Calibracion de Sifones 2012
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8/9/2019 Calibracion de Sifones 2012
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CALIBRACION DE SIFONES
1.OBJETIVOS DE LA PRCTICA
Comprender el funcionamiento del sifn como estructura de
control de agua de riego.
Obtener los datos experimentales para determinar la curva
de calibracin (relacin entre el gasto y la carga). Comparar y analizar los resultados.
2.FUNDAMENTO TEORICO.
Un Sifn en un sistema de tubos o
caeras en forma de J invertida,
empleado para transportar un
lquido desde un recipiente hasta
otro situado ms abajo, a
travs de un punto intermedio
de altura superior a ambos
recipientes. Cuando ambas
ramas del sifn estn llenas,
el peso del lquido en la rama
ms larga es mayor que el de la
rama ms corta, lo que hace que el lquido
ascienda por la rama corta, pase por el
codo y descienda por la rama larga. El proceso puede iniciarse llenando
el sifn de lquido antes de colocarlo en su posicin de funcionamiento o
succionando por el extremo inferior una vez colocado el sifn. Una vez
iniciado, el flujo continuar hasta que el nivel del lquido en ambos
recipientes se iguale o hasta que el nivel en el recipiente superior caiga
por debajo de la entrada del sifn, con lo que ste aspirar aire y el
proceso de sifonado se interrumpir.
El sifn es muy utilizado en riego superficial, con el fin de extraer el
agua de los canales de ltimo orden, pasando sobre su talud sin
romperlo y entregarla a la cabecera del surco o melga.
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El uso de los sifones goza de gran popularidad, pues permite el
cambio fcil y frecuente del agua de un surco a otro. Esta no es su nica
utilidad pues tambin permite de una manera rpida y sencilla conocer el
gasto que ser entregado y de esta forma lograr un mayor
aprovechamiento del agua y aumentar la eficiencia del sistema.
El sifn invertido es una obra de costo relativamente elevado y presenta
dificultades de limpieza y desobstruccin, razn por la cual debe ser
utilizado solamente despus de un estudio comparativo con otras
alternativas
El gasto que entrega el sifn es directamente proporcional a su dimetro y
a la raz cuadrada de la diferencia el nivel (H) entre el agua del canalabastecedor y el centro del sifn a la salida si la descarga es libre, o de
la elevacin de la superficie del agua si la descarga es ahogada.
El sifn para riego puede ser considerado como una tubera de tamao
intermedio y para su anlisis, debern ser consideradas tanto las
prdidas localizadas como las de friccin.
De tal modo, la carga (H) es igual a la perdida por entrada mas tres
perdidas por los cambios de direccin que ocurren en los puntos 1,2,3,
mostrados, mas la perdida por friccin, mas la energa remanente a lasalida.
ggD
Lf
gK
gKH cBBcd
Bent
2223
2
2222
+++=
Donde:
H : Carga sobre el sifn, en metros.entK
: Coeficiente de prdidas a la entrada, adimensional.
cdK
: Coeficiente de perdidas en los cambios de direccin,
adimensional.
f
: Factor de friccin de Weisbach Darcy, adimensional.
L
: Longitud del sifn, en metros.
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BV
: Velocidad del agua en el sifn, en m/s.
CV
: Velocidad del agua a la salida del sifn, en m/s.
La ecuacin 24.1 se puede agrupar de la siguiente forma:
ggD
LfKKH CBcdent
223
22
+
++=
Si se denomina comotK
la suma dentro del parntesis:
D
LfKKK cdentt 3+=
ggKH CBt
22
22
+=
Aplicando continuidad:CCBB VAVA =
B
C
BC V
A
AV =
Sustituyendo esta ltima expresin en la ecuacin:
g
V
A
A
g
VKH B
C
BBt
22
2
2
22
+=
g
V
A
AKH B
C
Bt
2
2
2
2
+=
Despejando VB:
gH
AAK
V
C
Bt
B 21
2
2=
Y el gasto:
gH
A
AK
AQ
C
Bt
B 2
2
2
+
=
La cual puede quedar as:
gHCAQ 2=
-
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Que igual a la expresin del gasto en un orificio y en donde:
Q = Gasto del sifn, en m3/s.
C = Coeficiente de gasto, adimensional.
A = rea de la seccin transversal del sifn, en m2
g = Aceleracin de la gravedad, en m/s2
H = Carga del sifn, en m.
La expresin del gasto indica que este se puede determinar si se conocen
las caractersticas geomtricas y la carga H.
En el campo, el caudal suministrado a los curcos puede ser controlado
variado o bien el numero de sifones, o la elevacin de la salida.
Los parmetros para relacionar el gasto y la carga, pueden ser
determinados experimentalmente planteando una expresin general del
tipo.
Q = Khn
Entonces, a partir de valores Q y H, los de K n se pueden conocer
mediante una regresin lineal simple. La expresin se puede lineal izar
tomando logaritmos a ambos trminos:
Log Q = log K + n log H
Siendo
n = pendiente de la recta.
Log K = ordenada en el origen.
Por lo tanto
K = antilog (log K)
Para determinar el coeficiente de gasto en la ecuacin se puede utilizar la
expresin.
342
0
2
3/4
2886,0679,165372.0
DLCn
DC
+
=
Donde:
C = Coeficiente de gasto, adimensional.
Co = Coeficiente por entrada, adimensional
(aproximadamente 0,83)
D = Dimetro interior del sifn, en cm.
n = Coeficiente de rugosidad de Manning, adimensional:
n = 0,008 (aluminio y polietileno)
L = Largo del sifn, en m.
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Para que el sifn funcione es necesario introducirlo total o parcialmente en
el canal; estando sumergido, se tapa el extremo de la salida con la palma
de la mano se gira rpidamente dejndolo sobre el talud, cuidando que la
entrada no queda fuera del agua y al salida quede a un nivel ms bajo
que el nivel de la superficie del agua en el canal: hecho esto, el agua
corre en forma continua.
La fuerza debida a la presin atmosfrica es la que da lugar a la accin
de sifn, manteniendo el flujo en forma continua.
3.APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS
Termmetro de mercurio.- Este
instrumento se uso para medir la temperatura del
agua utilizada en la prctica.
Flexo.-Es un instrumento para medir longitudes
pero es menos exacto y preciso que el pie de rey
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Vernier.-Llamado tambin calibre
deslizante o pie de rey es el
instrumento de medida lineal que
ms se utiliza en el taller. Por
medio del Vernier se pueden
controlar medidas de longitud
interna, externa y de profundidad.
Pueden venir en apreciaciones de
1/20, 1/50 y 1/100 mm y 1/128 pulg, es decir, las graduaciones al
igual que la regla graduada vienen en los dos sistemas de unidades en la
parte frontal.
Cronometro:El cronmetro es unrelojo una
funcin de reloj utilizada para medir fracciones
temporales, normalmente breves y precisas.
Pero en el caso de la practica empleamos
cronometro de celular por simple comodidad.
Sifones:Un sifn est formado por un tubo,
en forma de "U" invertida (existen otros
formas) , con uno de sus extremos
sumergidos en un lquido, que asciende
por el tubo a mayor altura que su superficie,desaguando por el otro extremo. Para que
el sifn funcione el orificio de salida debe
estar ms abajo de la superficie libre pues funciona
por gravedad, y debe estar lleno de lquido ya que esa conectividad
permite que el peso del lquido en la rama del desage sea la fuerza que
eleva el fluido en la otra rama.
http://es.wikipedia.org/wiki/Relojhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reloj -
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ESQUEMA DE LA PRCTICA
4.PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO
1. Primeramente mediremos el dimetro interior y la longitud,adems, se tomar nota del material de que est construido, esto paracada Sifn.
2. Por consiguiente se habilita las bombas y se establece un nivel enel tanque de carga constante la vlvula de entrada. Hecho esto, se
evaluarn diferentes gastos con su correspondiente carga de lasiguiente manera: Se sumerge el sifn totalmente en el agua eliminando el aire
contenido dentro de l y se pone a funcionar el sifn dejndolo a lamayor altura posible (mnima carga) sobre la barra deslizante.
Se mide el gasto, Q, por el mtodo volumtrico.
Medir la carga sobre el sifn (H). Para descarga libre, es la
diferencia de niveles entre la superficie libre del tanque de cargaconstante y el centro de la seccin transversal del sifn en la
descarga. Para descarga ahogada, la diferencia de niveles aguasarriba y aguas abajo medidos en los piezmetros.
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Mediante la barra deslizante, se ir bajando el sifn (aumentando
la carga) a distancia convenientemente separadas. Si la descargafuese ahogada, la carga se aumentar disminuyendo el nivel de
aguas abajo.
El procesamiento de los datos experimentales debe seguir el siguienteorden:
1.Calcular el gasto a partir del volumen y el tiempo registrados.
2.Obtener el coeficiente de gasto emprico C.
3.Determinar la ecuacin Q vs. H experimental: Q = KHn
4.Determinar la ecuacin C vs. H experimental: C = M Hx
CALCULOS Y RESULTADOS.-
SIFON 1
DIMETRO INTERIOR D= 2,62 cm TANQUE
DIMETRO EXTERIOR D= 3,40 cm Base=0,6 m
ESPESOR e= 0.78 cm Longitud=1 m
LONGITUD L= 2,83 m Temperatura:18 C
ACELERACIN DE LA GRAVEDAD g= 9,81 m/s2
Tiempo T1= (15.05+18,80+16,90)/3 =16,92 T2= (20,89+20,33+17,17)/3 =19,46
T3= (36,46+34,48+33,89)/3 =34,94
Carga sifn h1= 141,5-(71+13,6)=56,9 h2= 141,5-(71+37,5) =33
h3= 141,5-(71+58) = 12,5
OBSERVACIONES
ALTURA DE TANQUE (h)
metros
TIEMPO (t)
segundos
CARGA DEL SIFON
(H) metros
0,02 16,92 0,569
0,02 19,46 0,330
0,02 34,94 0,125
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SIFON 2
DIMETRO INTERIOR D= 4,10 cm TANQUEDIMETRO EXTERIOR D= 4,90 cm Base=0,6 m
ESPESOR e= 0,80 cm Longitud=1 m
LONGITUD L= 3,02 m Temperatura:18 C
ACELERACIN DE LA GRAVEDAD g= 9,81 m/s2
Tiempo T1= (13,78+13,27+15,21)/3 =14,087 T2= (16,76+17,37+17,39)/3 =17,17 T3= (28,47+27,29+26,64)/3 =27,47
Carga sifn h1= 141,5-(71+24)=46,5 h2= 141,5-(71+29) =41,5
h3= 141,5-(71+56) = 14,5
SIFON 3
DIMETRO INTERIOR D= 5,20 cm TANQUE
DIMETRO EXTERIOR D= 5,90 cm Base=0,6 m
ESPESOR e= 0,70 cm Longitud=1 m
LONGITUD L= 3,02 m Temperatura:18 CACELERACIN DE LA GRAVEDAD g= 9,81 m/s2
OBSERVACIONES
ALTURA DE TANQUE (h)
metros
TIEMPO (t)
segundos
CARGA DEL SIFON
(H) metros
0,05 14,087 0,465
0,05 17,17 0,415
0,05 27,47 0,145
OBSERVACIONES
ALTURA DE TANQUE (h)
metros
TIEMPO (t)
segundos
CARGA DEL SIFON
(H) metros0,05 8,80 0,440
0,05 10,60 0,335
0,05 13,43 0,108
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Tiempo T1= (8,6+8,3+9,5)/3 =8,80
T2= (11,4+10,2+10,2)/3 =10,60 T3= (13,5+13,7+13,1)/3 =13,43
Carga sifn h1= 141,5-(71+26,5)=44 h2= 141,5-(71+37) =33,5
h3= 141,5-(71+49,7) = 10,8
5.CALCULOS
CLCULO DE VOLUMENES DEL AFORO
V = a*b*h b
SIFON 1 aV = O,O2*0,6*1 = 0,012 m2
SIFON 2V = O,O5*0,6*1 = 0,030 m2 h
SIFON 3V = O,O5*0,6*1 = 0,030 m2
CLCULO DE CAUDALES
Q=V /t
SIFON 1
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Q1=V
1
t1=
0.012
16,92=0,00071
m3
s
Q2=V
1
t1=0.01219,46=
0,00062 m
3
s
Q3=V
1
t1=
0.012
34,94=0,00034
m3
s
SIFON 2Q
1=V
1
t1=
0.030
14,087=0.0021
m3
s
Q2=V
1
t1=
0.030
17,17=0.0018
m3
s
Q3=V
1
t1=0.03027,47
=0.0011m
3
s
SIFON 3
Q1=
V1
t1=
0.030
8,80=0.0034
m3
s
Q2=V
1
t1=
0.030
10,60=0.0028
m3
s
Q3=V
1
t1=0.030
13,43=0.0022
m3
s
AREA SECCION TRANSVERSAL SIFON 1
-
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A1=
D2
4=(0,0262 )2
4=0.00054m
2
AREA SECCION TRANSVERSAL SIFON 2
A2=
D2
4=(0,0410 )2
4=0.0013m
2
AREA SECCION TRANSVERSAL SIFON 3
A3=D
2
4=(0,0520 )2
4=0.0021m
2
CLCULO DE COEFICIENTESQ=CA2gHC=
Q
A2gH
CALCULO DE C
SIFON 1
C1=
Q1
A12g H1
= 0,00071
0.0005429.810,569=0.39351288
C2=
Q2
A12g H2
= 0,00062
0.0005429.810,330=0.45122323
C3=
Q3
A12g H3=
0,00034
0.0005429.810,125=0.40205054
SIFON 2
C1=
Q1
A22g H1
= 0.0021
0.001329.810,465=0.53481055
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C2=
Q2
A22g H2
=0.0018
0.001329.810,415=0.48523889
C3=
Q3
A22g H3
=
0.0011
0.001329.810,145=0.50166734
SIFON 3
C1=
Q1
A32g H1
= 0.0034
0.002129.810,440=0.55104083
C2=
Q2
A32g H2
= 0.0028
0.002129.810,335=0.52007602
C3=
Q3
A32g H3
=0.0022
0.002129.810,108=0.71968426
5.RESULTADOS
SIFON 1
OBSERVACIONES RESULTADOS
ALTURA DE
TANQUE (h)
metros
TIEMPO (t)
segundos
CARGA DEL
SIFON (H)
metros
CAUDAL
(Q) m3/s
COEFICIENT
E (C)
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0,02 16,92 0,569 0,00071 0.39351288
0,02 19,46 0,330 0,00062 0.45122323
0,02 34,94 0,125 0,00034 0.40205054
SIFON 2
OBSERVACIONES RESULTADOS
ALTURA DE
TANQUE (h)
metros
TIEMPO (t)
segundos
CARGA
DEL
SIFON (H)
metros
CAUDAL
(Q) m3/s
COEFICIENTE
(C)
0,05 14,087 0,465 0,0021 0.53481055
0,05 17,17 0,415 0,00180.48523889
0,05 27,47 0,145 0,00110.50166734
SIFON 3
OBSERVACIONES RESULTADOS
ALTURA DE
TANQUE (h)
metros
TIEMPO (t)
segundos
CARGA
DEL
SIFON
(H)
metros
CAUDAL
(Q) m3/s
COEFICIENTE
(C)
0,05 8,80 0,440 0,0034 0.55104083
0,05 10,60 0,335 0,00280.52007602
0,05 13,43 0,108 0,00220.71968426
5. ANALISIS DE RESULDADO
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Al analizar los resultados obtenidos en al practica pudimos constatar que
los resultados del coeficiente de gasto empirico fueron casi similares en
los tres casos.
Por otro lado nos pudimos constatar de que por falta de datos en la
practica no pudimos realizar las respectivas graficas Q vs H ; C vs H ya
que como minimo deberiamos tener tres puntos para las las graficas.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se concluyo que el sifn es de gran ayuda para regular el caudalde agua. Ya que depende de la altura en que funciona la parte
final del sifn, es decir a mayor altura el sifn pierde energa as elcaudal es menor pero este tendr que estar por debajo de la altura
del agua que se toma como referencia.
Concluimos que estos conceptos de sifones los pusimos en practica
en algun momento de nuestras vidas sin darnos cuenta es decircuando sacamos gasolina de un auto empleando una manguerasuccionando el aire de ella con la boca.
Recomendamos en el momento de sumergir el sifon en el aguasacudirlo para eliminar todo el aire posible dentro de el ya que elbuen funcionamiento del sifon depende de que no exista aire dentrodel mismo. Por otro lado en el momento de instalar el sifondebemos tapar con la mano un extremo y el otro no sacarlo delagua para evitar el aire.
Se recomienda tener por lo menos tres datos por cada sifon para
evitarse problemas y nos sea permitido graficar.
7. BIBLIOGRAFIA
Internet wikipedia
Documento internet-flujo en tuberas-Luis E. Pardo
Apuntes de hidrulica
Gua de laboratorio
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