Redes de saneamiento (II): Diseño de conducciones en …iagua/LICOM_archivos/Tema_SA2.pdf · de...
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Redes de saneamiento (II):
Diseño de conducciones en redes
separativas sanitarias
Infiltracionesy aportaciones incontroladas
Escorrentía urbana (pluviales)
Doméstica o sanitaria
(zonas residenciales, comerciales y públicas)
Agua residual urbana
Industrial
Red separativa sanitaria(por gravedad o a presión)
… y de aguas pluviales(por gravedad)
Red (o sistema) unitaria(por gravedad)
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Infiltracionesy aportaciones incontroladas
Escorrentía urbana (pluviales)
Doméstica o sanitaria
(zonas residenciales, comerciales y públicas)
Agua residual urbana
Industrial
Red separativa sanitaria(por gravedad o a presión)
… y de aguas pluviales(por gravedad)
Red (o sistema) unitaria(por gravedad)
Objetivos del tema
Aprender a determinar el diámetro de alcantarillas y colectores (conducciones) en redes separativas
sanitariasA. ¿Cómo estimamos caudales de proyecto en redes
separativas sanitarias? B. Procedimiento para el dimensionado de colectores,
teniendo en cuenta criterios hidráulicos (pendientes, diámetros y velocidades mínimos y máximos, …)
3
Referencias
• [1] Ingeniería de aguas residuales: redes de alcantarillado y bombeo. Ed. McGraw-Hill.
• [2] Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Ed. McGraw-Hill.
• [3] Saneamiento y alcantarillado: vertidos de aguas residuales. Aurelio Hernández. Ed. Paraninfo.
• [4] EMASESA. Instrucciones Técnicas para redes de saneamiento
• [5] Cálculo de caudales en las redes de saneamiento. Catalá, F. Ed. Paraninfo. Colección Seinor no. 5.
• [6] CEDEX. Guía Técnica sobre redes de saneamiento y drenaje urbano.
A. Caudales de aguas negras
Se deben estimar los valores medios Qm y los valores punta Qp (relacionados por un factor punta Cp)
Qp = Cp x Qm
• Redes ya existentes– series históricas – aforos (vertederos, canales Parshall, trazadores,
molinetes, …)
• Redes de nueva construcción– a partir de datos de abastecimiento de agua– a partir de estimaciones/mediciones de caudales de
agua residual en poblaciones de características similares
Caudal de diseño
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A. Caudales de aguas negras
Se deben estimar los valores medios Qm y los valores punta Qp (relacionados por un factor punta Cp)
Qp = Cp x Qm
• Redes ya existentes– series históricas – aforos (vertederos, canales Parshall, trazadores,
molinetes, …)
• Redes de nueva construcción– a partir de datos de abastecimiento de agua– a partir de estimaciones/mediciones de caudales de
agua residual en poblaciones de características similares
Caudal de diseño
Caudal unitario(Tablas y gráficos)
Valor extensivo(Planificación)
Horizonte temporal = 10 años (zonas rurales); 20-30 años (zonas urbanas); 50 años (pasos subterráneos de tráfico y ferroviarios). Fuentes de informaciónorganismos de planificación locales, regionales o estatales, o utilizando métodos de estimación de la población
Qm = Volumen / pers. día x Población
Qm = Volumen / viv. día x Población
Infiltracionesy aportaciones incontroladas
Escorrentía urbana (pluviales)
Doméstica o sanitaria
Agua residual urbana
Industrial
Qm = Volumen / ha día x Superficie
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• Qu = 0.7 l/s/ha (EMASESA)
• Qu = 4000 m3/año/ha (Recomendaciones para la elaboración de los Planes de Cuenca, 1992)
Caudales unitarios
Doméstica o sanitaria
Agua residual urbana
Industrial
• Qu = 0.017 l/s/vivienda (EMASESA)
• Qu = 200-400 litros / pers. día [6]
2. Factores punta Cp y caudal de diseño Qp
Infiltraciones
El abastecimiento tiene poca capacidad de embalse y, por tanto, las curvas de caudales de ARU son parecidas a las de abastecimiento,
pero desfasada en el tiempo y algo más suaves.
Cp representa la razón entre el caudal máximo horario de ARU en el día de máxima producción y el caudal medio horario en un día promedio
Qp = Cp x Qm
6
2. Factores punta Cp y caudal de diseño Qp
Cp representa la razón entre el caudal máximo horario de ARU en el día de máxima producción y el caudal medio horario en un día promedio
Qp = Cp x Qm
Agua residual doméstica
Valores guía [3]
Cp ≥ 2.4 Núcleos pequeños1.8 ≥ Cp ≥ 2.4 > 100,000 hab1.4 ≥ Cp ≥ 1.8 > 800,000 hab
Fórmulas empíricas [3]
Stanley & Kauffman (1953)Nota: P = población (miles de hab.)
4
141
PCp
+
+=
Industrial /Comercial
Cp ≈ 2-3
B. Dimensionado hidráulico
‘Dado el caudal encontrar el diámetro’
¿Cómo?
1) La red debe funcionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniformes
2) Existen velocidades mínimas (pendientes o diámetros mínimos) que restringen las opciones de diseño.
3) ¿Cuál es el procedimiento de cálculo para poder acomodar la condición que el 15 ó 20% de la altura de la sección debe quedar libre?
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Ecuaciones de flujo uniforme
estacionario por gravedad
g
V
D
Lfh
h
f2
2
=
2/12/12/12/18hfhf RCSRS
f
gV ==
2
8.14log2
−
=
ε
hRf
Flujo completamente turbulento
Chezy
= 0.013-0.015
3/22/12/12/1
6/11
hfhfh RS
nRS
n
RV == Manning
= C (Chezy)
B. Dimensionado hidráulico
‘Dado el caudal encontrar el diámetro’
¿Cómo?
1) La red debe funcionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniformes
2) Existen velocidades mínimas/máximas (pendientes mínimas/máximas o diámetros mínimos) que restringen las opciones de diseño.
3) ¿Cuál es el procedimiento de cálculo para poder acomodar la condición que el 15 ó 20% de la altura de la sección debe quedar libre?
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Sistema separativo Criterios
Conducto A. Negras
Conducto A. Pluviales
Sistema unitario
D≤ 500 mm 0,5 h/D
D>500 mm 0,7
0,8 (0,9
máximo)
0,8 (0,9
máximo)
Vmáx (m/s) 3,0 5,0 5,0
Vmín (m/s) 0,3 (0,6) 1,0 0,6 (0,9)
Dmín (mm) 300
Prof. mín (m) 2,0
Pendientes recomendadas Diámetro de la conducción (mm) Mínima Máxima Óptima
Acometidas 2:100 7:100 3:100
D200-D300 1:1000 7:100 2:100 / 7:1000
D300-D600 1:1000 4:100 1:100 / 5:1000
D600-D1000 1:1000 2:100 5:1000 / 2:1000
D1000-D2000 1:10000 1:100 3:1000 / 2:1000
Dimensionado hidráulico
‘Dado el caudal encontrar el diámetro’
¿Cómo?
1) La red debe funcionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniformes � Manning
2) Existen velocidades mínimas/máximas (pendientes mínimas/máximas o diámetros mínimos) que restringen las opciones de diseño.
3) Se debe cumplir que el 15 ó 20% de la altura de la sección debe quedar libre (aireación).
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D
h/D = 1
Qll, Vll
h
=
=
D
hf
V
V
D
hf
Q
Q
ll
p
ll
p
21 ,
Detalles en el capítulo 10.2 de White – Mecánica de Fluidos y en la página web (procedimiento en EXCEL)
Qp, Vp
h
h/D = 0.85
D
10
Ejemplo 1
Determina el calado y la velocidad del agua en una alcantarilla parcialmente llena de 300 mmde diámetro y 0.005 m/m de pendiente, con un valor de n = 0.015, si descarga un caudal Q = 0.01 m3/s
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Ejemplo 2
Determina el diámetro requerido para una alcantarilla que transporta 0.15 m3/s, cuando fluye un 65% llena. La pendiente es S0 = 0.001 y n = 0.013.
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Otras secciones
para alcantarillas
Analizamos por zonas(1) Media caña (agua
residual)(2) Zona visitable (agua
residual y pluvial)(3) Bóveda semicircular
Visitable
A = áreaP = perímetroR = Radio hidráulico
Circular (llena)
A = 9.785 D2
P = 3.142 DR = 0.25 D
Ovoidal(llena)
A = 0.510 H2
P = 2.643 HR = 0.193 H
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Ejemplo 3
Dimensiona un colector de sección ovoidal para evacuar un caudal de 1350 l/s, con una pendiente de 0.008 y n = 0.014, con un grado de llenado del 80%. Una vez seleccionado el tamaño comercial, se deberá calcular el calado y la velocidad media.
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Ejemplo 4
Un colector visitable de una alcantarilla unitaria es de hormigón (n = 0.015) y tiene una pendiente del 0.005. Determina el calado y la velocidad media cuando circula un caudal punta Q = 3.5 m3/s.
1500
mm
600
mm
250
700 mm
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