Fórmulas de Hazen-Williams e Fair – Whipple – Hsiao: Diferenças e aplicações no dimensionamento hidráulico
Fórmulas de Hazen-Williams e Fair – Whipple – Hsiao: Diferenças e aplicações no dimensionamento hidráulico.
Introdução
O dimensionamento de tubulações é um dos pilares de projetos hidráulicos eficientes. Entre as várias equações disponíveis, destacam-se duas de uso comum: a fórmula de Hazen-Williams e a equação empírica de Fair – Whipple – Hsiao. Ambas visam determinar a perda de carga ou a vazão em sistemas de condução de água, mas possuem abordagens diferentes e são aplicadas em situações específicas.
Fórmula de Hazen-Williams
A equação de Hazen-Williams é bastante popular no Brasil e em muitos países por sua simplicidade e boa aproximação para escoamento de água fria em tubulações sob pressão, com regime permanente e fluxo turbulento.
Fórmula:
Ou, mais comumente, na forma para vazão (Q):
Onde:
-
: vazão (L/s)
-
: diâmetro interno da tubulação (m)
-
: declividade da linha de energia (m/m)
-
: coeficiente de rugosidade (adimensional)
-
: constante dependente do sistema de unidades
Características:
-
Não depende da viscosidade da água
-
Indicado para água limpa e temperatura ambiente
-
Muito utilizado em sistemas prediais e redes de distribuição urbana
Equação de Fair – Whipple – Hsiao
Menos conhecida no dia a dia, essa equação foi desenvolvida a partir de dados experimentais e busca representar o comportamento mais realista das tubulações, especialmente em redes ramificadas e em sistemas complexos.
Fórmula:
Onde:
-
: vazão provável
-
: número de unidades de descarga
-
: valor médio de vazão por unidade
-
, : constantes empíricas determinadas experimentalmente
Essa equação é geralmente associada ao método do consumo máximo provável, utilizado para dimensionar sistemas prediais de água fria, onde se considera o uso simultâneo não uniforme dos pontos de consumo.
Principais Diferenças
Característica | Hazen-Williams | Fair – Whipple – Hsiao |
---|---|---|
Tipo de escoamento | Água em regime turbulento | Escoamento probabilístico de múltiplos usos |
Aplicação | Redes de distribuição e recalque | Sistemas prediais (água fria) |
Base teórica | Empírica, mas baseada em hidráulica | Estatística e observações empíricas |
Entrada de dados | Diâmetro, rugosidade e declividade | N° de pontos de consumo e vazão unitária |
Temperatura da água | Ideal para água fria (~20°C) | Também voltado para água fria |
Unidades comuns de uso | L/s, m, m/m | Unidades de descarga (UD) |
Conclusão
A escolha entre Hazen-Williams e Fair – Whipple – Hsiao depende diretamente do contexto do projeto. Para redes públicas e tubulações maiores, a fórmula de Hazen-Williams é prática e eficiente. Já para sistemas prediais, com múltiplos pontos de uso simultâneo e aleatório, a equação de Fair – Whipple – Hsiao oferece resultados mais condizentes com a realidade de consumo.
Conhecer essas diferenças é essencial para garantir o dimensionamento correto, evitando tanto subdimensionamento quanto desperdício de material.
Referências Bibliográficas
-
ABNT NBR 5626:2020 – Instalação predial de água fria – Projeto, execução, operação e manutenção.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. -
CAMPOS, J. R.; VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: Fundamentos. 3ª ed. Belo Horizonte: UFMG, 2005.
(Capítulos introdutórios sobre hidráulica e esgoto tratam da aplicação dessas fórmulas.) -
BRITO, R. A. de. Manual de Instalações Hidráulicas. 2ª ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2000.
(Traz explicações práticas sobre o uso de Hazen-Williams e métodos probabilísticos.) -
TSUTIYA, M. T. Instalações hidráulicas e sanitárias. 6ª ed. São Paulo: EdUSP, 2006.
(Clássico da engenharia civil no Brasil; aborda dimensionamento com Fair-Whipple-Hsiao.) -
FREIRE, A. C. F. Hidráulica básica. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014.
(Explica fundamentos e aplicações práticas da equação de Hazen-Williams.) -
LOURENÇO, S. Instalações Prediais Hidrossanitárias. 8ª ed. São Paulo: LTC, 2019.
(Excelente fonte sobre o uso de métodos estatísticos e probabilísticos em projetos hidráulicos.)
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