Calculadora de Pérdida de Carga por Expansión Súbita (Borda-Carnot) — Online y Gratis

¿Qué es Pérdida por Expansión Súbita?

A diferencia de la mayoría de pérdidas menores, que se calculan con un coeficiente K empírico obtenido por ensayos (K·V²/2g), la pérdida por expansión súbita tiene una deducción teórica directa, atribuida a Borda y Carnot, que aplica la ecuación de cantidad de movimiento a un volumen de control alrededor de la zona de expansión, junto con la observación experimental de que la presión inmediatamente después del cambio brusco de sección es aproximadamente igual a la presión justo antes.

El resultado de ese análisis es notablemente simple: la pérdida depende únicamente de la diferencia de velocidades al cuadrado, sin necesidad de ningún coeficiente adicional. Físicamente, esa diferencia de velocidad es exactamente la energía cinética que se destruye en los remolinos turbulentos de la zona de expansión, energía que ya no se recupera como presión aguas abajo.

¿Por qué una contracción súbita (de un diámetro grande a uno pequeño) no usa esta misma fórmula exacta? Porque en una contracción el flujo primero se acelera y se contrae suavemente (la vena contracta) antes de expandirse bruscamente hasta llenar la tubería pequeña, así que la pérdida real depende de un coeficiente empírico distinto, no de esta deducción teórica directa.

Fórmulas utilizadas

Donde V1 es la velocidad media del flujo en la tubería antes de la expansión, la de menor diámetro (m/s), y V2 es la velocidad media después de la expansión, en la tubería de mayor diámetro (m/s). El resultado hL es la pérdida de carga producida por la expansión (m), que se suma a las demás pérdidas del sistema.

Ejemplo resuelto paso a paso

¿Cuándo usar esta calculadora?

Se usa al calcular las pérdidas menores totales de un sistema de tuberías que incluye un cambio brusco de diámetro hacia una sección mayor, como la salida de una bomba hacia una tubería de mayor diámetro, o la descarga de una tubería directamente hacia un tanque grande (un caso límite donde V2 tiende a cero). Se suma directamente a las demás pérdidas menores calculadas con la calculadora de pérdidas por accesorios y a las pérdidas por fricción de la ecuación de Darcy-Weisbach. ¿La transición entre los dos diámetros es gradual, con un cono o reducción cónica, en vez de un cambio brusco? Entonces esta fórmula sobreestima la pérdida real; una transición gradual bien diseñada pierde bastante menos energía que una expansión súbita, típicamente un 20% a 50% de este valor según el ángulo del cono.

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