Sistemas de riego agrícola Aumento del del flujo sobre sobre un vertedero vertedero de caída libre preexistente.
Presa Spelga (Irlanda del Norte)
Los vertedores de sifón son sistemas de conductos cerrados con la forma de una U Invertida, colocada en tal posición que el interior de la curva del pasaje superior tenga la altura del nivel normal de almacenamiento del embalse.
Funcionamiento:
Las descargas tienen un funcionamiento semejante al de un vertedor, cuando el nivel del embalse sube arriba de lo normal. El funcionamiento como sifón se da, cuando se agota el aire en la cámara que se forma sobre la cresta.
Funcionamiento:
Funcionamiento:
Funcionamiento:
Funcionamiento:
El caudal cuando el sifón está lleno esta dado por: Q
C d
C d A
2 gH
1 ( k 1 k 2 k 3 k 4 )1/ 2
Clases de sifones:
La forma del sifón pueden ser de silla o de pozo, como se muestra a continuación:
Clases de sifones:
Clases de sifones:
Se distinguen dos tipos de sifones: 1. Blackwater siphon. 2. Whitewater siphon (air-regulated siphon).
Clases de sifones:
Blackwater siphon:
Clases de sifones:
Whitewater siphon (air-regulated siphon).
Clases de sifones:
Clases de sifones:
Clases de sifones:
Según la siguiente tabla los sifones se clasifican como: Diámetro (mm)
longitud (m)
Descarga (m3 /s)
Pequeño, Móvil
25 - 120
<5
0.00025 - 0.015
Medio, Móvil
120 - 200
< 10
0.015 - 0.050
Grande, Estable
200 - 1 200
< 100
0.050 - 3.10
Velocidades mínimas recomendadas en tubos de sifón: Diámetro del tubo (mm)
Velocidad (m/s)
120 200 250 300 400 450 500 600 800 1 000 1 200
1.0 1.5 1.55 1.6 1.7 1.8 1.9 2.2 2.4 2.6 2.6
Descripción:
La mayoría de los vertedores de sifón están formados por seis componentes: 1. Entrada, 2. Rama superior 3. Garganta o sección de control, 4. Rama inferior 5. Salida. 6. Ventilación.
Descripción:
La rama superior esta formada por una transición curva convergente para unir la entrada a una sección vertical de la garganta. La garganta o sección de control es, generalmente, de sección rectangular. Luego la curva superior continua para unir un tubo vertical o inclinado que forma la rama inferior del sifón.
Descarga:
Las descargas dependen de la forma en que termine la rama inferior. Puede terminarse de manera que descargue verticalmente o a lo largo del parámetro de una presa de concreto. O puede tener una curva inferior y un tubo de descarga divergente para descargar el agua en una dirección horizontal.
Estados de flujo:
Flujo de superficie libre. Flujo de regulación de aire. Flujo a tubo lleno o de inundación.
Requerimientos de funcionamiento:
Fijar la presión mínima absoluta admisible. Determinar la máxima velocidad correspondiente a la garganta o sección de control. Evaluar las diferentes perdidas en todo el sistema de tubo cerrado.
Requerimientos de funcionamiento:
Caudal de máxima descarga (flujo a presión):
QM A d * Vd C * A * ( 2 * g * Ho )
0.5
Donde : Ad = Área transversal en la salida del sifón. Vd = Velocidad promedia en la salida del sifón.
Requerimientos de funcionamiento:
C = Coeficiente de descarga o eficiencia del sifón.
C 1
h
0.5
Lu
h = Sumatoria de todas las perdidas locales Lu
A = Área transversal de la sección de control Ho = Cabeza.
Requerimientos de funcionamiento:
Valores de C aproximados en tuberías:
Tipo de sifón Mediano Grande
Diámetro (mm)
C
120 - 200 200 - 1 200
0.4 - 0.6 0.6 - 0.8
Requerimientos de funcionamiento:
Caudal de incipiente cavitación para sección de control rectangular: R s 2 * g * h A hc t Q c B * Rc * Ln * R 1 h Lu c
0.5
Requerimientos de funcionamiento:
Donde: B : Anchura de la sección de control (Garganta) Rc : Radio de curvatura de la cresta. Rs : Radio de curvatura superior a la cresta. hA (m) = 10.3 – A/900 : Cabeza de presión atmosférica a una elevación A sobre el nivel del mar. hc = Cabeza de presión de cavitación incipiente t = Elevación del nivel de agua en el embalse por encima de la cresta. hLu = Sumatoria de todas las perdidas locales
Requerimientos de funcionamiento:
Para hc se puede utilizar la siguiente tabla: Temperatura del agua ( C)
10
20
30
°
hc (m)
0.123 0.24 0.43
Diseño:
Diseño:
La sección de un sifón de silla es por lo general rectangular. Con una relación típica de altura y ancho de 1:1.5 a 1:2.5. Cuando se trabaja con ventilación se utiliza una sección típica de 3 a 5% de la sección de la cresta. La rama superior debe tener de 2 a 3 veces el área de la garganta. Para Rc se utilizan relaciones Rc/a de .75 a 2.5.
Procedimiento de proyecto (Garganta rectangular) que se recomienda:
1. Determínese la elevación de la cresta. 2. Determínese la carga disponible (Ho). 3. Elíjanse valores provisionales de a y Rc y calcúlese Qc. 4. Elíjanse valores de Ho y b, calcúlese C y Q M. 5. Revísese si Q Q ; de lo contrario: 6. Repítase 3 y 4 hasta que se cumpla Q Q . 7. Dimensiónese los elementos auxiliares. M
C
M
C
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda:
Detalles del sifón:
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda:
Formulas de calculo:
Donde: C = coeficiente de descarga A = el área transversal del tubo, m2 H = Cabeza, m
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda:
El coeficiente de descarga C, puede ser calculado por la formula:
Donde: l = factor de fricción = 0.02 (tubo de acero) l = longitud del sifón, m d = diámetro del sifón, m S k = todos los coeficientes de perdidas a lo
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda:
La cabeza admisible de la presión para el sifón:
Donde: P = cabeza de presión atmosférica en el sitio.
0
Pv
=Presión de vapor del agua
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda:
La cabeza admisible de la succión del sifón es:
Donde: hL =Todos los coeficientes de pérdidas aguas arriba a lo largo de la tubería. v = velocidad en el tubo. 1
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda:
La cabeza río abajo, admisible y máxima del sifón es:
Donde: hL
2
= Todos los coeficientes de pérdidas aguas abajo a lo largo de la tubería.
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda: La profundidad de agua encima de la entrada del sifón: 1. La entrada con eje vertical :
v
D
h
(m/s)
(m)
(m)
1.5 0.1 - 0.3 2 D, pero min. 1.5 - 2.5 0.3 - 0.8 1D > 2.5 > 1.0 1.7 D
0.3 0.7 2.0
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda: 2. La entrada con eje horizontal :
Donde: ke = Coeficiente de perdidas en la entrada
Método de proyecto para uso de tubería circular que se recomienda: 3. La entrada con eje inclinado:
Donde: el ángulo de la inclinación en grados a =
Ventajas:
La ventaja principal es su cualidad para dar paso a descargas de toda su capacidad dentro de estrechos limites de aumentos de carga. Su operación es efectiva y automática sin mecanismos ni partes móviles.
Desventajas:
Elevado costo en comparación con otros tipos de vertederos. Incapacidad del sifón para dar paso al hielo y basuras. La posibilidad de que obstruyan los pasajes del sifón y los tubos de ventilación para interrumpir el efecto sifónico con basuras u hojas.
Desventajas:
La posibilidad de que el agua se congele en sus ramas y en los tubos de ventilación. La ocurrencia de aumentos bruscos y detenciones de la descarga. La descarga de caudales mayores que las aportaciones cuando opera el sifón, si se usa uno solo. La construcción de cimentaciones más resistentes, para soportar vibraciones, mayores que las otras estructuras de control.
Desventajas:
Causa resalto en el conducto de entrega. Daño por causa de cavitación.
