Sifones

SIFONES

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El presente trabajo consiste en el “Diseño Hidráulico de un Sifón Invertido”, para ello se cuenta con información complementaria que será detallada más adelante.

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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 en la que está ubicado un camino, una vía de ferrocarril, un dren o incluso otro canal.

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Para el desarrollo del diseño lo primero que se hará es determinar un esquema preliminar del sifón y luego ya mostrar un esquema definitivo

conduce el agua pasando sobre el obstáculo como se ilustra en la figura

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Un ejemplo muy común de este tipo de sifones es el empleado por los agricultores para aplicar el agua a los surcos a través del bordo del canal.

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Conduce el agua pasando bajo el obstáculo.

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En este tipo el agua fluye exclusivamente por la acción de la gravedad, por el principio de los vasos comunicantes, el agua trata de alcanzar el mismo nivel en las dos ramas. Los sifones invertidos son usados para transportar agua proveniente de canales por debajo de carreteras, etc.

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Depósito de azolves. Limitador de gasto. Transición de entrada. Compuerta de entrada. Conducto. Válvula de purga. Transición de salida.

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Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente del tubo de doblados 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 0.60 m. si el sifón cruza un canal revestido se considera suficiente 0.30m 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 estas sea afectada.

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Tipo a: Se emplea para cruces de obstáculos para lo a) Ramas que se cuenta con suficiente desarrollo, y en terrenos oblicuas que no presentan grandes dificultades de ejecución. Tipos b y c: con una o dos ramas verticales son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o b) Pozo vertical en caso de grandes dificultades constructivas. Sus características de fácil limpieza y reducido espacio, los b) Pozo hacen muy aconsejables. vertical Tipo d: Con cámaras de limpieza, tiene su aplicación en obras de cruce de vías subterráneas (metros). El sifón invertido es una obra de costo relativamente elevado y d) Con cámaras de limpieza presenta dificultades de limpieza y desobstrucción, razón por la cual debe ser utilizado solamente después de un estudio comparativo con otras alternativas.

La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 2:1 y la pendiente mínima del tubo horizontal debe ser 5 ‰.  Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamente cortos con transiciones de tierra, tanto a la entrada como a la salida se puede usar una velocidad de 1 m/s, en sifones con transiciones de concreto igualmente cortos puede usar 1.5 m/s y entre 3 a 2.5 m/s en sifones largos con transiciones de concreto con o sin control en la entrada.  En el diseño de la transición de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del sifón, este ligeramente debajo de la superficie normal del agua. 

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En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspección y mantenimiento. Se debe tener en cuenta los criterios de rugosidad de Manning para el diseño hidráulico, se recomienda usar n= 0.008 cuando se calcula las pérdidas de energía.

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Se analizará en las posiciones 1 y 2, para lo cual se aplicará la ecuación de la energía específica:

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

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Pérdidas por transición de entrada y salida

Donde “v” es la velocidades en entrada y salida a las transiciones del canal. σ 𝑚 i (v i)2 = σ 𝑚 i (v i)2

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Pérdidas en la rejilla

donde: K: coeficiente de perdida en la rejilla

An: Área neta de paso entre rejillas Ag: Área bruta de la estructura y su soporte dentro del área hidráulica. Vn: Velocidad a través del área neta de la rejilla dentro del área hidráulica.

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Pérdidas de entrada al conducto

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Pérdidas por fricción en el conducto o bañil Podemos utilizar la formula de Manning o la de Darcy Weisbach.

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Pérdidas por cambio de dirección o codos. Donde: Δ: Ángulo de deflexión. KC: Coeficiente para codos comunes: 0.25.

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Se debe cumplir que la carga hidráulica disponible mayor que la suma de todas las cargas locales.

debe ser

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Para obtener una buena auto-limpieza en el sifón, la velocidad del líquido en su interior debe ser como mínima de 0.90 m/s. que además de impedir la sedimentación del material solido (arena) en la tubería, es capaz de remover y arrastrar la arena ya depositada. 𝑽 ≥ 𝟎. 𝟗𝟎 𝒎/𝒔

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La velocidad máxima, es función de las características del material del sifón y de la carga disponible, de un modo general la misma no debe ser mayor a 3.0 ó 4.0m/s. 𝑽 < 𝟑 ó 𝟒 𝒎/𝒔

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Considerando que para Tuberías de menor dimensión es mayor la posibilidad de obstrucción, es recomendable que el diámetro mínimo del sifón tenga un valor similar al fijado para los colectores, esto es. 150 mm (6"). Por lo tanto, se recomienda un diámetro de 150 mm como diámetro mínimo.

GRACIAS………