Calibracion de Sifones 2012

8/9/2019 Calibracion de Sifones 2012

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CALIBRACION DE SIFONES

1.OBJETIVOS DE LA PRCTICA

Comprender el funcionamiento del sifn como estructura de

control de agua de riego.

Obtener los datos experimentales para determinar la curva

de calibracin (relacin entre el gasto y la carga). Comparar y analizar los resultados.

2.FUNDAMENTO TEORICO.

Un Sifn en un sistema de tubos o

caeras en forma de J invertida,

empleado para transportar un

lquido desde un recipiente hasta

otro situado ms abajo, a

travs de un punto intermedio

de altura superior a ambos

recipientes. Cuando ambas

ramas del sifn estn llenas,

el peso del lquido en la rama

ms larga es mayor que el de la

rama ms corta, lo que hace que el lquido

ascienda por la rama corta, pase por el

codo y descienda por la rama larga. El proceso puede iniciarse llenando

el sifn de lquido antes de colocarlo en su posicin de funcionamiento o

succionando por el extremo inferior una vez colocado el sifn. Una vez

iniciado, el flujo continuar hasta que el nivel del lquido en ambos

recipientes se iguale o hasta que el nivel en el recipiente superior caiga

por debajo de la entrada del sifn, con lo que ste aspirar aire y el

proceso de sifonado se interrumpir.

El sifn es muy utilizado en riego superficial, con el fin de extraer el

agua de los canales de ltimo orden, pasando sobre su talud sin

romperlo y entregarla a la cabecera del surco o melga.


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El uso de los sifones goza de gran popularidad, pues permite el

cambio fcil y frecuente del agua de un surco a otro. Esta no es su nica

utilidad pues tambin permite de una manera rpida y sencilla conocer el

gasto que ser entregado y de esta forma lograr un mayor

aprovechamiento del agua y aumentar la eficiencia del sistema.

El sifn invertido es una obra de costo relativamente elevado y presenta

dificultades de limpieza y desobstruccin, razn por la cual debe ser

utilizado solamente despus de un estudio comparativo con otras

alternativas

El gasto que entrega el sifn es directamente proporcional a su dimetro y

a la raz cuadrada de la diferencia el nivel (H) entre el agua del canalabastecedor y el centro del sifn a la salida si la descarga es libre, o de

la elevacin de la superficie del agua si la descarga es ahogada.

El sifn para riego puede ser considerado como una tubera de tamao

intermedio y para su anlisis, debern ser consideradas tanto las

prdidas localizadas como las de friccin.

De tal modo, la carga (H) es igual a la perdida por entrada mas tres

perdidas por los cambios de direccin que ocurren en los puntos 1,2,3,

mostrados, mas la perdida por friccin, mas la energa remanente a lasalida.

ggD

Lf

gK

gKH cBBcd

Bent

2223

2

2222

+++=

Donde:

H : Carga sobre el sifn, en metros.entK

: Coeficiente de prdidas a la entrada, adimensional.

cdK

: Coeficiente de perdidas en los cambios de direccin,

adimensional.

f

: Factor de friccin de Weisbach Darcy, adimensional.

L

: Longitud del sifn, en metros.


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BV

: Velocidad del agua en el sifn, en m/s.

CV

: Velocidad del agua a la salida del sifn, en m/s.

La ecuacin 24.1 se puede agrupar de la siguiente forma:

ggD

LfKKH CBcdent

223

22

+

++=

Si se denomina comotK

la suma dentro del parntesis:

D

LfKKK cdentt 3+=

ggKH CBt

22

22

+=

Aplicando continuidad:CCBB VAVA =

B

C

BC V

A

AV =

Sustituyendo esta ltima expresin en la ecuacin:

g

V

A

A

g

VKH B

C

BBt

22

2

2

22

+=

g

V

A

AKH B

C

Bt

2

2

2

2

+=

Despejando VB:

gH

AAK

V

C

Bt

B 21

2

2=

Y el gasto:

gH

A

AK

AQ

C

Bt

B 2

2

2

+

=

La cual puede quedar as:

gHCAQ 2=


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Que igual a la expresin del gasto en un orificio y en donde:

Q = Gasto del sifn, en m3/s.

C = Coeficiente de gasto, adimensional.

A = rea de la seccin transversal del sifn, en m2

g = Aceleracin de la gravedad, en m/s2

H = Carga del sifn, en m.

La expresin del gasto indica que este se puede determinar si se conocen

las caractersticas geomtricas y la carga H.

En el campo, el caudal suministrado a los curcos puede ser controlado

variado o bien el numero de sifones, o la elevacin de la salida.

Los parmetros para relacionar el gasto y la carga, pueden ser

determinados experimentalmente planteando una expresin general del

tipo.

Q = Khn

Entonces, a partir de valores Q y H, los de K n se pueden conocer

mediante una regresin lineal simple. La expresin se puede lineal izar

tomando logaritmos a ambos trminos:

Log Q = log K + n log H

Siendo

n = pendiente de la recta.

Log K = ordenada en el origen.

Por lo tanto

K = antilog (log K)

Para determinar el coeficiente de gasto en la ecuacin se puede utilizar la

expresin.

342

0

2

3/4

2886,0679,165372.0

DLCn

DC

+

=

Donde:

C = Coeficiente de gasto, adimensional.

Co = Coeficiente por entrada, adimensional

(aproximadamente 0,83)

D = Dimetro interior del sifn, en cm.

n = Coeficiente de rugosidad de Manning, adimensional:

n = 0,008 (aluminio y polietileno)

L = Largo del sifn, en m.


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Para que el sifn funcione es necesario introducirlo total o parcialmente en

el canal; estando sumergido, se tapa el extremo de la salida con la palma

de la mano se gira rpidamente dejndolo sobre el talud, cuidando que la

entrada no queda fuera del agua y al salida quede a un nivel ms bajo

que el nivel de la superficie del agua en el canal: hecho esto, el agua

corre en forma continua.

La fuerza debida a la presin atmosfrica es la que da lugar a la accin

de sifn, manteniendo el flujo en forma continua.

3.APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS

Termmetro de mercurio.- Este

instrumento se uso para medir la temperatura del

agua utilizada en la prctica.

Flexo.-Es un instrumento para medir longitudes

pero es menos exacto y preciso que el pie de rey


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Vernier.-Llamado tambin calibre

deslizante o pie de rey es el

instrumento de medida lineal que

ms se utiliza en el taller. Por

medio del Vernier se pueden

controlar medidas de longitud

interna, externa y de profundidad.

Pueden venir en apreciaciones de

1/20, 1/50 y 1/100 mm y 1/128 pulg, es decir, las graduaciones al

igual que la regla graduada vienen en los dos sistemas de unidades en la

parte frontal.

Cronometro:El cronmetro es unrelojo una

funcin de reloj utilizada para medir fracciones

temporales, normalmente breves y precisas.

Pero en el caso de la practica empleamos

cronometro de celular por simple comodidad.

Sifones:Un sifn est formado por un tubo,

en forma de "U" invertida (existen otros

formas) , con uno de sus extremos

sumergidos en un lquido, que asciende

por el tubo a mayor altura que su superficie,desaguando por el otro extremo. Para que

el sifn funcione el orificio de salida debe

estar ms abajo de la superficie libre pues funciona

por gravedad, y debe estar lleno de lquido ya que esa conectividad

permite que el peso del lquido en la rama del desage sea la fuerza que

eleva el fluido en la otra rama.
http://es.wikipedia.org/wiki/Relojhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reloj


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ESQUEMA DE LA PRCTICA

4.PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO

1. Primeramente mediremos el dimetro interior y la longitud,adems, se tomar nota del material de que est construido, esto paracada Sifn.

2. Por consiguiente se habilita las bombas y se establece un nivel enel tanque de carga constante la vlvula de entrada. Hecho esto, se

evaluarn diferentes gastos con su correspondiente carga de lasiguiente manera: Se sumerge el sifn totalmente en el agua eliminando el aire

contenido dentro de l y se pone a funcionar el sifn dejndolo a lamayor altura posible (mnima carga) sobre la barra deslizante.

Se mide el gasto, Q, por el mtodo volumtrico.

Medir la carga sobre el sifn (H). Para descarga libre, es la

diferencia de niveles entre la superficie libre del tanque de cargaconstante y el centro de la seccin transversal del sifn en la

descarga. Para descarga ahogada, la diferencia de niveles aguasarriba y aguas abajo medidos en los piezmetros.


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Mediante la barra deslizante, se ir bajando el sifn (aumentando

la carga) a distancia convenientemente separadas. Si la descargafuese ahogada, la carga se aumentar disminuyendo el nivel de

aguas abajo.

El procesamiento de los datos experimentales debe seguir el siguienteorden:

1.Calcular el gasto a partir del volumen y el tiempo registrados.

2.Obtener el coeficiente de gasto emprico C.

3.Determinar la ecuacin Q vs. H experimental: Q = KHn

4.Determinar la ecuacin C vs. H experimental: C = M Hx

CALCULOS Y RESULTADOS.-

SIFON 1

DIMETRO INTERIOR D= 2,62 cm TANQUE

DIMETRO EXTERIOR D= 3,40 cm Base=0,6 m

ESPESOR e= 0.78 cm Longitud=1 m

LONGITUD L= 2,83 m Temperatura:18 C

ACELERACIN DE LA GRAVEDAD g= 9,81 m/s2

Tiempo T1= (15.05+18,80+16,90)/3 =16,92 T2= (20,89+20,33+17,17)/3 =19,46

T3= (36,46+34,48+33,89)/3 =34,94

Carga sifn h1= 141,5-(71+13,6)=56,9 h2= 141,5-(71+37,5) =33

h3= 141,5-(71+58) = 12,5

OBSERVACIONES

ALTURA DE TANQUE (h)

metros

TIEMPO (t)

segundos

CARGA DEL SIFON

(H) metros

0,02 16,92 0,569

0,02 19,46 0,330

0,02 34,94 0,125


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SIFON 2

DIMETRO INTERIOR D= 4,10 cm TANQUEDIMETRO EXTERIOR D= 4,90 cm Base=0,6 m

ESPESOR e= 0,80 cm Longitud=1 m

LONGITUD L= 3,02 m Temperatura:18 C

ACELERACIN DE LA GRAVEDAD g= 9,81 m/s2

Tiempo T1= (13,78+13,27+15,21)/3 =14,087 T2= (16,76+17,37+17,39)/3 =17,17 T3= (28,47+27,29+26,64)/3 =27,47

Carga sifn h1= 141,5-(71+24)=46,5 h2= 141,5-(71+29) =41,5

h3= 141,5-(71+56) = 14,5

SIFON 3

DIMETRO INTERIOR D= 5,20 cm TANQUE

DIMETRO EXTERIOR D= 5,90 cm Base=0,6 m

ESPESOR e= 0,70 cm Longitud=1 m

LONGITUD L= 3,02 m Temperatura:18 CACELERACIN DE LA GRAVEDAD g= 9,81 m/s2

OBSERVACIONES


metros

TIEMPO (t)

segundos

CARGA DEL SIFON

(H) metros

0,05 14,087 0,465

0,05 17,17 0,415

0,05 27,47 0,145

OBSERVACIONES


metros

TIEMPO (t)

segundos

CARGA DEL SIFON

(H) metros0,05 8,80 0,440

0,05 10,60 0,335

0,05 13,43 0,108


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Tiempo T1= (8,6+8,3+9,5)/3 =8,80

T2= (11,4+10,2+10,2)/3 =10,60 T3= (13,5+13,7+13,1)/3 =13,43

Carga sifn h1= 141,5-(71+26,5)=44 h2= 141,5-(71+37) =33,5

h3= 141,5-(71+49,7) = 10,8

5.CALCULOS

CLCULO DE VOLUMENES DEL AFORO

V = a*b*h b

SIFON 1 aV = O,O2*0,6*1 = 0,012 m2

SIFON 2V = O,O5*0,6*1 = 0,030 m2 h

SIFON 3V = O,O5*0,6*1 = 0,030 m2

CLCULO DE CAUDALES

Q=V /t

SIFON 1


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Q1=V

1

t1=

0.012

16,92=0,00071

m3

s

Q2=V

1

t1=0.01219,46=

0,00062 m

3

s

Q3=V

1

t1=

0.012

34,94=0,00034

m3

s

SIFON 2Q

1=V

1

t1=

0.030

14,087=0.0021

m3

s

Q2=V

1

t1=

0.030

17,17=0.0018

m3

s

Q3=V

1

t1=0.03027,47

=0.0011m

3

s

SIFON 3

Q1=

V1

t1=

0.030

8,80=0.0034

m3

s

Q2=V

1

t1=

0.030

10,60=0.0028

m3

s

Q3=V

1

t1=0.030

13,43=0.0022

m3

s

AREA SECCION TRANSVERSAL SIFON 1


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A1=

D2

4=(0,0262 )2

4=0.00054m

2


A2=

D2

4=(0,0410 )2

4=0.0013m

2


A3=D

2

4=(0,0520 )2

4=0.0021m

2

CLCULO DE COEFICIENTESQ=CA2gHC=

Q

A2gH

CALCULO DE C

SIFON 1

C1=

Q1

A12g H1

= 0,00071

0.0005429.810,569=0.39351288

C2=

Q2

A12g H2

= 0,00062

0.0005429.810,330=0.45122323

C3=

Q3

A12g H3=

0,00034

0.0005429.810,125=0.40205054

SIFON 2

C1=

Q1

A22g H1

= 0.0021

0.001329.810,465=0.53481055


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C2=

Q2

A22g H2

=0.0018

0.001329.810,415=0.48523889

C3=

Q3

A22g H3

=

0.0011

0.001329.810,145=0.50166734

SIFON 3

C1=

Q1

A32g H1

= 0.0034

0.002129.810,440=0.55104083

C2=

Q2

A32g H2

= 0.0028

0.002129.810,335=0.52007602

C3=

Q3

A32g H3

=0.0022

0.002129.810,108=0.71968426

5.RESULTADOS

SIFON 1

OBSERVACIONES RESULTADOS

ALTURA DE

TANQUE (h)

metros

TIEMPO (t)

segundos

CARGA DEL

SIFON (H)

metros

CAUDAL

(Q) m3/s

COEFICIENT

E (C)


14/16

0,02 16,92 0,569 0,00071 0.39351288

0,02 19,46 0,330 0,00062 0.45122323

0,02 34,94 0,125 0,00034 0.40205054

SIFON 2


ALTURA DE

TANQUE (h)

metros

TIEMPO (t)

segundos

CARGA

DEL

SIFON (H)

metros

CAUDAL

(Q) m3/s

COEFICIENTE

(C)

0,05 14,087 0,465 0,0021 0.53481055

0,05 17,17 0,415 0,00180.48523889

0,05 27,47 0,145 0,00110.50166734

SIFON 3


ALTURA DE

TANQUE (h)

metros

TIEMPO (t)

segundos

CARGA

DEL

SIFON

(H)

metros

CAUDAL

(Q) m3/s

COEFICIENTE

(C)

0,05 8,80 0,440 0,0034 0.55104083

0,05 10,60 0,335 0,00280.52007602

0,05 13,43 0,108 0,00220.71968426

5. ANALISIS DE RESULDADO


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Al analizar los resultados obtenidos en al practica pudimos constatar que

los resultados del coeficiente de gasto empirico fueron casi similares en

los tres casos.

Por otro lado nos pudimos constatar de que por falta de datos en la

practica no pudimos realizar las respectivas graficas Q vs H ; C vs H ya

que como minimo deberiamos tener tres puntos para las las graficas.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se concluyo que el sifn es de gran ayuda para regular el caudalde agua. Ya que depende de la altura en que funciona la parte

final del sifn, es decir a mayor altura el sifn pierde energa as elcaudal es menor pero este tendr que estar por debajo de la altura

del agua que se toma como referencia.

Concluimos que estos conceptos de sifones los pusimos en practica

en algun momento de nuestras vidas sin darnos cuenta es decircuando sacamos gasolina de un auto empleando una manguerasuccionando el aire de ella con la boca.

Recomendamos en el momento de sumergir el sifon en el aguasacudirlo para eliminar todo el aire posible dentro de el ya que elbuen funcionamiento del sifon depende de que no exista aire dentrodel mismo. Por otro lado en el momento de instalar el sifondebemos tapar con la mano un extremo y el otro no sacarlo delagua para evitar el aire.

Se recomienda tener por lo menos tres datos por cada sifon para

evitarse problemas y nos sea permitido graficar.

7. BIBLIOGRAFIA

Internet wikipedia

Documento internet-flujo en tuberas-Luis E. Pardo

Apuntes de hidrulica

Gua de laboratorio


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