Hidráulica y tuberías
Calculadora de flujo en tuberías con la ecuación de Manning
La ecuación de Manning se usa para dimensionar drenajes pluviales, cañones de alcantarillas y alcantarillado sanitario que fluyen por gravedad. Ingrese el diámetro de la tubería, la pendiente y la n de Manning para obtener la capacidad a tubo lleno y la velocidad.
Fórmula
Ecuación de Manning en unidades US: Q = (1.49/n) × A × R^(2/3) × S^(1/2), con Q en cfs, A en ft², R = A/P en ft y S en ft/ft. Para una tubería circular llena A = πD²/4 y R = D/4. Velocidad V = Q/A.
Ejemplo resuelto
Una tubería de concreto de 18 in (n = 0.013) con 0.5% de pendiente: A = 1.767 ft², R = 0.375 ft, R^(2/3) = 0.520, √0.005 = 0.0707. Q = (1.49 ÷ 0.013) × 1.767 × 0.520 × 0.0707 = 7.45 cfs. V = 7.45 ÷ 1.767 = 4.21 ft/s.
Supuestos y limitaciones
- Flujo por gravedad constante y uniforme con la tubería recién llena (sin sobrecarga).
- Las tuberías parcialmente llenas conducen menos (excepto alrededor del 93% de profundidad, donde el flujo supera ligeramente la capacidad a tubo lleno).
- Valores típicos de n: 0.012 a 0.013 para concreto y plástico liso, 0.024 para metal corrugado.
Preguntas frecuentes
¿Qué n de Manning debo usar?
FHWA HDS-5 y HEC-22 indican aproximadamente de 0.012 a 0.013 para tubo de concreto, de 0.009 a 0.015 para plástico de pared lisa según su condición, y alrededor de 0.022 a 0.027 para metal corrugado de 2-2/3 in por 1/2 in. Las agencias locales suelen especificar valores de diseño.
¿Cuál es la velocidad mínima en un alcantarillado?
Los alcantarillados sanitarios suelen diseñarse para al menos 2 ft/s a tubo lleno, de modo que los sólidos no se asienten (Ten States Standards). Los drenajes pluviales suelen apuntar a al menos 2.5 a 3 ft/s.
¿Por qué aparece 1.49 en la ecuación?
Convierte la forma del SI (coeficiente 1.0) a unidades usuales de EE. UU.: 1.49 es aproximadamente la raíz cúbica de 3.2808 (pies por metro), 3.2808^(1/3) = 1.486.