Cómo calcular caudales en una tubería de concreto para flujo por gravedad

Escrito por pauline gill | Traducido por ehow contributor
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Cómo calcular caudales en una tubería de concreto para flujo por gravedad
Los drenajes de concreto operan por gravedad y con frecuencia están parcialmente llenos. (Hemera Technologies/AbleStock.com/Getty Images)

Las tuberías de concreto para flujos por gravedad no-presurizadas son ampliamente utilizadas en sistemas de drenaje para llevar agua no potable a las instalaciones para su tratamiento. El flujo se produce como resultado de la gravedad que actúa sobre el agua, ya que las tuberías están continuamente en descenso mientras recorren distancias horizontales. La industria de tubos de concreto ha producido fórmulas y datos aceptados que permiten a los diseñadores de estos sistemas calcular muchos parámetros para tuberías de concreto, incluyendo los caudales.

Nivel de dificultad:
Fácil

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Necesitarás

  • Una calculadora científica
  • Datos técnicos de la industria de tuberías de concreto

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Instrucciones

  1. 1

    Define la tasa de flujo de una tubería de concreto para el ejemplo de aplicación. Supongamos un tubo de concreto de 24 pulgadas de diámetro con un valor n de 0.013 (n es el factor de rugosidad del concreto que oscila entre 0,10 a 0,013 para el concreto). Cuanto mayor sea el factor de rugosidad, más gruesa es la superficie interna del tubo. La tasa de la pendiente de la tubería es de 2 por ciento. Si el nivel del agua dentro de la tubería es de 18 pulgadas, puedes calcular el caudal de la tubería.

  2. 2

    Selecciona la fórmula de flujo para este ejemplo. La American Concrete Pipe Association recomienda la fórmula de Manning. Esta es Q = 1,486/n x A x R^2/3 x S^1/2", donde Q es el caudal en pies cúbicos por segundo, n el coeficiente de rugosidad de Manning (ver paso 1), A el área de la sección transversal de flujo en pies cuadrados (ver Pasos 3 y 4), y R es el radio hidráulico de la tubería en pies (ver Pasos 3 y 5). S es la fracción de pendiente = porcentaje de pendiente/100 por ciento.

  3. 3

    Determina los coeficientes para calcular los parámetros A y R en la fórmula de Manning, consultando la Figura 1 "Velocidad Relativa y Flujo en Tuberías Circulares para cualquier Profundidad o Flujo de Diseño (gráfico de arriba de la página 6) de los datos obtenidos de la American Concrete Pipe Association datos para flujo parcial. Para utilizar la Figura 1, calcula el Factor de Profundidad de Flujo dividiendo la profundidad del agua especificada de 18 pulgadas (45 cm) entre el diámetro de la tubería de 24 pulgadas (60 cm) para obtener un resultado de 0,75. Ubica 0,75 en el eje de la Profundidad de Flujo en el lado izquierdo de la gráfica, entre 0,7 y 0,8. Sigue la línea del valor 0,75 horizontalmente hacia la derecha, hasta la curva del Área de Flujo, A. El valor del coeficiente en este momento es de aproximadamente 0,83. Continúa la línea para obtener el radio hidráulico R de la curva, y donde el valor del coeficiente será 1,22. Ten en cuenta estos dos valores para utilizarlos en los pasos 4 y 5.

  4. 4

    Calcula el valor del parámetro A multiplicando el coeficiente 0,83A (parcial) por el área total A(total), lo que daría el diámetro de 24 pulgadas^2 d x pi/4 = 452,16 pulgadas cuadradas x 0.83 = 375.29 pulgadas cuadradas/144 pulgadas cuadradas/pie cuadrado o A(parcial) = 2,61 pies cuadrados (0,24 m²).

  5. 5

    Calcula el parámetro R de la fórmula adoptando el coeficiente R (parcial) de 1,22 en la Figura 1 multiplicado por el valor R (total) de 24 pulgadas/12 pulgadas/pies = 2 pies X pi = 6,28 pies X 1.22 = 7,66 pies (2,33 m).

  6. 6

    Sustituye todos los valores conocidos en la fórmula Q = 1,486/n x A x R^2/3 x S^1/2 para calcular el caudal en pies cúbicos por segundo. En este ejemplo, Q = 1,484/0,013 X 2,61 X 7,66^2/3 X 0.02^1/2 = 114,3 X 2,61 X 3,89 X 0,1414 = 164,12 pies cúbicos/segundo (4647,36 l/seg).

  7. 7

    Convierte los pies cúbicos/segundo a galones por minuto (GPM) utilizando el factor de conversión estándar de 7,48 galones por pie cúbico. 164,12 pies cúbicos/segundo x 7,48 galones/pies cúbicos X 60 segundos/minuto = 73,657 galones por minuto. Este caudal podría drenar una piscina empotrada en el suelo de una vivienda promedio (13.500 galones) en aproximadamente 11 segundos.

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