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IHA54

 IHA12 Cálculo
IHA Rama Instalaciones Hidráulicas avanzadas
IHA1 Saneamiento
IHA12 Cálculo

 

La presente ficha de Instalaciones Urbanas, se desarrolla a través de los apartados de PRESIONES Y DEPRESIONES, CALCULO DE REDES, MÉTODO RACIONAL y ENLACES.


PRESIONES Y DEPRESIONES.

En relación con las presiones, positivas o negativas, que se originan particularmente en los bajantes, éstas han de ser siempre inferiores a la que representa 50 mm. de c.a. por encima o debajo de la presión atmosférica.  En efecto un cierre hidráulico que, normalmente, tiene 5 cm de altura sería succionado por una depresión mayor que la señalada.  Por otra parte, compresiones incluso menores introducirían gases mefíticos por las válvulas de los aparatos.

A este respecto se han realizado experiencias con los correspondientes aparatos de medidas para establecer la relación de las presiones en los bajantes con la sección ocupada y la altura del mismo.  En todos los casos los experimentos se realizarán en columnas abiertas superiormente.

Utilizando tubos de 7 ms de alto, la relación entre el caudal del tubo y la presión quedó expresada por la formulación :

P = K Qn       [1]

Donde:

P = presión creada

K = coeficiente dependiente de las unidades en que se expresen Q y P y del diámetro del tubo.

Q = caudal circulante

n = coeficiente que dependió de la ventilación practicada al bajante.

El valor de n varió desde un mínimo de 0,33, con ventilación de tipo "continuo", hasta un máximo de 2,5, sin ventilación complementaria alguna.  El valor de K varió de 0,000016, para un F de 100 mm., a 0,00003, para F de 50 mm.

Las presiones dependieron, pues, más del tipo de ventilación practicada que del diámetro del bajante.

Utilizando bajantes de diferentes alturas se llegó a la expresión:

 

P = K H2,5     [2]

Donde:

P = presión creada

K = coeficiente que tiene el significado de la fórmula [1].

Según [1] [2] es importante constatar lo siguiente:

  • La presión P es función exponencial de Q, ó sea de la sección ocupada del tubo.

  • Para mantener P dentro de límites admisibles es preciso o bien sobredimensionar la bajante, ó bien adoptar sistemas de ventilación adecuada­mente diseñados.

  • La altura del conducto constituye un parámetro de carácter sólo complementario o restrictivo de las conclusiones anteriores.

Dicho lo anterior y en un análisis sincrético puede considérese que en el caso de bajantes sobre­dimensionados el núcleo no ocupado por el líquido actúa a modo de ventilación secundaria del mismo, e incluso de ventilación terciaria de los cierres hidráulicos, si estos están próximos.  Pero, tal como se ha dicho anteriormente, tal sobre-dimensionamiento comporta velocidades insuficientes, incrustaciones y la consiguiente progresiva reducción de la sección del bajante. 

Los botes sifónicos por su proclividad a la acumulación de sedimentos, son también llamados "sifones anti-succión".

Los sistemas de redes ventiladas, se basan en la utilización exclusiva de sifones y en la adopción de diámetros estrictos en bajantes y colectores, lo que conlleva al trazado subsidiario de una completa red de ventilación.  El Department of Commerce de los E.E.U.U. ha publicado los resultados de los números ensayos y experimentos realizados por el Bureau of Standards, institución que puede ser considerada la primera autoridad científica sobre el tema.  De ellos se deducen una serie de recomendaciones que conducen a resultados eficientes, tanto para pequeñas como para grandes instalacionesDe TIME-SAVER STANDARDS

Los sistemas de redes semi-ventiladas, se basan en la utilización mixta de sifones indepen­dientes y de botes sifónicos.  Mediante el sobre dimensionamiento de los bajantes y, por tanto, de la "ventilación primaria efectiva" a lo largo de toda la columna se elude la instalación de la ventilación secundaria en edificios hasta un determinado número de plantas.  A partir de cierta altura incorpora la ventilación secundaria pero, en cualquier caso se prescinde de la ventilación terciaria.  Para evitar problemas de auto succión se exige la cercanía de los cierres hidráulicos a los bajantes, lo que  obliga a su proliferación con respecto a los de las soluciones con ventilación completa.NTE - ISS - 1973.  "Instalaciones de Salubridad.  Saneamiento".

Consideramos que este sistema adolece de los siguien­tes inconvenientes:

  • Establece serias restricciones en el diseño de los cuartos húmedos.

  • En el caso de sifones independientes ignora el problema de sifonado y el de la auto-succión,  por ello no queda garantizado al usuario en este caso - ni mucho menos - la no presencia de malos olores.

  • El sobre dimensionamiento de bajantes - y por tanto, de colectores - conduce, tal como insisten diversos autores, a la  creación de sedimentos y, en consecuencia, no solo a la insalubridad de la red sino a su mal funcionamiento a largo plazo.  Este problema se agrava con el establecimiento de redes unitarias, lo que hace que en tiempos de sequía, los conductos trabajen con una sección aún menor de llenado.

Como contrapartida hay que señalar que, en general, representan menor costo de instalación inicial.  Cabe también decir que la incorporación a las redes del PVC, con  su bajo coeficiente de rugosidad, atenúan los citados problemas de sedimentación.

CALCULO DE REDES.

Cuando se procede a realizar el cálculo de redes de saneamiento se hace preciso recordar lo señalado al respecto por un conocido autor como  Angelo Gallizio "Impianti Sanitari".  Instalaciones Sanitarias; traducción de la sexta edición italiana.  Editorial Hoepli.  Barcelona, 1964.  Pag. 277..

"Debido a las varias modalidades de desagüe aún de un mismo aparato; el choque de la corriente vertical (en las columnas) con otras corrientes oblicuas u ortogonales procedentes de los varios tubos tributarios; la dificultad de establecer con una cierta exactitud el número de los aparatos evacuando simultáneamente, así como su caudal; la imposibilidad de señalar para las varias resistencias accidentales de estos tubos un coeficiente apropiado, y dado que en general estas tuberías se llenan sólo parcialmente y además el líquido va mezclado con aire con el que se revuelve de un modo vertiginoso; debido a todas estas inseguridades no es posible establecer con fórmulas matemáticas las relaciones entre la velocidad del agua, caudales y secciones de estas tuberías, por lo cual es necesario fijar los diámetros partiendo de datos prácticos obtenidos por largas y precisas experiencias"

No obstante lo señalado no es ocioso - ni mucho menos - un sucinto recorrido por el el Método Racional de cálculo de redes de saneamiento por dos razones:

  • Porque, sin duda, sus resultados constituyen la base de contrastación de los datos obtenidos por medios experimentales.

  • Porque en más de una ocasión servirá para la solución de problemas específicos no incluidos en las tablas o ábacos empíricos.

Se hace necesario indicar que existen dos modos o procedimientos de afrontar el cálculo de las secciones de las redes de Saneamiento:

  • El primero de ello - que podríamos llamar racional - es preconizado por la normativa francesa y se basa en el intento de la aplicación de las fórmulas clásicas de la física y la hidráulica.

  • El segundo de base empírica es el adoptado por los países sajones en base a una larga y concienzuda experimentación en cuyos resultados quedan absorbidos parámetros de tan difícil ponderación matemática como son, entre otros, la simultaneidad de utilización de aparatos, la interferencia de otros conductos y - sobre todo en bajantes - la interacción agua - aire en el descenso del líquido.

El Método Racional se basa en la adopción de los diámetros adecuados a tenor del caudal circulante previsible, Q, en cada tramo de la red, expresado en l/seg.

En el Método Racional, se suponen que los desagües y ramales van a sección llena, que los bajantes trabajan a 1/3 ó 1/4 de su capacidad y que los colectores están a 1/2 ó 3/4.

En el Método Racional, cuando en un conducto converge, el caudal provinente de varios aparatos se multiplica por un coeficiente de simultaneidad, clásico en los cálculos de fontanería y saneamiento, menor que la unidad que viene dado por la expresión:

 

Dónde N es el nº de aparatos subsidiarios

MÉTODO RACIONAL.

El Método Racional permite formular una serie de operaciones encaminadas a dimensionar los elementos que se reseñan a continuación:

  • Caudales bases de aguas usadas.  Diámetros de desa­gües de los aparatos.

Considerando un uso medio de los aparatos podemos obtener los caudales apoyándonos la conocida fórmula de Torricelli.

Donde:

V    =  velocidad de caída del líquido por la  válvula del aparato, en m/seg.

0,60 =  coeficiente de contracción de la vena líquida al paso por la válvula

g  =  aceleración de la gravedad, en m/seg2.

h  =  altura media de llenado sobre la válvula, en m.

Como        ,  se tiene que:

                        [1]      

Donde:

Q  =  Caudal circulante, en l/seg.

D  =  Diámetro de la válvula, en m

A partir de esta fórmula, asignando a cada aparato una cierta capacidad, un tiempo de vaciado y una altura media de agua, se obtiene el caudal circulante y, a continuación, el diámetro de la válvula que se adopta, igualmente, para el del conducto de desagüe.

  • Caudales y diámetros de las derivaciones.

Los diámetros de estas derivaciones en que concurren varios aparatos y que hayan de trabajar a sección llena se calculan por la fórmula:

Donde:

Q = la suma de los caudales subsidiarios afectada - como se dijo - por el oportuno coeficiente de simultaneidad y V la mayor de las velocidades de las aguas concurrentes.

  • Caudales de aguas pluviales, Intensidad Máxima  (Im).

A fin de ponderar los problemas de recogidas de pluviales se ha introducido en Saneamiento el concepto de Intensidad Máxima de Precipitación (Im), cifra teórica consistente en la transpolación al período de 1 hora de la máxima precipitación caída en la locali­dad durante 5 minutos en los últimos 20 años.  Se expresa en mm de altura por m2 de superficie, o lo que es lo mismo en litros por m2.  Nótese que Im nada tiene que ver con la pluviosidad anual de una zona pero sí refleja las características torrenciales de sus lluvias.  Dado que, iniciada la lluvia, el agua caída en los distintos faldones alcanzan los sumideros normalmente en menos de 5 minutos ("tiempo de concentración") la cifra que arroja Im se utiliza directamente en la siguiente fórmula, que nos da el caudal de las aguas pluviales en los bajantes:

           [2]

Donde:

A  =     área en proyección horizontal de la superficie de recogida, en m2 .

e  =     coeficiente de escorrentía que, en cubiertas, se toma igual a la unidad.

Im =     Intensidad Máxima de Precipitación de la  zona.

Los resultados de Q así obtenidos podrían resultar un tanto excesivos en los tramos finales de los colectores de gran recorrido.  Ello es debido a que al "tiempo de concentración" habría que sumarle el "tiempo de retardo" hasta la sección del colector a calcular, lo que conlleva­ría a referirse a lluvias de mayor duración y, por tanto, de menor intensidad.  En los casos normales se consideran válidos tales resultados tanto para bajantes como para colectores.

  • Diámetro de los Bajantes.

Puede utilizarse la fórmula, ya expuesta en el tema VI, Q (l/seg) = 52.922 x 10-8 D8/3  (D, en mm) en la que se presupone un caudal óptimo y máximo, que ocupa los 7/24 de la sección del tubo y condiciones de ventilación muy eficientes.  En caso contrario, y para garantizar el buen funcionamiento de la instalación habrá que considerar, para la misma sección, caudales afectados por un coeficiente de reducción progresivo con la altura del bajante.

  • Diámetros de colectores.

La norma francesa NF P41-201 utiliza la fórmula de Bazin para el cálculo de los diámetros en las canalizaciones de escasa pendiente.

  

Donde:

V =      velocidad media en el tramo considerado, en m/seg.

J =       pendiente unitaria (m/m)

           

g  =      Coeficiente de rugosidad

Q =      Caudal circulante, en m3/seg.

S =      Sección ocupada en m2

ENLACES.

1.- Trabajo sobre el Saneamiento Ecológico en PDF.

2.- El Método Racional, importante página Web del Departamento de Construcción Arquitectónica de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, donde se ofrece información de mucho interés sobre el modo en que se puede utilizar este método.

3.- Página de MILARIUM. COM, donde se presenta una relación de interés sobre software de cálculo automático de redes.

4.- Software para el cálculo de redes de saneamiento edificatorio. SEwin, de  arqui.com.

5.- Software para el cálculo de redes de saneamiento de edificios. CYPE.com.

6.- Software para el cálculo de redes. AL CONSTRUIR.com.

7.- Software de URALITA para el cálculo de Redes de Evacuación de aguas pluviales, residuales, sistemas mixtos y redes de ventilación.

8.- Cálculo Hidráulico de Redes Ramificadas sin Presión de URALITA.

9.- Página de Nueva Terrain. S.L.


Actualizado 23/04/06

 ©  Contenido: Juan Carratalá Fuentes y Pablo Adelto Hernández Ortega