POR: CLAUDIA JAEL DÍAZ HERNÁNDEZ INGENIERÍA CIVIL GRUPO ESPECIAL FUNDACIÓN UNIVERSIDAD AGRARIA DE COLOMBIA HIDRÁULICA DE CANALES PROFESOR: ING. JULIO CUESTA OLAVE

UTILIZACIÓN DEL NÚMERO DE FROUDE EN UNIONES DE COLECTORES CON RÉGIMEN SUPERCRÍTICO Y SIN CAÍDA EN

LA ESTRUCTURA DE UNIÓN.

Según el RAS 2000 título d que trata sobre Sistemas de Recolección y Evacuación de Aguas Residuales Domésticas y Pluviales, se puede realizar la unión de colectores sin necesidad de un pozo de caída. Define, además, 5 requerimientos hidráulicos que extraídos de la norma son: 1. La cota de la superficie de agua en los colectores afluentes a la estructura debe ser aproximadamente la misma. Contribuciones menores al 10% del caudal principal pueden eventualmente llegar por encima de la cota de la superficie de agua en el colector de salida. 2. La cota de energía del colector de salida debe ser menor que la de los de entrada para evitar la formación de resaltos hidráulicos en la estructura de conexión. 3. El máximo ángulo de intersección entre los colectores principales de entrada y salida depende del diámetro del colector de salida según la tabla D.A.1:

4. Es necesario adecuar la unión en la estructura para evitar alteraciones en el flujo y disminuir las pérdidas en la confluencia de los colectores. Para esto puede construirse una curva en el sistema principal de recolección y evacuación de aguas residuales o lluvias que esté de acuerdo con las dimensiones de los colectores principales y las deflexiones definidas en la tabla D.A.1. Dependiendo de los elementos de la curva (radio, deflexión, tangencia, etc), ésta puede ser desarrollada en la cañuela dentro de la estructura de unión, o a lo largo de la intersección, entre las longitudes Lpi y Lpd, de la Figura D.A.1, requiriéndose una altura adecuada de la cañuela para las condiciones del caudal de diseño. La

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pendiente del colector en el desarrollo de la curva (Pp), está definida por la pérdida de energía en la estructura de unión, DHc, la cual se debe principalmente al cambio de dirección en el alineamiento.

En la Tabla D.A.2 se presentan los valores del coeficiente Kc de pérdidas de energía en flujo curvilíneo como función del radio de curvatura y el diámetro del colector de salida. Dhc se calcula entonces como el producto de Kc y la cabeza de velocidad en el colector de salida.

5. Cuando se unen dos colectores con diámetros mayores a 900 mm, el análisis hidráulico de la estructura de conexión debe basarse en la ecuación de cantidad de movimiento, que puede expresarse de la siguiente forma, de acuerdo con las definiciones mostradas en la Figura D.A.2:

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En la anterior ecuación todos los valores son conocidos excepto los de b3 y Y3, por lo cual para su solución se puede iterativamente adoptar valores de b3 para encontrar el correspondiente valor de Y3. Es necesario además, calcular el número de Froude en la sección 3-3 para garantizar que el régimen continuo siendo supercrítico y así evitar posibles resaltos dentro de la estructura.

COMENTARIO: En el numeral 5 se especifica la necesidad de mantener el régimen supercrítico. Esto se hace calculando el número de Froude, que para el caso de este tipo de régimen debe presentar un valor mayor que uno. Para entender esto miremos la clasificación surgida de la propia definición:

El número de Froude en canales abiertos nos informa del estado del flujo hidráulico. El número de Froude en un canal se define como:

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Siendo:

- velocidad media de la sección del canal [m/s]

- Profundidad hidráulica ( ) [m]. Siendo A el área de la sección transversal del flujo y T el ancho de la lámina libre.

- aceleración de la gravedad [m/s²]

En el caso de que:

Sea el régimen del flujo será supercrítico

Sea el régimen del flujo será crítico

Sea el régimen del flujo será subcrítico

Como el número de Froude es un número adimensional que relaciona el efecto de las fuerzas de inercia y la fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido.

Se sobreentiende que al tener un valor mayor que 1 estamos restringiendo el flujo a que lleve mucha más energía debido a inercia, o al motor que hace que se desplace, que a la que pueda adquirir por gravedad. Dicho de otra manera, para poder realizar uniones en colectores sin necesidad de un pozo de caída se requiere, en las propiedades del flujo, una energía de traslación del flujo que supere la energía que pueda adquirir por cambios de altura o caídas. Si esto no ocurre, es posible que la unión de colectores funcione mal pues se podría presentar estancamientos por gravedad o efectos de resalto. FUENTES BIBLIOGRÁFICAS: REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO RAS – 2000, SECCION II TÍTULO D SISTEMAS DE RECOLECCIÓN Y EVACUACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Y PLUVIALES, República de Colombia Ministerio de Desarrollo Económico, Dirección de Agua Potable y Saneamiento Básico http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Froude