El documento describe los requerimientos hidráulicos para realizar uniones de colectores con régimen súper crítico sin necesidad de un pozo de caída, según el RAS 2000. Estos incluyen que la cota de la superficie del agua y la energía sean similares en los colectores afluentes, que el ángulo de intersección dependa del diámetro del colector de salida, y que se debe mantener el número de Froude mayor que uno para evitar resaltos.

1. 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