HIDRAULICA 1

DISEÑO DE UN SIFÓN NORMAL

La ingeniería se auxilia de los sifones para transportar agua por encima de una elevación o colina, ya que cuando conducciones a superficie libre se encuentran con obstrucciones en su camino tales como ríos, canales, túneles o valles es frecuente encontrar estas estructuras; en los laboratorios de química también se recurre a estos aparatos, de vidrio, metal o goma, para «bombear» líquidos de un recipiente a otro. Los sifones pueden ser tan diminutos como podamos imaginar hasta verdaderas obras ingenieriles, siempre que en el caso del agua la altura entre la fuente y la parte más elevada del sifón no supere los diez metros, porque la presión atmosférica no puede mantener el peso de una columna de agua a esa altura.

Los sifones pueden ser tan diminutos como podamos imaginar hasta verdaderas obras ingenieriles, siempre que en el caso del agua la altura entre la fuente y la parte más elevada del sifón no supere los diez metros, porque la presión atmosférica no puede mantener el peso de una columna de agua a esa altura. Entonces podemos decir que el sifón tanto normal como invertido nos ayuda a ahorrar distancias, podemos transportar agua desde una cota mayor a una menor, salvar la inestabilidad existente en algunos suelos.

En el siguiente informe se ha construido un sifón normal; tomando en cuenta las normas de diseño.

Estudiar el funcionamiento de un sifón normal.Realizar el diseño de un sifón normal.Comparar el caudal teórico con el caudal práctico.

E.A.P. DE INGENIERIA CIVIL Página 1

I. INTRODUCCIÓN

II. OBJETIVOS


Nuestro trabajo se encuentra ubicado en el departamento de Cajamarca específicamente

dentro de la ciudad universitaria a la altura de la quebrada calispuquio, departamento de

Cajamarca.

Geográficamente:

Latitud: 07° 10’ sur

Longitud: 78°30’

Altitud: 2536 msnm

UBICACIÓN HIDROLÓGICA

- Sistema : Vertiente del Atlántico

GRAFICO DE AMERICA DEL SUR CON SUS VERTIENTES Y RESPECTIVAS CUENCAS

CUENCA HIDROGRÁFICA 0

CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO AMAZONAS

CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO ORINOCO

CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO TOCANTINS

CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO PARANAREGIÓN HIDROGRÁFICA 1

REGION HIDROGRÁFICA 3

REGION HIDROGRÁFICA 5

REGIÓN HIDROGRÁFICA 7

REGIÓN HIDROGRÁFICA 9

VERTIENTE DELOCÉANO ATLÁNTICO

VERTIENTE DELOCÉANO PACIFICO


ALCANCES


OBRAS HIDRÁULICAS

Generalmente se consideran obras hidráulicas: Canales, Bocatomas de derivación, Presas, Estaciones de bombeo, Sistema de abastecimiento de agua potable, Sistema de recogida de aguas residuales, Sistemas de riego, Sistemas de drenaje, Defensas ribereñas, Recarga de acuíferos, Pozos de absorción.

Las estructura hidráulicas son las obras de ingeniería necesarias para lograr el aprovechamiento de los recursos hídricos y controlar su acción destructiva. Trabajan en la mayoría de los casos en combinación con elementos y equipos mecánicos. Se construyen en beneficio del hombre y el desarrollo de la humanidad.

Al proyectar una obra hidráulica se debe buscar en lo posible que su utilización sea de uso múltiple para beneficiar varios sectores de la economía, entre los cuales están:

Hidroenergía: utilización de la energía de las aguas fluviales o marítimas.

Transporte acuático: utilización de las aguas fluviales, de lagos y mares para la navegación y flotación de madera.

Mejoramiento hídrico: utilización de aguas para irrigación de tierras y para la extracción de aguas excesivas de tierras sobresaturadas.

Suministro de agua para el consumo humano.

Control de avenidas e inundaciones.

Recreación

Utilización de otras reservas hídricas: cría de peces, extracción de minerales, sales, algas, etc.

Control de contaminación ambiental.


REVISION DE LITERATURA


SIFÓN

Está formado por un tubo, en forma de "U" invertida, con uno de sus extremos sumergidos en un líquido, que asciende por el tubo a mayor altura que su superficie, desaguando por el otro extremo. Para que el sifón funcione el orificio de salida debe estar más abajo de la superficie libre (el sifón, en la figura, funcionará mientras h2 sea mayor que h1) pues funciona por gravedad, y debe estar lleno de líquido ya que esa conectividad permite que el peso del líquido en la rama del desagüe sea la fuerza que eleva el fluido en la otra rama.

Un sifón es un conducto cerrado diseñado para transportar el agua a sección llena y bajo presión.El diseño hidráulico de un sifón está gobernado por factores fundamentales tales como la topografía que favorezca su desarrollo, condiciones de pérdidas de carga, que permitan el flujo y factores económicos que determinen su viabilidad.

APLICACIONES

En instalaciones hidráulicas en edificios

La aplicación más común de los sifones invertidos es en los desagües de los aparatos sanitarios (fregaderos, lavabos, inodoros, etc.), para evitar que el mal olor de las materias en putrefacción del alcantarillado salga por el orificio de desagüe de los aparatos. El modelo más clásico (y el que mejor funciona hidráulicamente) consiste en un tubo en forma de "S" tumbada, de manera que, al desaguar el aparato, el agua llena las dos ramas del tubo, hasta el nivel de desagüe de la segunda, manteniendo un tapón de agua limpia que cierra la entrada de olores.



En los inodoros, para conseguir un vaciado completo del agua sucia del sifón, se descarga la cisterna en el cubeto, el agua llena la primera curva del tubo y la segunda actúa como un sifón, aspirando el contenido del cubeto hasta que el nivel de agua baja y entra algo de aire. En este momento, el sifón deja de funcionar y retrocede el agua que está en la parte ascendente entre las dos eses, llenando en parte la primera curva del tubo y aislando el desagüe de los gases de la cañería. Posteriormente, el mecanismo de descarga debe dejar salir un poco de agua, de modo que el sifón se llene hasta el nivel de desagüe de la segunda rama, como en el caso anterior.

Como descargador de seguridad en canales

Aprovechando las características hidráulicas de los sifones, estos son más eficientes que los vertederos libres para descargar el agua que, por alguna maniobra equivocada aguas arriba, podría desbordarse de un canal provocando cuantiosos daños a las estructuras, por ejemplo, de canales de riego.

Para atravesar depresiones en el terreno

En esta aplicación en realidad se utiliza lo que comúnmente se llama sifón invertido. Si un canal se encuentra a su paso con una depresión del terreno natural que obligaría a construir un terraplén muy elevado o un puente, muy frecuentemente es más conveniente interrumpir el canal con un tubo en forma de "U", atravesando así la depresión y retomando luego el canal cuando el terreno vuelve a tener una cota adecuada. En este caso el funcionamiento hidráulico se basa simplemente en el "principio de los vasos comunicantes". El problema más importante es que en la parte inferior del sifón puede haber una presión hidráulica elevada, lo que requiere tuberías reforzadas, capaces de resistirla. A menudo es más barato hacer el puente (como hacían los romanos en los acueductos)

Para alimentar surcos de riego

Es un sistema bastante utilizado puesto que permite retirar el agua desde el canal terciario de riego sin dañar el canal mismo, que generalmente es de tierra. Generalmente estos sifones son de polipropileno (PP) flexible, de un diámetro de entre 50 y 80 mm (2" y 3").



SIFÓN NORMAL


SIFÓN NORMAL

Conduce el agua pasando sobre el obstáculo, y su funcionamiento se

debe a la entrada.

Un ejemplo muy común de éste tipó de sifones es el empleado por los agricultores para aplicar el agua a los surcos através del bordo del canal.

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, el agua cae por grravedad hacia la rama derecha dejando u vaciío en la cresta lo que hace quel flujo sea continuo mientras no se introduca aire en el conducto, por esta razón la entrada al sifón debe estar siempre ahohada.


Los cálculos necesarios para proyectar un sifón son los siguientes:

1. Calculo de las pérdidas de carga para determinar el desnivel necesario entre la entrada y salida.

2. Calculo de las transiciones.3. Verificación del ahogamiento en la entrada.4. Elección del diámetro de la tubería comprobando que la velocidad en el interior de

este dentro de los límites aceptables. Esto de obtiene aplicando sucesivamente la ecuación de Bernoulli entre ambos puntos.

Cálculos de pérdidas de carga en el conducto:

a) Perdida de carga por fricción dentro del conducto:

Es la componente más considerable de la pérdida de carga, su valor puede representar hasta el 70% de la pérdida total. En ocasiones por el rozamiento entre películas del líquido y las paredes del conducto por lo tanto depende de la mayor o menor rugosidad de la superficie interior del conducto.

En formula de Darcy es una de las más usadas para determinar esta pérdida de carga.


IV. CÁLCULO HIDRÁULICO


Dónde:

hf : Pedida de carga por fricción.f : Coeficiente de fricción.L : Longitud de la tubería.V : Velocidad.d : Diámetro interior de la tubería.

b) Perdidas de cargas locales.

Estas ocurren debido a cualquier disturbio del flujo provocado por curvaturas o cambios en la sección. Son llamadas pérdidas menores porque pueden despreciarse con frecuencia, particularmente en tuberías largas donde las pérdidas debidas a la fricción son altas en comparación con las pérdidas locales. Sin embargo en tuberías cortas y con un considerable número de accesorios, el efecto de las pérdidas locales será grande y deberán tenerse en cuenta.

Experimentalmente se ha demostrado que la magnitud de las pérdidas es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad V2/2g.

hl : Pedida de carga por fricción.k : Coeficiente de acuerdo al tipo de accesorio.V : Velocidad.



Materiales

Tubo de ½ pulgada: Cinta Teflón:

Válvula globo de ½ pulgada: Wincha:


METODOLOGIA YPROCEDIMIENTO


T con su respectiva tapa:

Codos de 90° y 45°:

Procedimiento

1° Compramos el tubo de ½ pulgada y los diferentes accesorios que utilizaremos en nuestro diseño del sifón.

2° Luego procedimos a cortar la tubería de acuerdo a las medidas que necesitamos.3° Realizar el pegado de la tubería con los accesorios.4° Tuvimos que asegurarnos que las piezas se encuentren bien pegadas5° Para luego unir todo y tener listo nuestro sifón6° Realizamos la prueba del sifón.




V. RESULTADOS.


APLICAMOS LA ECUACION DE LA ENERGÍA

P1

γ+V 1

2

2 g+∆ z=

P2

γ+V 2

2

2g+hf+hL


Coeficientes de accesorios para pérdidas locales:

k 1→Válvula globo=10

k 2→codo90 º=0.9

k 3→TEE=0.5

k 4→codo 45 º=0.42

k 5→Válvulachek=2.5

k T=15.16

Datos iniciales:

P1=0

V 1=0

∆ z=0.60m

L=3.298m

Di=0.0167m


Reemplazamos nuestros datos en la formula anterior:

0+0+∆ z=0+V 2

2

2g+ fLV 2

D∗2g+ k V 2

2g

Asumiendo un f de 0.02 tenemos:

0.60=V 2

2 g (1+ 0.02∗3.2980.0167

+0.9+(3∗0.42 )+2.5+ (20∗0.02 )+10)

V =0.754 m/s

Luego realizamos Reynolds:

ℜ=V . Dμ

ℜ=0.754∗0.0167

1.007∗10−6

ℜ=12504.27

Luego con ayuda del diagrama de MOODY encontramos nuestro f para la segunda iteración:



Con la gráfica nos damos cuenta que es de régimen turbulento.

Al encontrar nuestro f=0.03 nuevamente procedemos a calcular nuestra nueva velocidad.

0.60=V 2

2 g (1+ 0.03∗3.2980.0167

+0.9+ (3∗0.42 )+2.5+ (20∗0.03 )+10)

V=0.728m/s

Luego realizamos Reynolds:

ℜ=0.728∗0.0167

1.007∗10−6

ℜ=12073.08



Ahora vamos al diagrama de MOODY nuevamente y hallamos de nuevo f:

Como vemos en la gráfica el valor de f es 0.03 por lo tanto la velocidad es v=0.728m/s

Luego hallamos el caudal:

Q=V∗A

Q=0.728

ms∗π

4∗0.01672

Q=1.59∗10−4 m3 /s

Q=0.16 l /s



Para hallar nuestro caudal práctico hicimos la prueba con nuestro sifón.

Al realizar la prueba de nuestro sifón encontramos nuestro caudal de prueba:

Q=0.17 l /s

En un sifón normal 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.

Se realizó el diseño del sifón normal.

El Caudal teórico y práctico obtenido fue.

Caudal teórico: 0.16 l / sCaudal practico: 0.17 l / s

http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/monografias/basic/cruz_lb/cap1.pdf


http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3487/Capitulo3.pdf


VII. BIBLIOGRAFIA.

VII. CONCLUCIONES.

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3487/Capitulo3.pdf



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