SIFON LOS GRUESOS Y EL RABANAL.doc

7/30/2019 SIFON LOS GRUESOS Y EL RABANAL.doc

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FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

CTEDRA : FLUJO DE FLUIDOS

CATEDRTICO : Ing. VICTOR GUEVARA YANQUI

ALUMNOS : HILARIO MEZA, Slee.LOARTE VARGAS, David.REYES MUOS, Alcides.ROMANI MONTES, MiguelSANABRIA CONTRERAS, VICTOR.

SEMESTRE : VI

FECHA : 06-01-12

HUANCAYO PERHUANCAYO PER

2012

SIFON


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II. INTRODUCCION

En la actualidad el uso del sifn para el campo de la ingeniera ha idoincrementando considerablemente debido al bajo costo que este puede presentar en la

operacin de trasvasar un fluido de un nivel superior a otro inferior. Este proceso est

inmerso de la utilizacin de energia elctrica por lo que habra un gran ahorro en las

industrias que realizan con frecuencia la operacin mencionada. Un ejemplo particular

puede ser la utilizacin del sifn para llevar la caa destilada de caa de azcar desde un

nivel superior a un nivel inferior.

El sifn es un tubo con forma de U invertida en el que fluye un lquido subiendo

en su primera mitad, impulsado por una fuerza , y bajando en la otra, y funciona

siempre que el punto de entrada est por encima del de salida: es decir, tiene que haber

un cierto desnivel entre los puntos inicial y final que permita compensar el rozamiento;este es el principio de los vasos comunicantes. La palabra, en ltimo trmino, es de

origen griego. El sifn se usa para pasar lquidos de un envase a otro, de modo que la

palabra se usa tambin para indicar tubos especializados en succin. El agua as

asciende hasta el nivel inicial.

Los sifones pueden ser empleados tanto para riego, alcantarillado, o para agua

potable. Para este caso emplearemos la ecuacin de la conservacin de la energa o de

Bernoulli, para lo cual hemos cuantificado, para el dimetro de nuestra manguera, todas

las prdidas de carga hidrulica desde el inicio hasta el final, entrada al conducto,

cambios de direccin, friccin, cambios de seccin, salida del conducto, y finalmentepor transicin de salida, luego hay que restarlas a la diferencia de alturas del agua entre

la entrada y la salida del sifn, para revisar si se cumple la ecuacin de Bernoulli, hasta

encontrar el dimetro que satisfaga las condiciones de caudal que definan el problema.

III. RESUMEN


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IV. NDICE


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V. MARCO TEORICO


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5.1 SIFN

Un sifn es un sistema hidrulico compuesto por un recipiente del fondo del cual

sale un tubo por arriba, pero que luego cae en forma de U invertida, hasta un nivel

inferior al piso del recipiente.

De acuerdo con la frmula de la columna hidrulica, si el sistema est totalmente

lleno de lquido, el peso de la parte externa del tubo (ms larga) ser mayor que el de la

parte interna (ms corta); lo cual generar una presin superior igual a la diferencia de

niveles entre el lquido en el interior el recipiente y la salida exterior del tubo.

Esa diferencia de presiones es la que hace que se venza el peso de la columna

interior, determinando que el lquido suba y sea arrastrado a salir del recipiente.

Para que un sifn funcione, es indispensable por tanto que el tubo sea llenado

totalmente de lquido, y llevado su extremo a un nivel inferior al del recipiente de

salida. En tal caso, se dice que el sifn se encuentra cebado. Asimismo, es indispensableque por la entrada del tubo no penetre aire, por cuanto en tal caso se vaciara el lquido

del sistema de vasos comunicantes que constituye el sifn.

5.1.1 SIFN EN EL VACO

FUNCIONARA EL SIFN EN EL VACO?

A la pregunta de Es posible el trasiego de lquido en el vaco mediante

un sifn? se suele responder terminantemente: No, es imposible!.

Por regla general, la circulacin del lquido en el sifn se atribuye nicamente a

la presin del aire. Pero esta suposicin es un prejuicio fsico. En un sifn

rodeado de vaco el lquido fluye libremente. En principio, el sifn con lquido

funciona perfectamente aunque no exista presin del aire -dice el Prof. R.V. Pol

en su libroIntroduccin a la mecnica y la acstica.

Cmo se explicara, pues, el funcionamiento del sifn sin atribuirlo a la

accin de la atmsfera? Para explicarlo, ofrecemos el siguiente razonamiento: la

parte derecha del hilo de lquido contenido en el sifn es ms larga y, por

ende, es ms pesada, por lo cual arrastra el resto de lquido hacia el extremo

largo; una cuerda sostenida mediante una polea ilustra muy bien este hecho.


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Explicacin evidente de cmo funciona el sifn

Ahora vamos a examinar el papel que la presin del aire desempea en el

fenmeno descrito. Esta slo asegura que el hilo de lquido sea continuo y no

salga del sifn. Pero en determinadas condiciones dicho hilo puede

mantenerse continuo nicamente merced a la adhesin entre sus molculas, sin

que intervengan fuerzas externas.

Trasiego del mercurio mediante un sifn sumergido en aceite. La continuidad

del "hilo" de mercurio en el tubo se asegura con la presin del aceite; esta

ltima hace las veces de la presin atmosfrica e impide la formacin de

burbujas de aire en el agua

Por lo general, el sifn deja de funcionar en el vaco, sobre todo cuando

en su punto ms alto hay burbujas de aire. Pero si en las paredes del tubo no hay

restos de aire, al igual que en el agua contenida en el recipiente, y se maneja con

cuidado el artefacto, es posible ponerlo a funcionar en el vaco. En este caso la

adhesin entre las molculas de agua garantiza la continuidad de la columna de

lquido (E. Grimsel, Curso de fsica).


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El Prof. R. Pol en su libro, citado ms arriba, le apoya de una manera

muy categrica diciendo lo siguiente: Durante la enseanza de la fsica

elemental se suele muy a menudo atribuir el funcionamiento del sifn a la

presin del aire. No obstante, esta afirmacin slo es vlida con muchas

restricciones. De hecho, el principio de funcionamiento del sifn no tiene nada

que ver con la presin del aire. A continuacin, este autor pone el ejemplo de

una cuerda sostenida mediante una polea, mencionado ms arriba, y prosigue:

Lo mismo tambin es vlido para los lquidos, que se resisten a la rotura,

igual que los slidos. Por ello, el fluido no debe contener burbujas ... A

continuacin este autor describe una experiencia consistente en el trasiego de

lquidos mediante un sifn, adems, el papel de presin atmosfrica lo

desempean dos mbolos con carga, o la presin de otro lquido de densidad

ms baja: sta no deja que el hilo de lquido se rompa aunque contenga

glbulos de aire.

Es cierto que no hay nada nuevo debajo de la luna. Es que la explicacin

correcta del funcionamiento del sifn, que se ajusta muy bien a lo que acabamos

de exponer, data de hace ms de dos milenios y se remonta a Hern, mecnico y

matemtico de Alejandra, siglo I a.C. Este sabio ni siquiera sospechaba que el

aire tiene peso, por lo cual no incurri -a diferencia de los fsicos de nuestra

poca- en el error que acabamos de analizar.

Representacin del sifn tomada del tratado de Hern de Alejandra

He aqu lo que dice: Si el orificio libre del sifn se encuentra a la misma

altura que el nivel de lquido del recipiente, no saldr agua del sifn, aunque est

repleto... En este caso el agua estar en equilibrio. Pero si el orificio libre se

encuentra por debajo del nivel de lquido, ste saldr del sifn, puesto que la

cantidad de agua del tramo kB pesa ms que la del tramo B,9 y la arrastra hacia

abajo.


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5.1.2 EL SIFN PARA LOS GASES.

SERA POSIBLE TRASVASAR GASES UTILIZANDO UN SIFN?

Es posible trasegar gases mediante un sifn. Para ello es necesario que

intervenga la presin atmosfrica, puesto que las molculas de los fluidos noestn adheridas unas a otras. Los gases ms pesados que el aire, por ejemplo, el

gas carbnico, se trasvasan mediante el sifn de la misma manera que los

lquidos si el recipiente del que sale gas est colocado por encima del otro.

Adems, tambin es posible trasegar aire mediante el sifn siempre que se

aseguren las condiciones siguientes.

El brazo corto del sifn se introduce en una probeta ancha, llena de agua,e invertida sobre un recipiente con agua, de modo que su boca se encuentra por

debajo del nivel del lquido de este ltimo. El otro extremo D del sifn se tapa

muy bien con un dedo para que en el tubo no entre agua al introducirlo en la

probeta. Cuando se destapa el orificio D, a travs del sifn empiezan a entrar

glbulos de aire en la probeta, lo cual significa que este aparato comienza a

funcionar.

Para explicar, por qu el sifn introduce aire exterior en la probeta,

fijmonos en que a nivel del punto C el lquido experimenta la presin de 1 at,

dirigida desde abajo, mientras que desde arriba presiona una atmsfera menos el

peso de la columna de agua comprendida entre los niveles C y AB. Precisamente

este exceso de presin empuja el aire exterior hacia dentro de la probeta.

ALGUNAS APLICACIONES DE LA ECUACIN DE BERNOULLI

La ecuacin de Bernoulli es uno de los pilares fundamentales de la

hidrodinmica; son innumerables los problemas prcticos que se resuelven con ella:

Se determina la altura a que debe instalarse una bomba

Es necesaria para el calculo de la altura til o efectiva en una bomba

Se estudia el problema de la cavitacin con ella

Se estudia el tubo de aspiracin de una turbina

Interviene en el calculo de tuberas de casi cualquier tipo


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SALIDA POR UN ORIFICIO: ECUACIN DE TORRICELLI

El deposito de la figura contiene un liquido, y tiene en la parte inferior un

orificio (O) provisto de una tubera (T) que termina en una vlvula (V):

la superficie libre del deposito se mantiene a una altura (H) constante con relacin al

plano de referencia (Z = 0) gracias a que en el deposito entra un caudal (Q) igual al

que sale por la tubera

el rea de la superficie libre es suficientemente grande para que

pueda considerarse la velocidad del fluido (V1 = 0)

en el punto 1, la energa geodesica (Z1 = H)

se despreciaran las perdidas

1

2

Ecuacin de Torricelli: V = V2 =

Apliquemos entre los puntos 1 y 2 la ecuacin de Bernoulli:

P1/Pg+ Z1 + V2

1/ = P2/Pg + Z2 + V22/ 2g

O sea

2gH


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O + H + O = O + O + V22/ 2g

Porque en 1 y 2 reina la presin atmosfrica o baromtrica que es igual a O(presin relativa)

Esta velocidad:

es igual a la que adquirira una partcula de fluido al caer desde unaaltura H.

Es independiente del peso especifico del fluido.

Es la velocidad terica de salida en condiciones ideales

TUBO DE PITOT

El tubo de Pitot fue ideado para medir la presin total, tambin llamada presion de

estancamiento (suma de la presin esttica y la dinmica)

P1 Pt P0 V20

= = +

Pg Pg Pg 2g

Pt : presin total o de estancamiento

P0, V0 : presin y velocidad de la corriente imperturbada

Presin total o de estancamiento: Pt = Pg (l)

Donde: Pt = P0 + P V2

0

2

INSTRUMENTACIN DE MEDIDA DE VELOCIDADES

Entre los instrumentos para medir la velocidad de un fluido, figura el tubo de

Prandtl, cuyo fundamento es la ecuacin de Bernoulli.

Es una combinacin del tubo de Pitot y un tubo piezometrico; el de Pitot mide la

presin total, el piezometrico mide la presin esttica, y el tubo de Prandtl mide ladiferencia entre las dos, que es la presion dinmica.

EL EFECTO SIFN


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PA + ZA + V2 = H

Pg 2g

Y:

PA = H ZA V2

Pg 2g

Y siendo V2 = V

PA = H ZA H + Z 2= -(ZA Z2) < 0

pg

EL EYECTOR

El eyector acelera o desacelera una corriente de fluido produciendo una depresin o

compresin. Se llama inyector si se usa para producir una depresin y eyector para

vaco

P1/pg + V21/2g = P2/pg + V

22 /2g

P2/pg = Pt/pg V22 V

21

2g

aplicando la ecuacin de continuidad:

V2 = 4Q V1 = 4Q

d2 D2

donde Q = caudal de aire, y por tanto:

V12/2g = 8Q2 V22/2g = 8Q

2

g2d4 g2D4

llevando estos valores a la ecuacin tendremos:

P2 = P1 8Q2 D4 d4

pg pg g2 D4 d4


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INSTRUMENTACIN DE MEDICIN DE VOLMENES

INSTRUMENTOS VOLUMTRICOS:

Miden el volumen en un intervalo de tiempo. Los principales se clasifican en:

tanques volumtricos

tanques gravimetricos

contadores de volumen gastado

los dos primeros son los nicos medidores primarios.

Entre los contadores de volumen gastado se distinguen dos tipos:

contadores de desplazamiento positivo: se construyen de muchos

tipos; el rotor y la cmara de medicin son de un fenol resinico muy

resistente

contadores de turbina: el rotor es igual al de una turbina hidrulica

accionada por el mismo caudal

INSTRUMENTACIN DE MEDICIN DE CAUDALES

Los instrumentos para medir caudales se llaman caudalimetros y son un

instrumento que mide el flujo instantneo.

Se pueden medir en flujo cerrado o tuberas o en flujo abierto o canales.

CAUDALIMETROS DE FLUJO CERRADO:

Se renen en dos grupos:

de rea de paso constante: es el mas importante, consta de un

elemento deprimogeno y un manmetro diferencial. El caudal es

proporcional a la raz cuadrada de la cada de presin. Los elementos

deprimogenos mas importantes son:

- tubo de Venturi: su funcin es crear diferencia de presiones,

consta de tres partes: una convergente, una divergente y otra

de seccin mnima

- toberas de medida: son conductos divergentes en la direccin

del flujo que producen un aumento de velocidad y una

disminucin de la presin.


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- Diafragmas: es una placa de metal que lleva un orificio

circular concntrico con el eje de la tubera.

- Otros elementos deprimogenos: codos, cmaras espirales,

vlvulas

de reade paso variable: los mas importantes son los rotametros, queconsta de un tubo cnico vertical abierto por arriba y abajo un

flotador, el cual tiene ranuras inclinadas en su periferia

electromagnticos

de ultrasonido

RECOMENDACIONES

Aunque, como se ha dicho, debemos prever un cierto desnivel para compensar la friccin

de las tuberas y el agua.

El acondicionamiento del equipo al momento de formar el Sifn debe compensar o

disminuir la presin esttica dentro de la tubera (que depende de la altura de la columna

de agua dentro de ella).

Debemos tener en cuenta, en las corridas, una serie de medidas de precaucin para que la

nueva entrada de agua se hiciera gradualmente y mas no de una forma brusca. Para esto

debemos tener en cuenta algunos principios.

Un criterio que hemos tenido en cuenta para evitar la entrada de aire al interior de los

sifones, por remolinos, es que en la entrada, el conducto debe estar sumergido

aproximadamente de un 10% a un 15% de la carga hidrulica por velocidad en ese punto,

en nuestro caso lo conectamos al cao para evitar la succin del aire.

Si no queda ms alternativa, a la salida puedes controlar el flujo mediante un escaln que

provoque que el tubo funcione lleno, y despus diseas una cada. Otra forma de lidiar con


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el problema es dividir el gasto en dos o ms lneas de conduccin para diferentes casos de

gastos, y alturas de agua, por ejemplo para gasto normal y para gasto con aportes

pluviales.

Debes revisar tambin que el conducto trabaje siempre sumergido, ya que de otra

forma puedes tener condiciones en las que la tubera trabaje con un gasto menor al

de diseo y se presente un salto hidrulico en el interior del mismo, lo que es

indeseable por el entrampa miento de aire en el interior y por tener condiciones de

inestabilidad en el tubo.

En cuanto a los usos que se dan: es como accesorio muy til e indispensable.

Sirve para sacar la suciedad (excremento y alimento desperdiciado) del fondo del

acuario. Su costo es barato y su uso es muy sencillo. Se sumerge por completo de tal

forma que no quede aire en su interior. Despus tapamos con el dedo pulgar elextremo de la manguera y la sacamos del agua, dejando en el interior del acuario el

tubo, una vez que quitamos el pulgar el agua se empezar a vaciar.

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