Sifoi alderantzikatu

Sifoi alderantzikatu baten diseinua, alboko bistaz behatuta.

Sifoi alderantzikatua grabitate bidez bi muturren arteen azpitik ura pasarazteko erabiltzen den kanal itxi edo tutua da. Haran, ibai, errepide, trenbide, zubi edo bestelako eraikuntzen azpitik pasatzeko diseinatuta dago.

Nahiz eta sifoi deitu, berez, ez du sifoirik edota bestelako sistema mekanikorik erabiltzen ura puntu batetik bestera garraiatzeko, grabitate indarra eta presioa baizik.

Historia

Erromatar garaiko sifoi alderantzikatu baten alboko bista. Irudi honetan ikus daiteke sarrera eta irteera arteko altuera desberdintasuna.

Sifoi alderantzikatuak ontzi komunikatuaren printzipioa erabiliz funtzionatzen du. Fenomeno fisiko honen arabera, azpialdetik konektatuta dauden “n” ontzi kopuru likidoz betetzen baditugu, ontzi guztietan maila bera mantenduko da, ontzi bakoitzaren forma edota bolumena edozein izanda ere. Ontzi batetik ura kendu edo haietako batera ura gehituz ere, ontzi guztiak altuera bera mantenduko dute.

Erromatarren garaian, ura garraiatzeko beharra zegoen, sortzen ari ziren hiri handietako biztanleria hornitzeko alegia. Beraz, erromatarrek ubide ugari eraiki zituzten. Sarritan, mendi arteko distantziak, haranak edo bestelako forma geografikoak gainditzeko zubi edo akueduktu erraldoiak eraikitzen zituzten.

Erromatar garaiko sifoi baten bista isometrikoa eta tutuen sekzioaren bista. Ikus daiteke nolako itxura zituzten tutuek. Normalean forma obalatua zuten.

Halere, sarritan luzera oso handiko zubiak eraikitzea bideraezina zenez, sifoi alderantzikatuaren sistema erabiltzea erabaki zuten hainbat ubidetan. Batez ere, haranak altuera oso handia zuenean baztertzen zuten akueduktuaren irtenbidea, oso garrantzitsua eta zaila baitzen zubi hain altuak eraikitzea. Dena-dela, gehienetan haranei aurre egiteko akueduktuak eraikitzen zituzten, sifoiaren aukera oso gutxitan hautatuz, izan ere, sifoietan sarrera eta irteera arteko altuera akueduktuen kasuan baino 10 aldiz handiagoa izan behar zen gutxi-gorabehera, zubiek malda leun batekin ondo funtzionatzen dute-eta.

Erromatarren sifoi alderantzikatuak gaur egungoekin alderatuz desberdintasun nabariak zituzten. Lehenik, sarreran ur tanke bat eraikitzen zuten non ura pilatzen zen. Tanke hori eraikitzearen arrazoia hurrengoa zen: gaur egungo sifoiak tutu edo kanal bakarra duten bitartean, erromatarren garaikoak 9 tutuz osatzen ziren, paraleloan kokatzen zirenak bata bestearen ondoan, eta tankeari esker ura tutuen artean banatzen zen. Tutu horiek berunezkoak izaten ziren batez ere, 25-27 zentimetro bitartekoak. Normalean, beheranzko eta goranzko aldapa bietan tutu horiek lur azpian sartzen zituzten, bai gizakietatik zein klima arazoetatik babesteko. Zati horizontalean zubi txiki bat eraikitzen zuten eta beheko bi kurbak leuntzeko aldaparen eta zubiaren artean kurba lasai batez eratutako egitura bat eraikitzen zuten, geniculus deiturikoa.

Ezaugarriak eta diseinua

Egoera anitzetan, sifoi mota hau guztiz beharrezkoa eta ordezkaezina da. Kasu batzuetan, hala nola, etxebizitza gabeko haran batzuetan edo mendi aldeko zenbait ibaitan posiblea da ura puntu batetik bestera pasatzea tutu arruntak erabiliz. Halere, sarritan ezinezkoa da oztopo oso handi eta mugiezinen kasuan, beraz, sifoi alderantzikatuak aukeratzea besterik ez dago.

Dena-den, aukera hau azkenengo soluzio gisa hautatzea gomendatzen da, bestelako irtenbideei lehentasunak emanez. Izan ere, sifoi mota hauen diseinuek zehaztasun itzela eskatzen dute, kalkuluei dagokionez, eta mantenu handi eta zehatzak suposatzen dituzte.

Grabitate kamera

Instalazio hauek eraikitzerako orduan, hainbat jarraibide izan behar dira kontuan. Oso garrantzitsua da grabitate kamera bat instalatzea, uraren beheratzea ekiditeko asmoz, bestela, urak atzera egin lezake, sarreraraino alegia, eta emailearen sistema pribatuan sar liteke.

Sistema honen jokabidea sedimentuentzako tranpa bezalakoa da, beraz, ekiditeko asmoz uraren abiadura altua izatea beharrezkoa da. Gutxieneko abiadura 0,9 m/s-koa izatea gomendatzen da hondakin-uren kasuan eta 1,5 m/s ingurukoa ekaitzen uren kasuan, sedimentuen eraketa ekiditeko asmoz.

Sifoi baten sarrera puntua. Iragazkia ikus daiteke, kasu honetan, angeluduna.

Sifoi baten irteera puntua.

Tamaina eta neurriak

Eraikuntzaren tamaina eta diametro minimoei dagokionez, eskuarki estolda arruntek dituzten tamaina berdinak dituzte, hau da: 0,15-0,2 metrotakoak ur-hondakinen tutuen kasuan eta 0,3 m ingurukoak prezipitazio estolda bideetan. Hala ere, tamaina horien aukeraketarako ez dira bakarrik erabilerak kontuan hartzen, garraiatutako emari maximoak eta gradiente hidraulikoa ere kontuan hartu behar baitira.

Sifoi mota hauetan ematen diren abiadura oso handiak kontuan hartuz, sarritan bat baino gehiago jartzen dira paraleloan. Esaterako, tutu bat eraiki daiteke (sifoiarekin) lehenik emari minimoa garraiatzeko, ondoren, bigarren bat emari minimotik bataz-besteko emari arteko ur kopurua eramateko, eta azkenik, bataz-besteko emari eta emari maximoak determinatzen dituen kopuruak garraiatzeko.

Malda

Sifoiaren malda aukeratzerako orduan, kalkuluak kontu oso handiz egin behar dira. Ezegokia den malda batekin eraikiz gero, arazoak sortu daitezke, hala nola, ur pilaketa emaria ohikoak baino handiagoak ematerakoan edo sedimentazio gehiegi pilatzea.

Gehienetan, instalazioa egituraren gain kokatuko da, horrek duen malda bera jarraituz. Gomendagarria da malda 2:1 inklinazioa baino gutxiagoko eta 5‰ baino gehiagokoa izatea. Horrez gain, zati horizontalak beheranzko malda apur bat izatea ere gomendatzen da.

Materialak

Materialei dagokionez, PVC-z, hormigoiz, altzairuz edota burdin harikorrez fabrika daitezke. Materiala aukeratzeko orduan, kontuan hartu beharko da, besteak beste, instalazioak izango dituen xehetasunak, hala nola, aldapa.

Sifoi baten itxura korrosioak kaltetu ondoren.

Esaterako, sifoiak aldapa oso maldatsua izango badu, aproposagoa izango da altzairua erabiltzea. Material horrek marruskadura handiagoa sortzen du urarekin kontaktuan. Hala ere, malda handiak eragindako energia handia disipatzeko aukera onena izango da. Aldapa txikiko instalazioetan, aldiz, energia galera ez da desiragarria izango. Hortaz, hormigoia askoz aproposagoa izango da, izan ere, azken material honek marruskadura askoz txikiagoa sortzen du urarekin kontaktuan. Bestalde, batez ere emari txikia duten instalazioetan, PVC-a aukera aproposena eta merkeena izango da.

Altuera desberdintasuna

Sifoia diseinatzerako orduan kontuan hartu behar den xehetasun garrantzitsu bat da. Sifoiak izango duen altuera desberdintasunaren balioa sifoiaren galerak orekatu behar ditu, beraz, galerak altuera desberdintasuna baino txikiagoak izatea lortu behar da, horretarako, dagokion diseinua eta materialak erabiliz.

${\frac {P_{1}}{\gamma }}+{\frac {V_{1}^{2}}{2g}}+z_{1}={\frac {P_{2}}{\gamma }}+{\frac {V_{2}^{2}}{2g}}+z_{2}+H_{f}\longrightarrow z_{1}=z_{2}+H_{f}$

Kontsideratu dezakegu presioa berdina dela sarreran eta irteeran, eta gauza bera abiadurarekin, izan ere, Q emaria konstantea izango da ibilbidean zehar. Beraz, ondoriozta dezakegu galeren batura altuera desberdintasuna bezalakoa edo txikiagoa izan behar dela.

Alderantzizkoa gertatzen bada, hau da, galerak altuera desberdintasuna baino handiagoak badira, sifoiak ez du ondo funtzionatuko, izan ere, urak ez du presio nahikorik izango ibilbide osoa bere kabuz egiteko.

Abantailak

Sifoi mota hauek eraikitzeko oso merkeak dira, izan ere, ez dute zati mekanikorik azaltzen, normalean arazo larrienak sortzen dituztenak direnak. Horrez gain, diseinatzeko oso errazak dira, ez baitute konplexutasun handirik azaltzen. Diseinua burutu ondoren, eraikitze prozesuan alegia, erraztasun handia azaltzen dute baita ere. Hori gutxi balitz, hasierako inbertsioari dagokionez, irtenbide oso merkea suposatzen dute.

Desabantailak

Sistema mota hau aukeratzeak, beste irtenbide batzuen aurretik, bere alde negatiboak ere ditu, hala nola, mantenimendu kostu altuak, ur-presio galerak eta bestelako arazoak.

Arazoak

Normalean, sifoi alderantzikatuek hiru arazo nagusi pairatzen dituzte: aire blokeoa, sedimentazioa eta usain txarrak. Arazo hauek zerbitzuaren kalitatean eragin txarra, instalazioen inguruan bizi den biztanleriaren bizimodua kaltetu eta mantenimenduaren kostuak handitzen dituzte.

Sedimentazioa

Sarritan uste egiten da sifoi alderantzikatuen arazorik larriena hau dela, izan ere, karga kapazitatea txikitu, galerak handitu eta kiratsa sortzen du. Horrez gain, zaborra era dezake tutu edo kanal barnean, barrualdearen kalitatea murriztuz.

Aire blokeoa

Sifoi mota hauetan agertzen den beste arazo bat airea bide barnetik blokeatuta geratzea da. Hau gertatzearen arrazoia normalean hurrengoa izaten da: egitura hidrauliko ezegokiak eta airea ihes egin dezan diseinatutako irtenbideen falta.

Arazo hau ekiditeko irtenbiderik aproposena haizebideak instalatzea izaten da. Ihesbide horiek ez dute zertan oso handiak izan. 50mm-koak nahiko izaten dira geratzen diren aire ponpak kanporatzeko. Instalazio ugarietan jarritako zuloei esker frogatu da sifoien funtzionamendua nabarmen hobetu dela, eta uraren emaria hobea izan dela instalazioaren beste ezer ez aldatu gabe.

Usain txarra

Usain txarra maizen agertzen den eta arazo handienak sortzen dituen faktorea da. Sifoi guztietan ez da arazo hau agertzen. Batez ere, emari ez konstantea duten sifoietan agertzen da, izan ere, sifoiko ur bolumena emari txikitik emari handira igarotzen denean, ur bultzatzaileak aire bolumen handia bultzatuko du, kasu honetan atzera. Aire bolumen hori, likidoaren kontrako noranzkoan ihes egingo du, usain txarreko aire hori edozein sarreratik ihes eginez. Azido sulfhidrikoa (H₂S) da kasu horietan sortzen den gas ohikoena. Batez ere oso zurrunbilotsuak diren eremuetan sortzen da usain oso txarra duen gas hau.

Arazo hori batez ere nabarmena izango da etxeetako tutuetatik edo eremu urbanoetako estoldetatik irteten bada. Gainera, arazoak txarrera egingo du aire hori grabitate kamerako partikula zikinekin nahasten bada, bertan sortzen den egoera zurrunbilotsuaren ondorioz.

Arazo hau konpontzeko soluziorik erabilgarriena hurrengoa da: iragazki biologikoak. Pinu azalezko iragazkiak usaina desagerrarazten oso eraginkorrak direla frogatu dira. Batzuetan, batez ere egun epel eta udako egunetan, usain txar apur bat nabaritzen da.

Galerak

Sifoi alderantzikatuetan maila piezometrikoaren galera hurrengo faktoreen batuketaren ondorioz ematen da: uraren biskositatea eta ondorioz, likidoaren hormen aurkako marruskadura, sarrera, irteera, iragazkiak, ukondoak, iragateak eta tolesdurek eratutako galerak. Kasu hobeenetan ere, gutxienez 0,2 mzu-ko galera ematen da.

Hurrengo formularen bitartez kalkulatu daitezke galera guztiak batera:

$\Delta H=[1+f1+f2\times {\frac {L}{G}}+F1+F2]{\frac {V^{2}}{2g}}-{\frac {V_{A}^{2}}{2g}}+h_{ex}+h_{con}$

Marruskadurak eratutako galerak

Hormen eta likidoaren kontaktuaren ondorioz sortutako marruskadura hurrengo formula bidez kalkulatu daiteke:

$h_{F}={\begin{bmatrix}f2\times {\frac {L}{R}}\end{bmatrix}}\cdot {\frac {V^{2}}{2g}}$ , non f tauletan agertuko den koefizientea da, eta erabilitako materialaren araberakoa izango da.

Sarrera eta irteera galerak

Sarrera eta irteeran sortutako galerak hurrengo formularen bidez kalkulatu daitezke, bi kasuetan:

$h_{E}=K\cdot {\frac {V^{2}}{2g}}$

Iragazkiak eratutako galerak

Sifoiaren atal honek galeretan duen eragina kalkulatzeko kontuan hartu behar dira uraren abiadura heltzerakoan eta iragazkiaren geometria bera, zehazki, bere zabalera, lodiera, forma eta materiala eta horizontalarekiko angelua. Kontuan hartu behar da iragazkiaren kokapena sifoien sarreran guztiz beharrezkoa dela, izan ere, sedimentazioa ekiditen laguntzen du eta ume edo ez-baimendutako pertsonen sarrera ekidin dezake.

$h_{S}=K_{S}\cdot {\frac {V^{2}}{2g}}$ , non K balorea tauletan adierazitako datua den, iragazkiaren geometria kontuan izanik.

Ukondo eta tolesdura galerak

Bai ukondoek zein tolesdurek energia galera handia sortzen dute. Kasu honetan, energiaren galera ur emariaren uzkurduragatik ematen da, horren ondorioz uraren uherdura areagotzen baita.

Weisbach-en hurrengo formulaz kalkulatu daitezke ukondoek edota tolesdurek sortutako galerak:

$h_{EL}=F\cdot {\frac {V^{2}}{2g}}$

Trantsizio galerak

Galera mota hauek sifoian sekzio tamaina desberdin biren arteko trantsizioa dagoenean ematen dira. Bi motatakoak izan daitezke: zabalkuntzakoak eta uzkurdurakoak. Trantsizio hauek hainbat arrazoiengatik eraikitzen dira, besteak beste:

• Neurgailuak eta bestelako tresnak kanal barruan instalatu ahal izateko.
• Urradura gutxiagotzeko.
• Segurtasun handiagoa izateko, kanalaren tamaina handituz.
• Harea, lurra eta bestelako hondakinen kantitatea txikitzeko.

Galera horiek hurrengo formularen bidez kalkulatu daitezke, bai mota batekoak zein bestekoak:

$h_{TR}=K\cdot {\begin{bmatrix}{\frac {V^{2}}{2g}}-{\frac {V_{C}^{2}}{2g}}\end{bmatrix}}$

Uzkurdura angelua gehienez 27,5º-koa izatea gomendagarria da, angelurik optimoena 14º-koa izanik. Zabalkuntzako angeluari dagokionez, aldiz, 22,5º edo txikiagoa izatea gomendatzen da.

Ikus, gainera

• Sifoi
• Ubide
• Akueduktu

Bibliografia

• Razzak Al-Husseini, T. Optimum Hidraulic Design For Inverted Siphon. University of Al-Qadisiya / Department of Civil Engineering, 2008
• Miles, JR. / Breen, C. Solving Operational Problems With Inverted Siphons. North Shore City Council / Opus Project Team, 2010
• Trevor Hodge, A. Siphons in Roman Aqueducts. 1983
• Al-Bayati, Dr. Sataa A. Sag Pipe (depressed sewers, or inverted siphons). 2011