Este documento describe el diseño y análisis de un sifón normal ubicado en la Universidad Nacional de Cajamarca. Explica cómo funciona un sifón, los objetivos de analizar este sifón en particular, y desarrolla cálculos para determinar el caudal y verificar que no hay problemas de cavitación. Los cálculos muestran que el caudal calculado coincide con el medido en el campo y que la presión en la sección crítica es mayor que la presión de vapor, por lo que no hay riesgo de cavitación.

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INTRODUCCIÓN
La necesidad de llevar agua a ciertas zonas con una diferencia de
alturas pasando desde un nivel de cota topográfica alta hasta un punto más
bajo; pero atravesando puntos más elevados que los del nivel de entrada, nos
lleva al estudio del diseño de un sifón que nos permitirá conducir este fluido.
Un sifón normal no viene a ser mas que una línea de conducción, con
una sola entrada y una sola salida, elaborada de un mismo material y del
mismo diámetro, por lo que las condiciones y ecuaciones que obedece son las
mismas que las de una tubería simple pero tomando en cuenta la presión
atmosférica de la zona.
En esta oportunidad trabajaremos con un sifón normal ubicado en la
Universidad Nacional de Cajamarca.
OBJETIVOS
 Verificar la construcción de un sifón normal. 

 Conocer si cumple con la cavitación. 
JUSTIFICACIÓN
Conocer en campo un sifón normal con el cual encontraremos sus
características y particularidades para luego plasmarlos en un diseño propio
sin tener inconvenientes.
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REVISION DE LITERATURA
Sifón
Estructura hidráulica que permite conducir un líquido desde un nivel de
cota topográfica alta hasta un punto más bajo; pero atravesando puntos más
altos que los del nivel de entrada.
Figura N° 01: Sifón de Conducción
Pasando el plano referencial por el extremo de salida de la tubería y
aplicando la ecuación de la energía entre la fuente y la sección de salida del
conducto.
P
 Z1 1
V1
2
 P2  Z2 2
V2 2
  pérdida
 2g 2g 12
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Condiciones de frontera:
P1  P2  Patm  0 (Presiones Manométricas)
Z1 Constante (Flujo Permanente)
Z2  0 (El plano de referencia pasa por el centroide del extremo de
descarga)
V1  0 (Flujo Permanente)
(Velocidad en cualquier sección del conducto)
  1 (Flujo Turbulento)
Sustituyendo las condiciones de frontera en la ecuación de la energía y
teniendo en cuenta que además que el término de pérdidas incluye las
pérdidas por fricción y las singulares, se llega a la siguiente expresión.
8Q 2
 L 
H  1 f  k  (1)
 2
gD4
D 
H : Desnivel entre la fuente y el extremo de salida
Q : Caudal de diseño
g : Gravedad terrestre
D : Diámetro del sifón
L : Longitud del sifón
f : Factor de fricción de Darcy
k : Suma de coeficientes de pérdidas en accesorios del
sifón.
Aplicando la ecuación de la energía entre la fuente y la sección crítica “c”
de presiones negativas.
P
 Z1 1
V1
2
 P2  Zc  c
Vc 2
  pérdida
 2g 2g 1c
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V2 V

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En la fuente se tiene las mismas condiciones de frontera, sólo que ahora
consideramos presiones absolutas para compatibilizar con la presión de vapor
del líquido que tiene valor absoluto.
Reemplazando estas condiciones en la ecuación de la energía y
despejando la presión crítica del punto c.
 Pc   Patm  8Q 2
 L' 
    hc   1 f  k' (2)
   2
gD4
D abs    
Pc : Presión absoluta en la sección crítica c
Patm : Presión barométrica
hc : Desnivel entre la fuente y la sección crítica c
Q : Caudal del diseño del sifón
g : Gravedad Terrestre
D : Diámetro del sifón
L’ : Longitud de la tubería desde la entrada hasta la sección
crítica c
K’ : Suma de coeficientes de accesorios desde la entrada
hasta la sección crítica c
Con la ecuación (1), se determina el diámetro en concordancia con el
flujograma de la tubería simple y luego se verifica la presión en la sección
crítica con la ecuación (2). Pues la presión en la sección crítica no deberá ser
menor que la presión de vapor del líquido, para controlar el fenómeno de
cavitación.
En el caso de sifón, la fuente de energía externa lo constituye la
presión atmosférica local.
Los accesorios imprescindibles en el sifón normal son: una pichancha,
constituida por una coladera y una válvula check o de pie; un tapón de cebado
en la parte más alta, una válvula de aire y una válvula de compuerta o de
purga.
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Cavitación
Se denomina así 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 la reducción de presiones. Al ser conducidas a zonas de mayor
presión explotan provocando un ruido característico.
Un sistema hidráulico debe evitarse la aparición de cavitación por las
siguientes razones:
i. La cavitación significa una discontinuidad en el escurrimiento y por lo
tanto un reducción de la eficiencia de conducciones.
ii. La cavitación significa inestabilidad en el escurrimiento y puede dar
lugar a ruido o vibraciones.
iii. La ruptura de las burbujas produce tensiones muy fuertes que pueden
conducir a la falla estructural de la tubería.
En el caso de sifón, la fuente de energía externa lo constituye la presión
atmosférica local.
Los accesorios imprescindibles en el sifón normal son: una pichincha,
constituida por una coladera y una válvula check o de pie; un tapón de cebado
en la parte más alta, una válvula de aire y una válvula de compuerta.
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DESARROLLO DEL SIFON
DETERMINACIÓN DEL CAUDAL (Q):
Tomando en cuenta los datos obtenidos en el campo (del sifón normal),
hallamos el caudal Q para luego comparar con el caudal obtenido en el campo.
Considerando un flujo permanente y turbulento, material de la tubería P.V.C y
temperatura ambiente 15 0
C en el tramo 1-2
8 Q2
 L 
Tenemos que: H    f  K 1

2
 g  D
4
 D 
Asumiendo un f=0.02, tenemos:
8 Q 2
 13.32 
4.45    0.02  6.358 1
 2
9.810.02544
 0.0254 
Q 
4.45  2
 9.81 0.02544
 13.32 
8  0.02  6.358 1
0.0254 
Q=0.0011m3
/s
R 
4Q

4  0.0011
 4.83 104
D   0.0254 1.142 106
 
0.0015
 0.00006
D 25.4
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Entrando al diagrama de MOODY con

y R tenemos un f 0.0211
D
8 Q2
 13.32 
 4.45   0.0211  6.358 1
 2
9.810.02544
0.0254 
Q=0.0011 m3
/s
DETERMINACIÓN DEL CAUDAL “Q”POR LOS DATOS OBTENIDOS EN EL
CAMPO:
Volumen del depósito: 0.022 m3
Tiempos de llenado del
depósito: 14.29 sg.
14.53 sg.
13.93 sg.
Promedio: 14.25 sg
De donde tenemos que el caudal: 0.00154 m3
/s
Por lo que se asemeja al caudal encontrado anteriormente.
DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN EN LA ZONA CRÍTICA 1-C
 Pc   Patm  8 Q2
 L' 
    hc   f  k'1
   2  g  D4
 abs    D 
 Pc  8 0.00112
 2.93 
   7.418  2.25   0.0211  4.859 1
 2 9.810.02544
0.0254 abs  
 Pc 
= 3.176 
 abs
 Pv 

1.785KPa
 0.182m 
9.80K
N
 15ªC m 3
 Pc   Pv 
Como


 


 abs  15ºC , por lo tanto no existe problema de cavitación.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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 Conocimos en campo el funcionamiento de un sifón normal. 

 Dicho sifón no presenta problemas de cavitación. 

 Para mejores resultados trabajar con un ideal flujo permanente. 

 Es necesario contar con una válvula check a la entrada del sifón. 
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