practica7 calibración de sifones
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LABORATORIO DE HIDRALICA I 20 de Julio de 2012
CALIBRACIN DE SIFONES | UNIV. CUETO MNDEZ RODRIGO 0
PRCTICA # 7
CALIBRACIN DE SIFONES
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LABORATORIO DE HIDRALICA I 20 de Julio de 2012
CALIBRACIN DE SIFONES | UNIV. CUETO MNDEZ RODRIGO 1
CONTENIDO
1.- OBJETIVOS DE LA PRCTICA. .2
1.1 General
1.2 Especficos
2.- APLICACIONES PRCTICAS. .2
3.- MARCO TEORICO. .4
4.- ESQUEMA DE LA PRCTICA. .10
5.- HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS. .12
6.- PROCEDIMIENTO DE LA PRCTICA. .13
7.-CALCULOS. .19
- Tabla de resultados
7.1.- anlisis de resultados
8.-CONCLUSIONES. .22
9.-RECOMENDACIONES. .23
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CALIBRACIN DE SIFONES | UNIV. CUETO MNDEZ RODRIGO 2
1. OBJETIVOS DE LA PRCTICA:
1.1 General
El objetivo fundamental de la prctica es conocer el funcionamiento del sifn como
estructura de control del agua de riego.
1.2 Especficos
Obtener los datos experimentales para determinar la curva de calibracin (relacin
entre el gasto y la carga).
Verificar y comparar si los resultados medidos experimentalmente son los mismos
con el obtenido terico con los que se reportan en la literatura.
2. APLICACIONES PRCTICAS:
Los sifones son una aplicacin basada en el principio de diferencia de presiones
dado por la energa de posicin.
En instalaciones hidrulicas en edificios
La aplicacin ms comn de los sifones es en los desages de los aparatos
sanitarios (fregaderos, lavabos, inodoros, etc.), para evitar que el mal olor de las
materias en putrefaccin del alcantarillado salga por el orificio de desage de los
aparatos. El modelo ms clsico (y el que mejor funciona hidrulicamente) consiste
en un tubo en forma de "S" tumbada, de manera que, al desaguar, se llena la
primera curva del tubo y la segunda acta como un sifn, vaciando la primera
hasta que el nivel de agua baja y entra algo de aire. En este momento, el sifn deja
de funcionar y retrocede el agua que est en la parte ascendente entre las dos
eses, llenando la primera curva del tubo y aislando el desage de los gases de la
caera.
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Tambin se pueden llevar todos los desages a un sifn comn, llamado
"bote sifnico".
En aparatos electrodomsticos
La toma de leja y suavizante de las lavadoras suele ser un sifn. El suavizante est
en su cubeta y no alcanza la parte superior del sifn, pero cuando se abre la vlvula
de entrada de agua, el nivel sube, comenzando el sifonamiento, que no se
interrumpe hasta haber vaciado el depsito de suavizante.
El sifn es la parte de la tubera de desage de los lavabos y fregaderos que se
obstruye con ms facilidad.
Como descargador de seguridad en canales
Aprovechando las caractersticas hidrulicas de los sifones, estos son ms
eficientes que los vertederos libres para descargar el agua que, por alguna
maniobra equivocada aguas arriba, podra desbordarse de un canal provocando
cuantiosos daos a las estructuras, por ejemplo, de canales de riego.
Para atravesar depresiones en el terreno
En esta aplicacin en realidad se utiliza lo que comnmente se llama sifn
invertido. Si un canal se encuentra a su paso con una depresin del terreno natural
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que obligara a construir un terrapln muy elevado o un puente, muy
frecuentemente es ms conveniente interrumpir el canal con un tubo en forma de
"U", atravesando as la depresin y retomando luego el canal cuando el terreno
vuelve a tener una cota adecuada. En este caso el funcionamiento hidrulico se
basa simplemente en el "principio de los vasos comunicantes". El problema ms
importante es que en la parte inferior del sifn puede haber una presin hidrulica
elevada, lo que requiere tuberas reforzadas, capaces de resistirla. A menudo es
ms barato hacer el puente (como hacan los romanos en los acueductos).
Para alimentar surcos de riego
Es un sistema bastante utilizado puesto que permite retirar el agua desde el canal
terciario de riego sin daar el canal mismo, que generalmente es de tierra.
Generalmente estos sifones son de polipropileno (PP) flexible, de un dimetro de
entre 50 y 80 mm (2" y 3")
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3. MARCO TEORICO:
Los fundamentos del flujo incompresible estacionario en conductos a presin tratados en
este capitulo sirven solamente de introduccin a temas ms avanzados relacionados con
los flujos en conductos. Cuando un desage debe desviarse hacia abajo para evitar
obstculos como, por ejemplo, arroyos, el flujo lo llenar por completo denominndosele
sifn invertido; es preciso mantener el nivel de turbulencia, y por tanto la velocidad,
cuando vara el caudal, para evitar que los slidos en suspensin se depositen en tales
puntos bajos1.
Un sifn est formado por un tubo, en forma aproximada de "U" invertida, con uno de
sus extremos sumergidos en un lquido, que asciende por el tubo a mayor altura que su
superficie, desaguando por el otro extremo. Para que el sifn funcione debe estar lleno de
lquido, ya que el peso del lquido en la rama del desage es la fuerza que eleva el fluido
en la otra rama2.
El sifn ya era conocido por los romanos que lo utilizaban en sus acueductos.
1. MECANICA DE FLUIDOS con aplicaciones en IngenieraProf. JOSEPH B. FRANZINI McGrawHill PAG.213. 2. Libro Mechanics of Fluids Prof. Stanley A. Berger perdidas de friccin cap. 7 pg. 388.
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El sifn para riego puede ser considerado como una tubera de tamao intermedio
y para su anlisis, debern consideradas las prdidas locales como las de friccin
De tal modo, la carga H es igual a la perdida de la entrada mas tres perdidas por los
cambios de direccin que ocurren en los puntos1,2,3, mostrados en la fig. Mas la
perdida por friccin mas la energa remanente a la salida3
g
V
g
V
D
Lf
g
VK
g
VKH CBBcd
BENT
2223
2
2222
Donde:
H: carga sobre el sifn, en metros.
Kent: coeficiente de perdidas a la entrada, adimensional.
Kcd: Coeficiente de prdidas en los cambios de direccin, adimensional.
F: factor de friccin de Weisbach Darcy, adimensional.
L: longitud del sifn en metros.
VB: velocidad del agua en el sifn, en m/s.
VC: Velocidad del agua a la salida del sifn en m/s.
3. MANUAL DE HIDRAULICA PROF. ERNESTO GRACIA-SIFONES PRACTICA 24. PAG. 205.
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De la ecuacin anterior se llega:
gHCAQ 2
Que es igual a la expresin del gasto en un orificio y en donde:
Q: gasto del sifn, en m3/s.
C: coeficiente de gasto, adimensional.
A: rea de la seccin trasversal de sifn, en m2.
g: aceleracin de la gravedad, en m/s2.
H: carga del sifn, en m.
La expresin del gasto indica que este se puede determinar si se conocen las
caractersticas geomtricas y la carga H.
En el campo, el caudal suministrado a los surcos puede ser controlado variando o
bien el numero de sifones, o la elevacin de la salida4.
Los parmetros para relacionar el gasto y la carga, pueden ser determinados
experimentalmente planteando la expresin general del tipo:
nKhQ
4. MANUAL DE HIDRAULICA PROF. ERNESTO GRACIA-SIFONES PRACTICA 24. PAG. 205.
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4. ESQUEMA DE LA PRCTICA:
En la presente prctica se uso un equipo, que tenia las siguientes caractersticas.
A: lecturador del
nivel del tanque B
vasos comunicantes
B: Tanque aguas
arriba
C: Tanque
volumtrico
DESCARGA DEL SIFN
FLEXMETRO
CRONMETRO AGUA
PROCESADOS EN
CALIBRADOR DE VERTEDORES
H
TANQUE DE AFORO
CANAL DE LA TOMA
DESCARGA
A
B
C
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Tanque de carga constante. Este se logra colocando una compuerta deslizante
vertedora en el canal de aproximacin del vertedor. La entrada del agua se regula
con la vlvula de 150 mm de dimetro colocada a la entrada.
Mecanismo elevador. Es un soporte para colocar el sifn que tiene la posibilidad
de deslizar para sujetarlo verticalmente, lo cual permite variar la carga de agua en
el sifn en una forma muy fcil.
Recipiente aguas abajo. Tiene la funcin de colectar el agua que descarga por la
salida del sifn y conducirla al tanque de aforo. Si se regula la vlvula que se
encuentra colocada a la salida permite ahogar el sifn y realizar pruebas en estas
condiciones.
Tanque de aforo.
El procedimiento para la realizacin de esta prctica fue el siguiente:
Lo primero que hicimos fue medir el tanque de aforo, el largo y el ancho esto para
obtener su rea.
De cada sifn hemos tomado el dimetro interior y la longitud; adems tomamos
nota del material del que esta construido
Hemos introducido cada uno de los sifones en el tanque de carga constante, esto
para producir la descarga a travs del sifn.
Para cada sifn y variando la altura H hemos medido el caudal de descarga en el
tanque de aforo para cada altura H del sifn.
La practica la hemos realizado solamente con descarga libre.
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El procesamiento de los datos experimentales debe seguir el siguiente orden:
Calcular el gasto a partir de volumen y el tiempo registrados.
Obtener el coeficiente de gasto emprico C, a partir de su ecuacin.
Determinar la ecuacin Q vs. H experimental: Q=KHn
Determinar la ecuacin C vs. H experimental: C=MHx
5. DATOS Y OBSERCIONES:
Tubera 1
Altura tanque tiempo Carga sifn Gasto
h (cm.) t (s.) H (m.) Q (m/s)
2,000 13,780 0,645 0,00087221
2,000 15,455 0,495 0,00077768
2,000 21,615 0,205 0,00055605
Material PVC
Dimetro 25,400 mm.
Longitud 2,810 m.
rea secc. 0,00050671 m.
Tubera 2
Altura tanque tiempo Carga sifn Gasto
h (cm.) t (s.) H (m.) Q (m/s)
5,000 33,200 0,175 0,00090505
5,000 17,567 0,366 0,00171048
5,000 13,600 0,545 0,00220938
Material PVC
Dimetro 38,100 mm.
Longitud 2,970 m.
rea secc. 0,00114009 m.
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Tubera 3
Altura tanque tiempo Carga sifn Gasto
h (cm.) t (s.) H (m.) Q (m/s)
5,000 6,300 0,660 0,00476944
5,000 8,100 0,458 0,00370957
5,000 10,450 0,286 0,00287536
Material PVC
Dimetro 50,800 mm.
Longitud 3,020 m.
rea secc. 0,00202683 m.
6. CALCULOS:
1. calculo del gasto de regulacin (m3/s.)
Tiempos tomados de las alturas establecidas de la llenura del tanque de aforo.
TUBERIA 1:
Altura establecida: h = 2 cm. Para todas las mediciones
Para Q1
Para Q2
Para Q3
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TUBERIA 2:
Altura establecida: h = 5 cm. Para todas las mediciones
Para Q1
Para Q2
Para Q3
TUBERIA 3:
Altura establecida: h = 5 cm. Para todas las mediciones
Para Q1
Para Q2
Para Q3
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Volumen del tanque de aforo:
Caudales:
TUBERIA 1:
Gasto
Q (m/s)
0,00087221
0,00077768
0,00055605
TUBERIA 2:
Gasto
Q (m/s)
0,00090505
0,00171048
0,00220938
TUBERIA 3:
Gasto
Q (m/s)
0,00476944
0,00370957
0,00287536
2. Obtener el coeficiente de gasto emprico C, a partir de la expresin 24.3, adimensional
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y = 0.001x0.3897 R = 0.9994
0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
0 0.2 0.4 0.6 0.8
TUBERIA 1
Coeficiente
C
0,71445366
0,71445366
0,71445366
Coeficiente C
0,48387418
0,49248149
0,54717891
TUBERIA 2
Coeficiente
C
0,79295677
0,79295677
0,79295677
Coeficiente C
0,42841227
0,55987246
0,59262757
TUBERIA 3
Coeficiente
C
0,84242473
0,84242473
0,84242473
Coeficiente C
0,65392662
0,61055357
0,59888334
3. Determinar la ecuacin Q vs. H experimental: Q = K Hn
TUBERIA 1
Q = K Hn
K = 0.001
n = 0.3897
Carga sifn Gasto
H (m.) Q (m/s)
0,645 0,00087221
0,495 0,00077768
0,205 0,00055605
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y = 0.0037x0.7953 R = 0.995
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
y = 0.0061x0.6021 R = 0.9953
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800
TUBERIA 2
Q = K Hn
K = 0.0037
n = 0.7953
TUBERIA 3
Q = K Hn
K = 0.0061
n = 0.6021
Carga sifn Gasto
H (m.) Q (m/s)
0,175 0,00090505
0,366 0,00171048
0,545 0,00220938
Carga sifn Gasto
H (m.) Q (m/s)
0,660 0,00476944
0,458 0,00370957
0,286 0,00287536
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y = 0.4587x-0.11 R = 0.992
0.470.480.49
0.50.510.520.530.540.550.56
0 0.2 0.4 0.6 0.8
y = 0.7261x0.2953 R = 0.9651
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
4. Determinar la ecuacin C vs. H experimental: C = M HX
TUBERIA 1
C = M HX
M = 0.4587
x = -0.11
TUBERIA 2
C = M HX
M = 0.7261
x = 0.2953
Carga sifn Coeficiente
H (m.) C
0,645 0,48387418
0,495 0,49248149
0,205 0,54717891
Carga sifn Coeficiente
H (m.) C
0,175 0,42841227
0,366 0,55987246
0,545 0,59262757
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y = 0.6746x0.1021 R = 0.8583
0.59
0.6
0.61
0.62
0.63
0.64
0.65
0.66
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800
TUBERIA 3
C = M HX
M = 0.6746
x = 01021
6.1. ANALISIS DE LOS RESULTADOS:
En la presente prctica se pudo obtener los resultados de los caudales y coeficientes de
cada sifn tanto experimentales como las tericas para el cual se presentan las siguientes
comparaciones.
Tubera 1
Gasto Coeficiente Gasto del
sifn Coeficiente
Q (m/s) C Q (m/s) C
0,00087221 0,71445366 0,001287837 0,48387418
0,00077768 0,71445366 0,001128193 0,49248149
0,00055605 0,71445366 0,000726035 0,54717891
Cabe sealar que debido a la longitud del sifn el coeficiente de gasto es alrededor de
0.714
Carga sifn Coeficiente
H (m.) C
0,660 0,65392662
0,458 0,61055357
0,286 0,59888334
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Tubera 2
Gasto Coeficiente Gasto del
sifn Coeficiente
Q (m/s) C Q (m/s) C
0,00090505 0,79295677 0,001675166 0,42841227
0,00171048 0,79295677 0,002422587 0,55987246
0,00220938 0,79295677 0,002956222 0,59262757
De acuerdo a la longitud del sifn su coeficiente de gasto es 0.793.
Tubera 3
Gasto Coeficiente Gasto del
sifn Coeficiente
Q (m/s) C Q (m/s) C
0,00476944 0,84242473 0,006144264 0,65392662
0,00370957 0,84242473 0,005118358 0,61055357
0,00287536 0,84242473 0,004044650 0,59888334
El coeficiente de gasto de acuerdo a la longitud de la tubera es de 0.8424
7. CONCLUSIONES:
Al finalizar la presente prctica se pudo tener las siguientes conclusiones:
Primeramente podemos decir que se cumplieron con todos los objetivos trazados para
la misma, concluyendo que los sifones son de gran utilidad para ser aplicados en el
riego principalmente.
Podemos ver que la calibracin de los sifones es muy prctica y til, puesto que
teniendo la calibracin de un sifn, se simplifica mucho el clculo de los caudales para
riego, asimismo con un caudal requerido, se podr fcilmente con una relacin lineal
determinar la carga necesaria.
Podemos observar tambin que a mayor dimetro, los coeficientes K y n tambin
tienden a aumentar.
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Observamos que no importa que tan sumergido este el otro extremo en el agua, el
caudal ser el mismo, puesto que la carga H se toma desde el nivel del espejo de agua.
Se concluye tambin que los sifones tiene gran ventaja a la hora de sacar agua de un
canal puesto que no se necesita romper el talud del mismo para obtenerla.
El gasto que entrega el sifn es directamente proporcional a su dimetro y a la raz
cuadrada de la diferencia de nivel (H) entre el agua del canal abastecedor y el centro
del sifn a la salida si la descarga es libre, o la elevacin de la superficie del agua si la
descarga es ahogada.
La carga H es igual a la prdida por entrada ms 3 prdidas por cambio de direccin.
La fuerza debida a la presin atmosfrica es la que da lugar a la accin del sifn,
manteniendo el flujo en forma continua.
8. RECOMENDACIONES:
Las recomendaciones que se puede dar son:
Muy recomendable es ser preciso a la hora de hacer lecturas tanto de alturas de carga
como tambin los tiempos que son necesarios para la obtencin de los caudales
Tomar en cuenta con el tipo de material que se trabaja para as poder ver otras
fuentes y poder extraer perdidas de acuerdo a su rugosidad.
Tratar de evitar todo lo que se pueda tanto los errores sistemticos de apreciacin y
fsicos que intervienen en la toma de datos, Puesto que al tratarse de cantidades
pequeas los rangos de errores se maximizan ante un mnimo error.
Poner en practica conocimientos bsicos para poder determinar flujo en tuberas.
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