Redes de saneamiento (II): Diseño de conducciones en redes separativas sanitarias

Transcripción

1 Redes de saneamiento (II): Diseño de conducciones en redes separativas sanitarias Agua residual urbana Doméstica o sanitaria (zonas residenciales, comerciales y públicas) Industrial Iniltraciones y aportaciones incontroladas Escorrentía urbana (pluviales) Red separativa sanitaria (por gravedad o a presión) y de aguas pluviales (por gravedad) Red (o sistema) unitaria (por gravedad) 1

2 Agua residual urbana Doméstica o sanitaria (zonas residenciales, comerciales y públicas) Industrial Iniltraciones y aportaciones incontroladas Escorrentía urbana (pluviales) 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 sanitarias A. 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, ) 2

3 Reerencias [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. Paranino. [4] EMASESA. Instrucciones Técnicas para redes de saneamiento [5] Cálculo de caudales en las redes de saneamiento. Catalá, F. Ed. Paranino. 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 Q m y los valores punta Q p (relacionados por un actor punta C p ) Q p = C p x Q m Caudal de diseño Redes ya existentes series históricas aoros (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 3

4 A. Caudales de aguas negras Se deben estimar los valores medios Q m y los valores punta Q p (relacionados por un actor punta C p ) Q p = C p x Q m Caudal de diseño Redes ya existentes series históricas aoros (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 Agua residual urbana Doméstica o sanitaria Industrial Iniltraciones y aportaciones incontroladas Escorrentía urbana (pluviales) Q m = Volumen / ha día x Supericie Q m Q m = Volumen / pers. día x Población = Volumen / viv. día x Población Caudal unitario (Tablas y gráicos) Valor extensivo (Planiicación) Horizonte temporal = 10 años (zonas rurales); años (zonas urbanas); 50 años (pasos subterráneos de tráico y erroviarios). Fuentes de inormación organismos de planiicación locales, regionales o estatales, o utilizando métodos de estimación de la población 4

5 Caudales unitarios Agua residual urbana Doméstica o sanitaria Q u = l/s/vivienda (EMASESA) Q u = litros / pers. día [6] Industrial Q u = 0.7 l/s/ha (EMASESA) Q u = 4000 m 3 /año/ha (Recomendaciones para la elaboración de los Planes de Cuenca, 1992) 2. Factores punta C p y caudal de diseño Q p C p 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 Q p = C p x Q m Iniltraciones El abastecimiento tiene poca capacidad de embalse y, por tanto, las curvas de caudales de ARU son parecidas a las de abastecimiento, pero desasada en el tiempo y algo más suaves. 5

6 2. Factores punta C p y caudal de diseño Q p C p 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 Q p = C p x Q m Agua residual doméstica Valores guía [3] C p 2.4 Núcleos pequeños 1.8 C p 2.4 > 100,000 hab 1.4 C p 1.8 > 800,000 hab Fórmulas empíricas [3] 14 C p = P Stanley & Kauman (1953) Nota: P = población (miles de hab.) Industrial / Comercial C p 2-3 B. Dimensionado hidráulico Dado el caudal encontrar el diámetro Cómo? 1) La red debe uncionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniormes 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? 6

7 Ecuaciones de lujo uniorme estacionario por gravedad h = L D h 2 V 2g 14.8 = 2log ε R h 2 Flujo completamente turbulento 8g 1/ 2 1/ 2 V = S Rh = CS 1/ 2 R 1/ 2 h Chezy 1/6 h R 1/ 2 1/ 2 1 1/ 2 2/3 V = S Rh = S Rh Manning n n = C (Chezy) = B. Dimensionado hidráulico Dado el caudal encontrar el diámetro Cómo? 1) La red debe uncionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniormes 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? 7

8 Sistema separativo Criterios Conducto A. Negras Conducto A. Pluviales h/d D 500 mm 0,5 0,8 (0,9 D>500 mm 0,7 máximo) Sistema unitario 0,8 (0,9 máximo) V máx (m/s) 3,0 5,0 5,0 V mín (m/s) 0,3 (0,6) 1,0 0,6 (0,9) D mín (mm) 300 Pro. 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: :100 3:1000 / 2:1000 Dimensionado hidráulico Dado el caudal encontrar el diámetro Cómo? 1) La red debe uncionar de modo general en lámina libre (excepcionalmente en carga) y supondremos condiciones permanentes y uniormes 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). 8

9 Q p, V p Q ll, V ll h D D h h/d = 0.85 h/d = 1 Q Q p ll = h 1, D V V p ll = 2 h D Detalles en el capítulo 10.2 de White Mecánica de Fluidos y en la página web (procedimiento en EXCEL) 9

10 Ejemplo 1 Determina el calado y la velocidad del agua en una alcantarilla parcialmente llena de 300 mm de diámetro y m/m de pendiente, con un valor de n = 0.015, si descarga un caudal Q = 0.01 m3/s 10

11 Ejemplo 2 Determina el diámetro requerido para una alcantarilla que transporta 0.15 m 3 /s, cuando luye un 65% llena. La pendiente es S 0 = y n =

12 Otras secciones para alcantarillas Circular (llena) A = D 2 P = D R = 0.25 D A = área P = perímetro R = Radio hidráulico Ovoidal (llena) A = H 2 P = H R = H Visitable Analizamos por zonas (1) Media caña (agua residual) (2) Zona visitable (agua residual y pluvial) (3) Bóveda semicircular 12

13 Ejemplo 3 Dimensiona un colector de sección ovoidal para evacuar un caudal de 1350 l/s, con una pendiente de 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. 13

14 Ejemplo 4 Un colector visitable de una alcantarilla unitaria es de hormigón (n = 0.015) y tiene una pendiente del Determina el calado y la velocidad media cuando circula un caudal punta Q = 3.5 m 3 /s mm 600 mm 700 mm

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