Calculadora de Caudal de una Alcantarilla Circular por Manning — Online y Gratis
Una tubería de alcantarillado o una alcantarilla de drenaje vial, cuando trabaja a superficie libre y fluye completamente llena, se puede resolver con la misma ecuación de Manning que un canal rectangular, solo que con la geometría propia de una sección circular.
Esta calculadora obtiene el caudal máximo de una alcantarilla circular fluyendo llena, a partir de su diámetro, la rugosidad del material y la pendiente de la tubería.
Es el caso de diseño más simple y conservador: cualquier condición de flujo parcialmente lleno transporta menos caudal que este máximo teórico a tubo lleno.
Radio hidráulico (tubo lleno): R = D/4
Caudal (Manning): Q = (1/n)·A·R2/3·S1/2
¿Qué es Alcantarilla Circular por Manning?
Una tubería circular fluyendo completamente llena tiene una geometría hidráulica fija y conocida: su área es la del círculo completo, y su radio hidráulico, la relación entre el área mojada y el perímetro mojado, siempre vale exactamente un cuarto del diámetro, sin importar qué tan grande sea la tubería.
¿Por qué el radio hidráulico de un círculo lleno es tan simple? Porque tanto el área como el perímetro mojado son proporcionales al cuadrado y al diámetro respectivamente de forma directa, y esa razón se simplifica algebraicamente hasta D/4, sin necesidad de ningún cálculo adicional. Con ese radio hidráulico, la ecuación de Manning se aplica exactamente igual que en un canal abierto, porque una tubería fluyendo a superficie libre (no a presión) se comporta hidráulicamente como un canal, aunque tenga sección circular.
En la práctica, las alcantarillas casi nunca se diseñan para fluir exactamente llenas todo el tiempo: se deja un margen de seguridad, pero este caudal a tubo lleno es el punto de referencia máximo de la capacidad de la tubería.
Fórmulas utilizadas
Donde D es el diámetro interno de la tubería (m), n es el coeficiente de rugosidad de Manning del material (adimensional, típicamente 0.013 para tubería de concreto o 0.010 para PVC) y S es la pendiente longitudinal de la tubería (m/m). El área a tubo lleno es A = πD²/4 y el radio hidráulico es R = D/4. El resultado Q es el caudal máximo a tubo lleno, en m³/s.
Ejemplo resuelto paso a paso
Para una tubería de D = 0.6 m, concreto con n = 0.013 y pendiente S = 0.005 m/m (0.5%):
A = π × 0.6² / 4 ≈ 0.2827 m²; R = 0.6/4 = 0.15 m
V = (1/0.013) × 0.152/3 × 0.0051/2 ≈ 1.536 m/s
Q = 1.536 × 0.2827 ≈ 0.434 m³/s
¿Cuándo usar esta calculadora?
Se usa para dimensionar tuberías de alcantarillado pluvial y sanitario, y alcantarillas de drenaje vial bajo terraplenes, verificando que el diámetro propuesto tenga capacidad suficiente para el caudal de diseño. También sirve para verificar la capacidad máxima de una tubería existente antes de conectar una nueva área de aporte. ¿El caudal de diseño de tu proyecto supera el resultado de esta calculadora? Entonces necesitas un diámetro mayor, o aumentar la pendiente de la tubería si el perfil del terreno lo permite.
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