Ecuația Hazen-Williams este o formulă pentru calcularea cât de mult scade presiunea ambientală într-un fluid pe măsură ce curge printr-o țeavă din cauza frecării cu suprafața interioară a țevii, a diametrului interior al țevii și a vitezei debitului fluidului. . Această reducere a debitului a fost folosită în mod obișnuit de ingineri în trecut, când fluxul de fluid era turbulent, deoarece a oferit o bună aproximare a pierderii de viteză. Formula este relativ simplă, dar are câțiva factori care limitează utilizarea eficientă a acesteia, iar apariția computerelor personale a făcut-o în mare măsură depășită.
Sistemele de conducte de apă pentru transferul fluidului au toate ceea ce este cunoscut sub numele de pierdere de sarcină, care este o sumă a cotei, vitezei și pierderii de presiune a fluidului pe măsură ce se mișcă din cauza frecării în fluid, deoarece interacționează cu peretele conductei și alte obstrucții ale conductelor și ca efect secundar al turbulențelor pe care aceste interacțiuni le provoacă. Pierderea de sarcină se bazează, de asemenea, pe factorul de frecare prezent, care este calculat din tipul de material al conductei utilizat și viteza de curgere a fluidului. Factorii de frecare pot varia de la 80 la 130 sau mai mult, iar această variabilitate face din ecuația Hazen-Williams doar un calcul aproximativ pentru căderea de presiune.
Factorii limitatori tipici în calcularea debitului volumetric folosind ecuația Hazen-Williams sunt acceptați de ingineri. Acești factori includ limitarea conform căreia fluidul trebuie să aibă o vâscozitate de cel puțin 1.13 centistokes, care este ceea ce afișează apa la o temperatură a camerei de 60 ° Fahrenheit (15.5 ° Celsius). De asemenea, conducta trebuie să fie mai mare de 2 inchi (5.08 centimetri) în diametru, iar debitul nu poate depăși 10 picioare pe secundă (3.05 metri pe secundă).
Există două formule de obicei utilizate în ecuația Hazen-Williams, una bazată pe date empirice sau experimentale și unități imperiale și una care utilizează unități internaționale standard. Formula imperială este scrisă ca hf = 0.002083 L (100/C)1.85 x (gpm1.85/d4.8655) unde „hf” este egal cu pierderea de sarcină determinată în picioare, „L” reprezintă lungimea țevii măsurată prin picioare, iar „C” este coeficientul de frecare pentru tipul de material al conductei. „Gpm” reprezintă galoni pe minut calculati ca litri măsurați în SUA de debit prin țeavă, iar „d” reprezintă diametrul inițial interior al țevii înainte de formarea sau coroziunea pe peretele țevii. Aici, valoarea lui 100 în formulă reprezintă un factor Hazen-Williams adimensional.
Formula standard internațională a unităților este doar o altă modalitate de a calcula pierderea de sarcină, cunoscută și sub numele de cădere de presiune prin frecare, cu unități metrice. Se precizează ca ΔP = 1.1101 x 1010 (Q/C)1.85 1/D4.87 unde „ΔP” este căderea de presiune în kiloPascali pe metru, „Q” este debitul de fluid în metri cubi pe oră, „D ” este diametrul intern al țevii, iar „C” aici este factorul Hazen-Williams adimensional. În timp ce utilizarea standardului de 100 pentru factorul Hazen-Williams este de rutină, dacă țeava are o vechime de 10 până la 15 ani, adesea o valoare de 75 poate fi înlocuită din cauza depozitelor minerale și a coroziunii în țeavă care măresc nivelul de frecare și turbulența. .
Utilizarea ecuației Hazen-Williams în absența unor calcule mai precise bazate pe computer este încă posibilă pentru multe tipuri de sisteme de debit lichid. Poate fi folosit pentru sisteme de sprinklere de incendiu la sisteme de irigare, sau rețele de alimentare cu apă pentru clădiri sau municipalități. Acest lucru se datorează faptului că există acum câțiva factori de frecare stabiliți pentru tipurile de materiale de țeavă care sunt introduse în formulă, cum ar fi tubulatura de alamă și cupru la 130, țeava de clorură de polivinil (PVC) la 150, țeava de oțel la 120 și multe altele. Fiecare valoare are, de asemenea, o anumită marjă de manevră, în sensul că este o aproximare bazată pe prezența deformațiilor pe suprafața interioară a conductei care se acumulează în timp pe măsură ce conducta îmbătrânește. Acolo unde sunt necesare valori mai precise pentru pierderea de sarcină sau se măsoară un flux de fluid pentru o substanță, alta decât apa, se utilizează ecuația Darcy-Weisbach, care utilizează un coeficient de frecare calculat mai precis dintr-o diagramă Moody care încorporează numerele Reynolds.