DISEÑO DE SIFÓN NORMAL.docx

INDICE

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………1

OBJETIVOS…………………………………………………………………………………….1

ALCANCES……………………………………………………………………………………..2

JUSTIFICACIÓN……………………………………………………………………………….2

REVISIÓN DE LITERATURA…………………………………………………………………4

METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO……………………………………………………...10

RESULTADOS Y DISCUSIÓN……………………………………………………………….10

CONCLUSIONES……………………………..……………………………………………….14

RECOMENDACIONES...……………………..……………………………………………….14

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………14

ANEXOS………………………………………………………………………………...………15

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCANorte de la Universidad Peruana

DISEÑO DE SIFÓN NORMAL

I. INTRODUCCIÓN.

El sifón normal surge como solución a la necesidad de burlar un obstáculo topográfico y su funcionamiento se debe a la presión atmosférica que actúa en la superficie del agua, a la entrada. Es notable la utilidad que tiene este tipo de estructuras no solo porque resuelve el problema de realizar grandes tramos de canal cuya construcción demandaría mayores costos elevando el monto del proyecto.

Los sifones normales son usados para transportar agua proveniente de canales por debajo de carreteras y vías de tren debajo de ríos y quebradas, etc. Para que una estructura de este tipo llegue a su funcionamiento tiene que haber una diferencia de presiones entre la entrada (Presión atmosférica) y en el interior del conducto (Presión cero o próxima a cero). Los estudios económicos y las consideraciones topográficas, geológicas e hidrológicas, determina la factibilidad de usar uno u otro tipo de estructura.

II. OBJETIVOS:

Diseño hidráulico de un sifón normal ubicado en nuestra ciudad universitaria, exactamente en el área de las oficinas de Silvo Agropecuario-UNC.

MECANICA DE FLUIDOS II 1


III. ALCANCES

La práctica realizada, nos sirve como base para el análisis como una estructura que

permite pasar el agua por un obstáculo. Además para entender y explicar los

procedimientos y resultados de los parámetros de diseño, mediante la ejecución una visita

técnica al lugar donde está ubicado esta estructura. Así también para el conocimiento en

qué tipo de lugares se puede utilizar un sifón normal.

Dentro del campo de la ingeniería podemos notar las ventajas que tiene este tipo de sifón

la cual es pasar el agua de un lado del obstáculo al otro lado para el uso de los en la

agricultura.

Los materiales vistos en la visita y usados para obtener nuestros datos son:

Cronometro.

Wincha.

Nivel.

Válvulas.



IV. JUSTIFICACIÓN

El tipo de sifón que se ha visto es un sifón normal lo cual permite que pasemos el agua

superando el obstáculo. Puesto que con la construcción del sifón normal se da uso

adecuado del agua para usos como riego tecnificado u algún otro uso que se le pueda dar

de acuerdo a los que se pueda diseñar a pedido de los entes solicitantes y el diseño se

hace de acuerdo a los para metros según la autoridad nacional del agua; el informe queda

justificado.



V. REVISION DE LITERATURA:

DISEÑO HIDRÁULICO DEL SIFÓN NORMAL

UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

CAMPUS DE NUESTRA CIUDAD UNIVERSITARIA – CAJAMARCA.

A. ELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA.

Cuando el nivel del agua es menor que la rasante del obstáculo, se puede utilizar una alcantarilla, y si el obstáculo es muy grande se usa un túnel.

Cuando el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstáculo, se puede utilizar como estructura de cruce como puente canal o un sifón invertido o la combinación de ambos.

El puente canal se utilizara cuando la diferencia de niveles entre rasante del canal y la rasante del obstáculo, permite un espacio libre suficiente para lograr el paso del agua en el caso de arroyos o ríos.

El sifón invertido se utilizara si el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstáculo.

Tipos de sifones

Los principales tipos de sifones invertidos son los que se indican a continuación:a) Ramas oblicuas:

b) Pozo vertical:



c) Ramas verticales:

d) Con cámaras de limpieza:

A.1- Concepto de acueducto

El puente canal es una estructura utilizada para conducir el agua de un canal logrando atravesar una depresión. Está formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser de concreto, acero, madera u otro material resistente, donde el agua escurre por efectos de gravedad.

A.2- Concepto de sifón normal.

El sifón normal, llamado simplemente sifón por la mayoría de los autores conduce el agua pasando sobre el obstáculo (como se muestra en la figura) y su funcionamiento se debe a la presión atmosférica que actúa en la superficie del agua a la entrada; para iniciar su funcionamiento es necesario producir el vacío en el interior del conducto, entonces la diferencia de presión entre la entrada (Presión atmosférica) y en el interior del conducto (Presión cero o próxima a cero) hace que el agua fluya en sentido ascendente al llegar a la cresta A, el agua cae por gravedad hacia la rama derecha dejando un vacío en la cresta lo que hace que el flujo sea continuo mientras no se introduzca aire en el conducto, por esta razón la entrada al sifón debe estar siempre ahogada.



Un ejemplo muy común de este tipo de sifones es el empleado por los agricultores para aplicar el agua a los surcos a través del bordo del canal.

B. CÁLCULO HIDRÁULICO DE UN SIFÓN.

Para que cumpla su función el diseño del sifón, se debe de proceder como sigue:



Analizaremos en las posiciones 1 y 2, para lo cual aplicamos la ecuación de la energía específica:

P1

γ+

V 12

2 g+Z1=

P2

γ+

V 22

2 g+Z2+h totales

∆ h=P1

γ+

V 12

2 g+Z1−(

P2

γ+

V 22

2 g+Z2)

Se lo puede definir también como una estructura hidráulica que permite conducir un líquido desde un nivel de cota topográfica alta hasta un punto más bajo; pero atravesando puntos más altos que los del nivel de entrada.



Pasando el plano referencial por el extremo de salida de la tubería y aplicando la ecuación de la energía entre la fuente y la sección de salida del conducto.

P1

δ+Z1+α1

V 12

2g=

P2

δ+Z2+α2

V 22

2 g+∑

1→2

pérdidas

Condiciones de frontera:

P1=P2=Pat=0(Presiones manométricas)

Z1=Constante (flujo permanente)

Z2=0 (El plano de referencia pasa por el centroide del extremo de descarga)

V 1=0 (Flujo permanente)

V 2=V (Velocidad en cualquier sección del conducto)

α=1 (Flujo turbulento)



Sustituyendo las condiciones de frontera en la ecuación de la energía y teniendo en cuenta además que el término de pérdidas incluye las pérdidas por fricción y las singulares, se llega a la siguiente expresión.

ΔH= 8Q2

π 2 gD4 (1+ LD

f +K )

ΔH= Desnivel entre la fuente y el extremo de salida

Q= Caudal de diseño

g= Gravedad terrestre

D= Diámetro del sifón

L= Longitud del sifón

f = Factor de fricción de Darcy

K= Suma de coeficientes de pérdidas en accesorios del sifón.

Aplicando la ecuación de la energía entre la fuente y la sección crítica “c ” de presiones negativas.

P1

δ+Z1+

αV 12

2g=

P2

δ+Zc+

αV c

2g+∑

1→c

pérdidas

En la fuente se tiene las mismas condiciones de frontera, sólo que ahora consideramos presiones absolutas para compatibilizar con la presión de vapor del líquido que tiene valor absoluto.

Reemplazando estas condiciones en la ecuación de la energía y despejando la presión

crítica del punto c .

( Pc

δ )abs

=(Patm

δ )−hc−8 Q2

π2 gD4 (1+ L ´D

f +K ´ )



Pc = Presión absoluta en la sección crítica c

Patm= Presión barométrica

hc = Desnivel entre la fuente y la sección crítica c

Q = Caudal del diseño del sifón

g = Gravedad terrestre

D = Diámetro del sifón

L ´ = Longitud de la tubería desde la entrada hasta la sección crítica c

K ´ = Suma de coeficientes de accesorios desde la entrada hasta la sección crítica c.

En el caso de sifón, la fuente de energía externa lo constituye la presión atmosférica local para el tramo de ascenso y la carga hidráulica para el ramal de descenso.

Los accesorios imprescindibles en el sifón normal son: una pichincha, constituida por una coladera y una válvula check o de pie; un tapón de cebado en la parte más alta, una válvula de aire y una válvula de compuerta o de purga.



VI. METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO

DISEÑO HIDRÁULICO DEL SIFÓN NORMAL.

Con la visita a campo realizada durante dos días de horas practicas del curso, vamos a proceder al diseño hidráulico del sifón normal ubicado en nuestra ciudad universitaria.

Procedimiento de práctica.

Para el inicio de la parte práctica, nos dirigimos al lugar de práctica ubicada en nuestra ciudad universitaria. Previa explicación del docente encargado del curso, se procedió al llenado al tanque de agua con una cisterna.

Se procedió a la instalación de los accesorios complementarios, ya que la obra hidráulica esta en deterioro.

Procedimos al cálculo del caudal que circula a través de la tubería a trabajar, esto se realizó con medidas repetitivas con una muestra de trabajo que contaba de un balde de capacidad aproximada de 20 litros, tomando datos del tiempo que se demora en llenar dicho volumen.

Luego se procedió a la toma de medidas de los accesorios que se tiene durante el aforo de la práctica.

Ya en un procedimiento de gabinete se procedió al diseño respectivo, obteniéndose los siguientes resultados.

VII. RESULTADOS Y DISCUCION

Cálculo del caudal (Q) en práctica.

El caudal lo obtenemos con ensayos repetitivos para hallar un tiempo promedio.

Ensayo N° Tiempo (Seg) Volumen (Lts)1 21.15 202 20.67 203 21.02 204 21.12 205 20.75 20

Promedio 20.94 20

Caudal=VolumenTiempo

= 2020.94

=0.955 Lit /Seg



Diseño Hidráulico.

Datos de diseño obtenidos en el campo:

Longitud de diseño (L) = 13.14 m

Diámetro de la tubería (D) = 1 pulg = 0.0254 m

Aceleración gravitatoria (g) = 9.81 m/s2

Diferencia de alturas (Z1 – Z2) = 3.40 m

Perdidas locales:

Codo 90° (1) =0.9

Codo 45 ° (1) =0.45

Válvula de aire (1) =4

Válvula globo (1) =0.2

Válvula chek (1) = 2.5

Traslape (1) =0.04

Por condiciones teóricas, sabemos que:

P1

γ+

V 12

2 g+Z1=

P2

γ+

V 22

2 g+Z2+∑ H f +∑ H l

Condiciones de frontera:

P1=P2=Pat=0 (Presionesmanometricas)

V 1=0 (Flujo permanente)

P1

γ+

V 12

2 g+Z1=

P2

γ+

V 22

2 g+Z2+∑ H f +∑ H l

Z1−Z2=V 2

2

2 g+∑ H f +∑ H l

Z1−Z2=V 2

2

2 g+ f

LD

V 2

2 g+k

V 2

2 g



∆ H =V 2

2 g+f

LD

V 2

2 g+k

V 2

2 g

∆ H=V 2

2 g (1+ fLD

+k )∆ H= 8 Q2

π2 g D 4 (1+fLD

+k)Asumiendo un f = 0.02, tenemos:

3.4= 8 Q2

π 2× 9.81× 0.02544 (1+0.0213.14

0.0254+2.5+0.9+0.45+0.04+4+0.2)

Q=0.000939 m3/ S

Q=0.939LtsS

Comprobamos el valor de f

Sabemos que:

R= 4Q

υ× π × D2

R= 4∗0.000939

1.142 ×10−6× π × 0.02542

R= 4∗0.000939

1.142 ×10−6× π × 0.02542

R = 2*106

εD

=0.00152.54

=0.0006

Entrando al diagrama de Moody con εD

y R tenemos un f =¿ 0.0195

3.4= 8 Q2

π 2× 9.81× 0.02544 (1+0.019513.14

0.0254+2.5+0.9+0.45+0.04+4+0.2)



Q=¿0.000945 m3/S

Q=¿0.945 Lts/S





VIII. CONCLUSIÓN

El diseño del sifón normal se ha comprobado en los pasos anteriores, como se puede ver hay una pequeñísima variación entre el caudal real y el caudal de diseño, con lo cual podemos concluir que los cálculos se han realizado correctamente.

IX. RECOMENDACIONES

- Se recomienda a los sectores de riego realizar o interesados en el sector del riego mediante el uso de esta técnica, realizar trabajos de limpieza del sifón a fin de evitar el acumulamiento de sedimentos ya que podrían afectar el funcionamiento del sifón.

- Realizar trabajos de mantenimiento de las tuberías de acero con pintura anticorrosiva expósita con el fin de evitar la corrosión.

X. BIBLIOGRAFIA:

Reglamento de la autoridad nacional del agua.

Reglamento nacional de construcciones.

Hidráulica General de Gilberto Sotelo Ávila.

Mecánica de Fluidos de Merle C. Potter.



XI. ANEXOS

Imágenes del cálculo del caudal en el sifón y la vista del sifón


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