Die Hazen-Williams-Gleichung ist eine Formel zur Berechnung, um wie viel der Umgebungsdruck in einer Flüssigkeit sinkt, wenn sie durch ein Rohr fließt, aufgrund der Reibung mit der Innenfläche des Rohres, des Innendurchmessers des Rohres und der Strömungsgeschwindigkeit für das Fluid . Diese Durchflussreduzierung wurde in der Vergangenheit von Ingenieuren häufig verwendet, wenn die Fluidströmung turbulent war, da sie eine gute Annäherung an den Geschwindigkeitsverlust ergab. Die Formel ist relativ einfach, hat jedoch mehrere einschränkende Faktoren für ihre effektive Anwendung, und das Aufkommen von Personalcomputern hat sie weitgehend überflüssig gemacht.
Wasserleitungssysteme zum Übertragen von Flüssigkeiten haben alle einen sogenannten Druckverlust, der eine Summe aus Höhe, Geschwindigkeit und Druckverlust der Flüssigkeit ist, wenn sie sich aufgrund von Reibung in der Flüssigkeit bewegt, wenn sie mit der Rohrwand und anderen wechselwirkt Rohrverstopfungen und als Nebeneffekt der Turbulenzen, die diese Wechselwirkungen verursachen. Der Druckverlust basiert auch auf dem vorhandenen Reibungsfaktor, der aus der Art des verwendeten Rohrmaterials und der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids berechnet wird. Reibungsfaktoren können von 80 bis 130 oder mehr reichen, und diese Variabilität macht die Hazen-Williams-Gleichung nur zu einer groben Berechnung für den Druckabfall.
Typische einschränkende Faktoren bei der Berechnung des Volumenstroms unter Verwendung der Hazen-Williams-Gleichung werden von Ingenieuren akzeptiert. Zu diesen Faktoren gehört die Einschränkung, dass die Flüssigkeit eine Viskosität von mindestens 1.13 Centistokes aufweisen muss, was Wasser bei einer Raumtemperatur von 60° Celsius aufweist. Das Rohr muss außerdem einen Durchmesser von mehr als 15.5 Zoll (2 Zentimeter) haben und die Durchflussrate darf 5.08 Meter pro Sekunde (10 Fuß pro Sekunde) nicht überschreiten.
In der Hazen-Williams-Gleichung werden typischerweise zwei Formeln verwendet, eine basierend auf empirischen oder experimentellen Daten und imperialen Einheiten und eine, die internationale Standardeinheiten verwendet. Die imperiale Formel wird geschrieben als hf = 0.002083 L (100/C)1.85 x (gpm1.85/d4.8655) wobei „hf“ dem Druckverlust entspricht, der in Fuß bestimmt wird, „L“ steht für die Länge des Rohrs in Messung von Füße, und „C“ ist der Reibungskoeffizient für die Art des Rohrmaterials. „Gpm“ steht für Gallonen pro Minute, berechnet als US-gemessene Gallonen Durchfluss durch das Rohr, und „d“ stellt den inneren Anfangsdurchmesser des Rohres dar, bevor es zu Ablagerungen oder Korrosion an der Rohrwand kommt. Dabei stellt der Wert 100 in der Formel einen dimensionslosen Hazen-Williams-Faktor dar.
Die Standardformel für internationale Einheiten ist nur eine weitere Methode zur Berechnung des Druckverlusts, auch als Reibungsdruckverlust bekannt, mit metrischen Einheiten. Sie wird als ΔP = 1.1101 x 1010 (Q/C)1.85 1/D4.87 angegeben, wobei „ΔP“ der Druckabfall in Kilopascal pro Meter ist, „Q“ die Durchflussmenge der Flüssigkeit in Kubikmeter pro Stunde, „D “ ist der Rohrinnendurchmesser und „C“ ist hier der dimensionslose Hazen-Williams-Faktor. Während die Verwendung des Standards von 100 für den Hazen-Williams-Faktor routinemäßig ist, kann, wenn das Rohr 10 bis 15 Jahre alt ist, aufgrund von Mineralablagerungen und Korrosion im Rohr, die das Reibungsniveau und die Turbulenzen erhöhen, oft ein Wert von 75 ersetzt werden .
Die Verwendung der Hazen-Williams-Gleichung ist in Ermangelung genauerer computerbasierter Berechnungen für viele Arten von Flüssigkeitsdurchflussratensystemen immer noch möglich. Es kann für Sprinkleranlagen bis hin zu Bewässerungssystemen oder Wasserversorgungsnetzen für Gebäude oder Gemeinden verwendet werden. Dies liegt daran, dass für Rohrmaterialtypen, die in die Formel eingegeben werden, jetzt mehrere etablierte Reibungsfaktoren existieren, wie z. B. Messing- und Kupferrohre bei 130, Polyvinylchlorid (PVC)-Rohre bei 150, Stahlrohre bei 120 und mehr. Jeder Wert hat auch einen gewissen Spielraum, da es sich um eine Näherung handelt, die auf dem Vorhandensein von Verformungen in der inneren Rohroberfläche basiert, die sich im Laufe der Zeit mit der Alterung des Rohrs aufbauen. Wenn genauere Werte für den Druckverlust erforderlich sind oder ein Flüssigkeitsstrom für eine andere Substanz als Wasser gemessen wird, wird die Darcy-Weisbach-Gleichung verwendet, die einen genaueren Reibungskoeffizienten verwendet, der aus einem Moody-Diagramm mit Reynolds-Zahlen berechnet wird.