Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de

Ingeniería

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

DISEÑO HIDRÁULICO DE SIFÓN NORMAL

ASIGNATURA : MECÁNICA DE FLUIDOS II

DOCENTE : Ing. LONGA ÁLVAREZ, José

ALUMNO : CHUGNAS FLORES, Manuel

GRUPO : “A”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIA

EAP INGENIERIA CIVIL

Cajamarca 27 de enero de 2014

“DISEÑO DE UN SIFON NORMAL”

I. INTRODUCCION

A sifón (también deletreado sifón) es un tubo continuo que permite que el líquido escurra un depósito a través de un punto intermedio que sea más alto que el depósito, el flujo que es conducido solamente por la diferencia adentro presión hidrostática sin cualquier necesidad de bombeo. Es necesario que el extremo final del tubo sea más bajo que la superficie líquida en el depósito.Un sifón está formado por que asciende por el tubo a mayor altura que su superficie, desaguando por el otro extremo. Para que el sifón funcione el orificio de salida debe estar más abajo de la superficie libre (h2 debe ser mayor a h1 en la figura) pues funciona por gravedad, y debe estar lleno de líquido ya que esa conectividad permite que el peso del líquido en la rama del desagüe sea la fuerza que eleva el fluido en la otra rama.El sifón ya era conocido por los romanos que lo utilizaban en sus acueductos.

Sifón.

El sifón fue construido tomando en cuenta todos los criterios de diseño con la finalidad de que esta estructura funcione sin tener ninguna falla durante el tiempo de vida útil; como sabemos un sifón es una estructura que el ingeniero hidráulico utiliza para conducir un fluido por donde la topografía no es llana, es decir presenta una depresión o un obstáculo.

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Esta obra hidráulica se utiliza por ser de menor costo ya que su diseño puede ser de concreto o tubería, para este trabajo se utilizó tubería de PVC.

La prueba del funcionamiento del sifón se realizara en el campus universitario de la Universidad Nacional de Cajamarca.

II. OBJETIVOS

Diseñar un sifón en forma teórica, y luego verificar de forma experimental.

Determinar las pérdidas de carga por accesorios y por fricción.

Calcular el caudal del sistema.

III. MATERIALES Y METODOS

Materiales

Válvula check de 1”Tuvo PVC de 1”Codos PVC de 90º (1”)Codos PVC de 45º (1”)T PVC con rosca (1”)Adaptadores PVC (1”)Llave de paso (1”)Cinta teflón

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IV. MARCO TEORICO

A. Historia

Es probable que Ctesibius fuera el descubridor del principio del sifón.[1] Su estudiante, Héroe de Alexandría, escribió extensivamente sobre los sifones en el tratado, Pneumatica. Iguale anterior Egipcio las relevaciones a partir de 1500 representan A.C. los sifones usados para extraer líquidos de los tarros grandes del almacenaje.

El sifón primero fue utilizado como arma por la marina de guerra Byzantine, y el método más común de despliegue era emitir Fuego griego, un fórmula del aceite ardiente, a través de un tubo de bronce grande sobre las naves enemigas. La mezcla sería almacenada generalmente en barriles calentados, presurizados y proyectado a través del tubo por una cierta clase de bomba mientras que abrigaron a los operadores detrás de los protectores grandes del hierro. No está claro si éstas eran los sifones o simplemente las bombas reales que utilizaron la presión de aire de proyectar el fuego griego. “Los sifones eran, al parecer, llama-proyectores, las bombas manuales o los depósitos trabajados por las fuerza-bombas mecánicas”.

B. Operación: Teoría

Los líquidos pueden levantarse sobre la cresta de un sifón porque son empujados por atmosférico presión. Los sifones deben ser encendidos llenándolos en una de un número de

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maneras. Después de preparar, los actos de la presión atmosférica en ambos extremos del sifón, pero la pierna más larga lleva un mayor peso de líquido. Gravedad entonces drena el líquido a través de la pierna más larga, y esto mantiene la presión baja que fue establecida al principio. Acción capilar puede realzar el sifón y cavitación puede modificar el fenómeno y causar el sifón a la “rotura”.

Una vez que esté encendido, un sifón no requiera ningún adicional energía para guardar el líquido el fluir encima y del depósito. El sifón sacará del líquido el depósito hasta que el nivel cae debajo del producto (que causa la cavitación) o hasta que el enchufe del sifón iguala el nivel del depósito, cualquiera viene primero. Se conserva la energía porque el último punto de dren es más bajo que el nivel líquido del depósito.

La altura máxima de la cresta se limita cerca presión atmosférica, densidad del líquido, y su presión del vapor. Cuando la presión ejercida por el peso de los iguales del líquido que de la presión atmosférica, a vacío formará en el alto punto y el efecto del sifón terminará. El líquido puede hervir brevemente hasta que el vacío se llena de la presión del vapor del líquido. Para agua en la presión atmosférica estándar, la altura máxima del sifón es aproximadamente 10 m (33 pies); para mercurio es 76 centímetros (30 pulgadas).

Una analogía para entender los sifones es imaginar un largo, sin fricción tren extendiendo de un llano, encima de una colina y entonces abajo de la colina en un valle debajo del llano. Siempre y cuando el valle está debajo del llano, la pieza del tren en el lado del valle de la colina será más larga y más pesada que la parte en el lado llano de la colina, así que la porción del tren que resbala dentro del valle puede tirar del resto del tren encima de la colina y en el valle. Cuál no es obvio es qué mantiene el tren unido cuando el tren es un líquido en un tubo. En esta analogía, la presión atmosférica mantiene el tren unido. La fuerza de la gravedad en los acopladores entre los coches del tren que va encima de la colina excede una vez el de la presión atmosférica, el acoplador se rompe y el tren cae aparte. La analogía del tren se demuestra en un “modelo de la sifón-cadena” [6] donde una cadena larga en una polea fluye entre dos cubiletes.

C. Requisitos prácticos

Un tubo llano se puede utilizar como sifón. Un externo bomba tiene que ser aplicado para comenzar el líquido a fluir y prima el sifón. Éste puede ser una boca humana y pulmones. Esto se hace a veces con cualquier manguera sin goteras para sacar con sifón gasolina de un tanque de la gasolina del vehículo de motor a un tanque externo. (Sacar con sifón la gasolina da lugar a menudo a tragar accidental de la gasolina, que es absolutamente venenosa.) si el tubo se inunda con el líquido antes de que la pieza del tubo se levante sobre el alto punto intermedio y el cuidado se toma para mantener el tubo inundado mientras que se está levantando, no se requiere ninguna bomba. Los dispositivos vendidos como sifones vienen con a sifón bomba para comenzar el proceso del sifón. Al aplicar un sifón a cualquier uso es importante que el aflautado esté clasificado tan de cerca al requisito como sea posible. Usar instalar tubos de un

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diámetro demasiado grande y después sofocar el flujo usando las válvulas o la tubería constrictiva aparece aumentar el efecto de preocupaciones previamente citadas por los gases o el vapor que recogen en la cresta que sirven para romper el vacío. Una vez que se reduzca el vacío se pierde el efecto del sifón.

La reducción del tamaño de la pipa usado más cercano a requisitos aparece reducir este efecto y crea un sifón más funcional que no requiera el re-oscurecimiento y el recomienzo constantes. A este respecto, donde está emparejar el requisito un flujo en un envase con un flujo del envase dicho (mantener un nivel constante en una charca alimentada por una corriente, por ejemplo) sería preferible utilizar dos o tres pipas paralelas separadas más pequeñas que se pueden encender como sea necesario más bien que procurando utilizar una sola pipa grande y procurando sofocarla.

D. Usos

Floodings: Los sifones Uno mismo-construidos, hechos de pipas o de tubos, se pueden utilizar para evacuar el agua de sótanos después de floodings. Entre el sótano inundado y un lugar más profundo fuera de una conexión se construye, usando un tubo o algunas pipas. Se llenan de agua a través de una válvula del producto (en el extremo más alto de la construcción). Cuando se abren los extremos, las corrientes a través de la pipa en la alcantarilla o el río.

Los sifones grandes se pueden utilizar en municipal waterworks e industria. Su tamaño requiere control vía las válvulas en el producto, el enchufe y la cresta del sifón. El sifón puede ser preparado cerrando el producto y los enchufes y llenando el sifón en la cresta. Si se sumergen los productos y los enchufes, a bomba de vacío puede ser aplicado en la cresta para preparar el sifón. El sifón se puede preparar alternativomente por una bomba en el producto o el enchufe.

El gas en el líquido es una preocupación en sifones grandes. El gas tiende para acumular en la cresta y si bastante acumula para romper el flujo del líquido, el sifón para el trabajar. El sifón sí mismo exacerbará el problema porque como el líquido se levanta a través del sifón, las gotas de presión, haciendo los gases disueltos dentro del líquido salir de la solución. Una temperatura más alta acelera el lanzamiento del gas de líquidos así que de mantener ayudas de la temperatura constante, baja. Cuanto más largo el líquido es en el sifón, cuanto se lanza más el gas, así que ayudas más cortas de un guardapolvo del sifón. Los altos puntos locales atraparán el gas así que las piernas del producto y del enchufe deben tener cuestas continuas sin altos puntos intermedios. El flujo de los movimientos líquidos burbujea así la pierna del producto puede tener una cuesta baja pues el flujo empujará las burbujas del gas a la cresta. Inversamente, la pierna del enchufe necesita tener una cuesta escarpada para permitir que las burbujas se muevan contra el flujo líquido; aunque otros diseños llaman para una cuesta baja en la pierna del enchufe también para permitir que las burbujas sean realizadas del sifón. En la cresta el gas se puede atrapar en un compartimiento sobre la cresta. El compartimiento necesita ser preparado de vez en cuando otra vez con el líquido para quitar el gas.

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E. Terminología del sifón

Sifón del tazón de fuente

Sifones del tazón de fuente es parte de tocadores rasantes. Acción del sifón en sifón del tazón de fuente los sifones hacia fuera el contenido del tocador ruedan y crean el tocador característico “que aspira” el sonido.

Algunos tocadores también utilizan el principio del sifón para obtener el rubor real de la cisterna. El rubor es accionado por una palanca o una manija que funcione un simple diafragma-como la bomba de pistón que levanta bastante agua a la cresta del sifón para comenzar el flujo del agua que entonces vacía totalmente el contenido de la cisterna en el tazón de fuente del tocador. La ventaja de este sistema era que ninguna agua se escaparía de la cisterna excepto cuando estaba limpiada con un chorro de agua.

Temprano urinals incorporó un sifón en la cisterna que limpiaría con un chorro de agua automáticamente en un ciclo regular porque había un chorrito constante del agua limpia que era alimentada a la cisterna por una válvula levemente abierta.

Sifón invertido.

Sifón invertido es un no sifón sino un término aplicados a las pipas que deben sumergir debajo de una obstrucción para formar una trayectoria formada del flujo de “U”. Sifones invertidos comúnmente se llaman las trampas para su función en la fabricación de los artículos costosos como los anillos y los componentes electrónicos retrivable en el sentido trivial. El líquido que fluye en un extremo fuerza simplemente el líquido para arriba y hacia fuera el otro extremo, pero los sólidos como la arena acumulará. Esto es especialmente importante adentro aguas residuales sistemas o alcantarillas cuál se debe encaminar bajo los ríos u otras obstrucciones profundas donde está “alcantarilla el término mejor presionada”.

Siphonage trasero

Siphonage trasero es un término de la plomería aplicado a las pipas de agua limpias que conectan directamente en un depósito sin un boquete de aire. Pues el agua se entrega a otras áreas del sistema de la plomería en un nivel inferior, el efecto del sifón tenderá para sacar con sifón el agua se retira del depósito. Esto puede dar lugar a la contaminación del agua en las pipas. El siphonage trasero no debe ser confundido con la expulsión. El siphonage trasero es un resultado de líquidos en un agua de dibujo de nivel inferior de un de alto nivel. La expulsión es conducida enteramente por la presión en el depósito sí mismo. La expulsión no puede ocurrir a través de un alto-punto intermedio. El siphonage trasero puede atravesar un alto-punto intermedio y es así mucho más difícil de guardar contra.

Válvula del Contra-sifón

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Válvulas del Contra-sifón se requieren en tales diseños. Códigos de edificio contenga a menudo las secciones específicas en siphonage trasero y especialmente para externo grifos. (Véase el código de edificio de la muestra abajo.) la razón es que los grifos externos se pueden unir a las mangueras que se pueden sumergir en un agua de superficie externa, tal como a charca del jardín, piscina, acuario o lavadora. Si la presión dentro de la caída del sistema de abastecimiento de agua, el agua externa se puede sacar con sifón nuevamente dentro del sistema del agua potable a través del grifo. Otro punto posible de la contaminación es el producto del agua en el tanque del tocador. Una válvula del contra-sifón también se requiere aquí para evitar que las gotas de presión en la línea del abastecimiento de agua saquen con sifón el agua fuera del tanque del tocador (que puede contener los añadidos tales como “azul del tocador”) y contaminando el sistema del agua. Las válvulas del Contra-sifón son prácticamente una uno-dirección válvula de cheque.

Las válvulas del Contra-sifón también se utilizan médicamente. Hidrocefalia, o exceso del líquido en el cerebro, se puede tratar con a desviación cuál drena líquido cerebroespinal del cerebro. Todas las desviaciones tienen una válvula para relevar la superpresión en el cerebro. La desviación puede conducir en la cavidad abdominal tales que el enchufe de la desviación es perceptiblemente más bajo que el producto de la desviación cuando el paciente está estando parado. Así un efecto del sifón puede ocurrir y en vez simplemente de relevar la superpresión, la desviación puede actuar como sifón, drenando totalmente el líquido cerebroespinal del cerebro. La válvula en la desviación se puede diseñar para prevenir esta acción del sifón de modo que no resulte la presión negativa en el dren de la desviación drenaje superior. Solamente exceso de la presión positiva dentro del cerebro debe dar lugar a drenaje.

Observe que la válvula del contra-sifón en desviaciones médicas está previniendo exceso del flujo delantero del líquido. En sistemas de la plomería, la válvula del contra-sifón está previniendo la expulsión.

Otros dispositivos contra-que sacan con sifón

Junto con las válvulas del contra-sifón, contra-sacar con sifón los dispositivos también exista. Los dos están sin relación en el uso. El sacar con sifón se puede utilizar para quitar el combustible de tanques. Con el coste de combustible aumentando, se ha ligado en varios países global a la subida del hurto del combustible. Los carros, con sus depósitos de gasolina grandes, son los más vulnerables. El dispositivo del contra-sifón evita que los ladrones inserten un tubo en el depósito de gasolina.

Barómetro del sifón

A barómetro del sifón es el término aplicado a veces al más simple del mercurio barómetros. Un tubo en forma de "U" continuo del mismo diámetro se sella en todas partes en un extremo y se llena de mercurio. Cuando está colocado en la posición vertical, el mercurio fluirá lejos del extremo sellado, formando un vacío parcial, hasta equilibrado por la presión atmosférica en el

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otro extremo. Se utiliza el término “sifón” porque el mismo principio de la presión atmosférica que actúa en un líquido se aplica. La diferencia en la altura del líquido entre los dos brazos del tubo en forma de "U" es igual que la altura intermedia máxima de un sifón. Cuando está utilizado medir presiones con excepción de la presión atmosférica, un barómetro del sifón a veces se llama a galga del sifón y no ser confundido con una galga de la lluvia del sifón. Las galgas de presión del sifón se utilizan raramente hoy.

Botella del sifón

A botella del sifón (archaically llamado a siphoid [13]) es una botella presurizada con un respiradero y una válvula. La presión dentro de la botella conduce el líquido para arriba y hacia fuera un tubo. Es un sifón en el sentido que la presión conduce el líquido a través de un tubo. Una forma especial era gasogene.

Taza del sifón

A taza del sifón es el depósito (que cuelga) de la pintura unido a un arma de aerosol. Éste es distinguirlo de gravedad-alimentó depósitos. Un uso arcaico del término es una taza de aceite en la cual el aceite se saca con sifón fuera de la taza vía un fieltro o un tubo del algodón a una superficie que se lubricará.

Galga de la lluvia del sifón

A galga de la lluvia del sifón es a galga de la lluvia eso puede registrar la precipitación sobre un período extendido. Un sifón se utiliza para vaciar automáticamente la galga. A menudo se llama una “galga del sifón” y no debe simplemente ser confundido con una galga de presión del sifón.

Sifón del Heron

Sifón del Heron es un sifón que los trabajos sobre la presión de aire positiva y aparecen a primera vista ser a movimiento perpetuo máquina. En levemente diferentemente una configuración, también se conoce como Fuente del Heron [14] .

Drenaje de la azotea de Siphonic

El drenaje de la azotea de Siphonic hace uso el principio que saca con sifón para llevar el agua horizontalmente de drenes múltiples de la azotea a un solo downpipe y a la velocidad del flujo del aumento. Los bafles del aire en las entradas del dren de la azotea reducen el injestion del aire que causa embolias en sifones. Una ventaja a esta técnica del drenaje es la reducción en el diámetro requerido de la pipa para drenar una azotea dada el área superficial, hasta mitad del tamaño. Otra ventaja es la eliminación de la echada o del gradiente de la pipa requerida para la tubería de drenaje convencional de la azotea.

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La ecuación que se utilizó para el cálculo de perdidas locales como por fricción es la ecuación de energía (Bernoulli)

α 1V 12

2g+P1γ

+Z1=α 2V 22

2g+P2γ

+Z2+∑ h1−2

F. METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTOSTeniendo el diámetro de la tubería procedemos a calcular el caudal y la velocidad aplicando la ecuación de energía.

Aplicando ecuación de energía entre punto 1 y punto 2

α 1V 12

2g+P1γ

+Z1=α 2V 22

2g+P2γ

+Z2+∑ h1−2

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Condiciones de frontera

α 1=α 2≅ 1 (Flujo turbulento)

V 1=0 (Flujo permanente)

P1=P2=0 (Presiones manométricas)

Z1=∆ H

∆ H=V 22

2 g+0+∑ h1−2

∆ H=V2

2 g+K . V

2

2g+ f . L

D.V 2

2 g

∆ H=V2

2 g(1+K+ f . L

D)

∆ H= 8.Q2

g . π2 . D4.(1+K+ f . L

D)

Pérdidas por fricción:

h f=8.Q2 . f . Lg .π 2. D5

∆ H=8.Q2 . f . L

g . π2 .D5

Q=(∆ H .g . π2. D58. f . L )1 /2

Q=√¿¿¿

Q=0.000351m3/ s=¿0.351lts . /s

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Rugosidad relativa:

εD

=0.0015mm19.05mm

=0.0000784

N R=4.Qπ . D .v

=4.(0.00032055m3/s)

π . (0.01905m ) . (1,3∗10−6m2/ s)=16195,0518

Con este valor vamos al diagrama de Moody:

f=0.025

Reemplazamos este valor en la ecuación de Darcy para calcular las perdidas por fricción:

h f=8.Q2 . f . Lg .π 2. D5

¿8.(0.00032055)2 .0 .025∗5.56

9.81 . π2 .(0.01905)5 = 0.564m

Calculo de perdidas locales entre los puntos 1 y 2:

ACCESORIO NUMERO PERDIDA Ki

Codos 90° (02) 0.9 1.8

Codos 45° (02) 0.42 0.84

Te (01) 0.12 0.12

Válvula compuerta (0.1) 0.19 0.19

___________

Ki = 2.95

hl= 0.20m

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Hallamos el porcentaje:(0.2/0.564)*100%=35%

Se trata de una tubería corta, donde tienen demasiada influencia las perdidas locales.

V=4.(Q)π .D 2

V=4.¿¿

V=1.23m / s

Ecuación de energía entre 1 y C:

α 1V 12

2g+P1γ

+Z1=α 2V c2

2g+Pcγ

+Zc+∑ h1−c

Patmγ

+∆ H=V 22

2 g+Pacγ

+∆ H+hc+∑ h

Patmγ

−hc−V 2

2 g (1+ f+ LcD +K c)= Pcaγ

Condiciones de frontera

α 1=α c≅ 1 (Flujo turbulento)

V 1=0 (Flujo permanente)

P1=Patm

Z1=∆ H

V c=V

Pc=Pac

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Zc=∆ H+hc

PatmCajamarca=1228.41Kg /m2

Pvap (10° )=125.2Kg/m2

γ H2O=1000.345Kg /m3

Con el número de Reynolds y εD

vamos al diagrama de Moody de donde:

f=0.025

Reemplazamos este valor en la ecuación de Darcy para calcular las perdidas por fricción:

h f=8.Q2 . f . Lg .π 2. D5

¿8.(0.00032055)2 .0 .025∗39.81 . π2 .(0.01905)5

= 0.304m

Calculo de perdidas locales entre los puntos 1 y C:

ACCESORIO NUMERO PERDIDA Ki

Codos 90° (01) 0.9 1.9

Codos 45° (02) 0.42 0.84

Te (01) 0.12 0.12

______________

Ki = 1.15

hl= 0.086m

Hallamos el porcentaje:(0.086/0.3)*100%=28.6%

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Se trata de una tubería corta, donde tienen demasiada influencia las perdidas locales.

Reemplazando estos valores en la ecuación de energía:

Patmγ

−hc−V 2

2 g (1+ f+ LcD +K c)= Pcaγ

1228.41kg/m21000.345kg/m 3

−1.35−(1.21)2

2(9.81) (1+0.025+ 2.80.0195

+0.086)= Pca1000.345Kg/m3

Pca = 231.12kg/m2

Como:

Pvap (10° )=125.2Kg /m2 < Pca = 231.12kg/m2

No existe cavitación.

G. RESULTADOS:El caudal que se obtuvo fue Q=0.000351m3/ s=¿0.351lts . /sLa velocidad obtenida fue de 1.23m/sLa longitud total de la tubería fue de 5.56mEl sifón se diseñó para un tiempo de vida de 40 años.

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H. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES Como está diseñado con tubería de PVC, este debe ir necesariamente

enterrado, para evitar que falle por efectos de la radiación solar. El sifón se ha diseñado con el menor número posible de accesorios

para evitar que las pérdidas locales tenga demasiada influencia en el diseño.

Para el diseño de este tipo de sifones de debe tener en cuenta la presión de vapor del agua a una temperatura critica.

I. BIBLIOGRAFIA1.- Arturo Rocha Felices, Hidraulica de tuberías y canalea, primera edición, editorial Biblioteca nacional del Perú, Perú, año 2007.

2.- Alejandro Cáceres Neira, Problemas de hidráulica 2, primera edición, editorial “ciencias”, Perú, año 2005,

3.- http://www.energia.inf.cu/iee-mep/SyT/CDG/Taller1BURE/carga.pdf.

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