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Información de utilidad
Aspectos técnicos en el diseño de una tubería
Las principales consideraciones en el diseño de una tubería para drenaje son la durabilidad, la capacidad hidráulica, capacidad como estructura para soportar esfuerzos en el sistema, y una hermeticidad segura. La durabilidad y la capacidad hidráulica están en función del tamaño, forma y el tipo de tubo a instalar. Una apropiada hermeticidad depende del material de junta y de una adecuada instalación.
Drenajes Sanitarios son normalmente diseñados para fluir parcialmente llenos y en vertederos pluviales casi en su totalidad de la tubería, donde el flujo se mantiene por la misma pendiente del vertedero. Mayor parte de las perdidas de energía resultan de la fricción que existe entre la superficie del tubo y el fluido que se transporta.
El procedimiento para el diseño hidráulico de la tubería requiere de:
El diseño de la línea debe ser tal que, se provee así mismo de un mantenimiento seguro considerando los parámetros de pendiente, tamaño y velocidad del flujo.
Determinación del tipo del sistema
Los drenajes sanitarios son diseñados para desechos domésticos, comerciales y descargas industriales considerando posibles infiltraciones del terreno. Todos los tipos de flujos son diseñados partiendo de las características del agua.
Determinación del diseño del flujo
En el diseño de drenajes sanitarios se consideran como un flujo promedio, flujo crítico y flujo mínimo. Se determina o selecciona el flujo promedio de acuerdo a la demanda, aplicando un factor se puede determinar el flujo crítico con el cual se determinan las dimensiones de la tubería; y el flujo mínimo se utiliza para determinar si las velocidades especificadas pueden mantenerse en caso de que se interpongan obstáculos sólidos en el trayecto.
Flujo promedio: Usualmente es expresado en galones por día, es una cantidad hipotética derivada de datos históricos. Puede relacionarse la cantidad de agua consumida con la cantidad de descargas domésticas, comerciales e industriales. Es probable que esta información se pueda obtener de instituciones sanitarias, o de acuerdo al diseño del proyecto donde se va a instalar la tubería.
Flujo crítico: Este se determina a partir del flujo promedio, dependiendo de la localización del proyecto se puede determinar la mayor cantidad de flujo esperado en todo el año.
Flujo mínimo: Velocidad mínima de 0.6096 m/s ( 2 ft/s ), cuando se cubre la mitad de la línea o completamente llena, considerando obstáculos sólidos en la tubería.
Selección del tamaño del tubo
Después de determinar el diseño del fluido a transportar, se selecciona el diámetro de la tubería con la ecuación de Manning. Esta ecuación se puede resolver directamente por medio de monogramas, tablas, gráficas y algunos softwares por computadora.
Ecuación de Manning:
Donde Q es el gasto en ft3 / s, A es el área transversal del tubo en ft2, R es el radio hidráulico en ft, R = A/WP, A circunferencia del tubo en flujo lleno y WP es el perímetro mojado en ft. S es la pendiente en ft/ft, y n es la constante de Manning.
Podemos resumir de la siguiente manera Tomando como constante
C1= 1.486/n AR 2/3
el cual sólo depende de la geometría y las características del tubo, la ecuación nos queda:
Q = C1S1/2
Donde a partir de C1 y el coeficiente de Manning podemos determinar el diámetro del tubo en la siguiente tabla:
El valor del coeficiente de Manning “n”, resulta de numerosos estudios, donde, el coeficiente de rugosidad de 0.009 a 0.011 corresponde para un tubo de concreto. Y en campo se ha estudiado que se comporta con un valor de 0.012 a 0.013.
O bien, también se puede determinar el diámetro de la tubería de acuerdo al siguiente monograma de Manning que surge de la ecuación:
Determinación de la velocidad del flujo
Velocidad mínima: Se requiere que se mantenga una velocidad mínima de 2 ft/s, en la siguiente tabla muestra con distintos valores de “n” para determinar la mínima pendiente a mantener el flujo para una tubería de forma circular para un flujo crítico. Si se tiene un valor distinto a 2 ft/s, multiplique el valor de la tabla por un cuarto de la velocidad al cuadrado o resolviendo la ecuación de Manning.
Velocidad máxima: La máxima velocidad de diseño para un flujo en el tubo de concreto puede ser alta. Dependiendo de la topografía del lugar y otras limitaciones, la pendiente del tubo debe ser pequeña para evitar costos de excavaciones y consecuentemente mantener la velocidad cerca de la mínima.
el cual sólo depende de la geometría y las características del tubo, la ecuación nos queda:
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