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UNC URRUTIA MEDINA, SARLY LIZZETH
INFORME:
SIFON NORMAL
FACULTAD DE INGENIERÍA – UNC INGENIERÍA CIVIL
I. 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.
II. OBJETIVOS:
Verificar la construcción de un sifón normal.Conocer si cumple con la cavitación.
III. 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.
Para esta práctica realizaremos de manera experimental la comprobación de las medidas pertinentes.
IV. MARCO TEORICO:
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.
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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)
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: 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
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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.
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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.
MEDIDAS TOMADAS PARA EL CAUDAL
N° VOLUMEN
(lts)TIEMPOS
(seg.) CAUDAL
1 8 10.840.73800
738
2 8 10.860.73664
825
3 8 10.830.73868
883
4 8 10.830.73868
883
5 8 10.860.73664
825
6 8 10.890.73461
892
7 8 10.830.73868
883
8 8 10.890.73461
892
9 8 10.840.73800
738
10 8 10.820.73937
153CAUDAL PROMEDIO (Q 0.73739
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m3/seg) 871
TIEMPO (SEG) VOLUMEN (LTS)
20.65 2020.79 2020.85 2021.24 2020.45 20
PROMEDIO
20.796 20
CAUDAL PROMEDIO
0.961723408
Calculamos la velocidad del sistema:
Q = V * A
Por Bernoulli calculamos la velocidad
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
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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:
Datos:INTERIOR DEL TANQUE
Largo: 4.55mAncho: 3.95mAltura: 2.15m
Tubería Pvc: 2 plg de diámetroVolumen 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
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= 3.176
Como , por lo tanto no existe problema de cavitación.
V. 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.
VI. ANEXOS:
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