Calculo De Sifon 4e712a

Un canal trapezoidal de ancho de solera de 1 m, talud 1, en tierra (n = 0.025), está trazado con una pendiente de 0.5 %0 Y conduce un caudal de 1m3/s. En cierto tramo de su perfil longitudinal como se muestra en la figura 8.3, se tiene que construir un sifón invertido. Realizar el diseño hidráulico del sifón invertido.

81.55 80.8 0.75

80.6 80.1 0.5

Caudal (Q): Rugosidad (n): Talud (Z): Ancho del canal (b): Pendiente (S): Altura del canal (Hc): Longitud del sifón (L):

1.00 0.025 1.00 1.00 0.0005 0.75 80.00

m3/s m/m m 0.05% m m

tá trazado con una

ne que construir un sifón

DISEÑO DEL SIFON INVERTIDO UBICACIÓN (1+455 : 1+530 )

DE HCANALES H= V= T= A= D=

DATOS :

1.00 Qd = 1.00 B = 0.32 Y = Cota A = 81.55 Cota B = 80.6 80 L= 81.55 ΔZ = 1.-CALCULO DEL AREA DE 1.6 Vd = 2 Vd =

Ad 

m^3/s mts. mts. m.s.n.m. m.s.n.m. mts. mts.

1.2376

1.2400 0.5587 2.8565 0.625 0.900

0.892

[Longitud de la Tuberia ] [Desnivel entre los Puntos de Entrada y salida]

LA SECCION TRANSVERSAL DEL DUCTO :

m/s m/s

Velocidad en el Ducto [1,5 - 3 m/s] Velocidad en el Ducto [1,5 - 3 m/s]

Qd Vd

Ad =

0.625

m^2

d= d=

0.8921 35.4 914.400

mts. plg mm

Vd =

1.52

m/s

por norma - pagina 111- pronar

A= V=

2.-CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA :

Ad 

π  d2 4

Vd 

Q Ad

d=

[Asumo] [Asumo]

0.90 36.00

3.-PERDIDA DE CARGA POR LA REJILLA DE ENTRADA : eb Sb Sb φ F

= = = = =

0.0095 0.15 0.07 75 1.79

e h r e  F   b  sb

mts. mts. mts. º

[Espesor de las Barras]

3/8"

[Espaciamiento de las Barras] [Angulo de inclinacion de la Regilla] [Factor de forma]

Asumimos Constructivamente

4 3

 Vc 2    sen φ 2  g 

hre =

0.06194

mts.

Le =

0.103

mts.

Le =

0.200 1.338

mts. mts.

3.-CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION :

LT 

TD 2  Tan α 

Li = 1.50 * D

Li =

5.-PERDIDA POR TRANSICION EN LA ENTRADA :

1.52 3.17

Vd = Vc =

h te 

0.782 m/s 0.559 m/s

0,4   Vd 2  Vc 2  2g

[Velocidad en la Tuberia] [Velocidad en el Canal de Ingreso]

hte =

###

mts. SUMATORIA

6.-NIVEL DE AGUA SOBRE EL PUNTO B : Cota :

81.87

m.s.n.m.

NA B  Cota  h r e  h te

NA B =

81.795 m.s.n.m.

7.-PROYECCION VERTICAL DEL DIAMETRO : d=

914.400

mm

[Diametro del Conducto]

SI

β1 =

5.15

º

D PE 

[Angulo de Inclinacion de la Tuberia de Ingreso]

D cos β 1 

D PE =

0.918

mts.

8.-CALCULO DEL PORCENTAJE DE AHOGAMIENTO :

SEA a% =

45

NA B = D PE =

81.795 0.918

%

[Porcentaje de Ahogamiento (10% - 50%)]

m.s.n.m. mts.

 a%  CotaB  NA B  DPE  1    100 

Cota B =

81.290

m.s.n.m.

a  NA B  Cota B  DPE

a=

0.413

mts.

9.-PERDIDA POR ENTRADA EN EL DUCTO : Vd =

1.52

Ke =

0.5

m/s

[Velocidad en la Tuberia] [Coef. de Perdida por Entrada]

Vd 2 he  Ke 2g

tabla 8,2-pag113-pronar aristas con angulos rectos

he =

0.059

mts.

∑hm =

0.028

mts.

10.-PERDIDAS LOCALIZADAS :

Vd 2 hm  k m  2  g

hm  k m 

Vd 2 2g

11.-PERDIDAS POR FRICCION : Vd =

ε= d= T= ν= Ld =

1.52 1.50E-06 914.400 15º 1.15E-06 80

m/s m mm C m^2/s mts.

Re 

[Rugosidad Absluta PVC] tabla 8,5 pvc [Diametro] [Temperatura del Agua] [Viscosidad Cinematica] [Longitud del la Tuberia]

d  Vd ν

 ε  1 2,51  2  Log d   3,71 Re f f  

hf  f 

12.-PERDIDA POR SALIDA : Vd = Ve = Vsalida =

     

Ld  Vd 2 d 2g

1.52 3.17

Re = 1.21E+06

f=

hf =

m/s m/s

�_𝐬=(�_𝐝−�_𝐬 )^�/ (�∗�)

1.36E-02

0.141

mts.

[Velocidad en el Conducto] [Velocidad de Salida al Canal]

hs =

0.14

mts.

13.-PERDIDA DE CARGA POR REJILLA : eb Sb φ F Vs

h re

= = = = =

e  F   b  sb

0.0094 0.1 75 1.79 3.17

mts. mts. º m/s

[Espesor de las Barras] 3/8" [Espaciamiento de las Barras] [Angulo de inclinacion de la Regilla] [Factor de forma] [Velocidad de Salida al Canal]

4

 3 VS 2    sen φ  2g

hre =

0.038

mts.

14.-PERDIDA DE CARGA TOTAL :

 hT  h

re

 h te  h e  h f   h m  h s  h r e

0.47

∑hT =

mts.

15.-CALCULO DE LA COTA DE SOLERA : 0.47 mts. hT = 81.55 m.s.n.m. Cota A =

Cota F  Cota A  1,1  hT 16.CALCULO DE LA COTA DE SALIDA : YF = 0.32

0.47

∑hT =

<

ΔZ =

81.55

mts.

[Perdida total de Carga]

Cota F =

81.03 mts.

mts.

Cota NA F  Cota F  YF  hrs

Cota NA F =

81.38

m.s.n.m.

Cota NA E =

81.52

m.s.n.m.

as =

0.15

mts.

17.-CALCULO DEL NIVEL DE AGUA EN EL PUNTO E :

Cota NA E  Cota NA F  h S 18.-CALCULO DEL AHOGAMIENTO DE SALIDA :

914.4

d=

as 

mm

d 6

19.-CALCULO DE LA COTA DEL PUNTO E : 914.4 mm d= 1.92 º β=

Dps 

d cos β 

[Angulo de Deflexion de Salida del Sifon]

Dps 

d cos β 

𝐲−𝐃𝐩𝐬 < �/�

Cota E  Cota NA E  Dps  as

Dps =

0.91

-0.60

<

Cota E =

80.46

mts.

0.1524 m.s.n.m.

Ok !!! Cumple

m m/s m

agina 111- pronar

0.636 1.572

^ mts. pulg

nstructivamente

T1 T2

0.90 2.8565

Le = Li =

V= AZ = Lsifon = n=

2.361 1.35

hf= SE =

1.572 0.70 80 0.014 0.3969 0.283 1.25

HF =

0.354

3.447

Z1 = Y1=

0.5 0.9282 0.5587 1.58427285 Y2 = 1.421 TANTEADO VERIFIVACION 0.031 Y2 = 1.436 1.436 V2= V1=

0.782 m/s 0.5587 m/s

0.000

SI V1 > V1 ENTONCES

Ks=

OK

0.5 ^

h ts =

0.0076

y2= d=

1.42 1.01 40.59 %

V3= V2=

0.997 1.59 0.782

hs=

0.097

mts.

Ok !!! Cumple

Un canal trapezoidal de ancho de solera de 2 m, talud 1.5 , en tierra (n = 0.025), está trazado con una pendiente de 0.5 %0 Y conduce un caudal de 5 m3/s. En cierto tramo de su perfil longitudinal como se muestra en la figura 8.3, se tiene que construir un sifón invertido. Realizar el diseño hidráulico del sifón invertido. (L=150)

81.55 80.8 0.75

80.6 80.1 0.5

Caudal (Q): Rugosidad (n): Talud (Z): Ancho del canal (b): Pendiente (S): Altura del canal (Hc): Longitud del sifón (L):

5.00 0.025 1.05 1.00 0.0005 0.75 150.00

m3/s m/m m 0.05% m m

está trazado con una

ne que construir un sifón

DISEÑO DEL SIFON INVERTIDO UBICACIÓN (1+455 : 1+530 )

DATOS :

5.00 Qd = 2.00 B = 0.32 Y = Cota A = 81.55 Cota B = 80.6 150 L= 81.55 ΔZ = 1.-CALCULO DEL AREA DE 1.6 Vd = 2 Vd =

Ad 

m^3/s mts. mts. m.s.n.m. m.s.n.m. mts. mts.

[Longitud de la Tuberia ] [Desnivel entre los Puntos de Entrada y salida]

LA SECCION TRANSVERSAL DEL DUCTO :

m/s m/s

Velocidad en el Ducto [1,5 - 3 m/s] Velocidad en el Ducto [1,5 - 3 m/s]

Qd Vd

Ad =

3.125

por norma - pagina 111- pronar

m^2

A= V=

2.-CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA :

Ad 

π  d2 4

Vd 

Q Ad

1.9947 mts. 78.7 plg d= d = 2006.600 mm d=

Vd =

1.58

m/s

[Asumo] [Asumo]

2.00 79.00

3.-PERDIDA DE CARGA POR LA REJILLA DE ENTRADA : eb Sb Sb φ F

= = = = =

0.0095 0.33 0.07 75 1.79

e h r e  F   b  sb

mts. mts. mts. º

[Espesor de las Barras]

3/8"

[Espaciamiento de las Barras] [Angulo de inclinacion de la Regilla] [Factor de forma]

Asumimos Constructivamente

4 3

 Vc 2    sen φ 2  g 

hre =

0.38713

mts.

Le =

-0.008

mts.

Le =

-0.100 2.992

mts. mts.

3.-CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION :

LT 

TD 2  Tan α 

Li = 1.50 * D

Li =

5.-PERDIDA POR TRANSICION EN LA ENTRADA :

1.58 7.94

Vd = Vc =

h te 

1.759 m/s 0.000 m/s

0,4   Vd 2  Vc 2  2g

[Velocidad en la Tuberia] [Velocidad en el Canal de Ingreso]

hte =

###

mts. SUMATORIA

6.-NIVEL DE AGUA SOBRE EL PUNTO B : Cota :

81.87

m.s.n.m.

NA B  Cota  h r e  h te

NA B =

81.399 m.s.n.m.

7.-PROYECCION VERTICAL DEL DIAMETRO : d = 2006.600 mm

[Diametro del Conducto]

SI

β1 =

5.15

º

D PE 

[Angulo de Inclinacion de la Tuberia de Ingreso]

D cos β 1 

D PE =

2.015

mts.

8.-CALCULO DEL PORCENTAJE DE AHOGAMIENTO :

SEA a% =

45

NA B = D PE =

81.399 2.015

%

[Porcentaje de Ahogamiento (10% - 50%)]

m.s.n.m. mts.

 a%  CotaB  NA B  DPE  1    100 

Cota B =

80.291

m.s.n.m.

a  NA B  Cota B  DPE

a=

0.907

mts.

9.-PERDIDA POR ENTRADA EN EL DUCTO : Vd =

1.58

Ke =

0.5

m/s

[Velocidad en la Tuberia] [Coef. de Perdida por Entrada]

Vd 2 he  Ke 2g

tabla 8,2-pag113-pronar aristas con angulos rectos

he =

0.064

mts.

∑hm =

0.026

mts.

10.-PERDIDAS LOCALIZADAS :

Vd 2 hm  k m  2  g

hm  k m 

Vd 2 2g

11.-PERDIDAS POR FRICCION : Vd =

ε= d= T= ν= Ld =

1.58 1.50E-06 2006.600 15º 1.15E-06 150

m/s m mm C m^2/s mts.

Re 

[Rugosidad Absluta PVC] tabla 8,5 pvc [Diametro] [Temperatura del Agua] [Viscosidad Cinematica] [Longitud del la Tuberia]

d  Vd ν

 ε  1 2,51  2  Log d   3,71 Re f f  

hf  f 

12.-PERDIDA POR SALIDA : Vd = Ve = Vsalida =

     

Ld  Vd 2 d 2g

1.58 7.94

Re = 2.76E+06

f=

hf =

m/s m/s

�_𝐬=(�_𝐝−�_𝐬 )^�/ (�∗�)

1.36E-02

0.130

mts.

[Velocidad en el Conducto] [Velocidad de Salida al Canal]

hs =

2.06

mts.

13.-PERDIDA DE CARGA POR REJILLA : eb Sb φ F Vs

h re

= = = = =

e  F   b  sb

0.0094 0.1 75 1.79 7.94

mts. mts. º m/s

[Espesor de las Barras] 3/8" [Espaciamiento de las Barras] [Angulo de inclinacion de la Regilla] [Factor de forma] [Velocidad de Salida al Canal]

4

 3 VS 2    sen φ  2g

hre =

0.237

mts.

14.-PERDIDA DE CARGA TOTAL :

 hT  h

re

 h te  h e  h f   h m  h s  h r e

2.98

∑hT =

mts.

15.-CALCULO DE LA COTA DE SOLERA : 2.98 mts. hT = 81.55 m.s.n.m. Cota A =

Cota F  Cota A  1,1  hT 16.CALCULO DE LA COTA DE SALIDA : YF = 0.32

2.98

∑hT =

<

ΔZ =

81.55

mts.

[Perdida total de Carga]

Cota F =

78.27 mts.

mts.

Cota NA F  Cota F  YF  hrs

Cota NA F =

78.82

m.s.n.m.

Cota NA E =

80.88

m.s.n.m.

as =

0.33

mts.

17.-CALCULO DEL NIVEL DE AGUA EN EL PUNTO E :

Cota NA E  Cota NA F  h S 18.-CALCULO DEL AHOGAMIENTO DE SALIDA : d=

2006.6

as 

mm

d 6

19.-CALCULO DE LA COTA DEL PUNTO E : 2006.6 mm d= 1.92 º β=

Dps 

d cos β 

[Angulo de Deflexion de Salida del Sifon]

Dps 

d cos β 

𝐲−𝐃𝐩𝐬 < �/�

Cota E  Cota NA E  Dps  as

Dps =

2.01

-1.69

<

Cota E =

78.54

mts.

0.3344 m.s.n.m.

Ok !!! Cumple

agina 111- pronar

3.142 1.592

^ mts. pulg

nstructivamente

T1 T2

2.00 2.8565

Le = Li =

V= AZ = Lsifon = n=

2.361 3

hf= SE =

1.592 0.70 80 0.014 0.3969 0.100 1.25

HF =

0.125

3.446

Z1 = Y1=

0.5 0.9282 0.5587 1.58427285 Y2 = 1.421 TANTEADO VERIFIVACION 0.031 Y2 = 1.436 1.436 V2= V1=

1.759 m/s 0.0000 m/s

0.000

SI V1 > V1 ENTONCES

Ks=

OK

0.5 ^

h ts =

0.0789

y2= d=

1.42 1.01 40.59 %

V3= V2=

0.997 1.59 0.782

hs=

0.097

mts.

Ok !!! Cumple

Ejemplo1: Diseñar un sifón invertido en el cruce de un canal con la panamericana las caracteristicas del cruce se presenta en la fig. 1 y las caracteristicas del canal arriba y aguas abajo del cruce son: Z= 1.5 Q= 1 m3/s S= 0.001 b= 1 m n= 0.025 Y= 0.7 m V= 0.7 m/s V2/2g=

0.025

m

La pendiente aguas arriba y aguas abajo es de 1 o/oo y las cotas según el perfil del canal son: Km. 1+030 = 46.725 m.s.n.m Km. 1+070 = 46.443 m.s.n.m

SOLUCION: Con la información topografica del perfil del terreno en el cruce y el perfil del canal, se efectua el dimensionamiento previo de la figura adjunta, el cual cumple con los requisitos hidraulicos necesarios, se puede aceptar como solución al problema, en caso contrario se los ajustes necesarios. 1. Selección del diámetro del tubo Asumimos una velocidad de : V= 1.5 m/s A=Q/V=

0.67

m/s

D=raiz(4Q/V*PI())= el nuevo valor del area será:

0.92

escogemos Di=36" =

0.9144

m

A=D2*PI()/4= 0.656692893 y la velocidad de diseño: V=Q/A= 1.52 m/s V2/2g =

0.118

m

2. Longitud de transiciones T1=b+2ZY= 3.1 T2= 0.9144 Lt = T1-T2/(2tagα/2) = 2.34 Lt=4Di= 3.66 m = α/2= 16.5

α/2= 25 3.7 m.

3. Nivel de agua en 1 Del Km 1+030 al punto 1 según la Fig. 2 adjunta, hay 6.41m. , luego la cota de fondo en 1 será: 46.725-(6.41*0.001) = 46.719 msnm El nivel del agua en 1: 46.719+0.7 = 47.419

Cota de fondo en 2: 47.419-(Hte+1.5hv) Hte = Di/cos12° = 0.935 m. 1.5hv=1.5(Vt2/2g-v12/2g)= Cota de fondo en 2:

0.14 46.344

msnm

4. Cota de fondo en 3 α= 12 escogido previamente sen12=h/5 h= 1.04 m. luego: 46.344-1.04 = 45.304 cota de fondo en 3: 45.304 msnm 5. Cota de fondo en 4 Longitud de tubo horizontal: 10 m. 10*0.005= 0.05 45.304-0.05= 45.254 Cota de fondo en 4= 45.254 msnm. 6. Cota de fondo en 5 α= 12 sen12=h/4 h= 0.832 Luego: 45.254+0.832= Cota de fondo en 5:

46.086 46.086 msnm.

El máximo valor en P en la entrada debe ser 3/4D y en la salida 1/2"D; luego P en la salida: P=D/2= 0.4572 De otro lado se tiene que la cota en 6 será:

La distancia entre el punto 6 y el km 1+070: 7.388 La cota en 6 es : 46.443-S*7.388 = 46.436 msnm Cota6-cota5= 0.350 m Escogemos el valor P= 0.350 m Para que la cota 6 de la transición coincida con la rasante del canal. 7. inclinación de los tubos doblados (codos) A la entrada: 4.89/1.04 = 4.70 4.7:1 es mas plano que 2: 1, se acepta la inclinación A la salida: 3.912/0.832 =

4.70

8. Carga hidraulica disponible Cota 1 + tirante = 46.719+0.7 = Cota 6 +tirante = 46.346 + tirante = Carga disponible = 0.283

47.419 47.136

msnm msnm

m

9. Cálculo de las perdidas de carga Perdidas por entrada :

0.4(Vt2-Vcr2)/2g =

0.0373

Perdidas por salida :

0.65(Vt -Vcr )/2g =

0.0606

2

2

perdidass por fricción:f L/D Vt2/2g = f = 0.026 L= 19 m D= 0.9144 m Perdidas por codos : 2

0.064

α= 12

hcod=

0.022

H= 0.1833 Para mayor seguridad las pérdidas totales se incrementaran en un 10% Luego: 1.1*0.1833 = 0.2016346 < 0.283 OK. significa que no habra problema hidraulico. 10. Cálculo de la sumergencia a la salida Altura de sumergencia : (0.7+0.35)- Hts = Hts=Di/cos12°= 0.935

0.115

este valor no debe exceder a: Hts/6= 0.156 Luego: 0.115 < 0.156 se acepta el valor de sumergencia puesto que es menor a la altura permisible 11. Longitud de enrocado Lp= 3Di = 2.7432

2.8