4.- calibracion de sifones.docx

UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO MATERIA: LAB. DE HIDRAULICA I DOCENTE: ING. RICALDI TORREZ OSCAR

INFORME Nº 4

CALIBRACION DE SIFONES1. INTRODUCCION.-

El sifón es un tubo acodado, muy utilizado en

riego superficial, con el fin de extraer el agua

de los canales de última orden, pasando

sobre su talud sin romperlo y entregarla en la

cabecera del surco o melga. El extremo del

lado aguas abajo es generalmente acodado

para terminar en forma horizontal, lo que

reduce la posibilidad de erosión.

El más elemental está formado por un tubo,

en forma de "U" invertida, de ramas

desiguales, con uno de sus extremos

sumergido en el líquido, que asciende por el

tubo a mayor altura que su superficie,

desaguando por el otro extremo. Para que

funcione, el orificio de salida debe estar por debajo 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 (cebado) ya que esa

continuidad permite que el peso del líquido

en la rama de desagüe cree la diferencia de

presiones que eleva el fluido en la otra rama.

UNIVERSITARIO: WILLAN VICENTE ACOSTA ARCE


El flujo se interrumpe en caso de que el extremo sumergido quede fuera del agua, porque

entonces entrará aire en el conducto rompiendo la continuidad del líquido.

Los sifones se pueden conseguir en el mercado o fabricarlos por medios propios. Pueden ser de

diferentes diámetros en función del gasto a manejar y la facilidad de manipulación. Los

materiales más comunes son el: polietileno, PVC o el aluminio. No son aconsejables los

polietilenos claro, por su sensibilidad a los rayos solares duran poco tiempo.

El uso de los sifones goza de gran popularidad, pues permite el cambio fácil y frecuente del

agua de un surco a otro. Esta no es la única utilidad pues también permite de una manera

rápida y sencilla conocer el gasto que se está entregando y de esta forma lograr un mayor

aprovechamiento de agua y aumentar la eficiencia del sistema.

2. 0BJETIVOS.- Conocer el funcionamiento del sifón como estructura de control del agua de riego

Obtener los datos experimentales para determinar la curva de calibración (relación entre el

gasto y la carga)

Comparar los resultados con los que se reportan en la literatura

3. MARCO TEORICO.-

Los sifones son estructuras hidráulicas que se utilizan en canales para conducir el agua a

través de obstáculos tales como un río, una depresión del terreno u otro canal.

Podemos diferenciar dos tipos de sifones en cuanto al principio de su funcionamiento: Sifón

normal y sifón invertido.

Los sifones se pueden conseguir en el mercado o fabricarlos por medios propios. Pueden ser

de diferentes diámetros, en función del gasto a manejar y a la facilidad de manipulación.



Los materiales más comunes son el polietileno, PVC o el aluminio. No son aconsejables los de

polietileno claro, que por su sensibilidad a los rayos solares duran poco tiempo.

3.1. sifón normal:

Llamado simplemente sifón por la mayoría de los autores, conduce el agua pasando sobre

el obstáculo como se ilustra en la figura 1.

Su funcionamiento se debe a la presión atmosférica que actúa en la superficie del agua a la

entrada; 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 el

interior del conducto (presión cero o próxima a cero) hace que el agua fluya en sentido

ascendente al llegar a la cresta A, el agua cae por gravedad hacia la rama derecha dejando

un vacío en la cresta lo que hace que el flujo sea continuo mientras no se introduzca aire en

el conducto, por esta razón la entrada al sifón debe estar siempre ahogada.

Un ejemplo muy común de este tipo de

sifones es el empleado por los

agricultores para aplicar el agua a los

surcos a través del bordo del canal.


Figura 1. Sifón normal.


3.2. sifón invertido:

Llamado así por su posición respecto al sifón normal, conduce el agua pasando bajo el obstáculo.

El principio de su funcionamiento es diferente, en este tipo el agua fluye exclusivamente por la

acción de la gravedad, por el principio de los vasos comunicantes; el agua trata de alcanzar el mismo

nivel de las dos ramas. Se ve que en este tipo de sifón no es necesario producir el vacío dentro del

conducto.

El sifón invertido es el más usado en canales principalmente para cruzar cauces o cañadas, figura 2.

3.3. Aplicación.-Actual mente la

aplicación de los sifones es muy amplia a continuación se presenta algunas de sus

aplicaciones:

A. Para atravesar depresiones en el terreno

En esta aplicación se utiliza lo que propiamente se llama sifón. 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. También puede ocurrir con cualquier otro tipo

de obstáculo, como otro canal, una carretera, etc.


Figura 2. Sifón invertido.


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. En tiempo de los romanos, principalmente, a menudo era más barato hacer el

puente o arquería. Y todavía, a veces, es una opción que no habría que descartar.

B. En instalaciones hidráulicas en edificios

Actualmente, una aplicación común de los sifones 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 invertido, aspirando el UNIVERSITARIO: WILLAN VICENTE ACOSTA ARCE

http://es.wikipedia.org/wiki/Inodoro


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.

También se pueden llevar los desagües del resto de los aparatos del baño a un sifón común,

llamado "bote sinfónico" (que no se usa nunca en un inodoro).

C. En aparatos electrodomésticos

La toma de lejía y suavizante de las lavadoras suele ser un sifón invertido. El suavizante está

en su cubeta y no alcanza la parte superior del sifón, pero cuando se abre la válvula de

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

haber vaciado el depósito de suavizante.

D. Como descargador de seguridad en canales

Aprovechando las características hidráulicas de los sifones invertidos, estos son más eficientes que

los vertederos libres para descargar el agua que, por alguna maniobra equivocada aguas arriba,


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bote_sif%C3%B3nico&action=edit&redlink=1


podría desbordarse de un canal provocando daños a las estructuras, por ejemplo, de canales de

riego.

Cuando el nivel del agua rebasa el máximo admisible (ver figura), se llena el sifón, que empieza a

descargar hasta que el nivel desciende hasta el considerado como normal, en cuyo momento entra

aire en el conducto del sifón y se desceba.

E. Para alimentar surcos de riego

Es un sistema bastante utilizado puesto

que un sifón 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") por su facilidad a ser

manipulado por el hombre.

F. para desagotar piscinas



Es un sistema bastante utilizado en piscicultura para desagotar o votar el agua de piscinas,

presas, (dedicadas a la piscicultura y a otras actividades) puesto que un sifón permite retirar

el agua por gravedad de una piscina y conducirla a otra o simplemente sacarlo fuera de ella

sin contaminar el medio ambiente y en este caso el agua que se usa para la cría de peces.

3.4. FORMULAS A USAR EN LA PRÁCTICA

El gasto que entrega el sifón es proporcional a su diámetro y a la raíz cuadrada de la diferencia de

nivel (H) entre el agua del canal abastecedor y el centro del sifón a la salida si descarga es libre, o

de la elevación de la elevación de la superficie del agua si la descarga es ahogada.De tal modo, la

carga H es igual a la perdida de la entrada más tres perdidas por los cambios de dirección que

ocurra en los puntos 1,2,3 mostrados en la fig. Mas perdida por fricción más la energía remanente

a la salida.



H=K ent×V B

2

2g+3Ked×

V B2

2 g+ f LDV B

2

2 g+V C

2

2 g…….(1)

Dónde:

H: cargas sobre sifón, en metros.

Kent: coeficiente de pérdidas en la entrada, adimensional.

Ked : coeficientes de pérdidas en los cambios de dirección, adimensional.

f: factor de fricción de Weisbach Darcy, adimensional.

L: longitud del sifón, en metros.

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

Vc : velocidad del agua a la salida del sifón, en m/s.

Agrupando la ecuación anterior tenemos:

H=(K ent+3K ed+ fLD )V B

2

2g+V C

2

2g

Si:K t=K ent+3K ed+ fLD

H=K tV B

2

2 g+V C

2

2 g……(2)

Aplicando continuidad:

ABV B=ACV C



V C=ABACV B

Sustituyendo esta última expresión en la ecuación (2) y luego factorizando tenemos:

H=(K t+ AB2

AC2 )V B

2

2g

Despejando VB :

V B=1

√K tAB

2

AC2

√2gH

y el gasto:Q= 1

√K t+ AB2AC2√2gH

Que es igual a la expresión del gasto en un orificio:

Q=CA √2gH …… (3)

Dónde:

Q = Gasto del sifón en m3 /s.

C= Coeficiente de gasto, adimensional.

A=Área de la sección transversal del sifón en m2.

g=Aceleración de la gravedad.

H= Carga del sifón en m.



La expresión del gasto indica que este se puede determinar si se conocen las características geométricas y la carga H.

Para determinar el coeficiente de gasto en la ecuación (3) se puede utilizar la expresión:

C=0,5372√ D43

16,679n2Co2 L+0,2886D

43

Dónde:

C= Coeficiente de gasto, adimensional.

Co =Coeficiente por entrada, adimensional (aproximadamente 0,83)

D= Diámetro interior del sifón, en cm.

n = Coeficiente de rugosidad de Nanning, adimensional.

L= Largo del sifón, en m.

4. REPRESENTACION GRAFICA.-


TANQUE DE CARGA COSTANTE

TANQUE DE AFORO


5. INSTRUMENTACION Y EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PRACTICA.-Se utilizaron los siguientes instrumentos que lo detallamos a continuación:


SIFON


Sifón.

Dos tramo de tubería de PVC de

3/4 plg de diámetro interior

acodado, así como se muestra en

la figura.

Tanque de carga constante.

Donde el nivel del agua debe

mantener una altura constante

durante todo el experimento.

Tanque de aforo.

Para medir el gasto por el método volumétrico.

Termómetro.

Para medir la temperatura del agua en el momento del experimento.

Flexo metro.

Para medir las dimensiones del tubo y del tanque de aforo.

Cronómetro.

Para medir el tiempo que tarda en alcanzar cierta altura en el tanque de

aforo.

6. DESCRIPCION DE LA PRACTICA.-

La instalación utilizada en laboratorio consta de los siguientes elementos importantes:



Tanque de carga constante.

Tanque de aforo.

Para que el sifón funcione es necesario introducirlo total o parcialmente en el tanque de carga

constante, estando sumergido, se tapa el extremo de la salida con la palma de la mano, se gira

rápidamente dejándolo sobre una altura” h”, cuidando que la entrada no quede fuera del agua

y la salida quede a un nivel más bajo que el nivel de la superficie del agua en el tanque de

carga constante, el cual desemboca en un tanque de aforo, lo cual nos permite encontrar el

caudal real(experimental).

Para la realización de la práctica se siguió en siguiente procedimiento:

Tomamos las medidas iniciales: las dimensiones del tanque de aforo, diámetro interior del sifón,

longitud del sifón, temperatura del agua y las alturas de carga.

Cebamos el sifón, es decir, lo llenamos de agua y luego aseguramos que este en perfecto

funcionamiento.

Una vez ubicado en su posición de funcionamiento se mide la altura de carga.

Después de medir la altura de carga se pone en funcionamiento el sifón y en ese instante se

empieza a cronometrar los tiempos.

Se repitió 5 veces los pasos para los dos diferentes sifones.

Luego se procedió a medir el caudal de circulación por el método volumétrico.



7. DATOS DE LA PRACTICA.-8. ANALISIS DE DATOS.-9. CALCULOS.-10.RESULTADO Y DISCUSION.-11.CONCLUSIONES.-12.RECOMENDACIONES.-13.CUESTIONARIO.-14.BIBLIOGRAFIA.-

Manual de práctica del laboratorio de hidráulica (DR.: ERNESTO GARCIA RUIZ) Mecánica de los Fluidos (JOSEPH B. FRANZINI / E. JOHN FINNEMORE) Mecánica de los Fluidos e Hidráulica (SCHAUM MACGRAWHIL) Presentaciones de PowerPoint de internet (UNIVERSIDAD UNIVALLE- CBBA)


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