Este documento describe los componentes principales de un sifón invertido y el procedimiento para su diseño hidráulico. Explica que un sifón necesita transiciones de entrada y salida, y puede incluir una rejilla de entrada. También requiere tuberías de presión para transportar el agua. El diseño implica calcular el diámetro, la altura mínima de ahogamiento, y las pérdidas de carga por fricción y accesorios para garantizar que el sifón funcione de manera adecuada.

1. DIPLOMADO DISEÑO HIDRÁULICO DE ESTRUCTURAS SIFONES INVERTIDOS CARLOS A HERRÁN MSc Cali – Octubre de 2010

2. COMPONENTES DE UN SIFON a) Transiciones de entrada y salida Como en la mayoría de los casos, la sección de la tubería o del canal de llegada es diferente a la adoptada para el sifón, es necesario construir una transición de entrada y de salida para pasar gradualmente de la primera a la segunda.

3. La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifón se recomienda que este comprendida entre un mínimo de 1.1 hv y un máximo de 1.5 hv. (hv = carga de velocidad) En el diseño de una transición de entrada y salida es aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifón un poco más debajo de la superficie normal del agua. Esto hace mínima la posibilidad de reducir la capacidad del sifón causada por la introducción de aire a este.

4. b) Rejilla de entrada El objetivo de la rejilla es el impedir o disminuir la entrada de basuras u objetos extraños al sifón que impidan el funcionamiento correcto del ducto. Si se instala una rejilla en este punto, entonces se debe considerar las pérdidas de carga producto de la disminución de área para el paso del flujo.

5. Esta rejilla puede ubicarse inmediatamente antes de la entrada del líquido al sifón o se puede reemplazar por una cámara de rejas emplazada antes de la cámara de entrada al sifón. En este caso, las pérdidas de carga que se producen no afectan la hidráulica del sifón puesto que el flujo llega a la cámara de entrada con la velocidad y altura de escurrimiento normales.

6. c) Tuberías de presión Son tuberías que transportan agua bajo presión. Para que los costos de mantenimiento sean bajos se deben colocar machones de anclaje, para evitar que frente a peligros de erosión, las tuberías no se desplacen y continúen funcionando.

7. Las velocidades de diseño de sifones grandes deben estar entre 2.5 – 3.5 m/s, mientras que los sifones pequeños se recomienda 1.6 m/s aproximadamente, intentando siempre a que velocidad mínima de diseño sea mayor a 0.8 m/s. Un sifón se considera largo cuando su longitud es mayor a 500 veces el diámetro.

8. HIDRÁULICA DE SIFONES

9. Donde: Zi = CARGA DE POSICIÓN Yi = CARGA DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA = CARGA DE VELOCIDAD CARGA HIDRÁULICA DSIPONIBLE

10. El sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida. Aplicamos continuidad de energía en 1 y 2:

11. DONDE

12. Existen también otras fórmulas para calcular la altura mínima: ó,el modelo de Polikouski y Perelman siendo, v t la velocidad media en la tubería del sifón y D el diámetro de la tubería en metros.

13. PROCEDIMIENTO PROPUESTO PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO CALCULAR EL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA Se puede iniciar el cálculo suponiendo una velocidad mínima de 1 m/s y el gasto de diseño Se toma un diámetro comercial y se recalcula la velocidad para usar V t

14. Determinar la altura mínima de ahogamiento a la entrada y salida del sifón con: Adoptar el mayor valor

15. Calcular la altura de ahogamiento proyectada a la entrada y salida del sifón Se debe chequear que : Para que el sifón siempre trabaje ahogado

16. h D En las expresiones anteriores:

17. Calcular PÉRDIDAS DE CARGA Pérdidas de carga por transición de entrada y salida

18. Pérdidas de carga por entrada al conducto Pérdidas de carga por fricción en el conducto

19. Pérdidas de carga por cambios de dirección o codos Pérdidas de carga por accesorios

20. Pérdida de carga total Verificación Final