Diseño de Sifon

Mejoramiento de Infraestructura de Riego Turuco - Bellavista Jaén

_______________________________________________________________________________________Proyectista: Ing°

Americo Serrano SerranoIndice General, Pág.1

INDICE GENERAL

DISEÑO DE SIFÓN

1 .- DISEÑO DE CÁMARA DE INGRESO

A.- TRAMO DE INGRESO

B.- TRASICION - ENTRADA

2 .- DISEÑO DE SIFÓN INVERTIDO

2.1.- CRITERIOS DE DISEÑO

A) VELOCIDADES.

B) CAUDALES

C) PERDIDAS DE CARGA

2.2.- CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DEL SIFÓN:

2.3.- PROCEDIMIENTOS DE CALCULO

1.- Caudal de Diseño del Sifón

2.- Calculo del Diámetro

3.- Perdida en la entrada

4.- Perdida en la Salida:

5.- Perdidas Por Fricción

6.- Perdidas en Codos

7.- Perdidas Total en el Sifón.

3 .- DATOS DEL PERFIL HIDRÁULICO

4 .- DISEÑO DE ANCLAJES

4.1.- DATOS GENERALES

4.2.- ANCLAJE N° 01





_______________________________________________________________________________________Proyectista: Ing°

Americo Serrano SerranoIndice General, Pág.2

INDICE GENERAL




a) Es necesario por seguridad, considerar una carga Hp = 1.50 Va²/ 2g por encima de la Cámara.

b)

c)

Q = 0.640 m3/s Cota A= 1298.600

Asumimos: Cota B= 1297.800

b = 0.90 m

h = 0.69 m

A = 0.63 m2

Va = 1.02 m/s

Hp = 0.08 m

H = 0.80 m


b1 = 0.90 m

b2 = 0.60 m

L = 2.20 m

a = 7.82 °

Ok el valor del Angulo es Correto

Var. 1 2 Unidades

V 1.024 2.270 m/s

Y 0.695 0.60 m

A 0.625 0.282 m2

P 2.289 1.882 m

R 0.273 0.150 m

Se debe asumir las dimensiones de la cámara, según los diámetros del sifón, si el ancho es "b" y su alto "h".

Las cotas A y B, se calcularan posteriormente, con acepción de la Cota A, que se toma del Perfil longitudinal, del eje del canal.

Cota: A

Cota: B

s

H

Va² 2g1.50b

h

b1b2

L

1 2

a /2

Canal Rectangular

Hp =





Se debe asumir las dimensiones de la cámara, según los diámetros del sifón, si el ancho es "b" y su alto

Mejoramiento de Infraestructura de Riego Turuco - Bellavista



A) VELOCIDADES.

B) CAUDALES

C) PERDIDAS DE CARGA

c.1)

c.2)

c.3)

c.3.1) Perdidas localizadas, en codos Hc = 0.25 √(a°/90°) ( V2²)/ (2g)

Donde a° es el Angulo que cambia la dirección del flujo en grados

c.3.2) Perdidas debido al rozamiento en las paredes de la tubería, Hf = h (m/m) L

Para este Proyecto, las condiciones Hidráulicas del canal son:

Debido a que el canal tiene forma trapezoidal Abierta, en la mayoría de su trayectoria, la presencia de partículas, en todo el trayecto se acumularan y por consiguiente pueden quedar en la base del sifón. Esto limita a que se diseñe al sifón con una velo

Para obtener una buena auto limpieza en el interior del sifón, la velocidad del agua en su interior debe de ser como mínimo de 0.90 m/s que además de impedir la sedimentación del material sólido, es capaz de remover y arrastrar la arena ya depositada.

Como la velocidad de 0.90 m/s, es capaz de remover el material sedimentado, las velocidades mayores a esta con mucho mas razón, por lo tanto debemos diseñar el sifón con velocidades mayores o iguales a 0.90 m/s, y revisar que las condiciones se den para u

En otros casos: Si se trata de pasar por el sifón aguas de una quebrada que arrastre material sólido, (troncos, piedras, etc) hay que dar una velocidad alta entre 3.0 y 6.0 m/s pudiendo reducirse a 3.0 m/s si no hay tales arrastres

Con respecto al caudal si se trata de pasar por el sifón aguas de una quebrada es necesario conocer el caudal de la máxima creciente. Si el sifón sirve para pasar aguas de un canal se proyectará para un caudal igual al 140% del caudal del canal, se toma

Las perdidas de carga se calcularan de acuerdo a cada punto, en las localizadas y en la tubería , para las distribuidas:

En la entrada al sifón: la perdida de carga se da por un cambio de rasante en solera de borde agudo, dado por: He = 0.40 ( V2² - V1²)/ (2g)

Perdida en la Salida del sifon: esta perdida de carga se da debido al cambio brusco de velocidades al pasar de una velocidad V2 en el sifón a una velocidad V1, en el canal, dada por Hs = 0.60 ( V2² - V1²)/ (2g)

Perdidas de carga en el interior del sifón los cuales son producidos por los cambios de dirección y por la misma tubería, las que se producen por el cambio de dirección son perdidas de carga localizadas y las que se producen por la fricción de la tubería

Donde: h (m/m), es la pendiente por fricción en el tramo y L, la longitud del mismo, donde h = n² Q² / ( A²R4/³), con Q (m3/s), n (factor de rugosidad, según el material y es adimensional), A ( m2, Área Mojada), R (Radio Hidráulico en metros).


En la Entrada:

Q = 0.64 m3/s ; Caudal de Diseño, para el canal

b = 0.90 m ; Ancho de Plantilla

s = 0.0136 ; Pendiente del canal

n = 0.013 ; Coeficiente de Rugosidad, en el concreto

Y = 0.69 m ; Tirante de agua cuando Q = Caudal de Diseño

A = 0.625 m2 ; Área Hidráulica, del Canal

P = 2.289 m ; Perímetro Mojado, del Canal

R = 0.273 m ; Radio Hidráulico, del Canal

T = 0.900 m ; Espejo de Agua, del Canal

V = 1.024 m/s ; Velocidad del Agua, del Canal


n' = 1 ; Número de Tuberías

ø = 25'' pulgadas ; Diámetro de la tubería, (Exterior)

n = 0.009 ; Coeficiente de Rugosidad, para tubo PVC

A = 0.282 m2 ; Área Hidráulica, del Sifón (total)

P = 1.882 m ; Perímetro Mojado, del Sifón (total)

R = 0.1498 m ; Radio Hidráulico, del Sifón (total)

Sf = 0.00527 m/m ; Pendiente por fricción


1.- Caudal de Diseño del Sifón

Q : Caudal del Canal

Q = 0.64 m3/s

2.- Calculo del Diámetro

V = 2.500 m/s ; Velocidad asumida (1° tamteo)

A = 0.256 m2 ; Dentro del conducto circular Interno

D = 0.5709 m

D = 22'' pulgadas, Interno.

Asumimos:

Tuberías: = 1

Diámetro Externo = 630mm ; comercial, espesor de tubería : e 15.4mm

Diámetro Externo = 24.80'' ; comercial, espesor de tubería : e 0.61''

Diámetro Interno: = 23.59'' ; donde circulara, el caudal de = 0.64 m3/s

Área = 0.282 m2 ;del Tubo

Velocidad = 2.270 m/s ;del Tubo

Ok La velocidad es Aceptable

3.- Perdida en la entrada

He = 0.084 m

4.- Perdida en la Salida:

Hs = 0.125 m


5.- Perdidas Por Fricción

5.1.- Perdida en el Tramo 1-2 5.4.- Perdida en el Tramo 4-5

Hf1 = 0.109 m Hf4 = 0.918 m

5.2.- Perdida en el Tramo 2-3 5.5.- Perdida en el Tramo 5-6

Hf2 = 0.373 m Hf5 = 0.131 m

5.3.- Perdida en el Tramo 3-4 5.6.- Perdidas Total Por Fricción

Hf3 = 0.765 m Hf = 2.296 m

6.- Perdidas en Codos

6.1.- Perdida en el Punto 2. 6.4.- Perdida en el Punto 5.

Hc1 = 0.025 m Hc4 = 0.024 m

6.2.- Perdida en el Punto 3 6.5.- Perdida total por Codos

Hc2 = 0.002 m Hc = 0.058 m

6.3.- Perdida en el Punto 4.

Hc3 = 0.007 m

7.- Perdidas Total en el Sifón.

7.1.- Formula de Perdida total "H" 7.2.- Valor de la Perdida

H = He+Hp+Hf+Hc H = 2.820 m









Datos para el Punto A:

b = 0.900 m

y = 0.695 m

A = 0.625 m

2.8

20

3.5

15V = 1.024 m/s 1298.600

Datos para el Punto 1:

0.6

9

Diámetro Externo del Sifón: 24.803''

Diámetro Interno del Sifón: 23.591'' 1295.7800

Velocidad en el sifón: 2.270 m/s Pto: A-B

Carga Hidráulica en la Entrada: 1.5 (Vs²- V1²)/(2g) 3.935

H entrada = 0.3137 m Falta Dism.:

12

98

.60

00

12

94

.66

50 0.420

Yv = 0.6143 m

12

98

.25

95

12

93

.33

54

12

91

.99

50

12

89

.00

93

12

88

.66

11

12

93

.98

95

Donde:

= 0.2335 m

Cota Sobre la Corona de Ingreso:

Cota = 1298.8738

Coordenada Longitud Ángulos de Diseño

Punto Horizontal Vertical Kilómetro Altura i - j Horizontal Línea Inclinada.

A 0.0000 0.0000 1+095.5400 1298.6000

1 2.2000 0.3405 1+097.7400 1298.2595

2 20.0000 4.9241 1+117.7400 1293.3354 L1 = 20.60 13.831414 a = 12.74681

3 70.8000 1.3404 1+188.5400 1291.9950 L2 = 70.81 1.084606 b = 0.09501

4 145.0000 2.9857 1+333.5400 1289.0093 L3 = 145.03 1.179613 f = 1.06502

5 174.1000 0.3482 1+507.6400 1288.6611 L4 = 174.10 0.114591 g = 12.48242

6 24.3000 -5.3284 1+531.9400 1293.9895 L5 = 24.88 12.367830

B 2.2000 -0.6755 1+534.1400 1294.6650

Sumatoria 438.600 9.939 434.200 3.935 Tub.= 435.42

Tirante Vertical en el Sifón. Yv = ø /cos a

1.5 (Vs²- V1²)/(2g) + Yv - Yo

L1

L2

L3 L4L5

a b

f g

1 2 3 4 5 6

B

A




4 .- DISEÑO DE ANCLAJES

4.1.- DATOS GENERALES

P1 = Empuje por el peso de la tubería.

P2 = Empuje por el peso del agua.

P3 = Empuje paralelo al eje del tubo por la fricción del agua

P4 = Empuje paralelo producido por la presión interna debido a la convergencia del tubo.

P5 = Empuje paralelo al eje del tubo producido por la fricción de la junta de dilatación.

P6 = Empuje por temperatura.

P7 = Fuerza centrifuga por la curva.

P8 = Fuerza desiquilibrante en la curva

23.591'' 24.8''

Di = Diámetro Interno. = 23.591'' Pulgadas

De = Diámetro Externo. = 25'' Pulgadas

Pa = Peso Especifico del agua = 1000 kg/m³

A = Área Interna en el Sifón. = 0.282 m²


A) Datos generales

w1 = Peso del tubo 43.328 kg/m

w2 = Peso del agua, en la tubería. 281.990 kg/m

B = Ancho del anclaje (longitud de fondo) 1.500 m

L = Longitud aguas Arriba 20.597 m

H = Carga de agua en el codo (incluye sobre presión) 4.924 m

m = Coeficiente de fricción 0.500

V = Velocidad del agua. 2.270 m/s

a = Ángulo de inclinación aguas arriba. 13.831

b = Ángulo de inclinación aguas abajo. 1.085

g = Ángulo de desviación. 12.747

P1 = = 213.35 kg

P2 = = 1388.55 kg

P7 = = 32.87 kg

P8 = = 308.28 kg

Fuerza Valor (kg) X Z

P1 213.35 -207.16 -51.00

P2 1388.55 -1348.28 -331.95

P7 32.87 4.27 -32.59

P8 308.27846 40.01 -305.67

Suma: -1511.17 -721.22

los anclajes, son bloques de concreto que impiden el movimiento de la tubería, se utiliza en los cambios de rasante de la tubería o en los cambios de sección de esta. Las fuerzas que actúan en un anclaje son las siguientes :

(w1) L sena (w2) L sena

2 V² (w2)/g sen (g/2)

2 (w2) H sen (g/2)

Sifón= Di De =


B) Elementos de Anclaje N° 01

0.40 0.9 0.40

0.3

00

.40

0.7

00

.20

0.85 0.85

B

=>

b.1.- Cálculo del centro de gravedad ( X )

Área m² X A X

A1 0.17 0.43 0.07 X = 0.84 m

A2 1.19 0.85 1.01

A3 0.14 1.43 0.20

A4 0.14 1.00 0.14

A5 0.36 0.85 0.31

A6 0.08 0.27 0.02

Suma: 2.08 4.83 1.75

PLANTA DE ANCLAJE

3

5

6

4

2

1

b

P8P7

P2

P1

a

g ELEMENTOS EN EL ANCLAJE

g

X

L

Z


b.2.- Volumen del anclaje

V = Volumen Total - Volumen de la Tubería.

V = 3.1125 m³ - 0.530 m³

V = 2.583 m³

b.3.- Peso del anclaje

= Peso especifivo del Concreto 2400 kg/m3

P = 6.20 Toneladas

b.4.- Resultante de Fuerzas en cada eje.

Fuerzas Verticales Z

Fz = 0.721 Tn

Pa = 6.198 Tn Fz = 6.9 Tn

x' = 0.85 m Fx = 1.5 Tn

z' = 0.90 m X

C) Estabilidad del Anclaje

c.1.- COEFICIENTE DE VOLTEO ( cv = Me / Md)

Me = momento equilibrante

Md = momento desiquilibrante

Me = Pa *X + Fz* X' = 5.83 Ton - m

Md = Fx * y' = 1.36 Ton - m

CV = 4.29 Ok el Anclaje no Voltea

c.2.- CALCULO DE LA EXCENTRICIDAD

X = sum. M / sum. Fv = (Me - Md) / Fv

X = 0.65 m

e = 0.5*L - X

e = 0.20 m

c.3.- Esfuerzos admisibles del terreno

q1 = Sum. Fv * (1+ 6*e/L)/A

q2 = Sum. Fv * (1- 6*e/L)/A

q1 = 0.14 kg/cm2

q2 = 0.02 kg/cm2 Ok cumple

P = gc * Va gc

C.G



A) Datos generalesw1 = Peso del tubo 43.328 kg/m











P1 = 58.08 kg P1 58.08 -58.07 -1.10

P2 = 377.98 kg P2 377.98 -377.91 -7.15

P7 = 0.25 kg P7 0.25 0.00 0.25

P8 = 0.63 kg P8 0.62676 -0.01 0.63

Suma: -435.99 -7.38


0.30 0.60 0.30

0.2

00

.30

0.5

00

.20

=>0.60 0.60

a

g b

g

L

P1

P2

P7P8

1

2

4

5

6 3

ELEMENTOS EN EL ANCLAJE

Z

X

B200

Ayuda: Si hay error, la medidas de la parte superior no son iguales a la parte inferior.

Mejoramiento de Infraestructura de Riego Turuco - Bellavista Jaén =>

B


Área m² X A X

A1 0.12 0.30 0.04 X = 0.58 m

A2 0.60 0.60 0.36

A3 0.08 1.00 0.07

A4 0.06 0.70 0.04

A5 0.18 0.60 0.11

A6 0.05 0.20 0.01

Suma: 1.08 3.40 0.63

b.2.- Volumen del anclaje V = 1.246 m³

b.3.- Peso del anclaje P = 2.99 Toneladas


Z

Fuerzas Verticales

Fz = 0.007 Tn Fz = 2.998 Tn

Pa = 2.990 Tn

x' = 0.60 m Fx = 0.436 Tn

z' = 0.70 m X



Me = 1.75 Ton - m

Md = 0.31 Ton - m



X = 0.48 m ; e = 0.12 m


q1 = 0.30 kg/m2

q2 = 0.08 kg/m2 Ok cumple

PLANTA DE ANCLAJE

C.G



A) Datos generalesw1 = Peso del tubo 43.328 kg/m











P1 = 129.36 kg P1 129.36 -129.34 -2.66

P2 = 841.94 kg P2 841.94 -841.76 -17.33

P7 = 2.75 kg P7 2.75 0.03 -2.75

P8 = 15.65 kg P8 15.64981 0.18 -15.65

Suma: -970.89 -38.40


0.30 0.60 0.30

0.2

00

.30

0.5

00

.20

=>0.60 0.60

PLANTA DE ANCLAJE

a

g

b

g

L

P1

P2

P7 P8

1

2

4

5

6 3


Z

X

B295



B


Área m² X A X

A1 0.12 0.30 0.04 X = 0.58 m

A2 0.60 0.60 0.36

A3 0.08 1.00 0.07

A4 0.06 0.70 0.04

A5 0.18 0.60 0.11

A6 0.05 0.20 0.01

Suma: 1.08 3.40 0.63




Z

Fuerzas Verticales

Fz = 0.038 Tn Fz = 3.029 Tn

Pa = 2.990 Tn

x' = 0.60 m Fx = 0.971 Tn

y' = 0.70 m X



Me = 1.77 Ton - m

Md = 0.68 Ton - m



X = 0.36 m ; e = 0.24 m


q1 = 0.19 kg/m2

q2 = -0.02 kg/m2 Ok cumple

PLANTA DE ANCLAJE

C.G



A) Datos generales

w1 = Peso del tubo 43.328 kg/m











P1 = 230.87 kg P1 230.87 225.51 -49.45

P2 = 1502.55 kg P2 1502.55 1467.68 -321.83

P7 = 32.19 kg P7 32.19 -3.50 -32.00

P8 = 326.70 kg P8 326.69863 -35.52 -324.76

Suma: 1654.18 -728.04


0.40 0.90 0.40

0.2

00

.30

0.6

00

.20

=> 0.85 0.85

PLANTA DE ANCLAJE

ag

b

g L

P1

P2

P7 P8

1

2

4

5

6 3


Z

X

B392



B


Área m² X A X

A1 0.17 1.28 0.22 X = 1.00 m

A2 1.02 0.85 0.87

A3 0.06 1.43 0.09

A4 0.09 3.10 0.28

A5 0.27 0.85 0.23

A6 0.10 0.27 0.03

Suma: 1.71 7.78 1.70




Z

Fuerzas Verticales

Fz = 0.728 Tn Fzt = 5.612 Tn

Pa = 4.884 Tn

x' = 0.85 m Fxt = 1.654 Tn

y' = 0.80 m X



Me = 5.49 Ton - m

Md = 1.32 Ton - m



X = 0.74 m ; e = 0.11 m


q1 = 0.09 kg/m2

q2 = 0.04 kg/m2 Ok cumple

PLANTA DE ANCLAJE

C.G

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