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DIPLOMADODISEÑO HIDRÁULICO DE

ESTRUCTURAS

SIFONES INVERTIDOS

CARLOS A HERRÁN MSc Cali – Octubre de 2010 1

COMPONENTES DE UN SIFON

a) Transiciones de entrada y salida

Como en la mayoría de los casos, la sección de la tubería o del canal de llegada es diferente a la adoptada para el sifón, es necesario construir una transición de entrada y de salida para pasar gradualmente de la primera a la segunda.

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La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifón se recomienda que este comprendida entre un mínimo de 1.1 hv y un máximo de 1.5 hv. (hv = carga de velocidad)

En el diseño de una transición de entrada y salida es aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifón un poco más debajo de la superficie normal del agua. Esto hace mínima la posibilidad de reducir la capacidad del sifón causada por la introducción de aire a este.

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b) Rejilla de entrada El objetivo de la rejilla es el impedir o disminuir la entrada de basuras u objetos extraños al sifón que impidan el funcionamiento correcto del ducto. Si se instala una rejilla en este punto, entonces se debe considerar las pérdidas de carga producto de la disminución de área para el paso del flujo. 4

Esta rejilla puede ubicarse inmediatamente antes de la entrada del líquido al sifón o se puede reemplazar por una cámara de rejas emplazada antes de la cámara de entrada al sifón.

En este caso, las pérdidas de carga que se producen no afectan la hidráulica del sifón puesto que el flujo llega a la cámara de entrada con la velocidad y altura de escurrimiento normales.

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c) Tuberías de presión Son tuberías que transportan agua bajo presión. Para que los costos de mantenimiento sean bajos se deben colocar machones de anclaje, para evitar que frente a peligros de erosión, las tuberías no se desplacen y continúen funcionando.

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Las velocidades de diseño de sifones grandes deben estar entre 2.5 – 3.5 m/s, mientras que los sifones pequeños se recomienda 1.6 m/s aproximadamente, intentando siempre a que velocidad mínima de diseño sea mayor a 0.8 m/s. Un sifón se considera largo cuando su longitud es mayor a 500 veces el diámetro.

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HIDRÁULICA DE SIFONES

8

9

)2

()2

(22

22

21

1121 g

VYZ

g

VYZEEH

Donde:

Zi = CARGA DE POSICIÓN

Yi = CARGA DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA

= CARGA DE VELOCIDAD

CARGA HIDRÁULICA DSIPONIBLE

g

Vi2

2

H

El sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida. Aplicamos continuidad de energía en 1 y 2:

10

DONDE

11

Existen también otras fórmulas para calcular la altura mínima:

ó,el modelo de Polikouski y Perelman

siendo, vt la velocidad media en la tubería del sifón y D el diámetro de la tubería en metros.

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PROCEDIMIENTO PROPUESTO PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO

• CALCULAR EL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA

Se puede iniciar el cálculo suponiendo una velocidad mínima de 1 m/s y el gasto de diseño

Se toma un diámetro comercial y se recalcula la velocidad para usar V t

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• Determinar la altura mínima de ahogamiento

a la entrada y salida del sifón con:

Adoptar el mayor valor

g

VH t

25,1

2

min

14

DVH t **3,0min

55.0min )(**5,0

D

VDH t

21

1

hYH entrada

22

2

hYH salida

•Calcular la altura de ahogamiento proyectada

a la entrada y salida del sifón

Se debe chequear que :

minHH i

Para que el sifón siempre trabaje ahogado 15

g

VhY t

2

2

11 g

VhY t

2

2

22

ii

Dh

cos

h

D

En las expresiones anteriores:

16

17

•Calcular PÉRDIDAS DE CARGA

Pérdidas de carga por transición de entrada y salida

g

VVh esctin 2

)(*1.0

22

g

VVh esctout 2

)(*2.0

22

18

Pérdidas de carga por entrada al conducto

Pérdidas de carga por fricción en el conducto

g

Vkh e 2*

22

3 tVV 2

g

Vkh

occd 2*)

90(

22

LRC

Vh tf *)

**8508.0( 8518.1

63.0

19

Pérdidas de carga por cambios de dirección o codos

Pérdidas de carga por accesorios

g

Vkh

occd 2*)

90(

2

g

Vkh2*

2

20

Pérdida de carga total

ifft hh

Verificación Final

0 fthH

21