Hoja1DISEO HIDRULICO DE UN SIFN INVERTIDOProyecto: CONSTRUCCIN CANAL DE RIEGO SALTANADepartamento: LIMATramo:IProvincia: CANTAProg. Inicio:2 + 280Distrito: SAN BUENAVENTURAProg. Fin:2 + 760Se realiza el anlisis entre los puntos 1 y 2 de la fig. mostradaEt = Zt + yt +vt2/2gDonde:Zt: carga de posiscin H =E1 - E2yt: carga de presin H =(Z1 + y1 +v12/2g) - (Z2 + y2 +v22/2g)vt2/2g: carga de velocidad (g=9.81 m/s2) H: carga hidrulicaTransicin de Entrada y SalidaEn el diseo de una transicin de entrada y salida es generalmente aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifn un poco mas debajo de la superficie normal del agua.Esta prctica hace mnima la posible reduccin de la capacidad del sifn causada por la introduccin del aire. La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifn se recomienda que est comprendida entre un mnimo de 1.1hv y un mximo de 1.5hv.Donde:hv: carga de velocidad =v2/2gv: velocidad en el canal (g=9.81 m/s2)Rejilla de Entrada y SalidaLa rejilla de entrada y salida se acostumbra hacerla con varillas de 3/8" de dimetro colocados a cada 10 cm, y soldados a un marco de 1"x1/2". El objetivo de la rejilla a la entrada y salida es impedir o disminuir el ingreso al conducto de basuras y objetos extraos que impidan el correcto funcionamiento del conducto.Velocidades en el ConductoLas velocidades de diseo en los sifones grandes es de 2 - 3 m/s, mientras que en sifones pequeos es de 1.6 m/s.Un sifn se considera grande cuando su longitud es mayor a 500 veces el dimetro.Profundidad de Sumergencia del Conducto a la Entrada y SalidaEl sifn siempre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida.Aplicamos Balance Energa entre 1 y 2.Z1 + P1/ +v12/2g =Z2 + P2/ +v22/2g + hfHmin. = 1.5 x v22/2gdonde:hf =0.5 x v22/2gOtras frmulas usadas son:Hmin. = 0.3 x v2DHmin. = 0.5 x D x (v2/D)0.55donde:v2: velocidad en la tubera (m/s)D: dimetro de la tubera (m)Finalmente el sifn funciona por diferencia de cargas, esta diferecia de cargas debe absorber todas las prdidas en el sifn. La diferencia de carga Z debe ser mayor a las prdidas totales.Vlvula de Purga de agua y lodosSe coloca en la parte mas baja del conducto, para permitir evacuar el agua o el lodo que se quede almacenado en el conducto cuando se para el sifn para su limpieza o reparacin.CLCULO HIDRULICO DEL SIFNCon la informacin topogrfica de las curvas de nivel y el perfil del terreno en el sitio de la obra, se traza el sifn y se procede a disear la forma y dimensiones de la seccin del conducto ms econmica y conveniente, esto se obtiene despus de varios tanteos, tomando en cuenta las prdidas de carga que han de presentarse.Las dimensiones de la seccin transversal dependen del caudal que debe pasar y de la velocidad admisible.En sifones grandes se considera una velocidad dentro del conducto entre 2 y 3 m/s, que evitar el depsito de azolves en el fondo y que no es tan grande como para producir la erosin del material.Datos para iniciar el DiseoEn el canal de entrada*En el canal de salida*Q =0.09m3/sQ =0.09m3/sZ1 =3596.71mZ2 =3583my1 =0.16my2 =0.19mv1 =1.19m/sv2 =1.19m/sS1 =0.02S2 =0.01*Todos estos datos corresponden a las caracteristicas hidrulicas del canal de conduccin*Datos procesados con HcanalesBalance de Energa H =13.67mClculo del dimetro de la TuberaQ =0.09m3/scaudal a conducir por el conductov =2.35m/svelocidad asumida en el conducto - varia entre 2 y 3.5 m/s0.0383174387D =(4 x Q)/(v x )=0.22m =9pulg0.1957484066Insertamos un dimetro comercial y recalculando el dimetro obtenemos:D =12pulgD =0.30m=>v =1.23m/ssi Re < 2,000 Flujo Laminar13.7050363985Re =375,956.56. . .Flujo Turbulentosi Re > 4,000 Flujo Turbulento3.7020313881Clculo de las TransicionesClculo de la longitud de transicin exterior de Trapezoidal a Rectangular:Le =(T - t) / (2 x tag22.5)donde:Le: longitud de tramsicin exterior (m)=>T =1.00mT: espejo de agua en el canal trapezoidal (m)t: dimetro del conducto (m)Le =0.84mClculo de la longitud de transicin interior de Rectangular a Circular:Li =1.5 x D=>Li =0.46mClculo de la Altura Mnima de AhogamientoDel Balance de Energa tenemos:Hmin. = 1.5 x v22/2g =0.12mOtras frmulas usadas son:Hmin. = 0.3 x v2D =0.20mHmin. = 0.5 x D x (v2/D)0.55 =0.24mEscogemos el de mayor longitud:Hmin.=0.24mCLCULO DE PRDIDASPrdida de carga por Transicin de entrada y salida ( hte, hts )hte = 0.1 x (v2t - v2c) / 2 x g: prdida por transicin de entradahts = 0.2 x (v2t - v2c) / 2 x g: prdida por transicin de salidavt :veloc. en la tuberavc :veloc. en el canal de entrada y salidaAplicamos Energa entre el inicio de la transicin y la entrada de la tubera, hallamos la prdida en la transicin:hte =0.0005367328mhte =0.0010734657mClculo de Prdidas por Rejillas ( hrej )Las prdidas originadas se calculan con la siguente frmula:hrej = k x (v2n / 2g)k = 1.45 - 0.45 x (An / Ag) - (An / Ag)2Vn = Q / Ank: coeficiente de prdidas en la rejillavn: velocidad a travs del rea neta de la rejilla, dentro del rea hidrulicaAn: rea neta a travs de las rejillasAg: rea bruta de las rejillas y sus soportes, dentro del rea hidrulicaConsiderando una prdida por metro cuadrado de rejilla tendremos 9 varillas a cada 0.10 m, lo cual nos dara:rea de las varillas =0.085725m2rea neta por metro cuadrado:An =0.914275m2 /m2El rea hidrulica (bruta) de la tubera es de:Ag =0.072965877m2Finalmente el rea neta ser:An =0.0667108772m2=>An / Ag =0.914275k =0.2026774744=>Vn =1.35m/s=>hrej =0.0188017467mClculo de Prdidas de Carga por Entrada al Ducto ( hent )hent = ke x (v2/ 2g)0.5Valores de Ke0.34ke: coeficiente que depende de la forma de la entradaCompuerta con pared delgada - contraccin suprimida1.000.84v: velocidad dentro del ductoPara entrada con arista en ngulo recto0.50285.6Para entrada con arista ligeramente redondeada0.2399,960.00Seleccionamos el valor de ke que mas se adecue:Para entrada con arista completamente redondeada, R/D = 0.150.10=>ke =0.23Para entrada abocinada circular0.004083401360Finalmente:hent =0.0178350462m13,600.0010,880.0013,872.0011,097.60Clculo de Prdidas por Friccin en el Ducto ( hf )62,424.0049,939.20Utilizando la frmula de Hazen Williams, tendremos:hf =10.668 x C-1.85 x D-4.87 x Q1.85 x LC: Coeficiente de Hazen WilliamsCoeficiente de Hazen WilliamsD: dimetro del ductoMaterialCMaterialCL: longitud del ductoAsbesto cemento140Hierro galvanizado120Q: caudal que circula por el ductoLatn130 - 140Vidrio140Ladrillo de saneamiento100Plomo130 - 140Escogemos un valor de C de H-W =140Hierro fundido, nuevo130Plastico (PE, PVC)140 - 150Longitud del Ducto =500mHierro fundido, 10 aos de edad107 - 113Tubera lisa nueva140Hierro fundido, 20 aos de edad89 - 100Acero nuevo140 - 150Hierro fundido, 30 aos de edad75 - 90Acero130Calculamos la prdida unitaria =0.0043Hierro fundido, 40 aos de edad64 - 83Acero rolado110Finalmente tenemos:hf =2.16mConcreto120 - 140Lata130Cobre130 - 140Madera120Hierro ductil120Hormign120 - 140Clculo de Prdidas por cambio de Direccin o Codos ( hcd )Una frmula muy usada es:hcd = kc ( / 90)1/2x (V2 / 2g): ngulo de defleccinkc: coeficiente para codos comunes = 0.25Del Plano Predimensionado( / 90)1/2112.650.37=>hcd =0.02m221.630.49suma0.87Clculo de Prdidas por Vlvula de Limpieza ( hval )Las prdidasde carga que se originan en los sifones por el hecho de insertar lateralmente una tubera en la que se coloca una vlvulla para desague y limpieza se deben considerar como prdidas por bifurcacin de tuberas.Esta prdida existe an cuando una de las partes est cerrada por la vlvula, ya que se forman turbulencias dentro de la tubera, pero en vista de que se considera muy pequea y no se ha podido evaluar se despreciaFinalmente se tiene la suma de todas las Prdidashtotal=2.22mEn resumen :El sifn est bien diseado=> H =13.67m>htotal=2.22m=> H - htotal =11.46m

Hoja2DISEO HIDRULICO DE UN SIFN INVERTIDOProyecto: MEJORAMIENTO SISTEMA DE RIEGO HUASMIN - EL BALCONDepartamento: CAJAMARCATramo:IProvincia: CELENDINProg. Inicio:0+280Distrito: HUASMINProg. Fin:1+165Se realiza el anlisis entre los puntos 1 y 2 de la fig. mostradaEt = Zt + yt +vt2/2gDonde:Zt: carga de posiscin H =E1 - E2yt: carga de presin H =(Z1 + y1 +v12/2g) - (Z2 + y2 +v22/2g)vt2/2g: carga de velocidad (g=9.81 m/s2) H: carga hidrulicaTransicin de Entrada y SalidaEn el diseo de una transicin de entrada y salida es generalmente aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifn un poco mas debajo de la superficie normal del agua.Esta prctica hace mnima la posible reduccin de la capacidad del sifn causada por la introduccin del aire. La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifn se recomienda que est comprendida entre un mnimo de 1.1hv y un mximo de 1.5hv.Donde:hv: carga de velocidad =v2/2gv: velocidad en el canal (g=9.81 m/s2)Rejilla de Entrada y SalidaLa rejilla de entrada y salida se acostumbra hacerla con varillas de 3/8" de dimetro colocados a cada 10 cm, y soldados a un marco de 1"x1/2". El objetivo de la rejilla a la entrada y salida es impedir o disminuir el ingreso al conducto de basuras y objetos extraos que impidan el correcto funcionamiento del conducto.Velocidades en el ConductoLas velocidades de diseo en los sifones grandes es de 2 - 3 m/s, mientras que en sifones pequeos es de 1.6 m/s.Un sifn se considera grande cuando su longitud es mayor a 500 veces el dimetro.Profundidad de Sumergencia del Conducto a la Entrada y SalidaEl sifn siempre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida.Aplicamos Balance Energa entre 1 y 2.Z1 + P1/ +v12/2g =Z2 + P2/ +v22/2g + hfHmin. = 1.5 x v22/2gdonde:hf =0.5 x v22/2gOtras frmulas usadas son:Hmin. = 0.3 x v2DHmin. = 0.5 x D x (v2/D)0.55donde:v2: velocidad en la tubera (m/s)D: dimetro de la tubera (m)Finalmente el sifn funciona por diferencia de cargas, esta diferecia de cargas debe absorber todas las prdidas en el sifn. La diferencia de carga Z debe ser mayor a las prdidas totales.Vlvula de Purga de agua y lodosSe coloca en la parte mas baja del conducto, para permitir evacuar el agua o el lodo que se quede almacenado en el conducto cuando se para el sifn para su limpieza o reparacin.CLCULO HIDRULICO DEL SIFNCon la informacin topogrfica de las curvas de nivel y el perfil del terreno en el sitio de la obra, se traza el sifn y se procede a disear la forma y dimensiones de la seccin del conducto ms econmica y conveniente, esto se obtiene despus de varios tanteos, tomando en cuenta las prdidas de carga que han de presentarse.Las dimensiones de la seccin transversal dependen del caudal que debe pasar y de la velocidad admisible.En sifones grandes se considera una velocidad dentro del conducto entre 2 y 3 m/s, que evitar el depsito de azolves en el fondo y que no es tan grande como para producir la erosin del material.Datos para iniciar el DiseoEn el canal de entrada*En el canal de salida*Q =0.138m3/sQ =0.138m3/sZ1 =2766.30mZ2 =2760.15my1 =0.340my2 =0.243mv1 =1.520m/sv2 =2.25m/sS1 =0.006S2 =0.01*Todos estos datos corresponden a las caracteristicas hidrulicas del canal de conduccin*Datos procesados con HcanalesBalance de Energa H =6.11mClculo del dimetro de la TuberaQ =0.138m3/scaudal a conducir por el conductov =2.35m/svelocidad asumida en el conducto - varia entre 2 y 3.5 m/s0.058753406D =(4 x Q)/(v x )=0.27m =11pulg0.2423910188Insertamos un dimetro comercial y recalculando el dimetro obtenemos:D =14pulgD =0.34m=>v =1.52m/ssi Re < 2,000 Flujo Laminar11.0012364751Re =516,481.65. . .Flujo Turbulentosi Re > 4,000 Flujo Turbulento3.3168111908Clculo de las TransicionesClculo de la longitud de transicin exterior de Trapezoidal a Rectangular:Le =(T - t) / (2 x tag22.5)donde:Le: longitud de tramsicin exterior (m)=>T =1.00mT: espejo de agua en el canal trapezoidal (m)t: dimetro del conducto (m)Le =0.80mClculo de la longitud de transicin interior de Rectangular a Circular:Li =1.5 x D=>Li =0.51mClculo de la Altura Mnima de AhogamientoDel Balance de Energa tenemos:Hmin. = 1.5 x v22/2g =0.18mOtras frmulas usadas son:Hmin. = 0.3 x v2D =0.27mHmin. = 0.5 x D x (v2/D)0.55 =0.29mEscogemos el de mayor longitud:Hmin.=0.29mCLCULO DE PRDIDASPrdida de carga por Transicin de entrada y salida ( hte, hts )hte = 0.1 x (v2t - v2c) / 2 x g: prdida por transicin de entradahts = 0.2 x (v2t - v2c) / 2 x g: prdida por transicin de salidavt :veloc. en la tuberavc :veloc. en el canal de entrada y salidaAplicamos Energa entre el inicio de la transicin y la entrada de la tubera, hallamos la prdida en la transicin:hte =-0.0000283279mhte =-0.0000566557mClculo de Prdidas por Rejillas ( hrej )Las prdidas originadas se calculan con la siguente frmula:hrej = k x (v2n / 2g)k = 1.45 - 0.45 x (An / Ag) - (An / Ag)2Vn = Q / Ank: coeficiente de prdidas en la rejillavn: velocidad a travs del rea neta de la rejilla, dentro del rea hidrulicaAn: rea neta a travs de las rejillasAg: rea bruta de las rejillas y sus soportes, dentro del rea hidrulicaConsiderando una prdida por metro cuadrado de rejilla tendremos 9 varillas a cada 0.10 m, lo cual nos dara:rea de las varillas =0.085725m2rea neta por metro cuadrado:An =0.914275m2 /m2El rea hidrulica (bruta) de la tubera es de:Ag =0.0908988733m2Finalmente el rea neta ser:An =0.0831065673m2=>An / Ag =0.914275k =0.2026774744=>Vn =1.66m/s=>hrej =0.0284835401mClculo de Prdidas de Carga por Entrada al Ducto ( hent )hent = ke x (v2/ 2g)0.5Valores de Ke0.34ke: coeficiente que depende de la forma de la entradaCompuerta con pared delgada - contraccin suprimida1.000.84v: velocidad dentro del ductoPara entrada con arista en ngulo recto0.50285.6Para entrada con arista ligeramente redondeada0.2399,960.00Seleccionamos el valor de ke que mas se adecue:Para entrada con arista completamente redondeada, R/D = 0.150.10=>ke =0.23Para entrada abocinada circular0.004083401360Finalmente:hent =0.0270190457m13,600.0010,880.0013,872.0011,097.60Clculo de Prdidas por Friccin en el Ducto ( hf )62,424.0049,939.20Utilizando la frmula de Hazen Williams, tendremos:hf =10.668 x C-1.85 x D-4.87 x Q1.85 x LC: Coeficiente de Hazen WilliamsCoeficiente de Hazen WilliamsD: dimetro del ductoMaterialCMaterialCL: longitud del ductoAsbesto cemento140Hierro galvanizado120Q: caudal que circula por el ductoLatn130 - 140Vidrio140Ladrillo de saneamiento100Plomo130 - 140Escogemos un valor de C de H-W =140Hierro fundido, nuevo130Plastico (PE, PVC)140 - 150Longitud del Ducto =866.5mHierro fundido, 10 aos de edad107 - 113Tubera lisa nueva140Hierro fundido, 20 aos de edad89 - 100Acero nuevo140 - 150Hierro fundido, 30 aos de edad75 - 90Acero130Calculamos la prdida unitaria =0.0056Hierro fundido, 40 aos de edad64 - 83Acero rolado110Finalmente tenemos:hf =4.84mConcreto120 - 140Lata130Cobre130 - 140Madera120Hierro ductil120Hormign120 - 140Clculo de Prdidas por cambio de Direccin o Codos ( hcd )Una frmula muy usada es:hcd = kc ( / 90)1/2x (V2 / 2g): ngulo de defleccinkc: coeficiente para codos comunes = 0.25Del Plano Predimensionado( / 90)1/2122.650.50=>hcd =0.04m245.000.71suma1.21Clculo de Prdidas por Vlvula de Limpieza ( hval )Las prdidasde carga que se originan en los sifones por el hecho de insertar lateralmente una tubera en la que se coloca una vlvulla para desague y limpieza se deben considerar como prdidas por bifurcacin de tuberas.Esta prdida existe an cuando una de las partes est cerrada por la vlvula, ya que se forman turbulencias dentro de la tubera, pero en vista de que se considera muy pequea y no se ha podido evaluar se despreciaFinalmente se tiene la suma de todas las Prdidashtotal=4.93mEn resumen :El sifn est bien diseado=> H =6.11m>htotal=4.93m=> H - htotal =1.18m