buen trabajo

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE QUIMICA, INGENIERIA Y
TECNOLOGIA
SIFÓN
TEMA :
CÁTEDRA : PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE FLUIDOS
CATEDRÁTICO : Ing. Pascual Víctor Guevara Yanqui
INTEGRANTES : CAMARGO PEÑA, Jesica
CAMPOS BLAS, Freedy
CHAVEZ PACHECO, Maria del Pilar
JOAQUIN HERRERA, Jim
LAURA CANCHARI, Gabriel
QUISPE MEZA, Lucero
TAZA ORDOÑEZ, Brenda
VILLANUEVA ALIAGA, Lisset
YANSE SOTO, Jackelin
YARANGA LANDA, Jordy
SEMESTRE : VI
HUANCAYO – PERÚ
2013

2. I INTRODUCCIÓN
Los conocimientos de ingeniería obtenidos en nuestra formación, llevándolo a la
realidad algunas obras de sistemas sanitarios, la topografía del ambiente exige una
ejecución de obras especiales como sifones invertidos, dada la necesidad de superar
obstáculos como, quebradas, ríos, canalizaciones de aguas pluviales, aductoras, cruce
de túneles subterráneos (metros), etc.
El sifón normal surge como solución a la necesidad de burlar un obstáculo topográfico
y conducir un fluido mediante una tubería a presión, diseñándose como una tubería
simple. Es notable la utilidad que tiene este tipo de estructuras no solo porque resuelve
el problema de realizar grandes tramos de canal cuya construcción demandaría
mayores costos elevando el monto del proyecto. -Este tipo de estructura se justifica
porque reduce los costos de un proyecto haciéndolo más económico ahorrando tiempo
de ejecución. Nos permite vencer una elevación y transportar el fluido de un punto de
difícil acceso a otro.
II RESUMEN
Un sifón es un dispositivo o estructura hidráulica que se utiliza para trasvasar un
líquido en canales a través de obstáculos tales como un rio, una depresión del
terreno u otro canal.
Podemos diferenciar dos tipos de sifones en cuanto al principio de su
funcionamiento: Sifón (normal) y Sifón invertido.
En la realización del experimento se trabajó con el diseño de un sifón normal, en el
cual se determinó la máxima altura de esta, utilizando la ecuación de Bernoulli la
cual nos dio como resultado: 6.898푚, como consecuencia de la determinación de
la altura máxima se determinó el caudal, la velocidad de fluido, las perdidas por
fricción y la presión absoluta en el vértice del sifón; los cuales fueron planteados
como objetivos de la experimentación.

3. III OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL
 Estudiar de los principios que rige el sifón
OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Determinar la altura máxima para que no se lleve a cabo la acción del sifón.
 Calcular el caudal a un volumen y tiempo de salida.
 Determinar la velocidad de salida del fluido a una altura determinada.
 Determinar la perdida de carga por fricción total.
 Determinar la presión absoluta en el vértice del sifón.
IV MARCO TEÓRICO
4.1 SIFÓN
Un sifón está formado por un tubo, en forma de "U" invertida (en el caso de sifón
normal), con uno de sus extremos sumergidos en un líquido, que asciende por el
tubo a mayor altura que su superficie, desaguando por el otro extremo. Para que el
sifón funcione debe estar lleno de líquido, ya que el peso del líquido en la rama del
desagüe es la fuerza que eleva el fluido en la otra rama. El sifón ya era conocido
por los romanos que lo utilizaban en sus acueductos.
GASTO O CAUDAL
El Volumen de fluido que pasa por un área transversal perpendicular a la sección recta
de tubería en la unidad de tiempo se llama gasto o caudal, y lo designamos con la letra
Q. Las unidades dependen del sistema usado (m3/s, L/s).
4.2 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO
Los sifones son estructura hidráulicas que se utilizan en canales para conducir el
agua a través de obstáculos tales como un rio, una depresión del terreno u otro
canal.

4. Podemos diferenciar dos tipos de sifones en cuanto al principio de su
funcionamiento: Sifón (normal) y Sifón invertido.
El sifón normal llamado simplemente sifón por la mayoría de los autores conduce el
agua pasando sobre el obstáculo como se ilustra en la figura (a) y su funcionamiento
del agua a la entrada; para iniciar su funcionamiento es necesario producir el vacío en
el interior del conducto, entonces la diferencia de presión entre la entrada (Presión
atmosférica) y en el interior del conducto (Presión cero o próximo a cero) hace que el
agua fluya en sentido ascendente al llegar a la crosta A, el agua cae por gravedad hacia
la rama derecha dejando un vacío en la crosta lo que hace que el flujo sea continuo
mientras no se introduzca aire en el conducto, por esta razón la entrada al sifón debe
estar siempre ahogada.
4.3 CALCULO HIDRÁULICO
4.3.1 Calculo de la perdida de carga
En un sifón se presentan varios tipos de pérdidas de carga.
a) Perdida por transición de entrada
Se ha obtenido experimentalmente que es aproximadamente la décima
parte del incremento de carga de velocidad entre los extremos de la
transición.
ℎ푇퐸 = 휎1(
2
2푔
푉2
−
2
2푔
푉1
)
Donde:
ℎ푇퐸 = Perdida de carga por transicion de entrada
푉1 = Velocidad en el inicio de la transicion
푉2 = Velocidad al final de la transicion

5. b) Pérdida de carga por entrada al conducto
Es la componente más considerable de las pérdidas de carga, su valor
puede representar hasta el 70% de la pérdida total. Es ocasionado por el
rozamiento entre las partículas del líquido y las paredes del conducto por lo
tanto depende de la mayor o menor rugosidad de la superficie interior del
conducto.
La fórmula de Darcy es una de las más usadas para determinar está perdida
de carga.
ℎ푓 = 푓
퐿푉2
2퐷푑
ℎ푓 :perdida de carga por friccion
푓: coeficiente de friccion
퐿: longitud de la tuberia
푉: velocidad del aguaen el conducto
퐷: diametro interior de la tubería
TABLA 1. Coeficiente de fricción
c) Perdida de carga por fricción dentro del conducto
Experimentalmente se ha obtenido que es aproximadamente dos décimas
del cambio de carga de velocidad entre los extremos de transición de salida.
ℎ푇퐸 = 휎2(
2
2푔
푉3
−
2
2푔
푉4
)

6. Donde:
ℎ푇퐸 = Perdida de carga por transicion de salida
푉3 = Velocidad en el inicio de la transicion
푉4 = Velocidad al final de la transicion
d) Perdida de carga por transición de salida
Las funciones de las transiciones es cambiar gradualmente la sección del
canal a la sección del conducto.
Según especificaciones de la secretaria de Recursos Hidráulicos el ángulo
∝ formado por el eje de la transición del nivel del agua con el talud debe
estar dentro de los siguientes límites: 12° − 30´ a 22° − 30´
∝ 푚푎푥푖푚표___________22° − 30´
∝ 푚푖푛푖푚표 ___________12° − 30´
 Ecuación de energía entre el tanque de carga y el punto más alto del
conducto (T)
Por estar el conducto por encima de la línea estática, la presión atmosférica
es el principal factor que contribuye al ascenso del fluido tal como se verá
en las siguientes ecuaciones. Es por ello que se recomienda hacer el
análisis en términos de presiones absolutas.
푧1 +
푃푎푡푚표푠푓푒푟푖푐푎1
훾
+
2
2푔
푉1
= 푧푇 +
푃푎푡푚표푠푓푒푟푖푐푎푇
훾
+
2
2푔
푉푇
푇
+ Σ ℎ푝
1
Despejando la presión atmosférica y haciendo despreciable la cabeza de
velocidad en el tanque de carga se tiene que se cuenta con la presión
atmosférica del lugar para vencer un desnivel hasta el punto T, garantizar
una cabeza de velocidad en T y vencer las perdidas entre 1 y T.
푃푎푡푚표푠푓푒푟푖푐푎1
훾
= 푧푇 − 푧1 +
푃푎푡푚표푠푓푒푟푖푐푎푇
훾
+
2
2푔
푉푇
푇
+ Σ ℎ푝
1
La presión atmosférica del lugar depende de la altitud del lugar, siendo la
máxima al nivel del mar. Para otras elevaciones puede usarse la siguiente
expresión aproximada:
푃푎푡푚표푠푓푒푟푖푐푎1
훾
푙푢푔푎푟 = 10.33 −
1.2 ∗ 푎푙푡푖푡푢푑 푑푒푙 푙푢푔푎푟(푚)
1000

7. Despejando la altura de ascenso 푧푇 − 푧1 se tiene que la altura de ascenso
del sifón por encima de la línea estática, debe ser menor que presión
atmosférica del lugar.
푧푇 − 푧1 =
푃푎푡푚표푠푓푒푟푖푐푎1
훾
−
푃푎푡푚표푠푓푒푟푖푐푎푇
훾
−
2
2푔
푉푇
푇
− Σ ℎ푝
1
Para evitar problemas de cavitación, la presión en T debe ser siempre
mayor que la presión de vapor de agua. Se recomienda por seguridad que
sea mayor que 2.0 o 3.0 Pa.
La presión de vapor se refiere a la presión necesaria para que un fluido
pase del estado líquido al gaseoso a una temperatura dada.
 Ecuación de energía entre el tanque de carga y el de descarga
Para garantizar el funcionamiento del sistema debe cumplirse con la
ecuación de la energía entre los tanques 1 y 2.
2
푧1 = 푧2 + Σ ℎ푝
1
4.4 VERIFICACIÓN DEL AHOGAMIENTO
En sifones tipo normal el ahogamiento tanto a la entrada como a la salida del
conducto es indispensable ya que el funcionamiento se basa en producir dentro del
conducto una presión inferior a la atmosférica.
En sifones invertidos no es necesario el ahogamiento desde el punto de vista de su
funcionamiento hidráulico, sin embargo es recomendable que trabaje ahogado
sobre todo en la entrada para evitar que entren a los conductos solidos flotantes
que puedan obstruirlo.
El ahogamiento mínimo recomendable es de un décimo del tirante.

8. 4.5 ELECCIÓN DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA
El diámetro de la tubería se determina mediante la ecuación de la continuidad para
un gasto determinado de modo que la velocidad del agua en el conducto este
dentro de los límites recomendables para que no se produzca ni sedimentación ni
erosión dentro del conducto.
푉푚푖푛푖푚푎____________3.0푚/푠
푉푚푎푥푖푚푎____________1.5푚/푠
Cuando el gasto que deberá conducir el sifón varía dentro de un rango muy amplio
no es posible escoger una sola tubería que satisfaga las condiciones de velocidad
citadas para los diferentes valores del gasto. En estos casos se diseña un sifón con
varias tuberías independientemente para varios valores del gasto y a la entrada una
cámara de reparación que conduce el agua hacia el conducto adecuado según el
gasto.
4.6 APLICACIÓN:
 En instalaciones hidráulicas en edificios
La aplicación más común de los sifones es en los desagües de fregaderos, lavabos,
inodoros, etc. Para evitar que el mal olor de las cañerías ascienda por los desagües.
Consiste en un tubo en forma de "S" tumbada, de manera que, al desaguar, se llena la
primera curva del tubo y la segunda actúa como un sifón, vaciando la primera hasta
que el nivel de agua baja y entra algo de aire. En este momento, el sifón deja de
funcionar y retrocede el agua que está en la parte ascendente entre las dos eses,
llenando la primera curva del tubo y aislando el desagüe de los gases de la cañería.
Actualmente, se suelen llevar todos los desagües a un sifón común, llamado "bote
sifónico".

9.  En aparatos electrodomésticos
La toma de lejía y suavizante de las lavadoras suele ser un sifón. El suavizante está en
su cubeta y no alcanza la parte superior del sifón, pero cuando se abre la válvula de
entrada de agua, el nivel sube, comenzando el sifonamiento, que no se interrumpe
hasta haber vaciado el depósito de suavizante.
El sifón es la parte de la tubería de desagüe de los lavabos y fregaderos que se
obstruye con más facilidad.
Este elemento esencial de fontanería está formado por un tubo en forma de 's' acostada
que lleva un tapón enroscado en la parte más baja.
 Como descargador de seguridad en canales
Aprovechando las características hidráulicas de los sifones, estos son más eficientes
que los vertederos libres para descargar el agua que, por alguna maniobra equivocada
aguas arriba, podría desbordarse de un canal provocando cuantiosos daños a las
estructuras, por ejemplo, de canales de riego.
 Para alimentar surcos de riego
Es un sistema bastante utilizado puesto que permite retirar el agua desde el canal
terciario de riego sin dañar el canal mismo, que generalmente es de tierra.
Generalmente estos sifones son de PVC flexible, de un diámetro de entre 2" y 3".
 Para atravesar depresiones en el terreno
En esta aplicación en realidad se utiliza lo que comúnmente se llama sifón invertido. Si un
canal se encuentra a su paso con una depresión del terreno natural que obligaría a construir un
terraplén muy elevado, muy frecuentemente es más conveniente interrumpir el canal con un
tubo en forma de "U", atravesando así la depresión y retomando luego el canal cuando el
terreno vuelve a tener una cota adecuada. En este caso el funcionamiento hidráulico se basa
simplemente en el "principio de los vasos comunicantes.
En el proyecto de obras de Red para el transporte de Aguas Sanitarias, la topografía local
puede exigir la ejecución de obras especiales denominadas Sifones Invertidos dada la
necesidad de superar obstáculos como, quebradas, ríos, canalizaciones de aguas pluviales,
aductoras, cruce de túneles subterráneos (metros), etc.

10. V PARTE EXPERIMENTAL
SIFÓN:
VI CÁLCULOS Y RESULTADOS
CONSIDERACIONES:
 Flujo permanente(estado estacionario)
 No hay transferencia de calor.
 Dado que es un sistema abierto, las presiones en A y B son iguales a la presión
atmosférica.
Ejemplo de sifón:
En este sifón, el agua fluye hacia arriba por la entrada de la manguera, supera el borde del
cubo, y sale por el extremo abierto. La acción de los sifones se debe a las fuerzas de atracción
entre las moléculas de agua y a la gravedad terrestre.

11. BALANCE DE MASA:
∬ 휌(푣̅. 푛̅)푑퐴
푠푐
+
휕
휕푡
∭ 휌푑푉
푣푐
= 0
휕
휕푥
∭ 휌푑푉
푣푐
= 0
Integrando
휌1푣1퐴1 = 휌2푣2퐴2
BALANCE DE ENERGIA:
훿푄
훿푡
−
훿푊푠
훿푡
= ∬ (푒 +
푃
휌
) 휌(푣̅. 푛̅)푑퐴
푆퐶
+
휕
휕푡
∭ 푒휌푑푉
푉퐶
+
훿푊푢
푑푡
∬ (푒 +
푃
휌
) 휌(푣̅. 푛̅)푑퐴
푆퐶
= 0
푔푦2 +
2
2
푉2
+ 푢2 +
푃2
휌2
− 푔푦1 −
2
2
푉1
− 푢1 −
푃1
휌1
= 0
Si 휌 = 푐푡푒 por ser fluido incomprensible
푔(푦2 − 푦1) +
2 − 푉1
푉2
2
2
+ 푢2 − 푢1 +
푃2 − 푃1
휌
= 0
Dividiendo g
(푦2 − 푦1 ) +
2−푉1
푉2
2
2푔
+ ℎ푓 +
푃2−푃1
훾
= 0 … (α)
 Aplicamos para A y C siendo 1=A y 2=C:
푦푐 − 푦퐴 +
2 − 푉퐴
푉퐶
2
2푔
+ ℎ푓 +
푃퐶 − 푃퐴
훾
= 0
푦푐 = 0
푦퐴 = 4.23
푉퐴
= 0
푉퐶
=
푄
퐴
=
2.0128 × 10−4
휋휙2
4
= 0.7061
푚
푠
푃퐶 − 푃퐴 = 푃푎푡푚
ℎ푓 =?
−4.23 +
0.70612
2(9.81)
+ ℎ푓 = 0
ℎ푓 = 4.20푚

12. Si: 퐿퐴퐵 = 1.377푚 y 퐿퐵퐶 = 13.623푚
Si:
푓
퐷
2
푉
2푔
= 0.28
ℎ푓퐴퐵 = 0.3856
ℎ푓퐵퐶 = 3.814
 Aplicando la ecuación α entre A y B siendo 1=A y 2=B
푦퐵 − 푦퐴 +
2 − 푉퐴
푉퐵
2
2푔
+ ℎ푓퐴퐵 +
푃퐵
훾퐻2푂
−
푃퐴
훾퐻푔
= 0
푦푐 = 0
푦퐴 = 4.23
푉퐴
= 0
푉퐶
=
푄
퐴
=
2.0128 × 10−4
휋휙2
4
= 0.7061
푚
푠
푃퐶 − 푃퐴 = 푃푎푡푚
ℎ푓 =?
−4.23 +
0.70612
2(9.81)
+ ℎ푓 = 0
ℎ푓 = 4.20푚
Si 퐿퐴퐵 = 1.377푚 y 퐿퐵퐶 = 13.623푚
Si
푓
퐷
2
푉
2푔
= 0.28
ℎ푓퐴퐵 = 0.3856
ℎ푓퐵퐶 = 3.814
 Aplicamos la ecuación α entre A y B siendo 1=A y 2=B
푌퐵 = 0.927
푌퐴 = 0
푉퐵 = 푉퐶 = 0.7061 푚/푠
푉퐴 = 0
푃퐴 = 푃푎푡푚 = 520푚푚퐻푔
ℎ푓퐴퐵 = 0.3856
훾퐻2푂 = 999.15 푘푔/푚3
훾퐻푔 = 13.6

13. 푃퐴
훾퐻푔
= 7072푚푚퐻2푂 = 7.072푚퐻2푂
0.927 +
0.70612
2(9.81)
+
푃퐵 − 7.072
훾퐻2푂
+ 0.3856 = 0
푃퐵
훾퐻2푂
= 5.734푚
푃퐵 = 5729.11 푘푔/푚2
 Para hallar la Hmáx aplicamos la ecuación α
푌퐵 − 푌퐴 +
푉퐵
2−푉퐴
2
2푔
+
푃퐵−푃퐴
훾
+ ℎ푓퐴퐵 = 0
푌퐴 = 0
푉퐵 = 0
푉퐴 = 0
푃퐴 = 520푚푚퐻푔
푃퐴 = 12.788푚푚퐻푔
ℎ푓퐴퐵 = 0
푃퐴
훾퐻푔
= 520푚푚퐻푔 × 13.6 = 7.072푚퐻2푂
푃퐴
훾퐻푔
= 12.788푚푚퐻푔 × 13.6 = 0.174푚퐻2푂
퐻푚á푥 = 7.072 − 0.174
퐻푚á푥 = 6.898
VII DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Los resultados obtenidos en la experimentación no son tan exactos ya que durante la
experimentación hubo varios factores que varían, y también porque los datos
obtenidos o los instrumentos con los que se midieron no nos proporcionan datos
completamente precisos, es por ello que en la realización de los cálculos se toman
medidas estándares, las cuales no varían mucho con la realidad.
Durante la experimentación hubo errores instrumentales y errores de observación, pero
para la realización de los cálculos se utilizaron los datos más precisos y exactos que se
obtuvieron.
En un sifón de agua colocado entre dos recipientes en contacto con la atmósfera, la
altura del sifón sobre el recipiente superior debe ser menor de 10 m, ya que la presión
atmosférica no puede mantener el peso de una columna de agua superior a esta altura.

14. VIII CONCLUSIONES
 Se utilizó la ecuación de BERNOULLI en el sifón y se halló la altura
máxima: 퐻푀Á푋 = 6.898푚
 Se logró determinar el caudal para un tiempo y un volumen de salida siendo
esta 2.0128 × 10−4퐿푡/푠.
 Se halló la velocidad de del fluido para una determinada altura la cual
es. 0.7061 푚/푠
 Se logró determinar las pérdidas totales en la manguera producidas por fricción
siendo esta = 4.1996
 Se determinó la presión absoluta en el vértice del sifón la cual es 5729.11 푘푔/
푚2.
IX BIBLIOGRAFIA
- OCON TOJO, “Problemas de Ingeniería Química”, cuarta edición.
- J. R. WELTY “Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa”,
primera edición. Editorial Limusa, México 1985.
- WHITE, F.M. “Mecánica de fluidos”, Editorial Mc Graw Hill.
- Biblioteca de Consulta Microsoft, Encarta 2004.
X ANEXOS Practica de sifón: