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Page 1: DISEÑO DE UN SIFON INVERTIDO

DISEÑO DE UN

SIFON INVERTIDO

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Ing. Giovene Pérez Campomanes [email protected]

Docente

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8.4.5 Diseño hidráulico del sifón invertido:

El desnivel entre las gradientes de energía en la entrada y

la salida algunas veces se predetermina y en otras será

igual a la suma de todas las perdidas producidas en el

contorno.

Las perdidas de carga importantes son:

a. En la transición de entrada y salida

b. Perdida rejilla de ingreso y salida

c. Por fricción en transiciones

d. Por fricción en el sifón

e. En los codos o cambios de dirección

f. Por cambio de sección en la salida.

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La simbología a emplearse:

: Longitud transición de entrada

: longitud transición de salida

: longitud del sifón

: velocidad del canal de entrada

: Velocidad del canal de salida

: Velocidad en el sifón

: Pendiente del sifón

: Pendiente del canal

: Aceleración de la gravedad

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a. Perdidas de carga en las transiciones de entrada y salida:

Las perdidas de carga en las transiciones son:

Donde :

kt : 0.1 en la transición de entrada

kt : 0.2 en la transición de salida

b. Perdidas de carga en las rejillas:

Se calcula según Kirschmer:

De donde:

Kr : coeficiente que depende de la forma de la reja

: ángulo que hace la reja con la horizontal

s : espesor de la reja

b : luz entre rejas

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Para rejillas completamente sumergidas se emplea la formula de Creager:

Siendo:

Donde:

ag = área bruta de la estructura de rejillas

an = área neta de paso entre rejillas

V = velocidad neta a través de rejillas.

c. Perdida de carga en la entrada y salida:

De donde:

h3 = pérdida de carga por entrada al conducto

v = Velocidad del agua en el barril

Ke = Coeficiente que depende de la forma de entrada

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VALORES DE Ke Compuerta en pared delgada - contracción suprimida en lados y en el fondo 1

Para entradas con arista en ángulo recto 0,5

Para entrada con arista ligeramente redondeada 0,23

Para entradas con arsita completamente redondeada R/D = 0,15 0,1

para entrada abocinada circular 0,004

d. Perdida de carga de fricción en el sifón:

R= radio hidráulico

L = longitud total del conducto

v = velocidad del agua en el conducto

S = pendiente de la línea de energía

e. Perdida de carga debida a codos y cambios de dirección:

: ángulo de reflexión del sifón

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f. Perdidas ampliación: según Borda; la perdida de carga es:

Según Archer:

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PROCEDIMIENTO DE CALCULO

1. Calcular las dimensiones del canal:

2. Calcular las dimensiones del conducto:

2.1 Si se conoce el caudal , y suponiendo una velocidad, aplicando la ecuación

de continuidad se tiene:

2.2 Definir el tipo de sección transversal del conducto:

Circular

Cuadrada

Rectangular

2.3 Calcular las dimensiones:

Si la sección es circular :

2.4 Recalcular v :

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3. Calcular las transiciones:

3.1 Calcular la transición exterior de trapezoidal a rectangular:

De donde:

= Longitud transición exterior

T = espejo del agua

t = D = diámetro del conducto

3.2 Calcular la longitud de la transición interior de rectangular a

circular.

De donde:

= Longitud transición interior

D = Diámetro del conducto

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4. Calcular la carga disponible:

4.1 Calcular la diferencia de cotas

4.2 Calcular las perdidas totales aproximadas:

: Sumatoria de las perdidas totales.

Para una tubería llena.

Para lo cual:

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4.3 Si ; no hay problema para continuar los cálculos:

5. Cálculos en el sifón:

5.1 Calculo de

Aplicar la ecuación de Bernoulli entre 1 y 2 :

De donde debe ser positiva.

5.2 Calcular el % de ahogamiento a la salida del sifón:

Verificar que el % de ahogamiento >= 10 %.

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5.3 Calculo de

Aplicando la ecuación de Bernoulli entre 3 y 2 :

De donde:

y3 = D ( aprox.)

Z3 = Z2

5.4 Calculo de la Ecuación de Bernoulli entre 4 y 3 :

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Z4-Z5 = diferencia de cotas de los puntos 4 y 3

y4 = y3 = D

v4= v3 = v 0 velocidad en el conducto

5.5 Cálculos de y5 , he:

Donde :

Z5 = Z4

y4 = D.

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5.6 Calculo del % de ahogamiento en la entrada del sifón

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Verificar que el % de ahogamiento >= 10 %.

5.7 Calculo de y6 y hte :

Aplicando la ecuación de Bernoulli entre 6 y 5 :

De donde:

Z6-Z5 = es la diferencia de cotas entre estos puntos

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Debemos considerar que es positivo.

5.8 Calculo de las perdidas totales:

De donde:

= perdidas totales

= perdidas en las entradas

= perdidas en la entrada ( reducción)

= perdidas de fricción en el conducto

= perdida en los codos

= perdida en la salida ( ampliación).

= perdida por la transición de salida.

5.9 debemos comparar con el

Si , el conjunto de perdidas es absorbido por la diferencia de

cotas.

Si realizar cambios, los cambios que pueden realizarse son:

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Aumentar las dimensiones del conducto.

Variar el desnivel entre el canal de entrada y la salida.

Debemos verificar que se cumpla:

De donde:

= Tirante al inicio del canal , después del sifón

= Tirante al final del canal antes de la transición

= diferencia de cotas entre 1 y 6.

= perdida totales en el sifón

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19 FIN DEL TEMA