Ejemplo de Diseño de Sifon Invertido
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Ejemplo de Diseño de Sifon Invertido:
Diseñar un sifon invertido en el cruce de un canal con la panamericana las caracteristicas del cruce se presenta en la figura, y las caracteristicas del canal aguas ariba y abajo del cruce son:
Z= 1.5
Q= 1.00 m3/s.
S= 1/1000
b= 1.00 m.
n= 0.025
Y= 0.7 m.
V= 0.7 m/s.
V2/2g= 0.025 m.
La pendiente aguas arriba y aguas abajo es de 1/1000 y las cotas segun el perfil del canal son:
Km. 1 + 030= 46.725 m.s.n.m.
Km. 1 + 070= 46.443 m.s.n.m.
1. Seleccion del diametro del tubo:
Asumir V= 1.5 m/s
A= Q/V= 1.0/1.5= 0.67m2
A= πDi2/4--------- 0.67= πDi2/4 Di= 0.92m. Di= 36”= 0.9144m.
Nuevo valor de area sera: A= 0.657 m2.
La velocidad de diseño:
A= Q/V----------V= 1.52 m/s
V2/2g= 0.118 m.
2. Longitud de transiciones:
T1= b + 2ZY= 1 + 2 x 1.5 x 0.7= 3.10
T2= 0.9144 m.
Lt= (T1 – T2)/2tg α/2 Lt= (3.10-0.9144)/2tg(25) para α/2= 25°
Lt= 2.35 m.
Lt= 4Di
Lt= 3.67 eq. 3.70 m.
Escogemos:
Lt= 3.70 m.
3.70= 2.1856/2tg(α/2)
7.4 tg(α/2)= 2.1856 tg(α/2)= 0.2954 α/2= 16.46= 16°30”
3. Nivel de agua en punto 1:
Del Km 1 + 030 al punto hay 6.41 m.
Luego la cota de fondo en 1 sera: 46.725 – (6.41 x 0.001)= 46.719
- Cota de fondo en 2:
(Hte – 1.5Hv)Hte= Di/cos12°= 0.9144/cos12°= 0.935 m.1.5Hv= (Vt2/2g – V12/2g)= 1.5(0.118 – 0.025)= 0.14 m.
Cota de fondo en 2: 47.419 – 0.935 – 0.14= 46.344
- Cota de fondo en 3:
α= 12° escogido previamente
sen12°= h/5 Luego: 46.344 – 1.04 = 45.304 cota en 3.
h= 1.04 m.
- Cota de fondo en 4 :
Longitud del tubo horizontal: 10.00 m.
0.005: pendiente minima del tubo horizontal
10 x 0.005 = 0.05 m.
45.304 – 0.05 = 45.254
- Cota de fondo en 5 :
α= 12°
sen12°= h/4 h= 0.8316 m.
45.254 + 0.8316 = 46.086 cota de fondo en 5.
- Calculo del valor de P en la salida:
El maximo valor de P en la entrada debe ser 3/4D y en la salida 1/2D, luego P en la salida es:
0.9144/2 = 0.4572 m.
- Cota de fondo en 6 :
La distancia entre el punto 6 y el km 1 + 070 es: 7.388 m.
Cota en 6: 46.433 – (7.388 x 0.001)= 46.436
Cota 06 – Cota 05 = 46.436 – 46.086 = 0.35 m.
P= 0.35 m. para que la cota 6 coincida con la rasante del canal.
4. Inclinacion de los tubos doblados: (codos)
A la entrada: 4.89/1.04 = 4.70
Entonces 4.70 : 1 es mas plano que 2 : 1, se acepta la inclinacion.
A la salida: 3.912/0.832 = 4.70 entonces aceptamos la inclinacion.
5. Carga hidraulica disponible:
Cota 1 + tirante: 47.419 m.s.n.m.
Cota 6 + tirante: 46.346 + 0.70 = 47.136 m.s.n.m.
Carga disponible = 47.419 – 47.136 = 0.283 m.
6. Calculo de las perdidas de carga:
0.4Hv entrada : 0.4(0.093) = 0.037
0.65Hv salida : 0.65(0.093) = 0.060
Perdidas por friccion : f (L x Vt2)/D x 2g) = 0.025 x (19 x 1.522)/0.9144 x 2 x 9.81 = 0.061.
Perdidas por codos: Pcod
Pcod = 2 (0.25 x (12°/90°)1/2 x Vt2/2g) = 0.022
Perdida total = 0.18 x seguridad adicional 10%
1.1 x 0.18 = 0.198 m.Podemos deducir que la carga disponible menos la perdida total es de:
0.283 – 0.198 = 0.085 entonces no hay problema hidraulico.
7. Calculo de la sumergencia de salida:
Altura de sumergencia (0.70 + 0.35) – Hts
Hts = Di/cos12° = 0.935 m.
Altura sumergencia = 1.05 – 0.935 = 0.115 m.
Este valor no debe exceder de Hts/6 = 0.935/6 = 0.156
Entonces 0.115 ‹ 0.156 por tanto, cumple
8. Longitud de proteccion del enrocado:
Lp = 3Di = 3 x 0.9144 = 2.74 entonces eq. 2.80 m.