SIFONES INVERTIDOS (SAG PIPE)

Los sifones invertidos son conductos cerrados que trabajan a presión, se utilizan para conducir el agua en el cruce de un canal con una depresión topográfica en la que está ubicado un camino, una vía de ferrocarril, un dren o incluso otro canal.

Los sifones invertidos están conformados por dos o más tuberías, dependiendo del caudal de diseño que se requiera conducir. Estas tuberías deben constar de facilidad de limpieza. Siempre que sea posible se debe evitar el uso de sifones invertidos por los

grandes inconvenientes que representa su conservación y mantenimiento, sin embargo muchas veces no es posible resolver de otra manera el problema de paso de depresiones.

Para cruzar una depresión, se debe recurrir a una estructura de cruce, en cada caso se escogerá la solución más conveniente para obtener un funcionamiento hidráulico correcto, la menor pérdida de carga posible y la mayor economía factible, las cuales pueden ser:

Puente Canal Sifón invertido Alcantarilla Túnel

El sifón invertido es el más usado en canales principalmente para cruzar cauces naturales.

Un sifón invertido completo consta de las siguientes partes:

Depósito de azolves. Limitador de gasto Transición de entrada Conducto Válvula de purga Transición de salida.

HIDRÁULICA DEL SIFÓN

El sifón invertido, presenta aproximadamente una forma de “U” interconectada con dos cámaras. En su entrada existe una cámara cuya función es orientar el flujo hacia el sifón propiamente dicho y a su salida otra cámara que permite guiar el flujo efluente hacia el colector aguas abajo. Entre estas cámaras, el escurrimiento ser produce por gravedad, en conducto forzado (a presión hidráulica o sea a tubo lleno), siendo por lo tanto el nivel de agua en la cámara de entrada superior al de la cámara de salida.

A la entrada de un sifón, y a veces también a la salida, es necesario poner rejillas y cajones desarenadores para evitar que entre material sólido y flotante hacia el interior. En la parte más baja de un sifón, normalmente se coloca una válvula que permite vaciarlo en caso de necesidad, lavando la arena que puede haberse depositado en el fondo.

La selección del tipo de estructura se basa en consideraciones constructivas y económicas

Un sifón puede destruirse con un terremoto, pero la mayoría de las piezas son de acero que pueden ser recogidas y enderezadas. Por lo tanto el sifón puede ser rehabilitado y armado nuevamente, utilizando gran parte de las mismas piezas. Desde el punto de vista constructivo el sifón requiere de gente especializada para armarlo.

Tipos de Compuertas

Compuerta tipo anillo: Son utilizadas en la cresta de los vertederos tipo “Tulipa”, en las presas que están equipadas con este tipo de vertedero.

Compuerta tipo Basculante:

Puede ser utilizada tanto en la cima del vertedero de una presa como instalado en el fondo de un río o canal

Compuerta tipo cilindro: para las descargas en presión, por lo que se puede colocar la sección de toma a la profundidad que sea, en un embalse.Via:

Compuertas tipo esclusas

Tienen las bisagras verticales. Se accionan por medios mecánicos por pistones hidráulicos. La compuerta se abre para permitir el paso del buque. Sólo se pueden abrir cuando la diferencia entre los niveles de agua fuera y dentro de la esclusa es de unos pocos centímetros

Compuerta tipo lagarto: Son utilizadas para abrir o cerrar tomas en presión para descargas de fondo o para centrales hidroeléctricas.

Compuerta tipo rodante:

Utilizada en vertederos de presas, es manipulada desde los pilares del vertedero accionando cadenas, una en cada punta. La compuerta, constituida por un cilindro vacío, rueda sobre sí misma al ser elevada o descendida.

Permite liberar totalmente el vano del vertedero, permitiendo la navegación.

Compuerta tipo sector

Una compuerta tipo sector es una compuerta utilizada en vertederos de presas, es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas, no requiere de equipo mecánico para su operación.

La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma óptima, lo que incrementa el volumen de hormigón del mismo.

Su utilización y características son semejantes a la compuerta tipo tambor.

Compuerta tipo segmento

Las compuertas de segmento son muy utilizadas en la cresta de los vertederos de las presas. Antiguamente se movían jaladas por cadenas, mediante dispositivos instalados en los pilares del vertedero. Actualmente son accionadas mediante pistones hidráulicos o neumáticos.

Algunas compuertas de este tipo disponen, en la parte superior, de una parte abatiente. Esto permitirá descargar caudales pequeños, liberar el embalse de materiales fluctuantes y llenar la cuenca de disipación del vertedero para mejorar su funcionamiento en las fases iniciales de grandes descargas.

Compuerta tipo tambor

La compuerta tipo tambor es un tipo de compuerta hidráulica utilizada en vertederos de presas. Es manipulada utilizando el desnivel de agua creado por estas y no requiere equipo mecánico para su operación.

La necesidad de contar con una cámara donde se abate la compuerta hace que el vertedero no pueda tener la forma óptima, lo que incrementa el volumen de hormigón del mismo.

Su utilización y características son semejantes a la compuerta tipo sector.

Compuerta AVIS

Las compuertas AVIS1 se utilizan para controlar el nivel del agua en canales aguas abajo de la compuerta.

El principio de funcionamiento: La compuerta está fijada a un brazo oscilante, equilibrado por uno o más contrapesos. Solidariamente unido a la compuerta tipo

sector se encuentra un fluctuador sumergido en el agua aguas abajo de la compuerta. Si el nivel aguas abajo de la compuerta disminuye, el flotador baja y consecuentemente la compuerta se levanta dejando pasar mayor cantidad de agua, es decir que el nivel tenderá a subir, cerrando la compuerta.

Compuerta AMIS

Las compuertas AMIS1 se utilizan para controlar el nivel del agua en estanques y canales aguas arriba de la compuerta.

El principio de funcionamiento: La compuerta está fijada a un brazo oscilante, equilibrado por uno o más contrapesos. Solidariamente unido a la compuerta tipo sector se encuentra un fluctuador sumergido en el agua aguas arriba de la compuerta. Si el nivel aguas arriba se eleva el fluctuador elevará la compuerta incrementando la abertura por la cual fluye el agua, y por lo tanto dejando salir mayor cantidad de agua, el nivel aguas arriba tenderá a disminuir. Si el nivel agua arriba de la

compuerta se reduce, la compuerta siguiendo el fluctuador se baja y disminuye el caudal de salida.

Partición de Caudales

Los partidores son obras hidráulicas encargadas de dividir el caudal variable de agua en forma proporcional.

Existen diferentes formas de partidores, estos pueden ser construidos con hojas fijas, hojas móviles (cambia la proporción de división del caudal), compuertas planas, vertederos u orificios laterales de los más diversos, compuertas de nivel constante, módulos de máscara o de caudal cuasi constante.

Un partidor tiene la característica que con una hoja de partición permite conocer qué proporción de caudal va para cada lado. Pero para realizar esto de forma proporcional es necesario que la distribución de velocidades sea lo más uniforme posible.

La partición debe realizarse en régimen crítico porque los filetes son paralelos y la distribución de velocidades es casi uniforme con una pequeña diferencia en las proximidades a los muros, para lograr una independencia de aguas abajo se debe cumplir que

a+1,5hc > (h1+V12/2g)1,15.

Además de esta condición es necesario realizar la derivación con caudales grandes Qder>0,1Qpas y lograr que la sección de partición sea ancha, es decir B>10hc

Vertederos de Cresta Delgada

Los vertederos de paredes delgadas  generalmente son usados para medir caudales. Para obtener resultados fiables en la medición con el vertedero de pared delgada es importante que:

Tenga la pared de aguas arriba vertical,

Esté colocado perpendicularmente a la dirección de la corriente, y,

La cresta del vertedero sea horizontal o, en el caso de que esta sea triangular, la bisectriz del ángulo esté vertical.

Además, debe cuidarse de mantener la presión atmosférica debajo de la lámina vertida; el canal aguas arriba debe ser recto y estar desobstruido. La carga h, sobre la cresta del vertedero debe ser medida a una distancia suficiente, aguas arriba, para no tener influencia de la curvatura de la superficie líquida en la proximidad del vertedero. Para mantener la presión del aire, y evitar que este se vea succionado, acercando la lámina de agua al aliviadero, se instalan sistemas e aireación (generalmente tubos a los lados por donde entra el aire).

Vertedero rectangular 

La fórmula fundamental de caudal vertido en vertederos de sección rectangular, sin contracción, también conocido como vertedero de Bazin, es:

Dónde:

Q = caudal en m3/s

 = es un coeficiente indicador de las condiciones de escurrimiento del agua sobre el vertedero

L = longitud de la solera del vertedero en m h = altura de la lámina vertiente sobre la cresta en m g = aceleración de la gravedad, en m/s2

V0 = velocidad de llegada de la corriente inmediatamente aguas arriba del vertedero, en m/s

Si el vertimiento fuera de lámina contraída, se debe hacer una corrección, substrayendo: 0.1 h del valor de L por cada contracción.

Cuando la velocidad de aproximación es baja se puede simplificar la ecuación de la siguiente forma:

Donde:

 - además de otros factores considera la velocidad de aproximación.

Las características del tipo de flujo que afectan   pueden ser definidas por h y 

Donde:

 = altura del vertedero en m

Los valores de   se encuentran en la tabla siguiente

Hd/h

h=0.05

h=0.10

h=0.20

h=0.40

h=0.60

h=0.80

h=1.00

h=1.50

0.5

2.316

2.285

2.272

2.266

2.263

2.262

2.262

2.261

1.0

2.082

2.051

2.037

2.030

2.027

2.026

2.025

2.024

2.0

1.964

1.933

1.919

1.912

1.909

1.908

1.907

1.906

10.

1.8

1.8

1.8

1.8

1.8

1.8

1.8

1.8

070

39

24

17

15

14

13

12

\infty

1.846

1.815

1.801

1.793

1.791

1.790

1.789

1.788

Vertedero triangular 

Para medir caudales muy pequeños (menos de 6 litros por segundo), se obtiene mejor precisión utilizando aliviaderos de pared delgada de sección triangular, pues la presión varía con la altura, dándose un gran gradiente de velocidad entre la parte inferior del triángulo y la superior.1 El caudal sobre un aliviadero triangular es dado por la fórmula:

Donde:

 = ángulo del vértice del triángulo

 = aproximadamente a 0.58 variando ligeramente con la carga y el ángulo de la abertura.

Vertedero de Cipoletti 

El vertedero tipo Cipoletti es trapezoidal. La inclinación de los lados es de 4v/1h (4 unidades en la vertical por 1 unidad den la horizontal. El mayor caudal que pasa por la inclinación de los lados del trapecio, compensa la contracción lateral de los vertederos rectangulares, por lo tanto pueden utilizarse la fórmula y la tabla de coeficientes correspondiente al vertedero rectangular.

Cajas de DistribuciónLa caja distribuidora de caudales se emplea para poder dividir el caudal en uno, dos o más partes, dependiendo del número de comunidades o sectores a las que se les vaya a brindar el servicio. Poseen cámaras, divididas por una pantalla en la que se instalan los vertederos que son los que distribuyen el agua.

La caja de distribución de caudales puede realizar otras funciones como lo es servir de tanque de distribución. Lo anterior ocurre cuando uno de los ramales que sale de la caja alimenta a un bajo número de viviendas; en este caso puede ser necesario incrementar la capacidad de la caja, de acuerdo al número de usuarios

Glosario de términosAfluente: Incorporación de caudal aportado por uno más cauces (efímero o no) hacia otro de mayor envergadura.

Efluente: Descarga de una planta de tratamiento o sistema de alcantarillado hacia la red pública o cuerpo receptor.

Resalto Hidráulico: El resalto o salto hidráulico es un fenómeno local, que se presenta en el flujo rápidamente variado, el cual va siempre acompañado por un aumento súbito del tirante y una pérdida de energía bastante considerable (disipada principalmente como calor), en un tramo relativamente corto. Ocurre en el paso brusco de régimen supercrítico (rápido) a régimen subcrítico (lento), es decir, en el resalto hidráulico el tirante, en un corto tramo, cambia de un valor inferior al crítico a otro superior a este

Socavación: Se denomina socavación a la excavación profunda causada por el agua, uno de los tipos de erosión hídrica . Puede deberse al embate de

las olas contra un acantilado, a los remolinos del agua, especialmente allí donde encuentra algún obstáculo la corriente, y al roce con las márgenes de las corrientes que han sido desviadas por los lechos sinuosos.