Recibí una consulta técnica del ingeniero C. Castillo en relación con las conducciones de agua para riego a sección llena. En concreto me preguntaba sobre la garantía de que el tubo fuese a sección llena y sobre el cálculo de pérdidas por rozamiento.
En las conducciones por gravedad para uso de riego existe en algún punto de la misma una válvula que regula el caudal circulante por la conducción. Mientras la válvula se encuentre cerrada, la tubería se encuentra a sección llena y sin movimiento de agua. Cuando la válvula abre, la conducción sigue a sección llena y el agua discurre por el interior del tubo. La velocidad del agua y por lo tanto el caudal circulante dependerá del grado de apertura de la válvula y de la pendiente de la conducción. Digamos que la pendiente proporcionaría la energía de impulsión a esa conducción y sustituiría al bombeo. A igualdad de diámetro. cuanto mayor sea la pendiente mayor será la velocidad y por consiguiente más caudal circulará por la tubería.
Cuando la válvula se encuentra abierta, el caudal y la velocidad de circulación dependerán de la energía potencial, es decir, de la pendiente o diferencias de alturas. En una conducción por gravedad, el caudal puede calcularse como [1]
Donde,
Q = Caudal de agua debido a la gravedad (m3/h)
S = Pendiente de la tubería (m/m)
D = Diámetro interior de la tubería (mm)
C = Coeficiente de pérdida de carga (Hazen-Williams)
Supongamos una conducción de PVC de 422 mm de diámetro interior y pendiente del 0,7%. El caudal de drenaje sería:
Q = 1,2916·10-5 ·150· (0,7/100)0,54 · 4222,63 = 1.067 m3/h = 0,29 m3/s
La velocidad de circulación del agua:
v=Q/S = 0,2963 m3s-1 / 0,1398 m2 = 2,1 m/s
Fórmula de Hazen-Williams
Expresión experimentada para varios materiales a partir de 50 mm de diámetro [2]:
J es la pérdida de presión en mca/m de conducción, Q el caudal en m3/s, D el diámetro interior de la conducción en metros y C un coeficiente.
El coeficiente C depende del material de la conducción y del diámetro de la misma. A falta de datos del fabricante en la siguiente tabla se indican los valores habituales:
“Coeficiente C de la fórmula de Hazen-Williams”
MATERIAL | C |
PVC, PE, PRFV (≤ 450 mm) | 150 |
Hormigón armado | 130 |
Hierro galvanizado | 120 |
Acero | 110 |
Vayamos ahora al ejemplo anterior de tubería de PVC de 422 mm de diámetro interior.
Para el caso de una conducción por gravedad, J equivaldría a la pendiente, que, según vimos en el enunciado del ejemplo sería 0,7/100 mca.
Si despejamos el caudal de la fórmula de Hazen-Williams [2], obtendríamos [3]:
Si sustituimos los valores en [3], tendríamos que
Q = 0,29 m3/s, mismo resultado evidentemente que el obtenido en la fórmula [1]
Sin embargo, cuando hablamos de conducciones de saneamiento, las tuberías nunca van a sección llena, sino a sección parcial, y para su cálculo se utilizan otras ecuaciones.
Si tenéis interés, recomiendo revisar al post:
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