugosidad relativa ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Calcular el factor de fricción (Swamee-Jain)
factor de fricción de darcy f ≈ 0.0203
Traducir f en pérdida de presión (Darcy-Weisbach)
Para longitud L = 100 m, densidad ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa por 100 m (sobre 4,2 metros de altura de agua por 100 m).
Tabla de referencia rápida: factor de fricción del acero inoxidable frente al número de Reynolds
Los valores siguientes suponen ε = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), utilizando la correlación Swamee-Jain. Utilice esto para comprobar la cordura de sus resultados.
| Número de Reynolds (Re) | factor de fricción de darcy (f) | Interpretación típica |
|---|---|---|
| 5.000 | 0.038 | Baja turbulencia; f todavía relativamente alto |
| 10.000 | 0.031 | Temprano turbulento; sensible a Re |
| 50.000 | 0.0219 | Región de diseño común para agua bombeada |
| 100.000 | 0.0194 | Medio turbulento; f se estabiliza |
| 1.000.000 | 0.0156 | Muy turbulento; se acerca al comportamiento controlado por rugosidad |
Errores comunes que causan factores de fricción incorrectos
- Usando el tamaño nominal de la tubería en lugar del diámetro interno: f depende de ε/D y la pérdida de presión depende de L/D, por lo que ID importa dos veces.
- Mezclando los factores de fricción de Darcy y Fanning: Si su resultado parece 4 veces menor, esta es la razón habitual.
- Ignorando la temperatura del fluido: cambios de viscosidad Re; el agua más fría aumenta ν y puede aumentar f.
- Suponiendo que el acero inoxidable siempre sea “perfectamente liso”: soldaduras, incrustaciones o acumulación de producto pueden justificar el uso de ε más alto que una tubería nueva y limpia.
- Esperando una alta precisión en el flujo de transición: trate 2300–4000 como incierto y diseñe con margen.
En pocas palabras: La tubería de acero inoxidable a menudo produce f alrededor de 0,02 en servicios de agua turbulenta comunes, pero el número más confiable proviene de Re y ε/D usando una correlación estándar.
