UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZAN”FACULTAD DE ING. CIVIL Y ARQUITECTURA

TEMA: Diseño de Sifones

- LORENZO PASCUAL, Elvis

ALUMNO:

CURSO: Irrigación

E.A.P. DE ING. CIVIL

DOCENTE: Ing. Ever Osorio Flores

1. TEORIA DEL SIFON INVERTIDO Para cruzar una depresión, se debe recurrir a una estructura de cruce, en cada caso se escoge la solución mas conveniente para tener un funcionamiento hidráulico correcto, la menor pérdida de carga posible y la mayor economía factible. Los cuales pueden ser: Puente canal Sifón invertido Alcantarilla

2. Elección del tipo de estructura El sifón invertido se utilizará si el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstáculo.

3. Concepto de sifón invertido

Los sifones invertidos son conductos cerrados que trabajan a presión, se utilizan para conducir el agua en el cruce de un canal con una depresión topográfica o quebrada, también para pasar por debajo de un camino, una vía de ferrocarril, un dren o incluso otro canal.

4. Criterios de Diseño:

• Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente del tubo, ángulos de doblados y sumergencia de la entrada y salida.

• En aquellos sifones que cruzan caminos principales o debajo de drenes, se requiere un mínimo de 0.90 m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarios o canales de riego sin revestir, es suficiente 0.6 m. Si el sifón cruza un canal revestido se considera suficiente 0.30 m de cobertura.

• En el caso particular del cruce con una quebrada o río de régimen caudaloso, deberá hacerse un estudio de profundidad de socavación para definir la profundidad en la que deberá cruzar o enterrar la estructura de forma segura sin que esta sea afectada.

• La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 2:1 y la pendiente mínima del tubo horizontal debe ser 5 o/oo. Se recomienda transición de concreto a la entrada y salida cuando el sifón cruce caminos principales en sifones con mayor o igual a 36’ y para velocidades en el tubo ∅mayores a 1 m/s.

• Con la finalidad de evitar desbordes agua arriba del sifón debido a la ocurrencia fortuita de caudales mayores al de diseño, se recomienda aumentar en un 50% o 0.30 m como máximo al borde libre del canal en una longitud mínima de 15 m a partir de la estructura.

• Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamente cortos con transiciones de tierras, tanto a la entrada como a la salida, se puede usar una velocidad de 1 m3 /s, en sifones con transiciones de concreto igualmente cortos se puede usar 1.5 m/s y entre 3 a 2.5 m/s en sifones largos con transiciones de concreto cono sin control en la entrada.

• Las pérdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo “Cubierta Partida”, se pueden calcular rápidamente con los valores 0.4 y 0.65 hv respectivamente (Ver. Fig. 2.15) o con lo manifestando en los ítems 2.4 y 2.5.

• A fin de evitar remansos aguas arriba, las pérdidas totales computadas se incrementan en 10%.

• En el diseño de la transición de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del sifón, esté ligeramente debajo de la superficie normal del agua, esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el diseño se toma 1.5 veces la carga de velocidad del sifón o 1.1 como mínimo o también 3”.

• En la salida la sumergencia no debe exceder al valor Hte/6.

• En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspección y mantenimiento.

• En sifones largos bajo ciertas condiciones de entrada puede no sellarse ya sea que el sifón opere a flujo parcial o a flujo lleno, con un coeficiente de fricción menor que el sumido en el diseño, por esta razón se recomienda usar n = 0.008 cuando se calcula las pérdidas de energía.

• Con la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas de aireación en lugares donde el aire podría acumularse.

• Con respecto a las pérdidas de carga totales, se recomienda la condición de que estas sean iguales o menores a 0.30 m.

• Cuando el sifón cruza debajo de una quebrada, es necesario conocer el gasto máximo de la creciente.

• Se debe considerar un aliviadero de demasías y un canal de descarga inmediatamente aguas arriba de la transición de ingreso.

• Se recomienda incluir una tubería de aeración después de la transición de ingreso

• Se debe analizar la necesidad de incluir válvulas rompe presión en el desarrollo de la conducción a fin de evitar el golpe de ariete, que podría hacer colapsar la tubería (solo para grandes caudales).

• Se debe tener en cuenta los criterios de rugosidad de Manning para el diseño hidráulico

• Se debe tener en cuenta los criterios de sumergencia (tubería ahogada) a la entrada y salida del sifón, a fin de evitar el ingreso de aire a la tubería.

5. Cálculo hidráulico de un sifón

Para que cumpla su función el diseño del sifón, se debe de proceder como sigue:

Analizaremos en las posiciones 1 y 2, para lo cual aplicamos la ecuación de energía especifica:

)2

()2

(22

22

21

1121 gVYZ

gVYZEEH

Donde:Zi = CARGA DE POSICIÓNYi = CARGA DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA = CARGA DE VELOCIDAD =CARGA HIDRÁULICA DSIPONIBLE

gVi2

2

H

Se debe de cumplir que la debe de ser mayor a la suma de todas las pérdidas que se generen en el sifón.

H

6. Partes de un sifón invertido

1. Desarenador.2. Desague de Excedencias.3. Compuerta de emergias y rejilla de entrada4. Transicion de entrada.5. Conducto o Barril.6. Registros para limpieza y válvulas de purga.7. Transicion de salida.

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.

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.

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.

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.

c) Tuberías de presión Son tuberías que transportan agua bajo presión. Para que los costos de mantenimiento sean bajos se deben colocar soportes y anclajes de la tubería en pendientes estables y encontrar buenos cimientos, para evitar que frente a peligros de erosión, las tuberías no se desplacen y continúen funcionando.

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. 20

AHORA PASAREMOS A UN EJEMPLO APLICATIVO EN EXCEL …!