Hidráulica de Colectores - 1 - Preliminares

Andrés Alvarado Martínez

Sistemas de Alcantarillado

Hidráulica de colectores 1

Hidráulica de colectores

Consideraciones generales.

• Los colectores se diseñan para trabajar con flujo libre en canalabierto o tubería en sección parcialmente llena

• Únicamente bajo circunstancias excepcionales podrían algunoscolectores (tuberías de impulsión, etc.) trabajar a presión.

• Ecuaciones simples y de directa aplicación

• Para la formulación puede emplearse la expresión de Darcy –Weisbach.

• La fórmula de Manning, a pesar de ser empírica tiene una forma defácil aplicación (monomial) y ha sido comprobada en la práctica envarios países.

Manning es la ecuación más utilizada para el flujo agravedad en tuberías en todas las legislacioneslatinoamericanas

⁄ ⁄

V = Velocidad [m/s].n = Coeficiente de rugosidad [-]R = Radio hidráulico [m].J = Pendiente [m/m].

Ec. 1



Secciones parcialmente llenas

D/2d

Parámetro LLeno Parcial

Area A a

Diámetro D d

Perímetro mojado P p

Radio H R r

Caudal Q q

Velocidad V v

Pendiente J J

Rugosidadmanning N n

A

P


Secciones parcialmente llenas

D/2D/2

d

2 2 cos 2

2 1 cos 2

4 360sen2

360

4 1sen · 360

212 1 cos 2

360sen2

360

1sen · 360

2


Secciones parcialmente llenas: velocidad y caudal

1sen · 360

2

⁄

⁄ ⁄ ⁄ ⁄

Para n=N; ⁄

Con la ecuación de la continuidad: q=av ; Q=AV

360sen2 1

sen · 3602

⁄

Ec. 2


Secciones parcialmente llenas: parámetros en función del calado

d D

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

a/A

p/P

r/R

v/V

q/Q


Coeficiente n de Manning

Es principalmente función de:• De la forma y material de la tubería;• De la relación d/D

8

Material Coeficiente “n”Concreto liso 0.012Concreto áspero 0.016Concreto presforzado 0.012Concreto con buen acabado 0.014Acero soldado con revestimiento interior a base de epoxy 0.011Acero sin revestimiento 0.014Fibrocemento 0.010Polietileno de alta densidad 0.009PVC 0.009


Coeficiente n de Manning

9

En situaciones reales de operación, la resistencia al flujo de una tubería esta influenciado por:

• la capa de película biológica que se desarrolla en las paredes de las tuberías, el número de conexiones domiciliarias, pozos de registro y otras instalaciones complementarias que perturban el flujo permaneciendo invariables, independientemente del material del conducto

• Por estas razones y el grado de incertidumbre inherente al proyecto y construcción de alcantarillados, el valor de n no debe ser inferior a 0,013


Coeficiente n de Manning, variando con el calado

⁄

Se ha demostrado experimentalmente que el coeficiente de fricción varía con la profundidad de flujo. Es mayor para una sección parcialmente llena respecto de una llena

Con la ecuación de la continuidad: q=av ; Q=AV

⁄

Ec. 3

Ec. 4



Se ha determinado la siguiente relacion entre los coeficientes de Manning y Darcy – Weisbach para tuberias con variacion del coeficiente de rugosidad

d/D N/n1.0 1.000.9 0.940.8 0.880.7 0.850.6 0.830.5 0.810.4 0.790.3 0.780.2 0.790.1 0.82

Ec. 5

Experimentalmente se ha comprobadolas relaciones de la siguiente tabla

F y Ff son los coef de DW para seccionsemillena y llena respectivamente



Tarea:

Completar las curvas de la seccion semillena considerano la variacion del coeficiente de Manning con el calado


Ejemplo

Un colector de 400 mm, se encuentra emplazado con una pendientede 3/1000.Cual será la velocidad y caudal cuando alcanza un calado de 0.4D. Asumir n=0.013


Ejercicio

• Determinar el calado y la velocidad del flujo en una alcantarilla parcialmente llena de 300 mm de diámetro y 0.005 m/m de pendiente, con un valor de n=0.014, si descarga un caudal Q = 0.01 m3/s


Ejercicio

• Determinar el diámetro requerido para una alcantarilla que necesitatransportar 150 l/s, cuando fluye un 65% llena. La pendiente es J = 0.001 y n = 0.013.


Ejercicio

• Determinar la pendiente necesaria para transportar 190 l/s de agua residual por una tubería de 350 mm cuando fluye 80% llena. Considerar un n = 0.014 con una variación en profundidad


Ejercicio

• Considerar una urbanización con 60 unidades habitacionales al noroeste de Cuenca. Si todas las descargas domésticas se conducen hacia un colector en una calle de pendiente 1/1000, predimensionar un colector que fluya 80% lleno. Considerar PVC con una variación de la fricción en profundidad.

Hidráulica de Colectores - 1 - Preliminares

Documents

Transcript of Hidráulica de Colectores - 1 - Preliminares