L’équation de Hazen-Williams est une formule permettant de calculer de combien la pression ambiante chute dans un fluide lorsqu’il s’écoule dans un tuyau en raison du frottement avec la surface intérieure du tuyau, le diamètre intérieur du tuyau et la vitesse du débit du fluide . Cette réduction de débit a été couramment utilisée par les ingénieurs dans le passé lorsque l’écoulement du fluide était turbulent, car elle donnait une bonne approximation de la perte de vitesse. La formule est relativement simple, mais elle a plusieurs facteurs limitatifs à son utilisation efficace, et l’avènement des ordinateurs personnels l’a rendue largement obsolète.
Les systèmes de conduites d’eau pour le transfert de fluide ont tous ce qu’on appelle une perte de charge, qui est la somme de l’élévation, de la vitesse et de la perte de pression du fluide lorsqu’il se déplace en raison de la friction dans le fluide, car il interagit avec la paroi du tuyau et d’autres les obstructions des canalisations et comme effet secondaire des turbulences que ces interactions provoquent. La perte de charge est également basée sur le facteur de frottement présent, qui est calculé à partir du type de matériau de tuyau utilisé et de la vitesse d’écoulement du fluide. Les facteurs de friction peuvent aller de 80 à 130 ou plus, et cette variabilité fait de l’équation de Hazen-Williams un calcul approximatif de la chute de pression.
Les facteurs limitatifs typiques dans le calcul du débit volumétrique à l’aide de l’équation de Hazen-Williams sont acceptés par les ingénieurs. Ces facteurs incluent la limitation selon laquelle le fluide doit avoir une viscosité d’au moins 1.13 centistokes, ce que l’eau affiche à une température ambiante de 60° Fahrenheit (15.5° Celsius). Le tuyau doit également avoir un diamètre supérieur à 2 pouces (5.08 centimètres) et le débit ne doit pas dépasser 10 pieds par seconde (3.05 mètres par seconde).
Il existe deux formules généralement utilisées dans l’équation de Hazen-Williams, l’une basée sur des données empiriques ou expérimentales et des unités impériales, et l’autre qui utilise des unités internationales standard. La formule impériale s’écrit hf = 0.002083 L (100/C)1.85 x (gpm1.85/d4.8655) où hf est égal à la perte de charge déterminée en pieds, L représente la longueur de tuyau mesurée par pieds, et C est le coefficient de frottement pour le type de matériau de tuyau. Gpm représente les gallons par minute calculés en gallons américains de débit à travers le tuyau, et d représente le diamètre intérieur initial du tuyau avant que l’accumulation ou la corrosion sur la paroi du tuyau ne se produise. Ici, la valeur de 100 dans la formule représente un facteur Hazen-Williams sans dimension.
La formule standard des unités internationales n’est qu’une autre façon de calculer la perte de charge, également connue sous le nom de perte de charge due au frottement, avec des unités métriques. Il est indiqué comme ΔP = 1.1101 x 1010 (Q/C)1.85 1/D4.87 où ΔP est la chute de pression en kiloPascals par mètre, Q est le débit de fluide en mètres cubes par heure, D » est le diamètre interne du tuyau, et « C » ici est le facteur Hazen-Williams sans dimension. Bien que l’utilisation de la norme de 100 pour le facteur Hazen-Williams soit routinière, si le tuyau a entre 10 et 15 ans, une valeur de 75 peut souvent être substituée à la place en raison des dépôts minéraux et de la corrosion dans le tuyau qui augmentent le niveau de friction et la turbulence. .
L’utilisation de l’équation de Hazen-Williams en l’absence de calculs informatiques plus précis est encore possible pour de nombreux types de systèmes de débit de liquide. Il peut être utilisé pour les systèmes de gicleurs d’incendie aux systèmes d’irrigation, ou les réseaux d’approvisionnement en eau pour les bâtiments ou les municipalités. En effet, plusieurs facteurs de friction établis existent désormais pour les types de matériaux de tuyaux qui sont entrés dans la formule, tels que les tubes en laiton et en cuivre à 130, les tuyaux en polychlorure de vinyle (PVC) à 150, les tuyaux en acier à 120, et plus encore. Chaque valeur a également une certaine latitude dans la mesure où il s’agit d’une approximation basée sur la présence de déformations dans la surface interne du tuyau qui s’accumulent au fil du temps à mesure que le tuyau vieillit. Lorsque des valeurs plus précises sont nécessaires pour la perte de charge ou qu’un écoulement de fluide pour une substance autre que l’eau est mesuré, l’équation de Darcy-Weisbach est utilisée, qui utilise un coefficient de friction calculé plus précisément à partir d’un diagramme de Moody incorporant les nombres de Reynolds.