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REGLAMENTO TCNICO DE DISEO DE SIFONES INVERTIDOS EN SISTEMAS SANITARIOS

Reglamento NacionalMINISTERIO DEL AGUA VICEMINISTERIO DE SERVICIOS BSICOS

NB 688

Reglamento tcnico de diseo de sifones invertidos en sistemas sanitariosTercera revisin ICS 13.060.30 Aguas residuales Abril 2007Ministerio del Agua Viceministerio de Servicios Bsicos

Instituto Boliviano de Normalizacin y Calidad161

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NDICEPgina REGLAMENTO TCNICO DE DISEO DE SIFONES INVERTIDOS EN SISTEMAS SANITARIOS ...................................................................................... 1 2 3 4 4.1 4.2 5 6 7 8 8.1 8.2 9 10 11 12 13 14 14.1 14.2 14.3 14.4 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIN ............................................................ ASPECTOS GENERALES .............................................................................. TIPOS DE SIFONES ........................................................................................ HIDRULICA DEL SIFN ............................................................................... Prdida de carga .............................................................................................. Velocidades ...................................................................................................... DIMETRO MNIMO ........................................................................................ NMERO DE TUBERAS ................................................................................ PERFIL DEL SIFN......................................................................................... CMARAS DE INSPECCIN .......................................................................... Cmara de entrada .......................................................................................... Cmara de salida ............................................................................................. VENTILACIN ................................................................................................. VERTEDERO DE REBOSE - BY PASS .......................................................... MATERIALES .................................................................................................. TCNICA DE CONSTRUCCIN ..................................................................... OPERACIN Y MANTENIMIENTO ................................................................. EJEMPLO DE CLCULO ................................................................................ Clculo de las tuberas del sifn invertido ........................................................ Clculo de la curva caracterstica y la forma de operar del sifn ..................... Niveles de agua en las cmaras del sifn ........................................................ Ventilacin del sifn .......................................................................................... 165 165 165 165 166 167 168 168 168 169 169 169 169 170 170 170 171 171 172 173 174 178 179 181

OTRAS FIGURAS ........................................................................................................

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REGLAMENTO TCNICO DE DISEO DE SIFONES INVERTIDOS EN SISTEMAS SANITARIOS 1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIN

El presente Reglamento Tcnico da vigencia y declara de obligatorio cumplimiento a la norma NB 688 Diseo de Sistemas de Alcantarillado Sanitario y Pluvial, especialmente en el Captulo 6. Este Reglamento est destinado a ingenieros proyectistas involucrados en el diseo de sistemas de recoleccin y evacuacin de aguas residuales y pluviales. Contiene los principales aspectos que deben ser considerados con el objetivo de uniformar el diseo de sifones invertidos en sistemas sanitarios. 2 ASPECTOS GENERALES

En el proyecto de obras de sistemas sanitarios, la topografa local puede exigir la ejecucin de obras especiales como sifones invertidos, dada la necesidad de superar obstculos como, quebradas, ros, canalizaciones de aguas pluviales, aductoras, cruce de tneles subterrneos (metros), etc. Siempre que sea posible se debe evitar el uso de sifones invertidos por los grandes inconvenientes que representa su conservacin y mantenimiento, sin embargo muchas veces no es posible resolver de otra manera el problema de paso de depresiones.

100,00

N.A TUBERIA DE VENTILACION

TRANSICION DE SECCION CUADRADA A CIRCULAR

N.A

98,40

TUBERIA DE PVC

Figura 1 - Sifn invertido 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. 3 TIPOS DE SIFONES

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

45

69,93

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b) Pozo vertical

c) Ramas verticales

d) Con cmaras de limpieza

El sifn invertido tipo a) se emplea para cruces de obstculos, para lo que se cuenta con suficiente desarrollo y en terrenos que no presenten grandes dificultades de ejecucin. Los sifones invertidos tipos b) y c) con una o dos ramas verticales, son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o en caso de grandes dificultades constructivas. Debido a sus caractersticas de fcil limpieza y reducido espacio, son muy aconsejables. El sifn tipo d) con cmaras de limpieza, tiene su aplicacin en obras de cruce de vas subterrneas. 4 HIDRULICA DEL SIFON

El sifn invertido, presenta aproximadamente una forma de U interconectada con dos cmaras. En su entrada existe una cmara cuya funcin es orientar el flujo hacia el sifn propiamente dicho y a su salida otra cmara que permite guiar el flujo efluente hacia el colector aguas abajo. Entre estas cmaras, el escurrimiento se produce por gravedad, en conducto forzado (a presin hidrulica o sea a tubo lleno), siendo por lo tanto el nivel de agua en la cmara de entrada superior al de la cmara de salida. La conexin entre las dos cmaras, sifn propiamente dicho, puede ser a travs de dos (2) o ms conductos. Los conceptos hidrulicos aplicables, son por tanto, aquellos que corresponden a conductos forzados con perdida de carga igual a la diferencia de niveles entre la entrada y la salida. Para los clculos de perdidas de carga distribuida, se recomienda el uso de la frmula universal con el coeficiente de rugosidad uniforme equivalente K = 2 mm. Si se utiliza la formula de Hazen Williams se recomienda utilizar el coeficiente C = 100. Para la frmula de Manning, se recomienda el valor de n = 0,013.

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4.1

Perdida de carga

Para el clculo de prdidas de carga, localizadas o singulares, se utilizan las siguientes expresiones: a) En cmara de entrada al Sifn

La prdida de carga He, supuesta, la entrada por un cambio de rasante en solera de borde agudo es:He = 1,1 V2 2 g

b)

Prdida de altura potencial Hp

Debido al incremento de velocidad al pasar de V1 en el colector de llegada (que no funciona en carga) a V2 velocidad del agua en el sifn, es:Hp = 1,12 V22 - V1

2g

c)

Prdida de Carga en el Sifn Prdida debida a los codos (ngulos) a V 2 2 Hc = 0,1316 90 2 g

Prdida debida al rozamiento con las paredes para una longitud de sifn

Hr = h (m / m) Ld) En cmara de Salida

La prdida se debe a la disminucin de la velocidad al pasar de la del sifn a la del colector aguas abajo. El incremento de energa correspondiente, expresado en altura es:2 A 3 - 1 V2 Hs = A2 2 g

Valor no computable que queda como factor de seguridad. donde: A3 A2 Area de la seccin mojada del colector de salida Area de la seccin del sifn

Por tanto la prdida total ser:

H = He + Hp + Hc + Hr

+H s

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La experiencia aconseja que la rama descendente del sifn invertido debe tener gran pendiente 1:1 a 1:3, mientras que la ascendente debe tener una inclinacin menor 1:2.5 hasta 1:7. Como material de construccin se emplea casi generalmente tubera de hierro fundido dctil, debido a la normalizacin de las piezas curvas de fundicin siendo posible la formacin de ngulos de 11,25; 22,5; 30; 45; sus combinaciones. Para una fcil limpieza es conveniente que la parte que queda debajo del obstculo que une las ramas ascendente y descendente tenga una ligera pendiente de 1:100 a 1:1 000 4.2 Velocidades

Para obtener una buena auto-limpieza en el sifn invertido, el objetivo fundamental de un proyecto consiste en garantizar una condicin de escurrimiento tal que, por lo menos una vez por da propicie la auto-limpieza de las tuberas a lo largo del perodo de proyecto. Para esto, es necesaria la determinacin precisa de los caudales de aguas residuales afluentes al sifn. Para obtener una buena auto-limpieza en el sifn invertido, la velocidad del lquido en su interior, debe ser como mnima de 0,90 m/s, que adems de impedir la sedimentacin del material slido (arena) en la tubera, es capaz de remover y arrastrar la arena depositada. Si la velocidad igual a 0,90 m/s es capaz de arrastrar la arena sedimentada en la tubera, la ocurrencia de valores de velocidad superiores a 0,90 m/s, por lo menos una vez al da, con mayor razn producirn la auto-limpieza del sifn impidiendo as, la formacin de depsitos de material slido que puede obstruir la tubera. Por tanto, un criterio racional para el dimensionamiento de sifones invertidos puede ser la imposicin de tener en cualquier poca una velocidad mayor o igual a 0,90 m/s para el caudal mximo de aguas residuales de un da cualquiera, lo que significa no incluir el coeficiente del da de mayor contribucin k1 en el clculo de ste caudal mximo. La imposicin de una velocidad mnima de 0,90 m/s recomendada por algunos autores para los caudales mnimos de aguas residuales no es un criterio adecuado de dimensionamiento y conduce a valores excesivos de prdidas de carga en el sifn para los caudales mximos. En muchos casos esta situacin puede obligar a desistir del uso de sifones invertidos. La velocidad mxima, es funcin de las caractersticas del material del sifn y de la carga disponible, de un modo general, la misma no debe ser mayor a 3,0 4,0 m/s. 5 DIMETRO MNIMO

Considerando que para tuberas de menor dimensin es mayor la posibilidad de obstruccin, es recomendable que el dimetro mnimo del sifn tenga un valor similar al fijado para los colectores. Por tanto se recomienda un dimetro de 150 mm (6 plg) como dimetro mnimo. 6 NMERO DE TUBERIAS

El sifn invertido debe tener, como mnimo dos lneas, a fin de hacer posible el aislamiento de una de ellas sin perjuicio del funcionamiento, cuando sea necesaria la ejecucin de reparaciones y/o desobstrucciones. En el caso de existir grandes variaciones de caudal, el nmero de lneas debe ser determinado convenientemente para garantizar el mantenimiento de la velocidad adecuada a lo largo del tiempo. 168

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PERFIL DEL SIFN

La facilidad de limpieza y las prdidas de carga son dos aspectos que deben ser considerados para la definicin del perfil del sifn. El perfil de mayor uso es el que se asemeja a un trapecio con la base menor para abajo y sin la base mayor. As la eleccin del perfil sea funcin de las condiciones locales y del espacio para su implantacin, es de importancia fundamental que se procure proyectar el sifn con ngulos suaves que permitan la utilizacin de equipos simples para la limpieza y desobstruccin. 8 CMARAS DE INSPECCIN

El sifn invertido debe ser proyectado con dos cmaras visitables, cmara de entrada y cmara de salida. 8.1 Cmara de entrada

La cmara de entrada debe ser proyectada de manera que oriente el escurrimiento hacia las tuberas que constituyen el sifn propiamente dicho, debe prever adems dispositivos que permitan: a) El aislamiento de cualquiera de las lneas para su limpieza b) El desvo del caudal afluente para cualquiera de las lneas, aisladamente o en conjunto con otra c) El desvo o by - pass directamente para un curso de agua o galera d) La entrada de un operador o equipos para desobstruccin o agotamiento Los dispositivos para aislamiento de tuberas pueden ser compuertas de madera, que deslizan en ranuras apropiadas, o vertederos adecuadamente dispuestos para permitir la entrada en servicio de la nueva tubera despus de alcanzar el lmite de capacidad de la anterior. Generalmente son utilizadas compuertas que tienen la ventaja de poder distribuir mejor los caudales, de modo que mantenga siempre una velocidad mnima de autolimpieza; sin embargo, sta alternativa tiene la desventaja de requerir la entrada de personas en la cmara para efectuar la operacin de las compuertas. La utilizacin del vertedero lateral tiene la ventaja de evitar la entrada frecuente de personas en la cmara, sin embargo ocasiona mayor prdida de carga, pues es considerado un obstculo sumergido, cuando el escurrimiento pasa sobre l. Cuando es utilizado el vertedero lateral, deben ser tomados los debidos cuidados en relacin a las velocidades para atender las condiciones de auto-limpieza. 8.2 Cmara de salida

Debe ser tambin adecuadamente proyectada de modo de permitir la inspeccin, el aislamiento y la limpieza de cualquier lnea del sifn. Las soleras de los tubos afluentes y de la tubera de salida quedarn rebajadas, en relacin a la tubera de llegada en la cmara de entrada, en 1/3 del valor correspondiente a la prdida de carga a lo largo del sifn, ms las prdidas localizadas. Las cmaras de entrada y salida deben ser proyectadas con dimensiones adecuadas,

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de modo que permitan el acceso y movimiento de personas y equipos, en forma cmoda durante las operaciones que se realicen en las mismas. 9 VENTILACIN

Considerables cantidades de aire y gases son arrastradas por el escurrimiento de aguas residuales en los colectores que funcionan en lmina libre. En cambio, ste flujo es interrumpido en la cmara de salida del sifn, ya que el escurrimiento en el sifn se efecta en conducto forzado. Debido a esa interrupcin, se produce una acumulacin de aire y gases que origina una presin positiva en la cmara de entrada, y puede provocar el escape de gases con olor desagradable a travs de orificios y aberturas en las tapas de acceso a las cmaras. Si la cmara de entrada fuese completamente hermtica, los gases efectuaran un camino en sentido inverso al escurrimiento hasta conseguir salir por las cmaras de inspeccin aguas arriba del sifn. En ste caso, todo el oxgeno extrado de la cmara y los gases (principalmente el sulfhdrico que se desprende del lquido debido al aumento de turbulencia), se concentran pudiendo ocasionar serios problemas de olor. Con la acumulacin de sulfatos en la cmara de entrada, el ambiente se torna altamente txico, y puede ocasionar la muerte de los operadores que visiten la cmara sin la debida mscara de proteccin. Para minimizar este problema, se puede interconectar las cmaras de entrada y salida por medio de una tubera, de modo que los gases sean transferidos para la cmara de salida y arrastrados por el flujo de aguas residuales aguas abajo del sifn. Dependiendo de la ubicacin de la cmara de entrada, los gases pueden ser lanzados en la atmsfera siempre que las condiciones ambientales locales no sean afectadas. La evacuacin de aire y gases se produce a travs de una tubera con dimetro que vara desde un dcimo hasta la mitad del dimetro del sifn. Cuando se interconectan las cmaras, esta tubera generalmente es ubicada en forma paralela a las tuberas del sifn. 10 VERTEDERO DE REBOSE - BY PASS

Existiendo la posibilidad de ocurrencia de accidentes, roturas, obstrucciones etc., que pueden interrumpir el funcionamiento del sifn invertido, se requiere de dispositivos de descarga. Si el sifn esta destinado a atravesar un curso de agua, se puede prever una tubera de descarga en la cmara de entrada, con una cota suficiente para el lanzamiento de aguas residuales en el ro. Esta solucin, no puede ser utilizada en los casos en que, el mantenimiento de la calidad del agua en el cuerpo receptor la torna inviable y siempre que las tuberas afluentes puedan ser descargadas en otros sitios. 11 MATERIALES

Pueden ser utilizados tubos de hierro fundido dctil, hormign armado, acero o plstico, sin embargo es ms frecuente el uso de hierro fundido dctil por su facilidad de instalacin. En los casos en que el sifn es construido sobre lechos o cursos de agua, se debe verificar su peso o anclar las tuberas, para evitar su flotacin, condicin que puede ocurrir durante el perodo de construccin o cuando el sifn es vaciado para reparaciones.

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Los tubos livianos generalmente llevan una envoltura de cemento para evitar la flotacin y su desplazamiento sirviendo adems esta envoltura para su proteccin. 12 TECNICA DE CONSTRUCCIN

La tcnica de construccin siempre que el obstculo a salvar est constituido por un arroyo o ro, con un caudal de volumen apreciable, sigue alguno de los siguientes mtodos. a) Se monta un andamio perpendicular a la direccin de la corriente; el sifn se instala sobre el andamio y luego se produce su descenso en bloque hasta que repose en un canal excavado con anterioridad para ste propsito b) El sifn, previamente montado, se suspende mediante gras flotantes y se sumerge luego hasta reposar en la zanja excavada para tal fin c) El sifn se monta en tierra; se obturan ambos extremos; se recubre el exterior del sifn con hormign proyectado o encofrado, hasta que el peso del sifn compense su flotabilidad en el agua; de sta forma se consigue una proteccin suplementaria contra la corrosin; se conduce el sifn hacindolo flotar mediante boyas, hasta que est situado sobre el canal excavado previamente, se sueltan las boyas y se sumerge el sifn llenndolo con agua d) Se ejecuta el montaje del sifn en una orilla del ro que constituye el obstculo. Desde la orilla opuesta y mediante cables, ste es remolcado hasta su emplazamiento definitivo, por vehculos que circulan sobre una va dispuesta en la prolongacin terica del eje del sifn 13 OPERACIN Y MANTENIMIENTO

Los sifones exigen cuidados especiales sistemticos con la finalidad de evitar obstrucciones. Una de las principales preocupaciones relacionadas al uso de los sifones se refiere a la necesidad de desobstruccin de los mismos, particularmente cuando ocurre la acumulacin de slidos pesados, como piedras, que resisten el arrastre hidrulico, situacin que se traduce en la necesidad de utilizacin de equipos mecanizados de limpieza. Un equipo de limpieza de sifones bastante eficiente es la denominada Bucket-Machine. Este equipo est provisto de un motor, que es responsable del accionamiento de una roldana que enrolla y desenrolla un cable de acero, que tiene en el extremo un recipiente que se introduce por el interior de las tuberas, raspando la solera y recolectando el material sedimentado. Existen recipientes de distintos tamaos y su eleccin depende del dimetro de las tuberas y tambin de las dimensiones de las cmaras de entrada y salida. Se recomienda la realizacin de inspecciones regulares, a travs de las cuales puedan ser previstas a tiempo la remocin de obstrucciones incipientes. En promedio, estas inspecciones deben ser realizadas una vez por mes. La limpieza puede ser efectuada por diversos procedimientos. a) Limpieza manual, utilizando raspadores con cables b) Lavado con agua proveniente de camiones succin-presin c) Retencin temporal del agua en el tramo aguas arriba del sifn, seguida de una apertura instantnea de la compuerta en la cmara de entrada d) Descarga de fondo en el punto bajo del sifn si las condiciones locales lo permiten

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EJEMPLO DE CLCULO

Elaborar un proyecto de un sifn con los siguientes datos: a) Caudales de proyecto A lo largo de los aos, los caudales afluentes al sifn sern de acuerdo con los valores mostrados en la figura 1. En la figura 2, se tienen los caudales para cada etapa del proyecto, los cuales son mostrados en la tabla 1.700 Referencias: (1) Caudal mximo (2) Caudal mximo horario - Cualquier da (3) Caudal medio

600

500

400 Caudal (L/s)

300

200

100

0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Implantacin del Sifn

20 18 Ao

Figura 2 - Caudales afluentes al sifn a lo largo de los aos Tabla 1 - Caudales afluentes en funcin de las etapas de implantacin del sifnEtapas Caudal medio, Q (L/s) Ao cero - (implantacin) Primera Etapa (10 aos) Segunda Etapa (20 aos) 80 200 328 Caudales (L/s) Caudal mximo horario - da cualquiera (* ) (L/s) 111 283 446 Caudal mximo (L/s) 130 336 534

(*) Caudal mximo horario da cualquiera, utilizado para verificacin de la autolimpieza, sin k1.

b) Longitud del sifn La longitud del sifn es de 40 m.

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c) Caractersticas del colector que afluye al sifn Dimetro Pendiente Cota de la solera del colector afluente Solucin: 14.1 Clculo de las tuberas del sifn invertido 800 mm 0,0036 m/m (0,36 %) 384 m.

Admitindose que el sifn invertido estar constituido de 3 tuberas (1, 2 y 3), de modo que la tubera 1 atender la etapa cero, la tubera 2 ms la tubera 1 atendern la primera etapa y la tubera 3 y las dems atendern la segunda etapa. A continuacin se determinan sus dimetros, considerndose para el caudal medio una velocidad superior a 0,60 m/s (para el caudal mximo horario de un da cualquiera, velocidad igual o superior a 0,9 m/s) a) Determinacin del dimetro de la tubera 1 para atender el inicio de la operacin Para el caudal medio de 80 L/sA= Q1 V = 0,080 = 0,133 m2 0,60

D = 1

4 0,133 = 0,412 m

Adoptndose el dimetro comercial ms prximo, resulta D1 = 400 mm. Alternativamente, para el caudal mximo horario de un da cualquiera de 111 L/s.0,111 = 0,123 m2 , que tambin resulta D1 = 400 mm 0,90

A1 =

b) Determinacin del dimetro de la tubera 2 para atender la primera etapa, en primera aproximacin Para Q med = 200 L / sQ2 = 200 - 80 = 120 L / s

A2 =

Q1 Q

=

0,120 = 0, 200 m2 0, 604 0,200 = 0,505 m p

D2 =

4 A2 = p

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Adoptndose el dimetro comercial ms prximo, resulta en D2 = 500 mm. Alternativamente, para el caudal mximo horario de un da cualquiera, de 283 L/s. Para Q 2 = 283 111 = 172 L / sA2 = 0,172 = 0,191m2 , que tambin resulta D2 = 500 mm 0,90

c) Determinacin del dimetro de la tubera 3 para atender la segunda etapa, en primera aproximacin Para Q med = 328 L / sA3 = Q3 V = 0,128 = 0,213 m2 0,60

D3 =

4 A3 p

=

4 0.213 = 0.521m p

Adoptndose el dimetro comercial ms prximo, resulta D3 = 500 mm Alternativamente, para el caudal mximo horario de un da cualquiera, de 283 L/s. Para Q 3 = 446 - 283 = 163 L/sA3 = 0,163 = 0,181m2 , que tambin resulta en D3 = 500 mm 0,90

14.2

Clculo de la curva caracterstica y la forma de operar del sifn

Para determinar la curva caracterstica del sifn, son calculadas las prdidas de carga, que se compone de prdidas de carga localizadas y prdidas de carga distribuida. a) Prdida de carga localizada Tabla 2 - Coeficiente de prdida de carga localizada, en funcin de las piezas del sifnPieza Entrada 2 curvas 45 Salida KS 0,50 0,40 1,00

K S = 1.90

Por tanto, la prdida de carga localizada es: 1,90 V b) Prdida de carga distribuida

2

2g

Las tuberas del sifn sern de fierro fundido dctil clase k-7. Las prdidas de carga sern calculadas por la frmula Universal, con coeficiente de rugosidad uniforme equivalente (K) igual a 2,0 mm. Considerando que la longitud del sifn es de 40 m, las prdidas de carga totales sern determinadas a travs de las tablas 3 y 4.

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Tabla 3 - Prdida de carga total, en funcin del caudal para el sifn con tubera de 400 mmCaudal (L/s) 30 60 90 120 150 189 210 Velocidad (m/s) 0,24 0,48 0,71 0,95 1,19 1,48 1,67 Prdidas de carga (m) Localizada 0,01 0,02 0,05 0,09 0,14 0,20 0,27 Distribuida 0,01 0,04 0,08 0,14 0,22 0,32 0,44 Total 0,02 0,06 0,13 0,23 0,36 0,52 0,71

En la figura 3, fueron trazadas las curvas caractersticas del sifn, determinndose las prdidas de carga para las tuberas de 400 mm y de 500 mm, y sus respectivas velocidades. El trazado de las curvas de prdida de carga para las tuberas, fue hecho grficamente, considerndose para una determinada prdida de carga la suma de caudales de cada tubera. Para la distribucin de los caudales a lo largo del perodo de proyecto y considerndose las velocidades de autolimpieza en las diferentes tuberas del sifn, se puede admitir una prdida de carga mxima de 0,35 m. Tabla 4 - Prdida de carga total, en funcin del caudal para el sifn con tubera de 500 mmCaudal (L/s) 30 60 90 120 150 189 210 240 270 300 330 Velocidad (m/s) 0,15 0,31 0,46 0,61 0,76 0,92 1,07 1,22 1,37 1,52 1,68 Prdidas de carga (m) Distribuida 0,01 0,01 0,03 0,05 0,07 0,10 0,14 0,18 0,22 0,27 0,33

Localizada 0,01 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,14 0,18 0,22 0,27

Total 0,02 0,02 0,05 0,09 0,13 0,18 0,24 0,32 0,40 0,49 0,60

La forma de operar el sifn, de modo que mantengan velocidades adecuadas, es presentada en la figura 3 y en la tabla 5.

175

Referencia: H - Prdida de Carga, m V - Velocidad, m/s (1) Tubera de D = 400 mm (2) Tubera de D = 500 mm (3) Tubera de D = 500 mm

2.003)

0.70(3)(1)

)+

(2

)

(1)

)o u

0.60(1(2

(2)

( ou

V

0.50H

ou H

(1

)+

) (3(2

3) +( )

H

V

H

+ (1)H

(2)

3) +(

1.50

Velocidad (m/s)

Prdida de carga (m)

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176200 250 300 350 400 Caudal (L/s) 450 500 550

0.40

Hmax. - 0.35 m

1.00

0.30 0.50

0.20

0.10

0

0

50

80 100

150

600

650

700

750

800

Figura 3 - Curva caracterstica del sifn invertido y sus condiciones de operacin

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Tabla 5 - Variacin de las velocidades y de las prdidas de carga en las tuberas del sifn, en funcin del intervalo de caudalesIntervalo de caudales (L/s) 80 - 150 150 - 250 250 - 400 400 - 500 500 - 650 Tuberas en operacin (1) (2) o (3) (1)+(2) o (1)+(3) (2)+(3) (1)+(2)+(3) Variacin de velocidades (m) 0,64 - 1,19 0,76 1,27 0,74 - 1,19 en la tubera 1 0,80 - 1,27 en la tubera 2 o 3 1,02 - 1,27 0,90 - 11,19 en la tubera 1 0,99 - 1,27 en las tuberas 2 y3 Variacin de las prdidas de carga (m) 0,10 - 0,35 0,13 - 0,35 0,14 - 0,35 0,23 - 0,35 0,21 - 0,35

Por lo que se observa en la tabla 5, la condicin crtica de operacin del sifn se sita en la fase inicial, donde la velocidad para el caudal medio es de 0,64 m/s, para el caudal mximo horario de un da cualquiera de 111 L/s, en el inicio de la operacin la velocidad ser de 0,88 m/s. Por lo expuesto en el numeral 4.2 del presente Reglamento, para esa velocidad se puede admitir que habr autolimpieza en las tuberas del sifn. Considerando la forma de operar el sifn y los caudales afluentes, se puede prever, conforme presentado en la figura 4, el perodo de operacin de las diferentes tuberas del sifn (vase tabla 6).700 650 600 500Caudal (L/s) Caudal (L/s)

(1) Caudal mximo (2) Caudal mximo horario - Cualquier da (3) Caudal medio

Referencias:

(1)

(2)

400 300 250 200 150

(3)

100 0

0

2

4

6

8

10

12

Ao Ao

14

16

18

20

22

24

26

28

Figura 4 - Determinacin del perodo de operacin del sifn, en funcin del caudal Tabla 6 - Perodo de operacin de las tuberas del sifnTubera del sifn (1) (2) o (3) (1)+(2) o (1)+(3) (2)+(3) (1)+(2)+(3) Perodo de operacin (aos) 0a1 1a5 5 a 13 13 a 18 25

177

REGLAMENTO TCNICO DE DISEO DE SIFONES INVERTIDOS EN SISTEMAS SANITARIOS

14.3

Niveles de agua en las cmaras del sifn

a) Cmara de entrada Para la determinacin de los niveles de agua en las cmaras del sifn, fueron considerados los caudales que ocasionan las prdidas de cargas mximas (H = 0,35 m), conforme se observa en la figura 5. En la tabla 7 estn determinadas las cotas de los niveles de agua en la cmara de aguas arriba para esos caudales. Tabla 7 - Niveles de agua en la cmara aguas arribaQ (L/s) 150 250 400 500 650 y/D 0,30 0,39 0,50 0,57 0,69 Cota de NA en la cmara aguas arriba 384,24 384,31 384,40 384,46 384,55

Figura 5 - Detalle de las cmaras de entrada b) Cmara de salida El nivel de agua a la salida del sifn es resultante del nivel de agua aguas arriba, menos la prdida de carga. Considerando los caudales transportados por el sifn que ocasionan las prdidas de carga mxima, se tienen los niveles de agua en la cmara aguas abajo, conforme se presenta en la tabla 8. Tabla 8 - Niveles de agua en la cmara aguas abajoQ (L/s) 150 250 400 500 650 Cota de NA en la cmara aguas arriba 384,24 384,31 384,40 384,46 384,55 Prdida de carga (m) 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 Cota del NA en la cmara aguas abajo (m) 383,89 383,96 384,05 384,11 384,20

178

REGLAMENTO TCNICO DE DISEO DE SIFONES INVERTIDOS EN SISTEMAS SANITARIOS

La cota del fondo de la cmara aguas abajo ser definida de modo que no ahogue el colector efluente del sifn. Como el dimetro y la pendiente del colector efluente son iguales a los del colector afluente de la cmara aguas arriba, las alturas de las lminas de agua sern iguales. As, la cota del fondo de la cmara aguas abajo debe ser: Cota de fondo = 384,00 - 0,35 = 383,65 m. En la figura 6 son presentados los detalles de las cmaras aguas abajo, inclusive el nivel mximo de agua.

Figura 6 - Detalle de las cmaras de salida 14.4 Ventilacin del sifn

Ser proyectada una tubera para la ventilacin del sifn a ser localizada en la cmara aguas arriba, pues esta se admite para que los gases expelidos no afecten a las condiciones ambintales del lugar. Su dimetro ser equivalente a un dcimo de las tuberas del sifn. a) reas de las tuberas del sifn1 f 400 mm A1 = p D2 p (0,40)2 = = 0,126 m2 4 4p D2 2 p (0,50)2 = = 0,393 m2 4 4

1 f 500 mm A 2 = 2

El rea equivalente de las tuberas del sifn ser de 0,519 m2. Por tanto el rea de la tubera de ventilacin del sifn ser de 0,0519 m2 y su dimetro ser de 250 mm. Para la determinacin de los niveles de agua en las cmaras del sifn, fueron considerados los caudales que ocasionan las prdidas de carga mximas.

179

Tapa de inspeccin

Ventilicin de cmara de entrada

Tapa de inspeccin divisora N.A. Cmara de salida N.A. mx = 382.20 Colector 383.65 efluente I = 0.0036 m/m Stop - Log. PERFIL - S/ESC.

Cmara de entrada Pared

N.A. mx = 385.55

Colector

afluente

384.00

I = 0.0036 m/m Tubera

Compuerta de

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180D = 500 mm D = 400 mm D = 500 mm PLANTA - S/ESC Figura 7 - Proyecto del sifn invertido

entrada

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OTRAS FIGURAS

181

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182

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TIPOS DE PERFILES DE SIFONES INVERTIDOSSIN ESCALA

(a)RAMAS OBLICUAS

( b)POZO VERTICAL

(c)POZO INCLINADO

( d)RAMAS VERTICALES

( e)CON CAMARAS DE LIMPIEZA

PRDIDAS DE CARGA EN UN SIFN INVERTIDOSIN ESCALA

CAMARA DE ENTRADA

CAMARA DE SALIDA

N.A

1 COLECTOR AFLUENTE 2

H1 H2 H3LINEA PIEZOMETRICA

HH5 H6

H4N.A

H7

TUBERIA DEL SIFON 3 4 5

7 6 COLECTOR EFLUENTE

H1 = PERDIDAS EN LA ENTRADA H2 = PERDIDAS EN 2 H3 = PERDIDAS EN 3 H4 = PERDIDAS EN 4 H5 = PERDIDAS EN 5 H6 = PERDIDAS EN 6 H7 = PERDIDAS EN LA SALIDA LAS PERDIDAS DE CARGA H1, H3, H5 y H7 SON PERDIDAS LOCALIZADAS, LAS DEMAS PERDIDAS DE CARGA SON DISTRIBUIDAS

183

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184

SIFN INVERIDO DE DOS TUBERAS RAMAS VERTICALESSIN ESCALA

EL FORMATO DE LA CAMARA DEPENDE DEL METODO CONSTRUCTIVO CAMARA DE SALIDA

CAMARA DE ENTRADA

AD

COLECTOR AFLUENTE

COLECTOR EFLUENTE

A

DCOMPUERTA DE MADERA

COMPUERTA DE MADERA

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185

PLANTA

LOSA REMOVIBLE CON ORIFICIOS PARA LIMPIEZA DEL COLECTOR Y OPERACION DE LAS COMPUERTAS LOSA REMOVIBLE PARA LIMPIEZA DEL SIFON

LOSA REMOVIBLE PARA LIMPIEZA DEL SIFON

LOSA REMOVIBLE CON ORIFICIOS PARA LIMPIEZA DEL COLECTOR Y OPERACION DE LAS COMPUERTAS

COLECTOR AFLUENTE N.A

CAMARA DE ENTRADA

N.A

H

N.A

COLECTOR EFLUENTE

D

CORTE A - A

CAMARA DE SALIDA

SIFN INVERTIDO DE TRES TUBERAS RAMAS OBLICUASSIN ESCALACAMARA DE SALIDA COLECTOR EFLUENTE

CAMARA DE ENTRADA

A

COLECTOR AFLUENTE

A

COMPUERTA DE MADERA

PLANTA

COMPUERTA DE MADERA

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186VENTILACION DE CAMARA DE ENTRADA PARED DIVISORIAN.A

TAPA DE F.F

TAPA DE F.F

COLECTOR AFLUENTE

CAMARA DE ENTRADA

N.A

N.A N.A

D

COLECTOR EFLUENTE

D

CAMARA DE ENTRADA CAMARA DE SALIDA COMPUERTA DE MADERA

COMPUERTA DE MADERA

CORTE A - A

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DETALLE DE CM ARA DE ENTRADASIN ESCALA

REJA COLECTOR AFLUENTE N.A.

DC.S. I en m/m 1:3

CAMARA DE ENTRADA

TUBERIA DEL SIFON

DETALLE DE CMARA DE SALIDASIN ESCALA

REJA

N.A. COLECTOR EFLUENTE TUBERIA DEL SIFON C.S.

1:1

I en m/m CAMARA DE SALIDA

A

SIFN INVERTIDO CON DISTRIBUCIN DE FLUJO A TRAVS DE VERTEDOR LATERALSIN ESCALADISTRIBUCION DE FLUJO POR VERTEDOR LATERAL

TUBERIAS DEL SIFON CAMARA DE SALIDA 3 1

CAMARA DE ENTRADA

2

A

COLECTOR AFLUENTE

CORTE A-A

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