Diseño de Sifón - Alumnos

7/25/2019 Diseo de Sifn - Alumnos

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DISEO DE SIFON


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Diseo hidrulico del sifn invertido

1. TEORIA DE SIFON IN!ERTIDO

Para cruzar una depresin, se debe recurrir a una estructura de cruce, en cada caso

se escoge la solucin mas conveniente para tener un funcionamiento hidrulico

correcto, la menor prdida de carga posible y la mayor economa factible. Los cuales

pueden ser:

Puente canal

ifn invertido

!lcantarilla

1.1 Eleccin del ti"o de estruct

ur#

"uando el nivel del agua es m enor #ue la rasante del obstculo, se puede utiliz

ar una #lc#nt#rill#.

"uando el nivel de la superficie libre del agua es mayor #ue la rasante

del obstculo, se puede utilizar como estructura de cruce$ un "uente c#n#l o un

sifn invertido o la combinacin de ambos.

%l "uente c#n#l se utiliz ar cuando la diferencia de niveles entr e la rasante

del canal y la rasante de la #uebrada o ro, permita un espacio libre, suficiente para

lograr el paso del agua.

%l sifn invertido se utilizar si el nivel de la superficie libre del agua es mayor#ue

la rasante del obstculo.

1.$ %once"t o de#cueducto

%l puente canal es una estructura utiliz ada para conducir el agua de un c

anal, logrando atravesar una depresin. %sta 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 la gravedad.

1.& %once"t o de sifninvertido

Los sifones invertidos son conductos cerrados #ue traba&an a pres in, se utilizan

para conducir el agua en el cruc e de un canal c on una depresin topogrfica o

#uebrada, tambin para pas ar por deba&o de un camino, una va de ferrocarril, un

dren o incluso otro canal.

1.' %riterios de Diseo


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Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los re#uerimientos de

cobertura, pendiente del tubo, ngulos de doblados y sumergencia de la entrada y

salida.

%n a#uellos sifones #ue cruzan caminos principales o deba&o de drenes, se re#uiere

un mnimo de '.(' m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarios o canales d

riego


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sin revestir, es suficiente '.) m. i el sifn cruza un canal revestido se

considera suficiente '.*' m de cobertura.

%n el caso particular del cruce con una #uebrada o ro de rgimen caudaloso,

deber hacerse un estudio de profundidad de socavacin para definir la profundidad

en la #ue deber cruzar o enterrar la estructura de forma segura sin #ue esta sea

afectada.

La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a +: y la pendientemnima

del tubo horizontal debe ser - ooo. e recomienda transicin de concreto a la

entrada y salida cuando el sifn cruce caminos principales en sifones con mayor o

igual a*)/ y para velocidades en el tubo mayores a ms.

"on la finalidad de evitar desbordes agua arriba del sifn debido a la ocurrenciafortuita

de caudales mayores al de dise0o, se recomienda aumentar en un -'1 o '.*' mcomo m2imo al borde libre del canal en una longitud mnima de - m a partir

de la estructura.

"on la finalidad de determinar el dimetro del tubo en sifones relativamente cortoscon

transiciones de tierras, tanto a la entrada como a la salida, se puede usar una

velocidad de m*s, en sifones con transiciones de concreto igualmente cortos

se puede usar .- ms y entre * a +.- ms en sifones largos con transiciones de

concreto cono sin control en la entrada. Las prdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo 3"ubierta

Partida4, se pueden calcular rpidamente con los valores '.5 y '.)- hv

respectivamente 67er. 8ig. +.-9 o con lo manifestando en los tems +.5 y +.-.

! fin de evitar remansos aguas arriba, las prdidas totales computadas se

incrementan en '1.

%n el dise0o de la transicin de entrada se recomienda #ue la parte superior de

la abertura del sifn, est ligeramente deba&o de la superficie normal del agua,

esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el dise0o setoma

.- veces la carga de velocidad del sifn o . como mnimo o tambin*4.

%n la salida la sumergencia no debe e2ceder al valor te).

%n sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir

un drena&e del tubo para su inspeccin y mantenimiento.

%n sifones largos ba&o ciertas condiciones de entrada puede no sellarse ya sea #ue

el sifn opere a flu&o parcial o a flu&o lleno, con un coeficiente de friccin menor #ue elsumido en el dise0o, por esta razn se recomienda usar n ; '.''< cuando se


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calcula las prdidas de energa.

"on la finalidad de evitar la cavitacin a veces se ubica ventanas de aireacinen

lugares donde el aire podraacumularse.

"on respecto a las prdidas de carga totales, se recomienda la condicin de #ue

estas sean iguales o menores a '.*' m.


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"uando el sifn cruza deba&o de una #uebrada, es necesario conocer el gasto

m2imo de la creciente.

e debe considerar un aliviadero de demasas y un canal de descarga

inmediatamente aguas arriba de la transicin de ingreso.

e recomienda incluir una tubera de aeracin despus de la transicin de ingreso

e debe analizar la necesidad de incluir vlvulas rompe presin en el desarrollo de

la conduccin a fin de evitar el golpe de ariete, #ue podra hacer colapsar la tubera

6solo para grandes caudales9.

e debe tener en cuenta los criterios de rugosidad de =anning para el

dise0o hidrulico

e debe tener en cuenta los criterios de sumergencia 6tubera ahogada9 a la entrada

y salida del sifn, a fin de evitar el ingreso de aire a la tubera.

1. ( %l cul o hidr uli co de un sif n

Para #ue cumpla su funcin el dise0o del sifn, se debe de proceder como sigue:

!nalizaremos en las posiciones y +, para lo cual aplicamos la ecuac in de

energa especific a:

Donde)

>i : carga de posicin

>i : carga de presi)n


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!i$

+g: carga de velocidad 6g ;(.


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e2tra0os o personas.

c. Tu-er /#s de "resin)

on tuberas #ue transportan agua ba&o presin. Para #ue los costos

de mantenim iento s ean ba&os hay #ue c oloc ar s oportes y los anc la&es de la

tubera en pendientes estables y encontrar buenos cimientos. Bo deber haber peligro de

erosin por desprendimiento de laderas, pero si acceso seguro para hacer mantenimiento y

reparacin.


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c.1 0#ter i#l us#do "#r # tu-er /# de "resin)

%l acero comerc ial fue fabricado con planc ha de ac ero roladas y s oldada. %n

general las tuberas de acero #ue estn protegidas por una capa de pintura u otra

capa de proteccin pueden durar hasta +' a0os. !dems, son efectivas en

resistencia a impactos pero son pesadas, se unen mediante bridas, soldadura o &untasmetlicas. %vitar enterrar las tuberas de presin debido a #ue corren el riesgo de corroerse.

c.$ !elocid#des en el conducto

Las velocidades de dise0o en sifones grandes es de +.- C *.- ms, mientras #ue

en sifones pe#ue0os es de .) ms. Dn sifn se considera largo, cuando su longitud

es mayor #ue -'' veces el dimetro.

d. Funcion#iento del sifn

%l sifn siem pre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a

la salida. !plicamos %nerga en y +:

Etras formulas usadaes:


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PoliFous Fi y Perelman

Donde)

vt: velocidad media en la tubera

6ms9 G: dimetro de la tubera de

acero 6m9

%l sifn funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber

todas las prdidas en el sifn. La diferencia de carga !> debe ser mayor a las prdidas

totales.

e. !lvul# de "ur ,# de #,u# +lodos

e coloca en la parte ms ba&a de los barriles, permite evacuar el agua #ue se #uede

almacenada en el conducto cuando se para el sifn o para desalo&ar lodos. Para su

limpieza o reparacin, y consistir en vlvulas de com puerta deslizante de lasdimensiones #ue se estime conveniente de acuerdo con el caudal a desalo&ar.


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$ DISEN O 2 IDR A3I%O DESIFON

$.1 Ee"lo de diseo 1

"on la informac in topogrfic a de las c urvas de nivel y el perfil del terreno en el

sitio de la obra, se traz a el s ifn y se proc ede a dis e0ar la forma y dimensiones de Ha seccin del c onducto m as ec onm ic a y c onveniente, esto s e

obtiene despus de hacer varios tanteos, tomando en cuenta las prdidas

de carga #ue han de presentarse.

Las dimens iones de la seccin transvers al del c onducto dependen del caudal

#ue debe pasar y de la velocidad. %n sifones grandes se cons idera una

velocidad conveniente de agua en el barril de +.- C *.- ms #ue evita el deposito

de azolves en el fondo del conducto y #ue no es tan grande #ue pueda producir la

erosin del material de los barriles." uando por las condic iones del problem a, no sea pos ible dar el des nivel #ue

por estas limitaciones resulten, se pueden reducir las prdidas , dism

inuyendo prudentem ente la velocidad del agua, teniendo en cuenta #ue c on esto se

aumenta el peligro de azolvamiento del sifn, por lo #ue habr necesidad de

me&orar las facilidades para limpiar el interior del barril.

%l sifn func iona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe

absorber todas las prdidas en el sifn. La diferencia de c argas !> debe ser

mayor #ue las prdidas totales. Para el sifn particularm ente #ue analizamos,las secciones del canal a la entrada y salida s on rectangulares y de las mismas

dim ensiones, adem s de la mis ma pendiente '.''+, en c onsec uencia tendr el

mismo tirante y velocidad.

42 5 E 1 6 E $ 5 7 1 8 7 $ 5 &'9:.&'$ 8 &':9.:; 59.(9$

$.1.1 %lculo del dietro de l# tu-er/#

Para encontrar el conducto ms adecuado econmicamente y tcnicamente,

se determinaron s us dim ensiones en funcin de la desc arga #ue pas ar y de la

velocidad #ue resulta. "onsideremos una velocidad de *.) ms #ue este pr2imo

al intervalo entre +.- y *.- ms #ue nos evita el depsito de lodo o basura en

el fondo del conducto y #ue no sea tan grande #ue pueda producir eros in en la

tubera, con este valor conseguiremos su dimetro, y despe&ando de la

ecuacin de

continuidad:


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Por lo #ue asumiremos la tubera de I;+)@ cuyas caractersticas hidrulicas

sern: u Jrea hidrulica ser:


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u permetro mo&ado:

u radio hidrulico:

Ge la ecuacin de continuidad, la velocidad dentro de la tubera de acero ser:

u nKmero deLeynolds

e trata de un rgimen de flu&o turbulento pero aun es aceptable lavelocidad.

!dems, a la entrada y salida de la tubera de presin, la velocidad con la #ue discurre

y el tipo de flu&o por el c anal rectangular, de dimensiones *m de solera y un '.A5m

de tirante, ser:

Donde)

7cr ; 7elocidad en el canal rectangular

!cr ; Jrea mo&ada del canalrectangular


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La altura mnima de ahogamiento a laent

rada

Por lo tanto:

La altura mnima ahogamiento en la salida

"omparando los resultados anteriores

sern in ;.'


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$.1.$ %lculo de l#s "


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vcr ; velocidad en la seccin del canal rectangular 6aguas arriba9

vt ; velocidad en el sifn

vcr .; velocidad en la seccin del canal rectangular 6aguas aba&o9


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ii. *1 6 ? @1>.;' B 5 .?'$ $

"omo el rea hidrulica 6rea bruta9 de la tubera es '.*5+-* m+ entonces el rea neta

ser:!n ; '.(5+2'.*5+-* ; '.*++A m+

%ntonces:

Donde)

N ; coeficiente de prdidas en la re&illa

!n ; rea neta de paso entre re&illas.

! ; rea bruta de la estructura y su soporte, #ue #uede dentro del rea hidrulica.


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!n ; velocidad a travs del rea neta de la re&illa dentro del rea hidrulica

8inalmente las prdidas por entrada y por salida sern:

iii. *


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v. *


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limpieza se


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deben considerar como prdidas por bifurcacin detuberas.

%sta prdida e2iste aun cuando una de las partes esta cerrada por la vlvula, ya #ue se

forman turbulencias dentro de la tubera, pero en vista de #ue se considera muy pe#ue0a

y no se ha podido evaluar se desprecia.

8inalmente la suma de todas las prdidas producidas en el sifnes:

En resuen)

La carga hidrulic a dis ponible s upera a las prdidas totales en el sifn

? ;

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