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Cálculo hidráulico de colectores para saneamiento (II de II)

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Sobre el blog

Miguel Angel Monge Redondo
Ingeniero Técnico Agrícola por la UPM. Autor del libro: Diseño agronómico e hidráulico de riegos agrícolas a presión. Nominado mejor Blog y Post premios iAgua 2018
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  • Cálculo hidráulico colectores saneamiento (II II)
    Tubería de polietileno autoportante PPA&Krah.

En la primera parte vimos la teoría y las expresiones matemáticas relacionadas con el cálculo hidráulico de colectores para saneamiento.

En esta segunda entrega veremos la práctica con ejemplos de cálculo. Para ello utilizaremos una sencilla tabla Excel que os podéis descargar de mi página web pinchando en el siguiente enlace: tabla cálculo colectores saneamiento.

Bajad en la página y os encontráis el siguiente icono de descarga:

Tabla de cálculo

Tenemos en primer lugar un apartado para el cálculo de pendientes. Simplemente hay que introducir, para el tramo considerado, el valor de la cota sobre el plano de referencia en el inicio del tramo, la altura en el punto final y la longitud del tramo. En el ejemplo que sigue hemos considerado un tramo al que hemos denominado A, con una altura sobre el plano de referencia de 1,65 metros en el inicio, una altura de 1,38 metros en el punto final y una longitud de 40 metros. La pendiente obtenida sería de 6,75 m/km (metros por cada kilómetro).

Debajo nos encontramos con las siguientes definiciones:

La aplicación obtiene el caudal del tubo a sección llena (Q), la velocidad del agua a sección llena (vsll), el calado o altura de la lámina de agua dentro de la tubería (h) y la velocidad del agua a sección parcial (vsp).

La tabla se compone de varias celdas que hay que rellenar con datos muy simples como veremos enseguida y que no tienen absolutamente ninguna complejidad.

Algunas casillas llevan asociadas una nota aclaratoria (se distinguen por una señal de color rojo en el extremo superior derecho de la celda). Si os posicionáis con el cursor sobre ellas se despliega la nota tal y como puede apreciarse en la imagen siguiente:

La tabla está protegida para evitar la pérdida accidental de las fórmulas de cálculo. Se deben rellenar las celdas de color blanco. En las celdas de color azul se muestran los resultados obtenidos.

Vamos ahora a continuar con el ejemplo del tramo A. Supongamos que por este tramo va a circular un caudal de agua residual de 470 litros/segundo.

Probaremos con un tubo de PVC de, por ejemplo, DN 500 mm.

Introducimos valores. El diámetro interior de la tubería, según el catálogo del fabricante, es de 475,4 mm y la rugosidad toma un valor de 0,15 mm. Como se trata de agua residual, la viscosidad la fijamos en 1,31 m/s2.

Con estos datos observamos que la tubería seleccionada no es capaz de transportar este caudal y se nos advierte que se debe aumentar la sección del tubo, ya que la tubería a sección llena puede desaguar un caudal de 351,7 l/s (caudal máximo para esa pendiente) mientras que el caudal real (el que necesitamos desaguar) sería de 470 l/s y por lo tanto mayor. Recordemos que la pendiente para estos casos sería el equivalente a la bomba hidráulica que mueve el agua: a mayor pendiente, mayor caudal transportado.

Probamos con el siguiente diámetro, 615 mm (diámetro interior de 599,6 mm)

Introducimos valores:

Para este nuevo supuesto, el diámetro sería válido, pues el caudal de cálculo es inferior al valor de caudal a sección llena.

En el caso hipotético (aunque poco probable) de que no podamos modificar el diámetro del tubo por las razones que sean, entonces probaríamos a incrementar la pendiente hasta conseguir un valor adecuado de pendiente para el caudal a desaguar. Como digo, esto sería poco probable, ya que es más económico aumentar el diámetro del tubo que excavar a mayor profundidad. También podría diseñarse la instalación con dos colectores paralelos para repartir el caudal.

Sigamos con el ejemplo del tramo A.

Si ahora nos fijamos en el lado derecho de la tabla, vemos los siguientes valores:

La velocidad a sección llena (vsll) y la relación entre caudales (Qc/Q) son calculadas por la aplicación y se necesitan para obtener los próximos valores, para lo cual debemos utilizar la tabulación de Thormann y Franke. Para ello nos vamos a la segunda hoja del archivo Excel (Tabulación Thormann) y buscamos en la relación de caudales el valor 0,727. Por regla general no encontraremos el valor exacto de Qc/Q, así que deberemos de interpolar entre el valor inferior y el superior.

Siguiendo con el ejemplo, para hallar los valores de h/D y vsp/v, deberemos de interpolar entre los extremos, como se muestra en la imagen siguiente:

De esta forma se obtendría lo siguiente:

h/D = 0,644

vsp/v = 1,07

Introducimos estos datos en la tabla de cálculo y obtenemos finalmente la altura de la lámina de agua (h) y la velocidad del agua en el colector (vsp).

La relación h/D es igual a 64% encontrándose por tanto entre el 50% y el 75% que son los valores recomendados de llenado del tubo para agua residual.

Recordad que con esta tabla estamos dimensionando colectores y albañales para el transporte de aguas residuales y pluviales basándonos en la pendiente de la conducción.

En España, el Código Técnico de la Edificación regula la selección e instalación de colectores y albañales en el Documento Básico HS “Salubridad”, apartado 5 “Evacuación de aguas”.

Asimismo hay que consultar los Pliegos de Prescripciones Técnicas sobre Saneamiento vigentes y aprobados por los órganos de gobierno del Estado español, de las Comunidades Autónomas y de los municipios de las poblaciones donde se realice el proyecto concreto.

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