Calculadora de Manning para tuberías y canales
Calcula el caudal, la velocidad o el tirante normal con la fórmula de Manning en tuberías circulares que trabajan parcialmente llenas y en canales rectangulares, trapezoidales y triangulares. Con número de Froude, tensión tractiva y unidades SI o US.
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- Tuberías y canales
- SI y unidades US
Calculadora de la fórmula de Manning
Resultados
- Tirante normal
- 0.082 m
- y/D = 41.0 %
- Velocidad
- 1.24 m/s
- Número de Froude
- 1.59
- Supercrítico (rápido)
- Tensión tractiva
- 4.28 Pa
- Caudal
- 15.00 L/s
- Área mojada
- 0.0121 m²
- Perímetro mojado
- 0.278 m
- Radio hidráulico
- 0.0436 m
- Espejo de agua
- 0.197 m
- Caudal a tubo lleno
- 42.64 L/s
- Velocidad a tubo lleno
- 1.36 m/s
- Capacidad usada (Q/Qlleno)
- 35.2 %
Flujo uniforme con superficie libre. Agua a 1000 kg/m³ y g = 9.81 m/s². En canales, el esquema no está a escala.
En pocas palabras
La fórmula de Manning calcula la velocidad del agua en flujo uniforme con superficie libre: V = (1/n) · R2/3 · S1/2, donde n es el coeficiente de rugosidad del material, R el radio hidráulico (área mojada entre perímetro mojado) y S la pendiente. El caudal es Q = V · A. Se usa para diseñar alcantarillado, drenaje pluvial y canales; no aplica a tuberías a presión, que se calculan con Hazen-Williams o Darcy-Weisbach.
La fórmula de Manning
V = (1/n) · R2/3 · S1/2
Q = V · A
- V: velocidad media (m/s).
- n: coeficiente de rugosidad de Manning; depende del material.
- R: radio hidráulico = A / P, en metros (A: área mojada; P: perímetro mojado).
- S: pendiente de la solera o de la tubería (m/m).
- Q: caudal (m³/s).
V = (1.49/n) · R2/3 · S1/2
La misma fórmula en unidades US (pies y segundos). La calculadora trabaja en SI y convierte, así que puedes usar cualquiera de los dos sistemas.
Coeficiente n de Manning por material
Valores típicos de diseño. El rango refleja el estado de la superficie: usa el extremo alto para superficies envejecidas, con juntas o con sedimentos.
| Material o superficie | n típico | Rango |
|---|---|---|
| PVC o polietileno (HDPE) liso | 0.010 | 0.009 – 0.011 |
| Tubería de concreto | 0.013 | 0.011 – 0.015 |
| Hierro fundido o dúctil | 0.013 | 0.010 – 0.014 |
| Tubería de metal corrugado | 0.024 | 0.021 – 0.030 |
| Canal de concreto frotachado | 0.015 | 0.013 – 0.016 |
| Mampostería de piedra | 0.025 | 0.017 – 0.030 |
| Canal en tierra, limpio | 0.022 | 0.018 – 0.025 |
| Canal en tierra con pasto corto | 0.027 | 0.022 – 0.033 |
| Canal excavado en roca | 0.035 | 0.025 – 0.040 |
| Cauce natural limpio | 0.030 | 0.025 – 0.033 |
Referencia: Ven Te Chow, Open-Channel Hydraulics (1959); para PVC y polietileno, valores habituales de fabricantes. Si la norma de tu país fija un n de diseño, usa ese.
Tubería parcialmente llena: el caudal máximo no es a tubo lleno
En una tubería circular, el caudal máximo se da con un tirante de alrededor del 94 % del diámetro y es cerca de 7.6 % mayor que el caudal a tubo lleno. La velocidad máxima ocurre hacia el 81 % del diámetro. La razón: cerca de la clave el perímetro mojado crece más rápido que el área, y el radio hidráulico cae.
Por eso, entre el caudal a tubo lleno y el máximo hay dos tirantes posibles para el mismo caudal. La calculadora devuelve el menor, que es el de diseño, y te avisa si el caudal supera el máximo: en ese caso el tubo trabajaría a presión y Manning ya no aplica.
Ejemplo: colector de PVC de 200 mm
Un colector de PVC (n = 0.010) de 200 mm con 1 % de pendiente debe conducir 15 L/s. ¿Con qué tirante y velocidad trabaja?
- Caudal a tubo lleno: 42.6 L/s, así que trabaja al 35 % de su capacidad.
- Tirante normal: 82 mm, es decir, y/D = 0.41.
- Velocidad: 1.24 m/s.
- Tensión tractiva: 4.28 Pa.
- Número de Froude: 1.59, flujo supercrítico, habitual en colectores pequeños con pendiente.
Son los valores que trae cargados la calculadora: cámbialos por los de tu tramo.
Criterios de diseño habituales en alcantarillado
Manning da la hidráulica; la norma de cada país fija los límites. Como referencia, la norma peruana OS.070 pide:
- Una tensión tractiva media de al menos 1.0 Pa en cada tramo, para que el flujo arrastre los sólidos.
- Un tirante máximo del 75 % del diámetro.
- Una velocidad máxima de 5 m/s.
Verifica siempre con la versión vigente de la norma y con los requisitos de la empresa de saneamiento. Si diseñas la red en Civil 3D, mira cómo modelar redes de tuberías con sus accesorios.
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Preguntas frecuentes
¿Qué es el coeficiente n de Manning?
Es un número que representa la rugosidad de la superficie por donde corre el agua: cuanto más alto, más fricción y menos velocidad. Va de unos 0.010 en PVC a 0.035 o más en canales excavados en roca.
¿Qué es el radio hidráulico?
Es el área mojada dividida entre el perímetro mojado (R = A/P). Mide qué tan eficiente es la sección: con la misma área, más perímetro en contacto con el agua significa más fricción.
¿Se puede usar Manning en tuberías a presión?
No. Manning es para flujo con superficie libre: canales y tuberías que trabajan parcialmente llenas, como el alcantarillado. Las redes de agua a presión se calculan con Hazen-Williams o Darcy-Weisbach.
¿Por qué el caudal máximo de un tubo no es a tubo lleno?
Porque cerca de la parte superior el perímetro mojado crece más rápido que el área. El máximo se da hacia el 94 % del diámetro y es cerca de 7.6 % mayor que el caudal a tubo lleno.
¿Qué es el tirante normal?
Es la profundidad que alcanza el agua cuando el flujo es uniforme: la pendiente, la rugosidad y el caudal están en equilibrio. Es lo que calcula la herramienta en el modo «Tirante normal».
¿Qué indica el número de Froude?
Compara la velocidad del flujo con la de una onda en la superficie. Con Fr menor que 1 el flujo es subcrítico (tranquilo); con Fr mayor que 1, supercrítico (rápido). Cerca de 1 el flujo es inestable y conviene evitarlo en el diseño.
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