Sifon Invertido 5s641t

Son estructuras hidráulicas que se utilizan en canales para Producer el agua a través de obstáculos como un rio una depresión del terreno u otro canal.

El principio de funcionamiento es que el agua funciona por efecto de gravedad, por principio de vasos comunicantes, el agua trata de alcanzar el mismo nivel en las dos ramas. El sifón invertido es el más usado en los canales principalmente para cruzar causes naturales. En la fig. b se muestra el esquema de este tipo de sifón.

El sifón invertido consta de las siguientes partes

1. Depósito de azolve 2. Limitador de gasto 3. Transición de entrada 4. Compuerta de entrada 5. Conducto 6. Válvula de purga 7. Transición de salida

TIPOS DE SIFONES Los principales tipos de sifones son los que se indican a continuación: a) Ramas oblicuas, se emplea para cruces de obstáculos para lo que cuenta con suficiente desarrollo. b) Pozo vertical, con una o dos ramas verticales, son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o en caso de grandes dificultades construidas.

c) Ramas verticales, similar al inciso b d) Con cámaras de limpieza, aplicación en obras de cruce subterráneas

tiene su de vías

Carga de diseño para tuberías – sifones

     

Cargas por la presión de diseño Cargas por peso Cargas dinámicas Velocidades Diámetro mínimo Número de tuberías

Criterios de Diseños para Sifón Invertido CALCULO HIDRAULICO: Los cálculos hidráulicos necesarios para proyectar un sifón son los siguientes: 1. Calculo de pérdida de cargas para determinar el desnivel necesario entre la entrada y la salida. 2. Calculo de las transiciones 3. Verificación del ahogamiento en la entrada 4. Elección del diámetro de la tubería comprobando que la velocidad al interior este dentro de los límites aceptables Para hacer estos cálculos es necesario conocer las características hidráulicas del escurrimiento en distintas secciones, esto se obtiene aplicando sucesivamente las ecuaciones de Bernulli entre par de puntos.

1. Calculo de pérdidas de carga: En un sifón se presentan diferentes tipos de pérdidas de cargas. a. Perdida de carga por transición en la entrada b. Perdida de carga por entrada al conducto c. Perdida de carga por fricción dentro del conducto d. Perdida de carga por transición de salida

a. Perdida de carga por transición en la entrada se ha obtenido experimentalmente que es aproximada al decima parte del incremento de carga de velocidad entre los extremos de transición.

𝒉𝑻𝑬

𝑉2 2 𝑉1 2 = 0.1( − ) 2𝑔 2𝑔

Donde: 𝒉𝑻𝑬 : 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑉1 : 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑉2 : 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛

Valores del coeficiente k e para perdidas de carga en la entrada

c.perdida de carga por fricción dentro del conducto es la componente más considerable de las pérdidas de cargas su valor representa hasta 70% de la pérdida total. Es ocasionada por el rozamiento entre partículas del líquido y la paredes del conducto por lo tanto depende la mayor o menor rugosidad de la superficie interior del conducto. La fórmula de Darcy es una de las usadas para determinar está pérdida de carga 𝐿𝑉 2 𝒉𝒇 = 𝑓 2𝑑𝑔

Donde: ℎ𝑒 : 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑉: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑓: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑎𝑙 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑦 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝐿: 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑑: 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜

d. Perdida de carga por transición de salida se ha obtenido experimentalmente que es aproximada las dos décimas partes del cambio de carga de velocidad entre los extremos de la transición de la salida. 𝒉𝑻𝑺

𝑉3 2 𝑉4 2 = 0.2( − ) 2𝑔 2𝑔

Donde: 𝒉𝑻𝑺 : 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑉3 : 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑉4 : 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 1. Calculo de las transiciones La función de las transiciones es cambiar gradualmente de la sección del canal a la sección del conducto. Según especificaciones el Angulo 𝛼 formado por el eje de la transición y la intersección del nivel del agua con el talud debe estar dentro de los siguientes límites 12º 30’ a 22º 30’

𝛼 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 → 22°30′ 𝛼 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 → 12°30′

𝑏 𝐷 + 𝑑𝑐𝑡𝑔𝜃 − 2 𝑡𝑔𝛼 = 2 𝐿 𝑡𝑔 22°30′ = 0.415 𝑡𝑔 12°30′ = 0.222

𝑏 𝐷 + 𝑑𝑐𝑡𝑔𝜃 − 2 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 2 0.222 𝑏 𝐷 + 𝑑𝑐𝑡𝑔𝜃 − 2 𝐿𝑚𝑖𝑛 = 2 0.415

1. Verificación del ahogamiento en la entrada En sifones invertidos no es necesario el ahogamiento desde el punto de vista de su funcionamiento hidráulico, sin embargo es recomendable que trabaje ahogado sobre todo en la entrada para evitar que entren al conducto sólidos flotantes que puedan obstruirlo

4. Elección del diámetro de la tubería El diámetro de la tubería se determinará mediante la ecuación de continuidad para una gasto de terminado de modo que la velocidad del agua en el conducto este dentro de los limites recomendables para que no se produzcan sedimentación y erosión dentro del conducto. 𝑣 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 → 3.0 𝑚/𝑠 𝑣 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 → 1.5 𝑚/𝑠 Cuando el gasto que deberá conducir el sifón varía dentro de un rango muy amplio no es posible escoger una sola tubería que satisfaga las condiciones de velocidad citadas para diferentes valores del gasto, en estos casos se diseñara sifones con diferentes tuberías independientes para varios valores del gasto y a la entrada una cámara de repartición que conduce el agua hacia el conducto adecuado según el gasto

 Elección de tubería Se utilizará tubería de asbesto cemento suponiendo un diámetro de 30 pulg. (0.762 m) 𝜋𝐷2 𝐴= = 0.785 × 0.7622 = 0.456𝑚2 4 𝑄 1 𝑉= = = 2.19𝑚/𝑠𝑒𝑔 𝐴 0.456 Es una tubería aceptable por lo tanto usaremos una tubería A-C de 30 pulg. (0.762 m) de diámetro  Calculo de la longitud de tubería de transición de entrada 𝛼 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 → 22°30′ 𝛼 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑚𝑒𝑛𝑑𝑎𝑏𝑙𝑒 → 12°30′  𝑡𝑔 22°30′ = 0.415  𝑡𝑔 12°30′ = 0.222 0.762 2.5 + 1.5 − 2 𝐿𝑚𝑎𝑥 = = 16.4 𝑚 0.222 0.762 2.5 + 1.5 − 2 𝐿𝑚𝑖𝑛 = = 8.74 𝑚 0.415 Tomaremos 𝐿 = 10𝑚



Calculo de la longitud de la transición de salida 𝛼 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 → 22°30′ 𝛼 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑚𝑒𝑛𝑑𝑎𝑏𝑙𝑒 → 12°30′

 𝑡𝑔 22°30′ = 0.415  𝑡𝑔 12°30′ = 0.222

𝐿𝑚𝑎𝑥 =

0.63 + 0.5 −

0.762 2 = 3.4 𝑚

0.222 0.762 2.5 + 0.5 − 2 𝐿𝑚𝑖𝑛 = = 1.8 𝑚 0.415

Tomaremos 𝐿 = 3𝑚

Suponiendo la geometría del sifón revisaremos el funcionamiento hidráulico del sifón planteando la ecuación de Bernulli entre las secciones 3 y 4 Sección 4 d4 = 0.63m V4 = 0.97m/seg V4 2 = 0.048m 2g

Sección 3 d3 =? Q 1 1.32 V3 = = = m/seg A 0.762d3 d3 V3 2 0.089 = m 2g d3 2

Aplicando Bernulli

V4 2 V3 2 V4 2 V3 2 ∆2 + d4 + = d3 + − 0.2( − ) 2g 2g 2g 2g 0.3 + 0.63 + 0.048

= d3 +

0.089

d3

2

− 0.2(0.048 −

0.978 = d3 +

0.107 d3 2

0.9876 = d3 +

0.089

d3

2

− 0.0096

0.107

d3 = 0.83m

d3 2

)

planteando la ecuación de Bernulli entre las secciones 3 y2

Donde: Ht = he + hf 𝑉2

𝒉𝒆 = 𝑘𝑒 ( ); para entrada ligeramente redondeada𝑘𝑒 = 0.23

Sección 3

2𝑔

d3 = 0.83m V3 = 1.59m/seg 2

V3 = 0.129 m 2g

Sección 2 d3 =? Q 1 1.32 V3 = = = m/seg A 0.762d3 d2 V3 2 0.089 = m 2g d2 2 Aplicando Bernulli V2 2 V3 2 ∆3 + d2 + = d3 + + Ht 2g 2g

𝒉𝒆 = 𝑘 𝑒 𝒉𝒇 = 𝑓

𝐿𝑉 2 2𝑑𝑔

𝑉2 0.089 0.0205 → 0.23 × = 2𝑔 d2 2 d2 2

;𝑉 velocidad dentro el conducto=2.19 m/s

Para asbesto cemento f=0.020 220 × 2.192 𝒉𝒇 = 0.020 = 1.43𝑚 0.762 × 19.6 d2 + 0.86 +

0.089 d2 2

= 0.83 + 0.129 +

1.529 = d2 +

0.0685 d2 2

d2 = 1.49 m

0.0205 d2 2

+ 1.43

Planteando la ecuación de Bernulli entre las secciones 2 y 1 Sección 2 d3 = 1.49m V2 = 0.886m/seg V3 2 = 0.04 m 2g Sección 1 d1 =? Q 1 V3 = = m/seg A 3d1 + 2d1 2 V3 2 1 = m 2g 19.6 × (3d1 + 2d1 2 )2 Aplicando Bernulli ∆1 + d1 +

1 19.6 × (3d1 + 2d1 2 )2 1.234 = d1 +

= 1.49 + 0.04 + 0.1(0.04 −

1.1 19.6 × (3d1 + 2d1 2 )2

,

1 19.6 × (3d1 + 2d1 2 )2

d1 = 1.23 m

)

SALIDA DEL SIFON

ENTRA DEL SIFON