TEMA II: SIFÓNTEMA II: SIFÓN

I.I. OBJETIVOSOBJETIVOS

Realizar por medio de una práctica el fenómeno del sifón.

Aplicar la ECUACION DE BERNOULLI en el sifón.

Determinar la altura máxima en el flujo de fluidos a través de un sifón.

II.MARCO TEÓRICOII.MARCO TEÓRICO

SIFÓN

Un 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 debe estar lleno de líquido,

ya que el peso del líquido en la rama del desagüe es la fuerza que eleva el fluido en la

otra rama.

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

El sifón en el vacío.

¿Funcionaría el sifón en el vacío?

A la pregunta de ¿Es posible el trasiego de líquido en el vacío mediante un sifón? se

suele responder terminantemente. ¡No, es imposible!

Por regla general, la circulación del líquido en el sifón se atribuye únicamente a la

presión del aire. Pero esta suposición es un prejuicio físico. En un sifón rodeado de

vacío el líquido fluye libremente. En principio, el sifón con líquido funciona

perfectamente aunque no exista presión del aire.

Explicación evidente de cómo funciona el sifón.

En los puntos más elevados deben ser instaladas válvulas de expulsión y admisión de

aire que posibilitan el escape del aire acumulado (Figura 8.2). En este caso, dichas

válvulas funcionarán bien, porque la presión en el interior del tubo siempre será mayor

que la atmosférica.

ECUACION DE ENERGIA ENTRE EL TANQUE DE DESCARGA Y EL PUNTO MÁS ALTO DEL CONDUCTO (T).

Por estar el conducto por encima de la línea estática, la presión atmosférica es el

principal factor que contribuye al ascenso del fluido tal como se verá en las siguientes

ecuaciones. Es por ello que se recomienda hacer el análisis en términos de presiones

absolutas.

z1+PAtmosferica 1

γ+V 12

2g=zT+

PAbsolutaT

γ+V T2

2g+∑

1

T

h p

Despejando la presión atmosférica y haciendo despreciable la cabeza de velocidad en

el tanque de carga, se tiene que solo se cuenta con la presión atmosférica del lugar

para vencer un desnivel hasta el punto T, garantizar una presión absoluta en T,

garantizar una cabeza de velocidad en T y vencer las pérdidas entre 1 y T.

P Atmosferica1

γ=z1−zT+

PAbsolutaT

γ+V T2

2g+∑

1

T

h p

L a presión atmosférica del lugar depende de la altitud del lugar , siendo la máxima al

nivel del mar . Para otras elevaciones puede usarse la siguiente expresión

aproximada:

P Atmosferica1

γlugar=10.33−

1.2∗altitud del lugar (m)1000

Despejando la altura de ascenso zT−z1, se tiene que la altura de ascenso del sifón por

encima de la línea estatica, debe ser menor que la presión atmosférica del lugar.

z1−zT=PAtmosferica1

γ−PAbsolutaT

γ−V T2

2g−∑

1

T

h p

Para evitar problemas de cavitación, la presión absoluta en T debe ser siempre mayor

que la presión de vapor del agua.se recomienda por seguridad que sea mayor que dos

o 3 mca.

La presión de vapor se refiere a la presión necesaria para que un fluido pase de

estado liquide al gaseoso a una temperatura dada.

ECUACION DE ENERGIA ENTRE EL TANQUE DE CARGA Y DE DESCARGA

Para garantizar el funcionamiento del sistema debe cumplirse con la ecuación de la

energía entre los tanques 1 y 2.

z1=z2+∑1

T

h p

APLICACIÓN:

En instalaciones hidráulicas en edificios

La aplicación más común de los sifones es en los desagües de fregaderos, lavabos,

inodoros, etc. Para evitar que el mal olor de las cañerías ascienda por los desagües.

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

primera curva del tubo y la segunda actúa como un sifón, vaciando la primera 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 la primera curva del tubo y aislando el desagüe de los gases de la cañería.

Actualmente, se suelen llevar todos los desagües a un sifón común, llamado "bote

sifónico".

En aparatos electrodomésticos

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

El sifón es la parte de la tubería de desagüe de los lavabos y fregaderos que se

obstruye con más facilidad.

Este elemento esencial de fontanería está formado por un tubo en forma de 's'

acostada que lleva un tapón enroscado en la parte más baja.

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 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 PVC flexible, de un diámetro de entre 2" y 3".

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, 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 EFECTO SIFÓN

El dibujo representa un sifón que descarga agua por encima de una presa.

La altura total en la sección 1 es:

H = P1/pg + Z1 + V21/2g

Pero: P1/pg = 0 V1 = 0

Luego O + Z1 + O = H

La constante de Bernoulli vale, por tanto:H = Z1

Al despreciar perdidas, la altura total en el punto 2 valdrá:

H = P2/pg + Z2 + V22/2g

Pero

P2/pg = 0

Luego

O + Z2 + V22/2g = H

V22/2g = H – Z2

V = [2g (H – Z2)]^1/2

Si el sifón es de sección transversal constante V2 = V será la velocidad del agua en

todo el sifón.

En el punto A que es el más alto del sifón, la H valdrá:

PA + ZA + V2 = H

Pg 2g

Y:

PA = H – ZA – V2

Pg 2g

Y siendo V2 = V

PA = H – ZA – H + Z 2= -(ZA – Z2) < 0 pg

III.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALIII.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

III.1. Materiales:

Wincha.

Cronometro.

Manguera.

Extensión.

III.2. Equipos:

Pasos a seguir:

Previamente bombear el fluido a u cilindro que se encuentra a un nivel

superior.

Medir las dimensiones de la manguera y el equipo utilizado.

Cebar la manguera colocándola en el cilindro superior para poder medir

a diferentes alturas el volumen y el tiempo y así determinar la altura

máxima.

IV.CÁLCULOS Y RESULTADOSIV.CÁLCULOS Y RESULTADOS

CONSIDERACIONES:

Flujo estable.

Flujo incompresible.

Flujo a lo largo de una línea corriente.

El depósito es grande comparando con el tubo.

DATOS EXPERIMENTALES:

V (ml)

750 760 775 790 800 810 810 820 850 796,11

T (s) 3,54 3,51 3,54 3,61 3,66 3,58 3,71 3,55 3,77 3,61

Lmanguera=3,867 m

Dmanguera=0,0127 m

Q=2,21 10-4 m3/s

T=17ºC

Aplicando la ecuación de Bernoulli en los puntos 1 y 2:

P1ρ

+V12

2 gc+gz1gc

=P2ρ

+V22

2+gz2gc

+hf

Como el área depósito>> áreatubo V 1≈0 .Además Pman1=Pman2=0 de modo que:

gz1gc

=V22

2 gc+h f

V 2=1.7446ms

Hallando las pérdidas:

h f=−V 3

2

2gc

h f=0,56515m .9 .81m /s2

9,81kg .mkgf . s2

−1,74462m2/s2

2 .9,81kg .mkgf . s2

h f=3,147kgf .mkg

Hallando la altura máxima entre los puntos A y 2:

V A=0

La presión en ese punto será menor o igual a la presión de vapor a 17ºC

PA=2,085kPa

Haciendo el balance de energía:

P A

ρ+VA2

2 gc+gzAgc

=P2ρ

+V22

2+gz 2gc

+h f

z A=gcg (h f+ V 2

2

2gc−P A

ρ )

z A=kgkgf [2,84 m .kgfkg

+1,74462

m2

s2

2.9,81kg .m

kgf . s2

+2,085

kNm2 ()

999,01kg

m2 ]z A=3,21m

V.V. DISCUSIÓN DE RESULTADOSDISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los datos obtenidos en la práctica nos muestran la altura máxima, de los datos

tomados en la práctica.

Tomando en consideración la suposición de que la manguera no sufrió ninguna

deformación.

VI.VI. CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Se aplicó la ecuación de la conservación de la energía en el sifón.

Se determino la altura máxima experimentalmente: ZMAX=3 ,21m .

Utilizando la ecuación de BERNOULLI en el sifón mediante cálculos

matemáticos se hallo la altura máxima: ZMAX=3 ,21m

VII.VII. RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

Debemos tener en cuenta, en las corridas, una serie de medidas de precaución para que

la nueva entrada de agua se hiciera gradualmente y mas no de una forma brusca. Para

esto debemos tener en cuenta algunos principios.

Aunque, como se ha dicho, debemos prever un cierto desnivel para compensar la

fricción de las tuberías y el agua.

El acondicionamiento del equipo al momento de formar el Sifón debe compensar o

disminuir la presión estática dentro de la tubería (que depende de la altura de la columna

de agua dentro de ella).

Si no queda más alternativa, a la salida puedes controlar el flujo mediante un escalón

que provoque que el tubo funcione lleno, y después diseñas una caída. Otra forma de

lidiar con el problema es dividir el gasto en dos o más líneas de conducción para

diferentes casos de gastos, y alturas de agua, por ejemplo para gasto normal y para

gasto con aportes pluviales.

VIII.VIII. BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

Pump Application Engineering Hicks and Edwards.

Biblioteca de la U.S.B.

Mecánica de los fluidos y maquinas hidráulicas. Claudio Mataix. Biblioteca de la

U.S.B.

Bombas y Maquinas Soplantes Centrifugas. A.H. Church.

Biblioteca de la U.S.B.

Monografías.COM. Página de Internet.

Microsoft Encarta 2002