1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
-
Upload
diego-florez -
Category
Documents
-
view
228 -
download
0
Transcript of 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
1/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-1
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
2/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-2
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
3/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-3
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
4/13
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
5/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-5
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
6/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-6
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
7/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-7
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
8/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-8
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
9/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-9
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
10/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-10
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
11/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-11
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
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
12/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-12
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?
-
8/10/2019 1-2_Hidraulica Basica Drenaje Jun_2010
13/13
II - Conceptos de Hidrulica Bsica Sistemas de Drenaje
Pg. 2-13
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