Sifon Normal

FACULTAD DE INGENIERÍA – UNC INGENIERÍA CIVIL

INTRODUCCIÓN

La necesidad de llevar agua a ciertas zonas con una diferencia de

alturas pasando desde un nivel de cota topográfica alta hasta un punto más

bajo; pero atravesando puntos más elevados que los del nivel de entrada, nos

lleva al estudio del diseño de un sifón que nos permitirá conducir este fluido.

Un sifón normal no viene a ser mas que una línea de conducción, con

una sola entrada y una sola salida, elaborada de un mismo material y del

mismo diámetro, por lo que las condiciones y ecuaciones que obedece son las

mismas que las de una tubería simple pero tomando en cuenta la presión

atmosférica de la zona.

En esta oportunidad trabajaremos con un sifón normal ubicado en la

Universidad Nacional de Cajamarca.

OBJETIVOS

Verificar la construcción de un sifón normal.Conocer si cumple con la cavitación.

JUSTIFICACIÓN

Conocer en campo un sifón normal con el cual encontraremos sus características y particularidades para luego plasmarlos en un diseño propio sin tener inconvenientes.

MECANICA DE FLUIDOS II Pág. 1


REVISION DE LITERATURA

Sifón

Estructura hidráulica que permite conducir un líquido desde un nivel de

cota topográfica alta hasta un punto más bajo; pero atravesando puntos más

altos que los del nivel de entrada.

Figura N° 01: Sifón de Conducción

Pasando el plano referencial por el extremo de salida de la tubería y

aplicando la ecuación de la energía entre la fuente y la sección de salida del

conducto.



Condiciones de frontera:

(Presiones Manométricas)

Constante (Flujo Permanente)

0 (El plano de referencia pasa por el centroide del extremo de

descarga)

(Flujo Permanente)

(Velocidad en cualquier sección del conducto)

(Flujo Turbulento)

Sustituyendo las condiciones de frontera en la ecuación de la energía y

teniendo en cuenta que además que el término de pérdidas incluye las

pérdidas por fricción y las singulares, se llega a la siguiente expresión.

(1)

: Desnivel entre la fuente y el extremo de salida

Q : Caudal de diseño

g : Gravedad terrestre

D : Diámetro del sifón

L : Longitud del sifón

f : Factor de fricción de Darcy

k : Suma de coeficientes de pérdidas en accesorios del

sifón.

Aplicando la ecuación de la energía entre la fuente y la sección crítica “c”

de presiones negativas.



En la fuente se tiene las mismas condiciones de frontera, sólo que ahora

consideramos presiones absolutas para compatibilizar con la presión de vapor

del líquido que tiene valor absoluto.

Reemplazando estas condiciones en la ecuación de la energía y

despejando la presión crítica del punto c.

(2)

Pc : Presión absoluta en la sección crítica c

Patm : Presión barométrica

hc : Desnivel entre la fuente y la sección crítica c

Q : Caudal del diseño del sifón

g : Gravedad Terrestre

D : Diámetro del sifón

L’ : Longitud de la tubería desde la entrada hasta la sección

crítica c

K’ : Suma de coeficientes de accesorios desde la entrada

hasta la sección crítica c

Con la ecuación (1), se determina el diámetro en concordancia con el

flujograma de la tubería simple y luego se verifica la presión en la sección

crítica con la ecuación (2). Pues la presión en la sección crítica no deberá ser

menor que la presión de vapor del líquido, para controlar el fenómeno de

cavitación.

En el caso de sifón, la fuente de energía externa lo constituye la

presión atmosférica local.

Los accesorios imprescindibles en el sifón normal son: una pichancha, constituida por una coladera y una válvula check o de pie; un tapón de cebado en la parte más alta, una válvula de aire y una válvula de compuerta o de purga.



Cavitación

Se denomina así al fenómeno de formación y desaparición rápida de

burbujas (cavidades) de vapor en el seno del líquido. Las burbujas se forman

en las zonas de la reducción de presiones. Al ser conducidas a zonas de mayor

presión explotan provocando un ruido característico.

Un sistema hidráulico debe evitarse la aparición de cavitación por las siguientes

razones:

i. La cavitación significa una discontinuidad en el escurrimiento y por lo

tanto un reducción de la eficiencia de conducciones.

ii. La cavitación significa inestabilidad en el escurrimiento y puede dar

lugar a ruido o vibraciones.

iii. La ruptura de las burbujas produce tensiones muy fuertes que pueden

conducir a la falla estructural de la tubería.

En el caso de sifón, la fuente de energía externa lo constituye la presión

atmosférica local.

Los accesorios imprescindibles en el sifón normal son: una pichincha,

constituida por una coladera y una válvula check o de pie; un tapón de cebado

en la parte más alta, una válvula de aire y una válvula de compuerta.



DESARROLLO DEL SIFON

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL (Q):

Tomando en cuenta los datos obtenidos en el campo (del sifón normal), hallamos el caudal Q para luego comparar con el caudal obtenido en el campo.

Considerando un flujo permanente y turbulento, material de la tubería P.V.C y temperatura ambiente 15 0C en el tramo 1-2

Tenemos que:

Asumiendo un f=0.02, tenemos:

Q=0.0011m3/s



Entrando al diagrama de MOODY con y tenemos un

Q=0.0011 m3/s

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL “Q”POR LOS DATOS OBTENIDOS EN EL CAMPO:

Volumen del depósito: 0.022 m3

Tiempos de llenado del depósito: 14.29 sg.14.53 sg.13.93 sg.

Promedio: 14.25 sg

De donde tenemos que el caudal: 0.00154 m3/s

Por lo que se asemeja al caudal encontrado anteriormente.

DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN EN LA ZONA CRÍTICA 1-C

= 3.176

Como , por lo tanto no existe problema de cavitación.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



Conocimos en campo el funcionamiento de un sifón normal.

Dicho sifón no presenta problemas de cavitación.

Para mejores resultados trabajar con un ideal flujo permanente.

Es necesario contar con una válvula check a la entrada del sifón.


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