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DISEO DE SIFON
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Diseo hidrulico del sifn invertido
1. TEORIA DE SIFON IN!ERTIDO
Para cruzar una depresin, se debe recurrir a una estructura de cruce, en cada caso
se escoge la solucin mas conveniente para tener un funcionamiento hidrulico
correcto, la menor prdida de carga posible y la mayor economa factible. Los cuales
pueden ser:
Puente canal
ifn invertido
!lcantarilla
1.1 Eleccin del ti"o de estruct
ur#
"uando el nivel del agua es m enor #ue la rasante del obstculo, se puede utiliz
ar una #lc#nt#rill#.
"uando el nivel de la superficie libre del agua es mayor #ue la rasante
del obstculo, se puede utilizar como estructura de cruce$ un "uente c#n#l o un
sifn invertido o la combinacin de ambos.
%l "uente c#n#l se utiliz ar cuando la diferencia de niveles entr e la rasante
del canal y la rasante de la #uebrada o ro, permita un espacio libre, suficiente para
lograr el paso del agua.
%l sifn invertido se utilizar si el nivel de la superficie libre del agua es mayor#ue
la rasante del obstculo.
1.$ %once"t o de#cueducto
%l puente canal es una estructura utiliz ada para conducir el agua de un c
anal, logrando atravesar una depresin. %sta formado por un puente y un conducto, el
conducto puede ser de concreto, acero, madera u otro material resistente, donde el
agua escurre por efectos de la gravedad.
1.& %once"t o de sifninvertido
Los sifones invertidos son conductos cerrados #ue traba&an a pres in, se utilizan
para conducir el agua en el cruc e de un canal c on una depresin topogrfica o
#uebrada, tambin para pas ar por deba&o de un camino, una va de ferrocarril, un
dren o incluso otro canal.
1.' %riterios de Diseo
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Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los re#uerimientos de
cobertura, pendiente del tubo, ngulos de doblados y sumergencia de la entrada y
salida.
%n a#uellos sifones #ue cruzan caminos principales o deba&o de drenes, se re#uiere
un mnimo de '.(' m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarios o canales d
riego
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sin revestir, es suficiente '.) m. i el sifn cruza un canal revestido se
considera suficiente '.*' m de cobertura.
%n el caso particular del cruce con una #uebrada o ro de rgimen caudaloso,
deber hacerse un estudio de profundidad de socavacin para definir la profundidad
en la #ue deber cruzar o enterrar la estructura de forma segura sin #ue esta sea
afectada.
La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a +: y la pendientemnima
del tubo horizontal debe ser - ooo. e recomienda transicin de concreto a la
entrada y salida cuando el sifn cruce caminos principales en sifones con mayor o
igual a*)/ y para velocidades en el tubo mayores a ms.
"on la finalidad de evitar desbordes agua arriba del sifn debido a la ocurrenciafortuita
de caudales mayores al de dise0o, se recomienda aumentar en un -'1 o '.*' mcomo m2imo al borde libre del canal en una longitud mnima de - m a partir
de la estructura.
"on la finalidad de determinar el dimetro del tubo en sifones relativamente cortoscon
transiciones de tierras, tanto a la entrada como a la salida, se puede usar una
velocidad de m*s, en sifones con transiciones de concreto igualmente cortos
se puede usar .- ms y entre * a +.- ms en sifones largos con transiciones de
concreto cono sin control en la entrada. Las prdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo 3"ubierta
Partida4, se pueden calcular rpidamente con los valores '.5 y '.)- hv
respectivamente 67er. 8ig. +.-9 o con lo manifestando en los tems +.5 y +.-.
! fin de evitar remansos aguas arriba, las prdidas totales computadas se
incrementan en '1.
%n el dise0o de la transicin de entrada se recomienda #ue la parte superior de
la abertura del sifn, est ligeramente deba&o de la superficie normal del agua,
esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el dise0o setoma
.- veces la carga de velocidad del sifn o . como mnimo o tambin*4.
%n la salida la sumergencia no debe e2ceder al valor te).
%n sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir
un drena&e del tubo para su inspeccin y mantenimiento.
%n sifones largos ba&o ciertas condiciones de entrada puede no sellarse ya sea #ue
el sifn opere a flu&o parcial o a flu&o lleno, con un coeficiente de friccin menor #ue elsumido en el dise0o, por esta razn se recomienda usar n ; '.''< cuando se
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calcula las prdidas de energa.
"on la finalidad de evitar la cavitacin a veces se ubica ventanas de aireacinen
lugares donde el aire podraacumularse.
"on respecto a las prdidas de carga totales, se recomienda la condicin de #ue
estas sean iguales o menores a '.*' m.
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"uando el sifn cruza deba&o de una #uebrada, es necesario conocer el gasto
m2imo de la creciente.
e debe considerar un aliviadero de demasas y un canal de descarga
inmediatamente aguas arriba de la transicin de ingreso.
e recomienda incluir una tubera de aeracin despus de la transicin de ingreso
e debe analizar la necesidad de incluir vlvulas rompe presin en el desarrollo de
la conduccin a fin de evitar el golpe de ariete, #ue podra hacer colapsar la tubera
6solo para grandes caudales9.
e debe tener en cuenta los criterios de rugosidad de =anning para el
dise0o hidrulico
e debe tener en cuenta los criterios de sumergencia 6tubera ahogada9 a la entrada
y salida del sifn, a fin de evitar el ingreso de aire a la tubera.
1. ( %l cul o hidr uli co de un sif n
Para #ue cumpla su funcin el dise0o del sifn, se debe de proceder como sigue:
!nalizaremos en las posiciones y +, para lo cual aplicamos la ecuac in de
energa especific a:
Donde)
>i : carga de posicin
>i : carga de presi)n
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!i$
+g: carga de velocidad 6g ;(.
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e2tra0os o personas.
c. Tu-er /#s de "resin)
on tuberas #ue transportan agua ba&o presin. Para #ue los costos
de mantenim iento s ean ba&os hay #ue c oloc ar s oportes y los anc la&es de la
tubera en pendientes estables y encontrar buenos cimientos. Bo deber haber peligro de
erosin por desprendimiento de laderas, pero si acceso seguro para hacer mantenimiento y
reparacin.
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c.1 0#ter i#l us#do "#r # tu-er /# de "resin)
%l acero comerc ial fue fabricado con planc ha de ac ero roladas y s oldada. %n
general las tuberas de acero #ue estn protegidas por una capa de pintura u otra
capa de proteccin pueden durar hasta +' a0os. !dems, son efectivas en
resistencia a impactos pero son pesadas, se unen mediante bridas, soldadura o &untasmetlicas. %vitar enterrar las tuberas de presin debido a #ue corren el riesgo de corroerse.
c.$ !elocid#des en el conducto
Las velocidades de dise0o en sifones grandes es de +.- C *.- ms, mientras #ue
en sifones pe#ue0os es de .) ms. Dn sifn se considera largo, cuando su longitud
es mayor #ue -'' veces el dimetro.
d. Funcion#iento del sifn
%l sifn siem pre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a
la salida. !plicamos %nerga en y +:
Etras formulas usadaes:
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PoliFous Fi y Perelman
Donde)
vt: velocidad media en la tubera
6ms9 G: dimetro de la tubera de
acero 6m9
%l sifn funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber
todas las prdidas en el sifn. La diferencia de carga !> debe ser mayor a las prdidas
totales.
e. !lvul# de "ur ,# de #,u# +lodos
e coloca en la parte ms ba&a de los barriles, permite evacuar el agua #ue se #uede
almacenada en el conducto cuando se para el sifn o para desalo&ar lodos. Para su
limpieza o reparacin, y consistir en vlvulas de com puerta deslizante de lasdimensiones #ue se estime conveniente de acuerdo con el caudal a desalo&ar.
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$ DISEN O 2 IDR A3I%O DESIFON
$.1 Ee"lo de diseo 1
"on la informac in topogrfic a de las c urvas de nivel y el perfil del terreno en el
sitio de la obra, se traz a el s ifn y se proc ede a dis e0ar la forma y dimensiones de Ha seccin del c onducto m as ec onm ic a y c onveniente, esto s e
obtiene despus de hacer varios tanteos, tomando en cuenta las prdidas
de carga #ue han de presentarse.
Las dimens iones de la seccin transvers al del c onducto dependen del caudal
#ue debe pasar y de la velocidad. %n sifones grandes se cons idera una
velocidad conveniente de agua en el barril de +.- C *.- ms #ue evita el deposito
de azolves en el fondo del conducto y #ue no es tan grande #ue pueda producir la
erosin del material de los barriles." uando por las condic iones del problem a, no sea pos ible dar el des nivel #ue
por estas limitaciones resulten, se pueden reducir las prdidas , dism
inuyendo prudentem ente la velocidad del agua, teniendo en cuenta #ue c on esto se
aumenta el peligro de azolvamiento del sifn, por lo #ue habr necesidad de
me&orar las facilidades para limpiar el interior del barril.
%l sifn func iona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe
absorber todas las prdidas en el sifn. La diferencia de c argas !> debe ser
mayor #ue las prdidas totales. Para el sifn particularm ente #ue analizamos,las secciones del canal a la entrada y salida s on rectangulares y de las mismas
dim ensiones, adem s de la mis ma pendiente '.''+, en c onsec uencia tendr el
mismo tirante y velocidad.
42 5 E 1 6 E $ 5 7 1 8 7 $ 5 &'9:.&'$ 8 &':9.:; 59.(9$
$.1.1 %lculo del dietro de l# tu-er/#
Para encontrar el conducto ms adecuado econmicamente y tcnicamente,
se determinaron s us dim ensiones en funcin de la desc arga #ue pas ar y de la
velocidad #ue resulta. "onsideremos una velocidad de *.) ms #ue este pr2imo
al intervalo entre +.- y *.- ms #ue nos evita el depsito de lodo o basura en
el fondo del conducto y #ue no sea tan grande #ue pueda producir eros in en la
tubera, con este valor conseguiremos su dimetro, y despe&ando de la
ecuacin de
continuidad:
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Por lo #ue asumiremos la tubera de I;+)@ cuyas caractersticas hidrulicas
sern: u Jrea hidrulica ser:
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u permetro mo&ado:
u radio hidrulico:
Ge la ecuacin de continuidad, la velocidad dentro de la tubera de acero ser:
u nKmero deLeynolds
e trata de un rgimen de flu&o turbulento pero aun es aceptable lavelocidad.
!dems, a la entrada y salida de la tubera de presin, la velocidad con la #ue discurre
y el tipo de flu&o por el c anal rectangular, de dimensiones *m de solera y un '.A5m
de tirante, ser:
Donde)
7cr ; 7elocidad en el canal rectangular
!cr ; Jrea mo&ada del canalrectangular
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La altura mnima de ahogamiento a laent
rada
Por lo tanto:
La altura mnima ahogamiento en la salida
"omparando los resultados anteriores
sern in ;.'
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$.1.$ %lculo de l#s "
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vcr ; velocidad en la seccin del canal rectangular 6aguas arriba9
vt ; velocidad en el sifn
vcr .; velocidad en la seccin del canal rectangular 6aguas aba&o9
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ii. *1 6 ? @1>.;' B 5 .?'$ $
"omo el rea hidrulica 6rea bruta9 de la tubera es '.*5+-* m+ entonces el rea neta
ser:!n ; '.(5+2'.*5+-* ; '.*++A m+
%ntonces:
Donde)
N ; coeficiente de prdidas en la re&illa
!n ; rea neta de paso entre re&illas.
! ; rea bruta de la estructura y su soporte, #ue #uede dentro del rea hidrulica.
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!n ; velocidad a travs del rea neta de la re&illa dentro del rea hidrulica
8inalmente las prdidas por entrada y por salida sern:
iii. *
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v. *
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limpieza se
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deben considerar como prdidas por bifurcacin detuberas.
%sta prdida e2iste aun cuando una de las partes esta cerrada por la vlvula, ya #ue se
forman turbulencias dentro de la tubera, pero en vista de #ue se considera muy pe#ue0a
y no se ha podido evaluar se desprecia.
8inalmente la suma de todas las prdidas producidas en el sifnes:
En resuen)
La carga hidrulic a dis ponible s upera a las prdidas totales en el sifn
? ;
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