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DIPLOMADODISEÑO HIDRÁULICO DE
ESTRUCTURAS
SIFONES INVERTIDOS
CARLOS A HERRÁN MSc Cali – Octubre de 2010 1
COMPONENTES DE UN SIFON
a) Transiciones de entrada y salida
Como en la mayoría de los casos, la sección de la tubería o del canal de llegada es diferente a la adoptada para el sifón, es necesario construir una transición de entrada y de salida para pasar gradualmente de la primera a la segunda.
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La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifón se recomienda que este comprendida entre un mínimo de 1.1 hv y un máximo de 1.5 hv. (hv = carga de velocidad)
En el diseño de una transición de entrada y salida es aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifón un poco más debajo de la superficie normal del agua. Esto hace mínima la posibilidad de reducir la capacidad del sifón causada por la introducción de aire a este.
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b) Rejilla de entrada El objetivo de la rejilla es el impedir o disminuir la entrada de basuras u objetos extraños al sifón que impidan el funcionamiento correcto del ducto. Si se instala una rejilla en este punto, entonces se debe considerar las pérdidas de carga producto de la disminución de área para el paso del flujo. 4
Esta rejilla puede ubicarse inmediatamente antes de la entrada del líquido al sifón o se puede reemplazar por una cámara de rejas emplazada antes de la cámara de entrada al sifón.
En este caso, las pérdidas de carga que se producen no afectan la hidráulica del sifón puesto que el flujo llega a la cámara de entrada con la velocidad y altura de escurrimiento normales.
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c) Tuberías de presión Son tuberías que transportan agua bajo presión. Para que los costos de mantenimiento sean bajos se deben colocar machones de anclaje, para evitar que frente a peligros de erosión, las tuberías no se desplacen y continúen funcionando.
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Las velocidades de diseño de sifones grandes deben estar entre 2.5 – 3.5 m/s, mientras que los sifones pequeños se recomienda 1.6 m/s aproximadamente, intentando siempre a que velocidad mínima de diseño sea mayor a 0.8 m/s. Un sifón se considera largo cuando su longitud es mayor a 500 veces el diámetro.
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HIDRÁULICA DE SIFONES
8
9
)2
()2
(22
22
21
1121 g
VYZ
g
VYZEEH
Donde:
Zi = CARGA DE POSICIÓN
Yi = CARGA DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA
= CARGA DE VELOCIDAD
CARGA HIDRÁULICA DSIPONIBLE
g
Vi2
2
H
El sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida. Aplicamos continuidad de energía en 1 y 2:
10
DONDE
11
Existen también otras fórmulas para calcular la altura mínima:
ó,el modelo de Polikouski y Perelman
siendo, vt la velocidad media en la tubería del sifón y D el diámetro de la tubería en metros.
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PROCEDIMIENTO PROPUESTO PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO
• CALCULAR EL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA
Se puede iniciar el cálculo suponiendo una velocidad mínima de 1 m/s y el gasto de diseño
Se toma un diámetro comercial y se recalcula la velocidad para usar V t
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• Determinar la altura mínima de ahogamiento
a la entrada y salida del sifón con:
Adoptar el mayor valor
g
VH t
25,1
2
min
14
DVH t **3,0min
55.0min )(**5,0
D
VDH t
21
1
hYH entrada
22
2
hYH salida
•Calcular la altura de ahogamiento proyectada
a la entrada y salida del sifón
Se debe chequear que :
minHH i
Para que el sifón siempre trabaje ahogado 15
g
VhY t
2
2
11 g
VhY t
2
2
22
ii
Dh
cos
h
D
En las expresiones anteriores:
16
17
•Calcular PÉRDIDAS DE CARGA
Pérdidas de carga por transición de entrada y salida
g
VVh esctin 2
)(*1.0
22
g
VVh esctout 2
)(*2.0
22
18
Pérdidas de carga por entrada al conducto
Pérdidas de carga por fricción en el conducto
g
Vkh e 2*
22
3 tVV 2
g
Vkh
occd 2*)
90(
22
LRC
Vh tf *)
**8508.0( 8518.1
63.0
19
Pérdidas de carga por cambios de dirección o codos
Pérdidas de carga por accesorios
g
Vkh
occd 2*)
90(
2
g
Vkh2*
2
20
Pérdida de carga total
ifft hh
Verificación Final
0 fthH
21