Cálculo Hidráulico de Tuberías sin Presión. Dimensionamiento en Función del Caudal

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Como se ha dicho anteriormente, una de las principales consideraciones a tener en cuenta a la hora del dimensionamiento de un tubo de hormigón armado es la capacidad hidráulica. Ello quiere decir que debe conocerse cual será el objeto de la red, esto es, si será una red de distribución, de saneamiento unitaria, separativa, etc. Además es preciso conocer el lugar en el que se va a situar dicha red, ya que dependiendo de la población así será la dotación de agua, con la que podrá aproximarse el caudal de aguas residuales. Por último será necesario conocer la pluviometría de la zona, tanto si la red es unitaria como si es separativa.

Sistema unitario y separativo

Se denomina sistema unitario a aquel por el que circulan aguas blancas y negras, mientras que un sistema separativo es el que diferencia entre aguas blancas y negras.

La red única de alcantarillado (sistema unitario) es más sencilla de instalación y de servicio ya que implica un solo ramal de alcantarillado en cada calle y una sola acometida a las fincas.

La red doble o separativa de alcantarillado exige doble red de alcantarillado en casi todas las calles, salvo las que por ser muy cortas no requieren sumideros, y doble acometida en cada casa. Desde el punto de vista de la economía de construcción y gastos de primer establecimiento, existe una indudable ventaja para el sistema unitario, pues el coste de las dos tuberías, equivalentes hidráulicamente en su conjunto a la única, es de 1,5 a 2 veces mayor como término medio, habida cuenta de la imposibilidad práctica de utilizar diámetros de tubos inferiores a 20 cm, que en muchos pueblos y calles cortas de ciudades, con pendientes más bien fuertes, son suficientes para el caudal total.

Sin embargo, existen casos en los que resulta más rentable utilizar un sistema separativo, por ejemplo, el caso en el que el agua residual haya de elevarse. Este sistema tiene una ventaja adicional: en los casos en los que al final de la red exista una depuradora se ajustarán las necesidades reales de agua a depurar, no teniendo que sobredimensionarla.

Caudales de aguas negras a considerar

Las principales aportaciones de agua en una ciudad son: vertidos domésticos, vertidos industriales, vertidos ecológicos y vertidos agrícolas. Debido a esta diversificación, índice de crecimiento, movimientos migratorios, etc., se hace difícil determinar los caudales y se dificulta el cálculo de los conductos para su transporte. Es necesario estimar la población y su dotación de agua como parámetros fundamentales de base de partida.

Así pues, el primer parámetro a definir es la población y su evolución, ya que hay que tener en cuenta que los estudios deben realizarse con un plazo horizonte de veinticinco años, teniéndose en especial consideración la posible urbanización de terrenos contiguos que puedan servirse de la red de saneamiento proyectada.

Evolución de la población

Los factores que influyen en la estimación de la población son muchos: económicos, industriales, sociales, políticos, etc., por lo que los sistemas de predicción son complejos. Debe acudirse a formulaciones estadísticas con grandes dispersiones, debiendo el técnico, finalmente, decidir. Por tanto, el crecimiento de la población de un núcleo urbano se puede representar mediante métodos basados en datos estadísticos anteriores, estableciéndose de esta manera varios modelos de crecimiento:

El modelo aritmético consiste en considerar un incremento de la población constante. Así, conocidos dos censos P₁ y P₂, y el período de tiempo comprendido entre ambos t₁ - t₂ , la población estimada P en un tiempo futuro t será:

El modelo geométrico consiste en considerar para iguales períodos de tiempo el mismo porcentaje de incrementos de población:

El modelo utilizado por la Administración toma como base poblaciones del último censo realizado y las de los censos de 10 y 20 años antes; calcula las tasas de crecimiento anual acumulativo correspondientes a los intervalos entre cada uno de estos censos y el último realizado:

P_a = P_a - 10 • (1+ B)¹⁰, deduciéndose B

P_a = P_a - 20 • (1 + y)²⁰, deduciéndose y

Como tasa de crecimiento aplicable a la prognosis se adoptará un valor:

estimándose la población futura mediante el modelo:

siendo P_a , la población actual

P, la población futura en el tiempo t

Caudal de aguas negras urbanas

Una vez estimada la población, lo siguiente es hacer lo mismo con la dotación, que se mide como el volumen medio diario de agua por cada habitante. Así, a partir de una población de cálculo y fijada la dotación, se obtendrá el consumo teórico para una población.

Los caudales normales de abastecimiento son los establecidos en el cuadro siguiente:

Los consumos de estas dotaciones están sometidos a variaciones estacionales y horarias según el intervalo del día. Se define así el coeficiente punta o factor punta, como la relación entre el consumo máximo horario, dentro del día de consumo máximo, y el consumo horario medio, dentro del día de consumo medio.

Por tanto, podemos calcular el caudal punta mediante alguna formulación de tipo empírico, como la siguiente:

siendo:

Q_M, el caudal punta horario

Q_m , el caudal medio horario

Q_min , el caudal mínimo horario

P, la población en miles de habitantes

El caudal de aguas negras urbanas se suele considerar en pequeños núcleos urbanos igual al de abastecimiento. Realmente la variación horaria sufrirá las mismas oscilaciones que el de abastecimiento con un cierto retraso, si bien los vertidos disminuirán cuando se consuma realmente el agua (Evaporación, riego, etc.)

Para los vertidos de aguas negras se consideran los caudales suministrados con las mismas puntas, pero reducidos en un 25% equivalente a pérdidas. Sólo en núcleos muy pequeños se adoptará el caudal suministrado.

Caudal de aguas residuales industriales

Normalmente, dentro de las cifras correspondientes a caudales de aguas negras urbanas, se encuentra la proporción correspondiente a aguas residuales industriales. Deberá prestarse atención individualizada a industrias puntuales ubicadas en pequeños núcleos, ya que los vertidos, en cuanto a cantidad, son totalmente diferentes de unas industrias a otras. Un mismo tipo de industria, variará considerablemente los caudales vertidos atendiendo a factores tales como productos y subproductos, proceso adoptado, recirculación de aguas para reutilización, constitución de la red de alcantarillado (unitario, separativo), etc.

Por tanto es difícil establecer unas cifras concretas de vertido, aunque es también necesario disponer de algunos datos como referencia para establecer una buena aproximación de los caudales vertidos. La dotación de agua para uso industrial puede oscilar entre 30 y 60 m³/h_o • día •

4.4.7.3 Intensidad de lluvia

4.4.7.4 Coeficiente de escorrentía

4.4.7.5 Tiempo de escorrentía superficial

4.4.7.6 Coeficiente de retraso

4.4.7.7 Caudal de aguas de drenaje

4.4.7.8 Flotación

4.4.7.9 Programa de Cálculo

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