Análisis del caudal óptimo para el funcionamiento a tubo lleno en sistemas de drenaje pluvial sifónicos de edificaciones

Abstract

La presente investigación tiene como objetivo determinar el caudal óptimo en un sistema de drenaje sifónico, definido como el caudal máximo alcanzable al lograr el cebado completo del sistema, evitando el ingreso de aire. Para ello, se implementó un experimento con una motobomba que impulsa agua hacia un recipiente ubicado a 6 metros de altura, conectado a una tubería horizontal de 2.5 m y una vertical de 5.5 m. Se usó un plato antivortex para evitar turbulencias y un manovacuómetro en la línea horizontal para medir la presión. Se realizaron pruebas con tuberías de 2", 1½", 1¼" y 1", obteniéndose caudales experimentales de 5.71 l/s, 3.63 l/s, 1.94 l/s y 0.92 l/s, respectivamente. Para asegurar la mínima presencia de aire, se llenó el recipiente hasta un punto de referencia y se detuvo la bomba antes de iniciar la medición. Los cálculos se realizaron con la ecuación de Bernoulli y la de Darcy-Weisbach, usando el factor de fricción de Colebrook-White, mediante un proceso iterativo programado. Los caudales teóricos fueron 5.82 l/s, 3.44 l/s, 1.84 l/s y 0.88 l/s, con errores del 1.91%, 5.25%, 5.20% y 4.25%, validando la precisión del modelo al no haber aire. Las presiones experimentales fueron de -0.40 bar para los tres primeros diámetros y - 0.50 bar para Ø1". Las presiones calculadas fueron -0.35, -0.42, -0.40 y -0.37 bar, con errores de 12.03%, 7.11%, 0.12% y 25.94%, respectivamente.

This research aims to determine the optimal flow rate in a siphonic drainage system, defined as the maximum achievable flow when the system is fully primed and free of air. The experiment involved a motor pump delivering water to a container placed 6 meters above ground level, connected to a 2.5 m horizontal and a 5.5 m vertical pipe. An anti- vortex plate was installed to prevent air entry, and a manovacuumeter was used in the horizontal section to measure pressure. Tests were conducted using pipes of 2", 1½", 1¼", and 1" diameters, yielding experimental flow rates of 5.71 l/s, 3.63 l/s, 1.94 l/s, and 0.92 l/s, respectively. To minimize air presence, the container was filled to a reference level and the pump was stopped before measuring. Flow calculations were based on Bernoulli’s equation for energy conservation and the Darcy-Weisbach equation with the Colebrook-White formula for head loss, solved iteratively through a programmed routine. The theoretical flow rates obtained were 5.82 l/s, 3.44 l/s, 1.84 l/s, and 0.88 l/s, with relative errors of 1.91%, 5.25%, 5.20%, and 4.25%, confirming that air-free conditions yield optimal flow. Measured vacuum pressures were -0.40 bar for the first three diameters and -0.50 bar for the 1" pipe. Calculated pressures were -0.35, -0.42, -0.40, and -0.37 bar, with relative errors of 12.03%, 7.11%, 0.12%, and 25.94%, respectively.