1-2_hidraulica basica drenaje jun_2010

8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010

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II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje

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Curso SewerCAD/GEMS

Revisin Conceptos deHidrulica Bsica

Tipos de Flujo

Flujo en Canales Abiertos Flujo con superficie libre expuesto a la atmsfera

Flujo a presin Flujo en un conducto o tubera cerrado bajo

condiciones de presin


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Curso SewerCAD/GEMS

Aguas Residuales (Supuestos delModelo)

Incompresible

Flujo Turbulento

Fluido Newtoniano Obedece la ley de viscosidad de newton

En aguas residuales, los slido no afectan de formansignificante la viscosidad

Lodos activados pueden ser considerados newtonianos

Lodos solidificados no son newtonianos

Caudal

Unidad de Volumen/Tiempo

m3/s metros cbicos/segundo (SI)

L/s litros/segundo

m3/hr metros cbico/hora

ft3/s pies cubicos/segundo (FPS)

gpm galones/minuto

MGD millones gallones/da

ac-ft/day acre-pie/da


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Curso SewerCAD/GEMS

Ec. Continuidad (Velocidad y Caudal)

La velocidad vara a lo largo del fluido siguiendoun perfil de velocidades.

Para aplicaciones prcticas, la velocidad mediapuede ser usada:

Para una tubera a flujo lleno substituyendo el

termino rea transversal tendramos:

A

QV

2

4

D

QV

Donde:V = Velocidad Promedio del FluidoQ = Caudal a travs del Colectora

A = rea transversal al fluido

D = Dimetro Tubera

Presin

Unidad de Fuerza/Area

Newton/m2 - Pascal (SI)

kPa kiloPascal

bar 100 kPa

psf Libras/pie cuadrado (FPS)

psi Libras/pulgada cuadrada (US typical)

atm atmosphere (14.7 psi)

pound?

Manomtrica vs. Absoluta


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Curso SewerCAD/GEMS

Ec. de Conservacin de Energa

El agua fluye de una regin de mayor energa auna regin de menor energa

Los trminos de energa son usualmenteexpresados en trminos de carga (Head)

Para sistemas a gravedad, la presin es laatmosfrica

Para flujo en canales abiertos, la carga de presin esexpresado en trminos de la profundidad de la laminahidrulica (y)

La ecuacin de energa para canales abiertos:

fh+2gv+z+y

2gv+z+y

2

222

2

111

Ec. de Conservacin de Energa


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Curso SewerCAD/GEMS

Ecuaciones de Prdidas por Friccin

A lo largo del recorrido la energa del fluido se

transforma en friccin y turbulencias

Diferentes ecuaciones pueden ser utilizadas paracalcular las prdidas por friccin :

Manning

Darcy-Weisbach

Kutter/Chezy

Hazen-Williams

La mayora de la perdidas se dan en la friccin conla pared

La prdidas menores generalmente inferiores

Ecuacin de Manning

2/13/2SRA

n

kQ h

De uso comn en USA y Latinoamrica

k = 1.49 para sistema US y 1.0 para SI de unidades

A = Area seccin transversal del fludoRh = Radio HidrulicoS = Pendiente liea de energa = So para flujo uniformen = Coeficiente de Rugosidad de Manning


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Curso SewerCAD/GEMS

Valores n de Manning

Ecuacin de Kutter/Chezy

Usada en Europa y otras partes del mundo

V = Velocidad media (ft/s, m/s)

C = Coeficiente de rugosidad

R = Radio Hidrulicos (ft, m)

S = Pendiente de Friccin (ft/ft, m/m)

SRCVh


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Curso SewerCAD/GEMS

Las prdidas menores ocurren en los pozos de inspeccin,

donde se presentas prdidas a la entrada y salida de laestructura, en cambios de direccin o de seccintransversal

Los valores de Km para Pozos estn en el rango de valoresde 0.5 a 1.0

Prdidas Menores

Los mtodos de prdidas parauniones en SewerCAD/GEMS son:Absolute

StandardGeneric

HEC-22 Energy

AASHTO

Verificacin/Clculo Fuerza Tractiva

gRS

Donde:

= Esfuerzo cortante tractivo, Pa

= densidad del fluido, kg/m3

g = gravedad, m/s2R = Radio hidrulico, mS = Pendiente de la lnea de gradiente de energa

Compare con valores de normatividad


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Curso SewerCAD/GEMS

Energa Especfica

Energa Especfica: Es la energa total en un punto(seccin transversal) del canal abierto/colector conrespecto al lecho del canal/colector

2g

v+y=E

2

A2g

Q+y=E

2

2

Para un caudaldeterminado Q = V*A

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Specific Energy - ft

y - ft

yc = 0.29

yc = 0.42

yc= 0.74

Q= 0.5

Q= 1.0

Q= 3.0

Nmero de Froude Parmetro adimensional para clasificar el caudal en

canales abiertos / colectores a gravedad

El nmero de Froude es igual a 1 para laprofundidad crtica (yc)

Clasificacin del Flujo: Si la Profundidad (y) es mayor que yc , F < 1, Flujo es

Subcrtico

Si la Profundidad (y) es igual que yc, F = 1, Flujo es Crtico

Si la Profundidad (y) es menor que yc , F > 1, Flujo esSupercrtico

hgD

VF


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Curso SewerCAD/GEMS

Flujo No-Uniforme

Los sistemas de drenaje son predominantemente no-prismticos, debido a

Presencia de Cmaras y Pozos de Inspeccin

Cambios en los dimetros, pendientes y direccin en loscolectores

El flujo tiende a ser no uniforme an en tramos prismticodebido a la influencia de un control de tipo

Remanso creado por una condicin de descarga con una laminasuperior a la salida (high tailwater depth)

Cada y aceleracin por una descarga a flujo libre

Casos de Control Flujo No-Uniforme

Vertedero

Cambios dePendiente


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Curso SewerCAD/GEMS

Clasificacin de Tramos (S/n Pendiente)

Los tramos de un sistema de drenaje (canales colectores) se clasifican hidrulicamente comomoderados (mild), pronunciados (steep), crticos(critical), Horizontales (horizontal) o Adversos (adverse)

Para un determinado caudal, la pendiente del colectores clasificada como

Moderada, si yn > yc Pronunciada, si yc> yn Crtica, si yn = yc

SewerCAD/SewerGEMS Sanitary

Puede ejecutar analisis de flujo no uniforme (regimenpermanente)

Determina Caudales

Factres de Flujo Extremo (Estado Esttico)

Ruteo Convexo -Convex routing (Periodo Extendido)

Propiedades Hidrulicas (Profundidad, Velocidad)

Flujo gradualmente variado

Ruteo Convexo (Convex routing) para flujo no-permanente


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Curso SewerCAD/GEMS

Introduccin a la Modelacin de FlujoNo Permanente

Qu Causa condiciones de flujo no permanente?

Condiciones de Tiempo Lluvioso Caudales I/I

Bombeos Cclicos

Variacin Diaria de las Descargas Sanitarias

Infraestructuras Insuficientes

Estructuras de Control

Estas condiciones se presentan frecuentemente ensistemas de drenaje Sanitarios, Pluviales o Combinados

Transito completo de eventos de lluvia

Variacin temporal de Cargas Sanitarias

Mltiples condiciones de Flujo Transito decondiciones de flujo libre a sobrepresin yviceversa

Consideraciones de almacenamiento en

estructuras Inclusin de estructuras de detencin integradas

Modelacin de Loops y desviaciones

Efectos de Remanso y Flujo Inverso

Manejo de mltiples escenarios

Por qu modelar dinmicamente?


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Curso SewerCAD/GEMS

SewerGEMS

Modelo Dinmico Resolucin Ec. St. Venantequations

Motor de Calculo Nativo Resolucin Implicita

Resolucin Explcita (SWMM 5)

Los algoritmos de solucin aparecen comoopciones de clculo

Ser tratado ms adelante en el curso

Fin

El flujo no uniforme gobierna los sistemas de drenaje

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