Este comando realiza el cálculo de la topología de las redes existentes, detectando los elementos conectados entre sí y construyendo su árbol de relaciones de la red de saneamiento. No calcula y por tanto tampoco comprueba la geometría, caudales, calados y velocidades.
Entiéndase como red de saneamiento aquella que comienza con un símbolo de Punto de vertido conectado a una serie de líneas de Tramos y símbolos de Pozos en una estructura tipo árbol, finalizadas en sus extremos por símbolos de cabecera del tipo Punto seco, Acometida, Acometida de red y Sumideros en el caso de pluviales.
Este proceso es necesario cuando se requiera, antes de calcular el predimensionado, forzar datos de la geometría, es decir, cotas y profundidades de los elementos de la red. Aunque los símbolos estén conectados gráficamente en el plano, todavía no conocen sus elementos de entrada y salida.
Corresponde a la primera fase del cálculo completo, y es suficiente para comprobar los símbolos que no están correctamente conectados a una red de saneamiento antes de proceder al cálculo completo.
Este comando realiza los cálculos hidráulicos necesarios para dimensionar los diámetros de todas las tuberías y determinar las profundidades necesarias. Efectúa las comprobaciones oportunas según los criterios de comprobación.
Mientras se está ejecutando el proceso de cálculo aparece en pantalla una barra de progreso donde se muestra el porcentaje que se ha completado. El tiempo de cálculo depende del número de elementos de la instalación y crece de forma exponencial. También depende de la complejidad del sistema de definición de cotas.
El predimensionado se basa en determinar el diámetro mínimo para que la tubería pueda evacuar el caudal máximo manteniendo los calados y velocidades del agua comprendidos entre la máxima y la mínima permitidas, definidos en el apartado Datos Generales. Criterios de comprobación.
El cálculo comienza en los tramos de cabecera con el diámetro mínimo fijado en Valores por defecto. Cada tubería y colector aguas abajo inicia el cálculo con el diámetro calculado de la tubería de entrada. Se calcula la profundidad de entrada y salida mínima así como la pendiente mínima que cumplan con los criterios de profundidad del terreno, calado y velocidad. Dicha pendiente debe estar entre la pendiente mínima y máxima de comprobación, en caso contrario aumenta el diámetro de tubería para volver a calcular de nuevo la geometría. Se repite el proceso hasta encontrar el diámetro que cumpla todas las comprobaciones.
Los datos fijados manualmente en los elementos no se alteran durante el cálculo, solo se ven afectados los datos activados en automático. Opcionalmente podrá forzar en todos los elementos de la red el tipo de tubería, diámetro, cota de terreno, cota y/o profundidad de tubería y empate de tuberías en los pozos. Podrá también forzar caudales residuales solo en los elementos de cabecera.
1. Cálculo de la topología de las redes existentes, detectando los
elementos conectados entre sí y construyendo su árbol de relaciones.
2. Cálculo de la geometría en alzado
de las redes según los datos introducidos. Se procede también a la comprobación
de los criterios geométricos.
3. Cálculo de los caudales circulantes
por la red, tanto de residuales como de pluviales asociados a las duraciones de
aguacero predefinidas.
4. Cálculo de calados y velocidades en
la red. Se calculan también los tiempos de concentración de cada elemento.
5. Cálculo de los caudales de
pluviales debidos a duraciones de aguacero iguales a los tiempos de
concentración de cada elemento. Corrección de los caudales máximos calculados en
el punto 3.
6. Cálculo de calados y velocidades
para los nuevos caudales. Comprobación según los criterios definidos por el
usuario.
Los fundamentos del cálculo de caudales para aguas procedente de lluvia se exponen en el apartado Cálculos de los caudales de aguas pluviales
Los fundamentos del cálculo de caudales para aguas residuales se exponen en el apartado Cálculos de los caudales de aguas residuales
Los fundamentos del cálculo hidráulico en tuberías se exponen en el apartado Cálculo hidráulico de tuberías
Para ver los resultados del cálculo elemento a elemento edite simplemente cada elemento donde se mostrarán los datos calculados.
En la barra de proyecto está disponible la pestaña de errores para consultar los errores detectados en cada uno de los elementos.
Para el cálculo de los caudales de aguas pluviales recogidos por la red de saneamiento, se emplea el Método racional, según el cual:
siendo
El coeficiente de escorrentía -relación del caudal que discurre superficialmente al precipitado- es un factor adimensional que depende fundamentalmente de las características de la cuenca y que está comprendido entre 0 y 1.
Para su cálculo se proporciona la posibilidad de elegir entre la estimación mediante asimilación a una superficie tipo o el método propuesto por la Instrucción 5.2-IC. También se permite la introducción directa del valor del coeficiente de escorrentía.
Asimilación a una superficie tipo: En este caso se estima el coeficiente de escorrentía igualándolo al de una superficie, de características similares a la superficie a drenar, seleccionada de entre una lista de posibilidades. Se puede elegir entre superficies homogéneas (adecuado para cubiertas, superficies pavimentadas, etc.), o superficies mixtas (adecuado para grandes zonas en núcleos urbanos).
Método de la Instrucción 5.2-IC: El programa permite el cálculo del coeficiente de escorrentía según la metodología expuesta en la mencionada Instrucción, para lo cual se van pidiendo al usuario los datos necesarios para ello. Este método está fundamentalmente concebido para el cálculo del drenaje y de avenidas para pasos de carreteras, por lo que es muy flexible, adaptándose tanto a pequeñas superficies pavimentadas como a grandes cuencas vertientes naturales.
El cálculo de la intensidad de lluvia se puede llevar a cabo por dos métodos, el hidrometeorológico y uno de los denominados indirectos.
Es el expuesto en la Instrucción 5.2-IC, y evalúa la intensidad para una duración de aguacero mediante la expresión:
siendo
It = intensidad media de precipitación para la duración t [mm/h]
Id = intensidad media diaria correspondiente al periodo de retorno considerado
[mm/h]
I1 = intensidad horaria correspondiente al periodo de retorno [mm/h]
t = duración del aguacero [h]
El programa facilita el cálculo de Id a partir de los valores de precipitación dados en la publicación Máximas lluvias diarias en la España Peninsular del Ministerio de Fomento (1999) y del cociente I1/Id a partir del mapa de la Instrucción 5.2-IC.
Para el cálculo de la intensidad según el método indirecto se emplea la relación:
donde
I intensidad media de precipitación para la duración t y periodo de retorno n
[mm/h]
n periodo de retorno considerado [años]
t duración del aguacero [min]
C1, C2, C3 coeficientes adimensionales
Los coeficientes C1, C2, y C3 que definen la curva IDT, deberán ser
proporcionados por el usuario para el lugar de proyecto, pudiendo obtenerse de
distintas publicaciones.
La intensidad de lluvia depende, como se ha visto, de la duración del aguacero y
del periodo de retorno considerado. Este último es introducido por el usuario,
mientras que las duraciones de aguacero consideradas son las predeterminadas en
una lista, más las correspondientes a los tiempos de concentración de cada nudo
de la red. La duración de aguacero mínima considerada es la menor de la lista, y
la máxima el tiempo de concentración del punto de vertido.
El tiempo de concentración para un punto dado, es el tiempo que tarda el punto más alejado de la cuenca vertiente en drenar por dicho punto.
Para el cálculo del tiempo de concentración de cada elemento susceptible de introducir aguas pluviales en la red, se permite el empleo de los dos métodos expuestos en la Instrucción 5.2-IC, según predomine el flujo canalizado por cauces bien definidos o el flujo difuso sobre la superficie del terreno.
En el primero de los casos se emplea la relación empírica:
siendo
TC = tiempo de concentración, en h
L = longitud del cauce principal, en km
J = pendiente media del cauce, en m/m
Si predomina el flujo difuso, la instrucción proporciona un ábaco para el cálculo del tiempo de escorrentía, que asimilamos al de concentración, del que hemos deducido la relación:
donde
Tc = tiempo de concentración, en min
KV = coeficiente dependiente del tipo de superficie
L = longitud del cauce principal, en m
J = pendiente media del cauce, en m/m
Cuando el tiempo de duración de precipitación es menor que el tiempo de concentración de la cuenca vertiente la superficie que drena en un tiempo determinado es menor a la superficie de la cuenca, por tanto se afecta al caudal de drenaje del coeficiente de retraso igual a la proporción de superficie drenante a superficie total y que evaluamos mediante la expresión:
donde
t = duración del aguacero
Tc = tiempo de concentración
La consideración de este coeficiente permite ajustar el cálculo de caudales para cuencas vertientes grandes optimizando así el tamaño de la instalación.
El cálculo de caudales de aguas residuales domésticas se efectúa aplicando la siguiente ecuación:
siendo
Qdom = caudal de aguas residuales domésticas
Cp
=
coeficiente de punta
P = población
servida
D = dotación
El cálculo de la población se aborda de dos formas distintas, bien por estimación del número de habitantes a través de la densidad de edificación, bien mediante la introducción directa del nº de habitantes servidos.
En este último caso se efectúa la extrapolación a una población futura, a partir de los datos de tres censos anteriores, mediante la fórmula:
siendo
La población futura se estima a un horizonte de referencia mediante la población en un momento dado (t=0) y las poblaciones de los 10 y 20 años atrás. De estos datos se extraen los parámetros b y g
de los cuales calculamos a:
Siendo
También se permite la introducción de un aumento estacional de población que se aplicará en ambas variantes de introducción de la población.
La dotación corresponde al consumo por habitante de agua potable incluyendo el consumo de pequeñas industrias y comercios situados en el casco urbano.
El consumo de un habitante por litro y día equivale a:
El coeficiente de punto determina el caudal de residuales circulante por la red.
Los consumos de las dotaciones están sometidos a variaciones estacionales diarias, durante la semana y horaria según el intervalo del día. Se define así el coeficiente de punta o factor de punta, como la relación del consumo máximo horario, dentro del día de consumo máximo, al consumo horario medio, dentro del día del consumo medio.
Con el coeficiente de punta máximo, decreciente según aumenta la población, se calcula el caudal máximo.
Con el coeficiente de punta mínimo se obtiene el caudal mínimo.
Se permite el cálculo de los caudales de aportación de aguas residuales industriales estableciendo una dotación bien por empleado, bien por superficie de planta industrial.
El cálculo de caudales de aguas residuales industriales en función de la dotación por empleado se efectúa aplicando la siguiente ecuación:
donde
El cálculo de caudales de aguas residuales industriales en función de la dotación por superficie se efectúa aplicando la siguiente ecuación:
donde
Del texto de Aurelio Hernández se ha extraído la siguiente tabla, de donde se
pueden tomar los valores de dotación:
|
Industria |
Dotación |
|
|
por empleado |
por superficie |
|
|
Productos de alimentación |
7,9 |
13,5 |
|
Productos lácteos |
9,5 |
29,2 |
|
Conservas de frutas |
6,8 |
8,2 |
|
Azucareras |
36,8 |
6,3 |
|
Tintura y acabados textiles excepto lana |
2,5 |
11,3 |
|
Textiles en general |
0,5 |
3,2 |
|
Aserraderos |
44,1 |
7,3 |
|
Cartones |
17,1 |
88,5 |
|
Industria química orgánica e inorgánica |
20,0 |
9,2 |
|
Materiales plásticos, excepto vidrios |
5,7 |
2,4 |
|
Drogas |
1,2 |
7,7 |
|
Jabón, detergentes, cosméticos |
2,0 |
7,8 |
|
Pinturas, barnices, lacados esmaltes |
3,2 |
11,5 |
|
Agricultura química |
6,1 |
3,5 |
|
Productos químicos diversos |
3,8 |
2,2 |
|
Refinerías de petróleos |
14,5 |
1,8 |
|
Productos derivados del petróleo y del carbón |
1,5 |
1,3 |
|
Curtido y acabado de pieles |
2,8 |
8,4 |
|
Productos de vidrio |
0,5 |
2,1 |
|
Cemento hidráulico |
7,3 |
2,6 |
|
Ladrillos, rasillas |
1,1 |
0,0 |
|
Alfarería |
1,1 |
3,4 |
|
Yesos |
7,9 |
0,1 |
|
Canterías |
0,9 |
2,9 |
|
Asbestos abrasivos |
3,2 |
5,6 |
|
Altos hornos, acero y laminación |
2,5 |
0,1 |
|
Hierros y fundición del acero |
1,4 |
5,8 |
|
Fundiciones secundarias, refinados |
1,9 |
1,3 |
|
Metales no ferrosos |
1,4 |
2,9 |
|
Fundición metales no ferrosos |
0,5 |
3,5 |
|
Motores de vehículos y equipamientos |
0,8 |
4,8 |
|
Aviones y sus componentes |
0,4 |
2,1 |
|
Astilleros |
0,4 |
1,0 |
|
Laboratorios de ingeniería y científicos |
0,3 |
2,7 |
El programa efectúa el cálculo hidráulico de los tramos de tubería bajo las siguientes hipótesis:
Fórmulas empleadas
Las fórmulas que se utilizan para el cálculo de las variables que definen el régimen hidráulico son la ecuación de continuidad:
y la fórmula de Manning:
donde
El programa calcula los parámetros dependientes de la sección (A y RH), en función de los valores introducidos en la base de datos de las series de tuberías y de la forma de la serie.
El coeficiente de Manning es un factor adimensional, dependiente de la rugosidad de la conducción, y por tanto se suele hacer dependiente de su material interior, si bien algunos autores indican que para redes de saneamiento, debido a la formación de sedimento, debe tomarse un valor constante independiente del material.
Valores por defecto
Por defecto, el programa propone los valores del coeficiente de Manning dependientes del material interior de la conducción que se exponen a continuación:
|
Materiales de tubería |
Coef. |
|
Hormigón en masa |
0,015 |
|
Hormigón armado |
0,015 |
|
Amianto-cemento |
0,010 |
|
Gres |
0,009 |
|
UPVC (policloruro de vinilo no plastificado) |
0,009 |
|
HDPE (polietileno de alta densidad) |
0,009 |
|
PE (polietileno) |
0,009 |
|
PP (polipropileno) |
0,009 |
|
PRV (poliéster reforzado con fibra de vidrio) |
0,009 |
|
Fundición |
0,014 |
|
Ladrillo vitrificado |
0,013 |
|
Ladrillo con juntas de mortero de cemento |
0,015 |
|
Metal ondulado |
0,027 |
|
Materiales de revestimiento |
|
|
Mortero de cemento |
0,013 |
|
Lechada de cemento |
0,012 |
|
Resina epoxi |
0,010 |
|
Aplacado de gres |
0,012 |
|
Lámina plástica |
0,009 |
|
Compuesto asfáltico |
0,009 |
A través de esta opción podrá numerar todos los elementos de las redes existentes en el proyecto. Esta opción es aconsejable para mantener ordenada la numeración de los elementos.
Dicha ordenación numérica comenzará por el elemento terminal de la red de mayor cota y en caso de igualdad se escoge el más alejado del vertido. A continuación se numera crecientemente aguas abajo hasta un pozo que tenga más de una entrada, entonces vuelve a buscar el siguiente elemento de mayor cota aguas arriba desde dicho pozo, de tal forma que se numeran los elementos del árbol relativo a dicho pozo hasta completarlo. El proceso de numeración continua aguas abajo hasta nuevo pozo con más de una entrada, repitiéndose el proceso hasta llegar al punto de vertido final.
Recuerde que se perderán las referencias introducidas manualmente.