Informe Ing Hidraulica Sifon

UNIVERSIDAD NACIONAL DE

CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA

HIDRÁULICA

“Trabajo Domiciliario”

CURSO : MECÁNICA DE FLUIDOS

DOCENTE :Ing. Moreno Díaz, Félix

ALUMNO : RONCAL LIÑAN, Eduardo Rafael

CICLO : V.

Cajamarca, setiembre de 2011

Ingeniería Hidráulica I Página 1

“DISEÑO DE UN SIFON NORMAL”

I. INTRODUCCION

El sifón fue construido tomando en cuenta todos los criterios de diseño con la finalidad de que esta estructura funcione sin tener ninguna falla durante el tiempo de vida útil; como sabemos un sifón es una estructura que el ingeniero hidráulico utiliza para conducir un fluido por donde la topografía no es llana, es decir presenta una depresión o un obstáculo.

Esta obra hidráulica se utiliza por ser de menor costo ya que su diseño puede ser de concreto o tubería, para este trabajo se utilizó tubería de PVC.

La prueba del funcionamiento del sifón se realizara en el campus universitario de la Universidad Nacional de Cajamarca.

II. OBJETIVOS

Diseñar un sifón en forma teórica, y luego verificar de forma experimental.

Determinar las pérdidas de carga por accesorios y por fricción.

Calcular el caudal del sistema.

III. MATERIALES Y METODOS

Materiales

Tuvo PVC de ¾”

Codos PVC de 90º (¾”)

Codos PVC de 45º (¾”)

T PVC con rosca (¾”)

Adaptadores PVC (¾”)

Llave de paso (¾”)


Cinta teflón

IV. MARCO TEORICOEl sifón se diseñó teniendo en cuenta un desnivel de 40cm entre los puntos 1 y 2, y con una altura máxima de 1.55m con tubería de (3/4) pulgadas de diámetro, con estos datos pudimos calcular que conducirá un caudal de 0.351lit/s, a una velocidad de 1.12m/s.

Comparando estos resultados obtenidos con los que existen en tablas pudimos verificar que están dentro del rango tanto el caudal como la velocidad para dicho diámetro.

La ecuación que se utilizó para el cálculo de perdidas locales como por fricción es la ecuación de energía (Bernoulli)

α 1V 12

2g+P1γ

+Z1=α 2V 22

2g+P2γ

+Z2+∑ h1−2

V. METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTOSTeniendo el diámetro de la tubería procedemos a calcular el caudal y la velocidad aplicando la ecuación de energía.

Aplicando ecuación de energía entre punto 1 y punto 2

α 1V 12

2g+P1γ

+Z1=α 2V 22

2g+P2γ

+Z2+∑ h1−2

Condiciones de frontera

α 1=α 2≅ 1 (Flujo turbulento)

V 1=0 (Flujo permanente)


P1=P2=0 (Presiones manométricas)

Z1=∆ H

∆ H=V 22

2 g+0+∑ h1−2

∆ H=V2

2 g+K . V

2

2g+ f . L

D.V 2

2 g

∆ H=V2

2 g(1+K+ f . L

D)

∆ H= 8.Q2

g . π2 . D4.(1+K+ f . L

D)

Pérdidas por fricción:

h f=8.Q2 . f . Lg .π 2. D5

∆ H=8.Q2 . f . L

g . π2 .D5

Q=(∆ H .g . π2. D58. f . L )1 /2

Q=√¿¿¿

Q=0.000351m3/ s=¿0.351lts . /s

Rugosidad relativa:


εD

=0.0015mm19.05mm

=0.0000784

N R=4.Qπ . D .v

=4.(0.00032055m3/s)

π . (0.01905m ) . (1,3∗10−6m2/ s)=16195,0518

Con este valor vamos al diagrama de Moody:

f=0.025

Reemplazamos este valor en la ecuación de Darcy para calcular las perdidas por fricción:

h f=8.Q2 . f . Lg .π 2. D5

¿8.(0.00032055)2 .0.025∗5.56

9.81 . π2 .(0.01905)5 = 0.564m

Calculo de perdidas locales entre los puntos 1 y 2:

ACCESORIO NUMERO PERDIDA Ki

Codos 90° (02) 0.9 1.8

Codos 45° (02) 0.42 0.84

Te (01) 0.12 0.12

Válvula compuerta (0.1) 0.19 0.19

___________

Ki = 2.95

hl= 0.20m

Hallamos el porcentaje:(0.2/0.564)*100%=35%


Se trata de una tubería corta, donde tienen demasiada influencia las perdidas locales.

V=4.(Q)π .D 2

V=4.¿¿

V=1.23m / s

Ecuación de energía entre 1 y C:

α 1V 12

2g+P1γ

+Z1=α 2V c2

2g+Pcγ

+Zc+∑ h1−c

Patmγ

+∆ H=V 22

2 g+Pacγ

+∆ H+hc+∑ h

Patmγ

−hc−V 2

2 g (1+ f+ LcD +K c)= Pcaγ

Condiciones de frontera

α 1=α c≅ 1 (Flujo turbulento)

V 1=0 (Flujo permanente)

P1=Patm

Z1=∆ H

V c=V

Pc=Pac

Zc=∆ H+hc

PatmCajamarca=1228.41Kg /m2

Pvap (10° )=125.2Kg /m2


γ H2O=1000.345Kg /m3

Con el número de Reynolds y εD

vamos al diagrama de Moody de donde:

f=0.025

Reemplazamos este valor en la ecuación de Darcy para calcular las perdidas por fricción:

h f=8.Q2 . f . Lg .π 2. D5

¿8.(0.00032055)2 .0 .025∗39.81 . π2 .(0.01905)5

= 0.304m

Calculo de perdidas locales entre los puntos 1 y C:

ACCESORIO NUMERO PERDIDA Ki

Codos 90° (01) 0.9 1.9

Codos 45° (02) 0.42 0.84

Te (01) 0.12 0.12

______________

Ki = 1.15

hl= 0.086m

Hallamos el porcentaje:(0.086/0.3)*100%=28.6%

Se trata de una tubería corta, donde tienen demasiada influencia las perdidas locales.

Reemplazando estos valores en la ecuación de energía:


Patmγ

−hc−V 2

2 g (1+ f+ LcD +K c)= Pcaγ

1228.41kg/m 21000.345kg/m 3

−1.35−(1.21)2

2(9.81) (1+0.025+ 2.80.0195

+0.086)= Pca1000.345Kg /m3

Pca = 231.12kg/m2

Como:

Pvap (10° )=125.2Kg/m2 < Pca = 231.12kg/m2

No existe cavitación.

VI. RESULTADOS:El caudal que se obtuvo fue Q=0.000351m3/ s=¿0.351lts . /sLa velocidad obtenida fue de 1.23m/sLa longitud total de la tubería fue de 5.56mEl sifón se diseñó para un tiempo de vida de 40 años.

VII. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES Como está diseñado con tubería de PVC, este debe ir necesariamente

enterrado, para evitar que falle por efectos de la radiación solar. El sifón se ha diseñado con el menor número posible de accesorios

para evitar que las pérdidas locales tenga demasiada influencia en el diseño.

Para el diseño de este tipo de sifones de debe tener en cuenta la presión de vapor del agua a una temperatura critica.


VIII. BIBLIOGRAFIA1.- Arturo Rocha Felices, Hidraulica de tuberías y canalea, primera edición, editorial Biblioteca nacional del Perú, Perú, año 2007.

2.- Alejandro Cáceres Neira, Problemas de hidráulica 2, primera edición, editorial “ciencias”, Perú, año 2005,

3.- http://www.energia.inf.cu/iee-mep/SyT/CDG/Taller1BURE/carga.pdf.


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