Obras De Drenaje Sifon 284w6m

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Integrantes:

- Alejandro Moreno Huamán.

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-Nilber Enríquez Acero.

SIFONES

Sifon Invertido surge como solucion a la necesidad de burlar un obstaculo topografico y conducir un fluido mediante una tuberia a presion.

OBETIVOS Conocer el funcionamiento y las características que presenta un sifón invertido. Hacer el diseño de un sifón invertido con los datos de un sifón invertido. Con los datos obtenidos de la en la práctica hacer los cálculos correspondientes para comprobar si el sifón funciona correctamente.

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CLASES DE SIFON

SIFON NORMAL:llamado simplemente sifón por la mayoría de los autores conduce él agua pasando sobre el obstáculo y su funcionamiento se debe a la presión atmosférica que actúa en la superficie del agua a la entrada; para iniciar su funcionamiento es necesario producir el vacío en el interior del conducto. EL SIFÓN INVERTIDO: Los sifones invertidos son conductos cerrados que trabajan a presión y se utilizan para conducir aguas en el cruce de una tubería por una depresión topográfica en la que se ubica un canal, una vía, etc.

PARTES DE UN SIFÓN INVERTIDO 1.- DESARENADOR 2.- DESAGUE DE EXEDENCIAS 3.- COMPUERTA DE EMERGENCIA Y REJILLA DE ENTRADA. 4.- TRANSICION DE SALIDA 5- CONDUCTO O BARRIL 6.- REGISTROS PARA LIMPIEZA Y VALVULA DE PURGA 7.- TRANSICION DE SALIDA

1.- El desarenador, es una estructura que sirve para la limpieza de las aguas cuando estas contienen partículas sólidas, también para la limpieza en los sifones 2.- Desagüe de excedencias, es una estructura que evita que el nivel del agua suba mas de lo tolerable, generalmente es un vertedero lateral.

3.- Compuerta de excedencias se ubica al finalizar la transición de entrada, y consiste en compuertas deslizantes que se cierran para hacer limpieza del sifón u hacer reparaciones. 4.- Transiciones de entrada y salida, como la mayoría de los casos la sección del canal es diferente al del barril o conducto, es necesario diseñar transiciones .

5.-Conducto o barril, forma la parte más importante y necesaria de los sifones. Se recomienda profundizar el conducto, dejando un colchón mínimo de 1m en las laderas y de 1.5 m en el cruce del cauce para evitar probables fracturas que pudieran presentarse debido a cargas excesivas como el paso de camiones o tractores 6.- Registro para la limpieza y válvula de purga, se coloca en la parte mas baja de los barriles, permite evacuar el agua que se quede almacenada en el conducto cuando se para el sifón, para su limpieza y reparación.   .

FUNCIONAMIENTO: El sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida.   . El sifón funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las perdidas del sifón. La diferencia de carga DZ debe ser ≥ perdidas totales.  

TIPOS DE SIFONES INVERTIDOS: los principales son los que se indican a continuación  Ramas oblicuas.se emplea para cruces de obstáculos, para lo que se cuenta con suficiente desarrollo y en terrenos que no presenten grandes dificultades de ejecución.

TIPOS DE SIFONES INVERTIDOS:  Pozo vertical.- con una o dos ramas verticales, son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo en caso de grandes dificultades constructivas. Debido a sus características de fácil y reducido espacio, son muy aconsejables.

TIPOS DE SIFONES INVERTIDOS:  Ramas verticales.- lo mismo que pozos verticales.

TIPOS DE SIFONES INVERTIDOS:  Con cámaras de limpieza.- tiene su aplicación en obras de cruce de vías subterráneas.

TRANSICIONES DE ENTRADA Y SALIDA: El área de la sección transversal de un sifón viene determinado, de acuerdo a la ley de continuidad por el caudal de aducción y la velocidad de flujo. La magnitud de la velocidad media en el conducto que conforma el sifón, puede variar entre 2 a 4 m/s, para velocidades menores a 2 m/s, es probable la presencia de procesos de sedimentación. Sin embargo la velocidad de flujo está asociada también al tipo de material del conducto; Zurita considera los siguientes valores: - Conductos de fábrica 1.0 a 1.5 m/s - Tubos de hormigón 1.5 a 2.5 m/s

En todos los casos se deberá incorporar elementos que permitan la limpieza periódica de los sedimentos que se acumulen en los sectores bajos a consecuencia de las reducidas velocidades de flujo que se presenten durante la operación del sistema. El diseño hidráulico de un sifón tiene como base el cálculo de las pérdidas de carga, locales y por fricción en el conducto. Entre las pérdidas locales se considerarán principalmente pérdidas en la estructura de entrada, en los cambios de dirección o codos y en la estructura de salida. El cálculo se realizará para cada sección de conducto considerado hasta obtener niveles de pérdidas que permitan por un lado el funcionamiento hidráulicamente eficientes del sifón y represente el menor costo posible.

Transiciones: Entre las transiciones que con mayor frecuencia se presentan en canales de montaña se pueden mencionar a las caídas y las rápidas. Estas estructuras pueden utilizarse en los casos de desniveles originados por las características topográficas. De igual modo las transiciones se aplican en entradas o salidas de estructuras especificas de un sistema hidráulico y alcantarillas en carreteras.

Tanques de agua y cámaras de carga: La estructura de aducción de un sistema hidráulico se conectará a un tanque de agua en los casos en que sea necesaria la regulación de los caudales, como es el caso de los sistemas de agua potable. Sin embargo se utilizan tanques de regulación también en microsistemas de riego. Mediante la construcción de tanques de almacenamiento se logra compensar las variaciones de la demanda durante el día, mantener las presiones establecidas para la red y situaciones eventuales de emergencia. Estos aspectos asociados a las características hidrológicas de la fuente de captación, determinarán la capacidad necesaria y las dimensiones del tanque o del sistema de tanques, si se decide utilizar dos o más tanques de almacenamiento.

Tanques de agua y cámaras de carga: Detalles de rios en tanques de almacenamiento Las cámaras de carga, en general se aplican a sistemas hidroeléctricos como estructuras de transición entre el canal de aducción y la tubería de presión. Estos tanques tienen limitadas condiciones de regulación, debido fundamentalmente a los caudales que se utilizan en las turbinas, lo cual no permite aprovechar el volumen de este tanque para el almacenamiento de agua, aunque es posible que se presenten casos de tanques de carga que trabajen como reguladores horarios, como es el caso de los sistemas que utilizan pico-turbinas.

Tanques de agua y cámaras de carga:

Tanques de agua y cámaras de carga: Esquema de una cámara de carga Una cámara de carga cumple dos funciones principales, a saber: como estructura de transición entre el sistema de aducción y la tubería de presión y como elemento regulador del nivel de carga sobre la turbina. Estas funciones deben tomarse en cuenta en el diseño, logrando geometrías que permitan el paso del agua con un escurrimiento que desarrolle velocidades que se incrementarán gradualmente hacia la tubería en lo posible sin perturbaciones superficiales, choques contra las paredes y cambios bruscos de dirección. La regulación del nivel de carga se logrará por medio de un vertedero de excedencias con capacidad de evacuación igual o mayor al caudal de aducción.

Tanques de agua y cámaras de carga: En las cámaras de carga es importante el control de la formación de vórtices en un sector cercano al ingreso a la tubería de presión. La altura mínima entre el eje de ingreso a la tubería y el nivel de agua en la cámara se podrá calcular por medio de la expresión recomendada por Gómez-Navarro: Hmin Altura mínima de agua sobre el eje de la tubería en [m]. v Velocidad media en la tubería de presión en [m/s]. D Diámetro interno de la tubería en [m]. Para evitar la formación de vórtices es recomendable incorporar un elemento flotante a manera de una rejilla de madera, que logra romper la tensión superficial por el constante choque de las láminas de agua contra los elementos de la rejilla.

PÉRDIDAS EN EL SIFÓN INVERTIDO: Las principales pérdidas de carga que se presentan son: 1. Pérdidas por transición de entrada y salida. 2. Pérdidas en la rejilla. 3. Pérdidas de entrada. 4. Pérdidas por fricción en el conducto o barril. 5. Pérdidas por cambio de dirección o codos. 6. Pérdidas por válvulas de limpieza. 7. Pérdidas por ampliación.

 1.

PÉRDIDAS DE CARGA POR TRANSICIÓN DE ENTRADA Y SALIDA:  

     donde: pérdida por transición de entrada. pérdida por transición de salida. velocidad en sección 1 de la transición, de entrada. velocidad en sección 2 de la transición, de entrada. velocidad en sección 3 de transición de salida. velocidad en sección 4 de transición de salida.

 2.

Perdidas por rejilla

Cuando la estructura consta de bastidores de barrotes y rejillas para el paso del agua, las pérdidas originadas se calculan con la ecuación: Donde: = perdidas por rejilla K= 1.45- 0.45 K= coeficiente de perdida en la rejilla área neta de paso entre rejillas área bruta de la estructura y su soporte, que quede dentro del área hidráulica =velocidad a través del área neta de la rejilla dentro del área hidráulica

3. Perdidas de carga por entrada al conducto  

Donde: perdida de carga por entrada al conducto V= velocidad del agua en el barril Ke= coeficiente que depende de la forma de entrada

 4.

Perdidas por fricción en el conducto

Una formula muy empleada para determinar las perdidas por fricción es la manning: V= L Donde: Perdidas por fricción n= coeficiente de rugosidad S= pendiente de la línea de energía V= velocidad del agua del conducto R= radio hidráulico L= longitud total del conducto

 5.

Perdidas de carga por cambio de dirección o codos

Una formula muy empleada es: Donde: Perdida de carga por cambio de dirección Angulo de deflexión Kc= coeficiente para codos comunes = 0.25

6. Perdidas por válvulas de limpieza Las pérdidas de carga que se originan en los sifones por el hecho de insertar lateralmente una tubería en la que se coloca una válvula para desagüe y limpieza se deben considerar como pérdidas por bifurcación de tuberías. Esta pérdida existe aun cuando una de las partes este cerrada por la válvula, ya que se forman turbulencias dentro de la tubería, pero en vista de que se considera muy pequeña y no se ha podido evaluar se olvida

 7.-

perdidas por ampliación (perdidas por salida)

Algunas veces por exigencias topográficas no es posible localizar una transición a la salida del sifón para el cambio de sección, haciéndola en una caja, de la cual saldrá el agua al canal. La pérdida de carga será motivada por ampliación brusca en la sección y se aplica la fórmula de borda. Donde: Perdida de carga por ampliación brusca Velocidad en el sifón Velocidad aproximada en la caja

 

CASO APLICATIVO CARACTERÍSTICAS DEL CANAL DE ENTRADA

 RESOLUCIÓN:

Cálculo del área hidráulica:

Cálculo del perímetro hidráulico:

Cálculo de la velocidad:

 CARACTERÍSTICAS DEL CANAL DE SALIDA

 RESOLUCIÓN:

Cálculo del área hidráulica:

Cálculo del perímetro hidráulico:

Cálculo de la velocidad:

 Cálculo del diámetro de la tubería y velocidad

Se utilizará tubería de asbesto cemento Velocidad 1.6 m/s para sifones pequeños: Asumimos 2 m/s

Asumimos

 Cuando

el diámetro de la tubería es mayor a 500 veces el diámetro es un sifón grande, caso contrario es de poca envergadura.

La longitud del sifón es 220 m Entonces

 Área

hidráulica del conducto y velocidad

Número de Froude:

 Cálculo de longitud de transición de entrada:

máximo:

22°30‘

, entonces

mínimo:12°30‘ , entonces

 

      

Tomaremos: L = 10 m

Cálculo de longitud de transición de salida

 

        Tomaremos: L = 3.0 m

 Revisemos el funcionamiento hidráulico del

sifón.      

 

    Planteando la ecuación de Bernoulli entre las secciones 4 y 3    

 

 

Resolviendo por tanteo o programa office Excel (buscar objetivo)

CÁLCULO DEL TIRANTE DE LA TRANSICIÓN DE ENTRADA Y PÉRDIDAS DE CARGAS:

?

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 Planteando la ecuación de Bernoulli entre las

secciones 3 y 2       Cálculo de las pérdidas de carga: Pérdidas de cargas por rejillas

Área neta por metro cuadrado:

 

Área hidráulica (área bruta) de la tubería es 0.456 Entonces el área neta será:

= 0.430 m                

 Pérdida de entrada por entrada al conducto

     

 Pérdida de carga por fricción del conducto

    Velocidad dentro del conducto 2.19 m/s Para el asbesto cemento      

 Reemplazando estas pérdidas de carga en la

ecuación de continuidad:       Resolviendo por tanteo o programa office Excel (buscar objetivo)

 Verificando la condición de ahogamiento

   

   

 Pérdida de cargas totales

 

 Desnivel entre las plantillas de entrada y salida

0.86 m Desnivel de la superficie libre del agua 1.48 m   No se tomará en cuenta las pérdidas de carga con respecto a las rejas para que se cumpla que la carga hidráulica disponible supere a las pérdidas totales en el sifón