sifon normal 1° practica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

MECANICA DE FLUIDOS II

PRIMER INFLORME

CONSTRUCCION DE UN SIFON HIDRAULICO

DOCENTE:Ing. JOSE LONGA

ALUMNO:CARAHUATAY CHAVEZ, Ronald Eduardo.

GRUPO : “A”

Cajamarca, Enero del 2014

mecanica de fluidos ii UNC- CIVIL

I. INTRODUCCION

La ingeniería hidráulica se auxilia de los sifones para transportar agua por encima de una elevación o colina. Los sifones pueden ser tan diminutos como podamos imaginar hasta verdaderas obras ingenieriles, siempre que en el caso del agua la altura entre la fuente y la parte más elevada del sifón no supere los diez metros, porque la presión atmosférica no puede mantener el peso de una columna de agua a esa altura.

El presente estudio tiene por objeto proporcionar al ingeniero un método de cálculo teórico-experimental para dimensionar un sifón simple, destinado a vaciar un recipiente de forma cualquiera en un tiempo determinado.

Este tipo de sifones se utilizan para accionar compuertas automáticas de desripiación en bocatomas de alta montaña, las que debido a su difícil acceso, especialmente en los meses de invierno, deben funcionar en forma autónoma.

Se realizó un análisis teórica, complementado por un estudio experimental en un modelo a escala natural. Esta experimentación confirmó la validez del método de cálculo teórico; además proporcionó valores empíricos para algunas hipótesis de cálculo.

II. OBJETIVOS

Calcular el caudal que transporta el sifón ubicado en la Universidad Nacional de Cajamarca.

Observar el funcionamiento de un sifón. Determinar el Hcmax que debe tener nuestro sifón. Aplicar todos los conocimientos impartidos en clase.

SIFÓN HIDRAULICO 2


III. MARCO TEORICO

SIFON. Estructura hidráulica que permite conducir un liquido desde un nivel de cota topográfica alta hasta un punto más bajo; pero atravesando puntos más altos que los del nivel de entrada.

En la Figura anterior se observa una tubería que une dos estanques y que por alguna razón, que podría ser de tipo topográfico, tiene un tramo alto que queda sobre la línea de gradiente. A este sistema hidráulico se le denomina sifón. H es la carga..La línea de gradiente está representada aproximadamente por la línea recta que une las superficies libres de los estanques (en realidad la línea de gradiente no es recta, pues la tubería no lo es). Todo el tramo de la tubería que está sobre la línea de gradiente tiene presión negativa. En los puntos de intersección entre la línea de gradiente y la tubería la presión es cero.

Debe tenerse presente que hablamos de presiones relativas. Por lo tanto “presión cero” significa “presión atmosférica” y “presión negativa” significa “presión menor que la atmosférica”.

SIFÓN HIDRAULICO 3

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En el tramo de tubería en el que la presión es menor que la atmosférica se libera al aire contenido en el agua y si la velocidad no es suficientemente grande el aire queda retenido en la parte superior de la tubería impidiendo la normal circulación del agua.

Si la presión disminuye mucho aparece vapor de agua y el problema se agrava. Por lo tanto un sifón debe diseñarse de modo que la presión esté siempre por encima de la correspondiente a la formación de vapor a la temperatura del agua.

El máximo valor de z depende del valor que se admite para la presión absoluta en C. A fin de evitar la discontinuidad en el escurrimiento por desprendimiento de vapor, esta presión no debe ser inferior a la de vaporización del fluido a la temperatura de operación del sistema. En C se debe tener un valor de la velocidad que sea lo suficientemente alto como para arrastrar las burbujas de aire. Se debe procurar que en el tramo ascendente de la tubería las pérdidas de carga sean mínimas. Si hubiera que instalar una válvula de control debe hacerse en el tramo descendente.Se denomina cavitación 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 reducción de presión. Al ser conducidas a zonas de mayor presión explotan provocando un ruido característico.

SIFÓN HIDRAULICO 4


En un sistema hidráulico debe evitarse la aparición de cavitación por las siguientes razones:

a) La cavitación significa una discontinuidad en el escurrimiento y por lo tanto una reducción de la eficiencia de conducción.

b) La cavitación significa inestabilidad en el escurrimiento y puede dar lugar a ruido o vibraciones.

c) La ruptura de las burbujas produce tensiones muy fuertes que pueden conducir a la falla estructural de la tubería.

PROCEDIMIENTO

1. Calculamos el hcmax para que el sifón pueda funcionar, teniendo en cuenta todos los datos proporcionados, como la longitud total, el caudal, la presión atmosférica, la presión de vapor.

TRAMO LONGITUD CAUDAL DIAMETRO RUGOSIDAD

1 2.60 m 965 cm3 1" 0.03

2 0.71 m 966 cm3 1" 0.03

3 9.70 m 967 cm3 1" 0.03

SIFÓN HIDRAULICO 5


Aplicando la ecuación de energía entre el punto 1 y c.Patm

γ+α 1

V 12

2 g+Z1=

PC

γ+αC

V C2

2 g+ZC+hf +hl

Condiciones de frontera.P1=Patm

α 1=α C=1( flujo turbulento)

V 1=0 (flujo permanente )

Entonces:Patm

γ+α 1

V 12

2 g+Z1=

PC

γ+

V C2

2 g+ZC+h f +hl

Patm

γ=

PC

γ+ V 2

2g+hC+ f L

DV 2

2 g+k V 2

2 g

hC=Patm

γ−

PC

γ− V 2

2 g(1+ f L

D+k )

Se sabe que:

V=QA

= Qπ D2

4

hC=Patm

γ−

PC

γ− 8 Q2

π D4 g (1+ f LD

+k )……(1)

Entonces calculamos hcmax.

Datos: En campo: Ciudad de Cajamarca a una T° ambiente de 12 °C

Se obtuvieron los siguientes datos:

Patm = 677,425 gr/cm2.

Pc = Pv = 10,518mmHg=13.84 gr/cm2

γ=¿ 0.99526 gr./cm3.SIFÓN HIDRAULICO 6


D=1 = 2.54 cm.

g = 981 cm/s2.

Q = 965 cm3/s

Calculo de los k.

Accesorio Kcodo 90° 0.90

te 0.90Por entrada (V. Check) 2.5

∑ 4.3

Calculo de f.

Calculamos utilizando el diagrama de moody q está en función de:

Numero de Reynolds (Re).

ℜ= ρDVμ

V=QA

=965 cm3

sπ∗2.542

4cm2

=190.45 cm /s

ℜ=1 gr /cm3∗2.54 cm∗190.45 cm /s1.076∗10−2 gr

cm∗s

Re=44957.5

rugosidad relativa (∈D ) .

∈=0.03 , y D = 2.54

SIFÓN HIDRAULICO 7


∈D

=0.032.54

=0.012

Luego:

f = 0.0248

Aplicando la ecuación 1:

hCmax=677,425 gr

cm2

0.99526 . grcm3

− 13.84 gr /cm2

0.99526 . grcm3

−8∗(965 cm3/ s)2

π 2∗(2.54 cm)4∗981 cm /s 2 (1+0.0248 293 cm2.54 cm

+4.3)

hCmax=515 ( cm)=5.15 m.

Aplicando la ecuación de energía entre el punto 1 y 2.

P1

γ+α 1

V 12

2 g+Z1=

P2

γ+αC

V 22

2 g+Z2+h f +hl

Condiciones de frontera.P1=0 (presiones relativas)α 1=α 2=1( flujo turbulento)P2=0 (no seconcideran presiones de servicio)P2>0(si enel extremo necesitauna presiones de servicio)V 1=0 (flujo permanente )

Entonces:P1

γ+α 1

V 12

2 g+Z1=

P2

γ+

V 22

2 g+Z2+h f +hl

H=P2

γ+ V 2

2g+ f L

DV 2

2 g+k V 2

2g

H=P2

γ+ V 2

2 g(1+ f L

D+k )

SIFÓN HIDRAULICO 8


Se sabe que:

V=QA

= Qπ D2

4

H=P2

γ+ 8 Q2

π D4 g (1+ f LD

+k )……(1)

Entonces calculamos HMIN.

Datos: En campo: Ciudad de Cajamarca a una T° ambiente de 12 °C

Se obtuvieron los siguientes datos:

Patm = 677,425 gr/cm2.

Pc = Pv = 10,518mmHg=13.84 gr/cm2

γ=¿ 0.99526 gr./cm3.

D=1 = 2.54 cm.

g = 981 cm/s2.

Q = 965 cm3/s

Calculo de los k.

Accesorio Kcodo 45° 0.42codo 90° 0.90

válvula compuerta 0.2te 0.90

Por entrada(V. Check) 2.5∑ 4.92

SIFÓN HIDRAULICO 9


Calculo de f.Calculamos utilizando el diagrama de moody q está en función de:

Numero de Reynolds (Re).

ℜ= ρDVμ

V=QA

=965 cm3

sπ∗2.542

4cm2

=190.45 cm /s

ℜ=1 gr /cm3∗2.54 cm∗190.45 cm /s1.076∗10−2 gr

cm∗s

Re=44957.5

rugosidad relativa (∈D ) .

∈=0.03 , y D = 2.54

∈D

=0.032.54

=0.012

Luego:

f = 0.0248

Aplicando la ecuación 1:

H NIN=8∗(965 cm 3/s )2

π2∗(2.54 cm)4∗981 cm /s2 (1+0.0248 500 cm2.54 cm

+4.92)

H NIN=344.3 (cm )=3.44 m .

SIFÓN HIDRAULICO 10


2. Durante el cálculo hemos debido tener en cuenta que la presión en el punto c, tiene igual que la presión de vapor del agua, para calcular el Hc máx.

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Logramos observar cómo funciona un sifón.

Calculamos el Hcmax que debe tener nuestro sifón.

Logramos evitar la cavitación haciendo que la presión en el punto c sea mayor que la presión de vapor

Aplicamos todos los conocimientos impartidos en clase para el cálculo de el Hcmax para el sifón

V. BIBLIOGRAFIA

Hidráulica de tuberías y canales – Arturo Rocha Felices.

Separatas de clase.

http://dyorto.net/UPC_hydraulics/hidraulica,tuberias y canales – Arturo rocha.pdf


http://dyorto.net/UPC_hydraulics/hidraulica,tuberias


VI. ANEXOS

Ejemplos de Sifones:


SIFÓN DE ALGECIRAS

Longitud: 401 m. Doble tubería de hormigón con camisa de chapa D.I.: 1,80 m.

Número de portasifones: 2



Chaco - Tapenagá - Obras

Sifón de Orihuela - Obras

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