Practica7 Calibración de Sifones

LABORATORIO DE HIDRALICA I 20 de Julio de 2012

CALIBRACIN DE SIFONES | UNIV. CUETO MNDEZ RODRIGO 0

PRCTICA # 7

CALIBRACIN DE SIFONES



CONTENIDO

1.- OBJETIVOS DE LA PRCTICA. .2

1.1 General

1.2 Especficos

2.- APLICACIONES PRCTICAS. .2

3.- MARCO TEORICO. .4

4.- ESQUEMA DE LA PRCTICA. .10

5.- HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS. .12

6.- PROCEDIMIENTO DE LA PRCTICA. .13

7.-CALCULOS. .19

- Tabla de resultados

7.1.- anlisis de resultados

8.-CONCLUSIONES. .22

9.-RECOMENDACIONES. .23



1. OBJETIVOS DE LA PRCTICA:

1.1 General

El objetivo fundamental de la prctica es conocer el funcionamiento del sifn como

estructura de control del agua de riego.

1.2 Especficos

Obtener los datos experimentales para determinar la curva de calibracin (relacin

entre el gasto y la carga).

Verificar y comparar si los resultados medidos experimentalmente son los mismos

con el obtenido terico con los que se reportan en la literatura.

2. APLICACIONES PRCTICAS:

Los sifones son una aplicacin basada en el principio de diferencia de presiones

dado por la energa de posicin.

En instalaciones hidrulicas en edificios

La aplicacin ms comn de los sifones es en los desages de los aparatos

sanitarios (fregaderos, lavabos, inodoros, etc.), para evitar que el mal olor de las

materias en putrefaccin del alcantarillado salga por el orificio de desage de los

aparatos. El modelo ms clsico (y el que mejor funciona hidrulicamente) consiste

en un tubo en forma de "S" tumbada, de manera que, al desaguar, se llena la

primera curva del tubo y la segunda acta como un sifn, vaciando la primera

hasta que el nivel de agua baja y entra algo de aire. En este momento, el sifn deja

de funcionar y retrocede el agua que est en la parte ascendente entre las dos

eses, llenando la primera curva del tubo y aislando el desage de los gases de la

caera.



Tambin se pueden llevar todos los desages a un sifn comn, llamado

"bote sifnico".

En aparatos electrodomsticos

La toma de leja y suavizante de las lavadoras suele ser un sifn. El suavizante est

en su cubeta y no alcanza la parte superior del sifn, pero cuando se abre la vlvula

de entrada de agua, el nivel sube, comenzando el sifonamiento, que no se

interrumpe hasta haber vaciado el depsito de suavizante.

El sifn es la parte de la tubera de desage de los lavabos y fregaderos que se

obstruye con ms facilidad.

Como descargador de seguridad en canales

Aprovechando las caractersticas hidrulicas de los sifones, estos son ms

eficientes que los vertederos libres para descargar el agua que, por alguna

maniobra equivocada aguas arriba, podra desbordarse de un canal provocando

cuantiosos daos a las estructuras, por ejemplo, de canales de riego.

Para atravesar depresiones en el terreno

En esta aplicacin en realidad se utiliza lo que comnmente se llama sifn

invertido. Si un canal se encuentra a su paso con una depresin del terreno natural



que obligara a construir un terrapln muy elevado o un puente, muy

frecuentemente es ms conveniente interrumpir el canal con un tubo en forma de

"U", atravesando as la depresin y retomando luego el canal cuando el terreno

vuelve a tener una cota adecuada. En este caso el funcionamiento hidrulico se

basa simplemente en el "principio de los vasos comunicantes". El problema ms

importante es que en la parte inferior del sifn puede haber una presin hidrulica

elevada, lo que requiere tuberas reforzadas, capaces de resistirla. A menudo es

ms barato hacer el puente (como hacan 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 daar el canal mismo, que generalmente es de tierra.

Generalmente estos sifones son de polipropileno (PP) flexible, de un dimetro de

entre 50 y 80 mm (2" y 3")



3. MARCO TEORICO:

Los fundamentos del flujo incompresible estacionario en conductos a presin tratados en

este capitulo sirven solamente de introduccin a temas ms avanzados relacionados con

los flujos en conductos. Cuando un desage debe desviarse hacia abajo para evitar

obstculos como, por ejemplo, arroyos, el flujo lo llenar por completo denominndosele

sifn invertido; es preciso mantener el nivel de turbulencia, y por tanto la velocidad,

cuando vara el caudal, para evitar que los slidos en suspensin se depositen en tales

puntos bajos1.

Un sifn est formado por un tubo, en forma aproximada de "U" invertida, 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 debe estar lleno de

lquido, ya que el peso del lquido en la rama del desage es la fuerza que eleva el fluido

en la otra rama2.

El sifn ya era conocido por los romanos que lo utilizaban en sus acueductos.

1. MECANICA DE FLUIDOS con aplicaciones en IngenieraProf. JOSEPH B. FRANZINI McGrawHill PAG.213. 2. Libro Mechanics of Fluids Prof. Stanley A. Berger perdidas de friccin cap. 7 pg. 388.



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

y para su anlisis, debern consideradas las prdidas locales como las de friccin

De tal modo, la carga H es igual a la perdida de la entrada mas tres perdidas por los

cambios de direccin que ocurren en los puntos1,2,3, mostrados en la fig. Mas la

perdida por friccin mas la energa remanente a la salida3

g

V

g

V

D

Lf

g

VK

g

VKH CBBcd

BENT

2223

2

2222

Donde:

H: carga sobre el sifn, en metros.

Kent: coeficiente de perdidas a la entrada, adimensional.

Kcd: Coeficiente de prdidas en los cambios de direccin, adimensional.

F: factor de friccin de Weisbach Darcy, adimensional.

L: longitud del sifn en metros.

VB: velocidad del agua en el sifn, en m/s.

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

3. MANUAL DE HIDRAULICA PROF. ERNESTO GRACIA-SIFONES PRACTICA 24. PAG. 205.



De la ecuacin anterior se llega:

gHCAQ 2

Que es 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 trasversal de 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 surcos puede ser controlado variando o

bien el numero de sifones, o la elevacin de la salida4.

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

experimentalmente planteando la expresin general del tipo:

nKhQ

4. MANUAL DE HIDRAULICA PROF. ERNESTO GRACIA-SIFONES PRACTICA 24. PAG. 205.



4. ESQUEMA DE LA PRCTICA:

En la presente prctica se uso un equipo, que tenia las siguientes caractersticas.

A: lecturador del

nivel del tanque B

vasos comunicantes

B: Tanque aguas

arriba

C: Tanque

volumtrico

DESCARGA DEL SIFN

FLEXMETRO

CRONMETRO AGUA

PROCESADOS EN

CALIBRADOR DE VERTEDORES

H

TANQUE DE AFORO

CANAL DE LA TOMA

DESCARGA

A

B

C



Tanque de carga constante. Este se logra colocando una compuerta deslizante

vertedora en el canal de aproximacin del vertedor. La entrada del agua se regula

con la vlvula de 150 mm de dimetro colocada a la entrada.

Mecanismo elevador. Es un soporte para colocar el sifn que tiene la posibilidad

de deslizar para sujetarlo verticalmente, lo cual permite variar la carga de agua en

el sifn en una forma muy fcil.

Recipiente aguas abajo. Tiene la funcin de colectar el agua que descarga por la

salida del sifn y conducirla al tanque de aforo. Si se regula la vlvula que se

encuentra colocada a la salida permite ahogar el sifn y realizar pruebas en estas

condiciones.

Tanque de aforo.

El procedimiento para la realizacin de esta prctica fue el siguiente:

Lo primero que hicimos fue medir el tanque de aforo, el largo y el ancho esto para

obtener su rea.

De cada sifn hemos tomado el dimetro interior y la longitud; adems tomamos

nota del material del que esta construido

Hemos introducido cada uno de los sifones en el tanque de carga constante, esto

para producir la descarga a travs del sifn.

Para cada sifn y variando la altura H hemos medido el caudal de descarga en el

tanque de aforo para cada altura H del sifn.

La practica la hemos realizado solamente con descarga libre.



El procesamiento de los datos experimentales debe seguir el siguiente orden:

Calcular el gasto a partir de volumen y el tiempo registrados.

Obtener el coeficiente de gasto emprico C, a partir de su ecuacin.

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

Determinar la ecuacin C vs. H experimental: C=MHx

5. DATOS Y OBSERCIONES:

Tubera 1

Altura tanque tiempo Carga sifn Gasto

h (cm.) t (s.) H (m.) Q (m/s)

2,000 13,780 0,645 0,00087221

2,000 15,455 0,495 0,00077768

2,000 21,615 0,205 0,00055605

Material PVC

Dimetro 25,400 mm.

Longitud 2,810 m.

rea secc. 0,00050671 m.

Tubera 2


h (cm.) t (s.) H (m.) Q (m/s)

5,000 33,200 0,175 0,00090505

5,000 17,567 0,366 0,00171048

5,000 13,600 0,545 0,00220938

Material PVC

Dimetro 38,100 mm.

Longitud 2,970 m.

rea secc. 0,00114009 m.



Tubera 3


h (cm.) t (s.) H (m.) Q (m/s)

5,000 6,300 0,660 0,00476944

5,000 8,100 0,458 0,00370957

5,000 10,450 0,286 0,00287536

Material PVC

Dimetro 50,800 mm.

Longitud 3,020 m.

rea secc. 0,00202683 m.

6. CALCULOS:

1. calculo del gasto de regulacin (m3/s.)

Tiempos tomados de las alturas establecidas de la llenura del tanque de aforo.

TUBERIA 1:

Altura establecida: h = 2 cm. Para todas las mediciones

Para Q1

Para Q2

Para Q3



TUBERIA 2:


Para Q1

Para Q2

Para Q3

TUBERIA 3:


Para Q1

Para Q2

Para Q3



Volumen del tanque de aforo:

Caudales:

TUBERIA 1:

Gasto

Q (m/s)

0,00087221

0,00077768

0,00055605

TUBERIA 2:

Gasto

Q (m/s)

0,00090505

0,00171048

0,00220938

TUBERIA 3:

Gasto

Q (m/s)

0,00476944

0,00370957

0,00287536

2. Obtener el coeficiente de gasto emprico C, a partir de la expresin 24.3, adimensional



y = 0.001x0.3897 R = 0.9994

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0 0.2 0.4 0.6 0.8

TUBERIA 1

Coeficiente

C

0,71445366

0,71445366

0,71445366

Coeficiente C

0,48387418

0,49248149

0,54717891

TUBERIA 2

Coeficiente

C

0,79295677

0,79295677

0,79295677

Coeficiente C

0,42841227

0,55987246

0,59262757

TUBERIA 3

Coeficiente

C

0,84242473

0,84242473

0,84242473

Coeficiente C

0,65392662

0,61055357

0,59888334

3. Determinar la ecuacin Q vs. H experimental: Q = K Hn

TUBERIA 1

Q = K Hn

K = 0.001

n = 0.3897

Carga sifn Gasto

H (m.) Q (m/s)

0,645 0,00087221

0,495 0,00077768

0,205 0,00055605



y = 0.0037x0.7953 R = 0.995

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

y = 0.0061x0.6021 R = 0.9953

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800

TUBERIA 2

Q = K Hn

K = 0.0037

n = 0.7953

TUBERIA 3

Q = K Hn

K = 0.0061

n = 0.6021

Carga sifn Gasto

H (m.) Q (m/s)

0,175 0,00090505

0,366 0,00171048

0,545 0,00220938

Carga sifn Gasto

H (m.) Q (m/s)

0,660 0,00476944

0,458 0,00370957

0,286 0,00287536



y = 0.4587x-0.11 R = 0.992

0.470.480.49

0.50.510.520.530.540.550.56

0 0.2 0.4 0.6 0.8

y = 0.7261x0.2953 R = 0.9651

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

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

TUBERIA 1

C = M HX

M = 0.4587

x = -0.11

TUBERIA 2

C = M HX

M = 0.7261

x = 0.2953

Carga sifn Coeficiente

H (m.) C

0,645 0,48387418

0,495 0,49248149

0,205 0,54717891


H (m.) C

0,175 0,42841227

0,366 0,55987246

0,545 0,59262757



y = 0.6746x0.1021 R = 0.8583

0.59

0.6

0.61

0.62

0.63

0.64

0.65

0.66

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800

TUBERIA 3

C = M HX

M = 0.6746

x = 01021

6.1. ANALISIS DE LOS RESULTADOS:

En la presente prctica se pudo obtener los resultados de los caudales y coeficientes de

cada sifn tanto experimentales como las tericas para el cual se presentan las siguientes

comparaciones.

Tubera 1

Gasto Coeficiente Gasto del

sifn Coeficiente

Q (m/s) C Q (m/s) C

0,00087221 0,71445366 0,001287837 0,48387418

0,00077768 0,71445366 0,001128193 0,49248149

0,00055605 0,71445366 0,000726035 0,54717891

Cabe sealar que debido a la longitud del sifn el coeficiente de gasto es alrededor de

0.714


H (m.) C

0,660 0,65392662

0,458 0,61055357

0,286 0,59888334



Tubera 2


sifn Coeficiente

Q (m/s) C Q (m/s) C

0,00090505 0,79295677 0,001675166 0,42841227

0,00171048 0,79295677 0,002422587 0,55987246

0,00220938 0,79295677 0,002956222 0,59262757

De acuerdo a la longitud del sifn su coeficiente de gasto es 0.793.

Tubera 3


sifn Coeficiente

Q (m/s) C Q (m/s) C

0,00476944 0,84242473 0,006144264 0,65392662

0,00370957 0,84242473 0,005118358 0,61055357

0,00287536 0,84242473 0,004044650 0,59888334

El coeficiente de gasto de acuerdo a la longitud de la tubera es de 0.8424

7. CONCLUSIONES:

Al finalizar la presente prctica se pudo tener las siguientes conclusiones:

Primeramente podemos decir que se cumplieron con todos los objetivos trazados para

la misma, concluyendo que los sifones son de gran utilidad para ser aplicados en el

riego principalmente.

Podemos ver que la calibracin de los sifones es muy prctica y til, puesto que

teniendo la calibracin de un sifn, se simplifica mucho el clculo de los caudales para

riego, asimismo con un caudal requerido, se podr fcilmente con una relacin lineal

determinar la carga necesaria.

Podemos observar tambin que a mayor dimetro, los coeficientes K y n tambin

tienden a aumentar.



Observamos que no importa que tan sumergido este el otro extremo en el agua, el

caudal ser el mismo, puesto que la carga H se toma desde el nivel del espejo de agua.

Se concluye tambin que los sifones tiene gran ventaja a la hora de sacar agua de un

canal puesto que no se necesita romper el talud del mismo para obtenerla.

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

cuadrada de la diferencia de nivel (H) entre el agua del canal abastecedor y el centro

del sifn a la salida si la descarga es libre, o la elevacin de la superficie del agua si la

descarga es ahogada.

La carga H es igual a la prdida por entrada ms 3 prdidas por cambio de direccin.

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

manteniendo el flujo en forma continua.

8. RECOMENDACIONES:

Las recomendaciones que se puede dar son:

Muy recomendable es ser preciso a la hora de hacer lecturas tanto de alturas de carga

como tambin los tiempos que son necesarios para la obtencin de los caudales

Tomar en cuenta con el tipo de material que se trabaja para as poder ver otras

fuentes y poder extraer perdidas de acuerdo a su rugosidad.

Tratar de evitar todo lo que se pueda tanto los errores sistemticos de apreciacin y

fsicos que intervienen en la toma de datos, Puesto que al tratarse de cantidades

pequeas los rangos de errores se maximizan ante un mnimo error.

Poner en practica conocimientos bsicos para poder determinar flujo en tuberas.

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