Sifón

Un sifón (del griego antiguo σίφων ( síphōn )  'tubo, tubería'; también escrito sifón ) es uno de una amplia variedad de dispositivos que implican el flujo de líquidos a través de tubos. En un sentido más estricto, la palabra se refiere particularmente a un tubo en forma de "U" invertida, que hace que un líquido fluya hacia arriba, por encima de la superficie de un depósito , sin bomba , sino impulsado por la caída del líquido a medida que fluye por el tubo bajo la atracción de la gravedad , para luego descargarse a un nivel inferior a la superficie del depósito del que proviene.

Existen dos teorías principales sobre cómo los sifones hacen que el líquido fluya cuesta arriba, contra la gravedad, sin ser bombeado, y alimentado solo por la gravedad. La teoría tradicional durante siglos fue que la gravedad que empuja el líquido hacia abajo en el lado de salida del sifón resultó en una presión reducida en la parte superior del sifón. ​​Luego, la presión atmosférica pudo empujar el líquido desde el depósito superior, hacia arriba en la presión reducida en la parte superior del sifón, como en un barómetro o una pajita para beber , y luego hacia arriba. ^{[1] [2] [3] [4]} Sin embargo, se ha demostrado que los sifones pueden operar en vacío ^{[4] [5] [6] [7]} y a alturas que exceden la altura barométrica del líquido. ^{[4] [5] [8]} En consecuencia, se ha defendido la teoría de la tensión de cohesión del funcionamiento del sifón, donde el líquido es empujado sobre el sifón de una manera similar a la fuente de cadena . ^[9] No tiene por qué ser una teoría u otra la correcta, sino que ambas teorías pueden ser correctas en diferentes circunstancias de presión ambiental. La presión atmosférica con la teoría de la gravedad no puede explicar los sifones en el vacío, donde no hay una presión atmosférica significativa. Pero la tensión de cohesión con la teoría de la gravedad no puede explicar los sifones de gas CO2, _[ ^10] sifones que funcionan a pesar de las burbujas, y el sifón de gotas voladoras, donde los gases no ejercen fuerzas de tracción significativas y los líquidos que no están en contacto no pueden ejercer una fuerza de tensión cohesiva.

Todas las teorías publicadas conocidas en los tiempos modernos reconocen la ecuación de Bernoulli como una aproximación decente al funcionamiento idealizado del sifón sin fricción.

Los relieves egipcios del año 1500 a. C. representan sifones utilizados para extraer líquidos de grandes recipientes de almacenamiento. ^{[11] [12]}

La evidencia física del uso de sifones por los griegos es la copa de la justicia de Pitágoras en Samos en el siglo VI a. C. y su uso por parte de ingenieros griegos en el siglo III a. C. en Pérgamo . ^{[12] [13]}

Herón de Alejandría escribió extensamente sobre los sifones en el tratado Pneumatica . ^[14]

Los hermanos Banu Musa de Bagdad en el siglo IX inventaron un sifón doble concéntrico, que describieron en su Libro de dispositivos ingeniosos . ^{[15] [16]} La edición editada por Hill incluye un análisis del sifón doble concéntrico.

Los sifones se estudiaron más a fondo en el siglo XVII, en el contexto de las bombas de succión (y las bombas de vacío desarrolladas recientemente ), particularmente con la intención de comprender la altura máxima de las bombas (y los sifones) y el vacío aparente en la parte superior de los primeros barómetros . Esto fue explicado inicialmente por Galileo Galilei a través de la teoría del horror vacui ("la naturaleza aborrece el vacío"), que data de Aristóteles , y que Galileo reiteró como resintenza del vacuo , pero que posteriormente fue refutada por investigadores posteriores, en particular Evangelista Torricelli y Blaise Pascal ^[17]  - ver barómetro: historia .

Un sifón práctico, que funciona a presiones atmosféricas y alturas de tubo típicas, funciona porque la gravedad tira hacia abajo sobre la columna más alta de líquido y deja una presión reducida en la parte superior del sifón (formalmente, presión hidrostática cuando el líquido no se mueve). Esta presión reducida en la parte superior significa que la gravedad tira hacia abajo sobre la columna más corta de líquido no es suficiente para mantener el líquido estacionario contra la presión atmosférica que lo empuja hacia arriba, hacia la zona de presión reducida en la parte superior del sifón. ​​De modo que el líquido fluye desde el área de mayor presión del depósito superior hasta la zona de menor presión en la parte superior del sifón, sobre la parte superior y luego, con la ayuda de la gravedad y una columna más alta de líquido, hacia abajo hasta la zona de mayor presión en la salida. ^{[2] [18]}

El modelo de cadena es un modelo conceptual útil, pero no completamente preciso, de un sifón. ​​El modelo de cadena ayuda a entender cómo un sifón puede hacer que el líquido fluya cuesta arriba, impulsado únicamente por la fuerza descendente de la gravedad. A veces se puede pensar en un sifón como una cadena que cuelga de una polea, con un extremo de la cadena apilado sobre una superficie más alta que el otro. Dado que la longitud de la cadena del lado más corto es más ligera que la longitud de la cadena del lado más alto, la cadena más pesada del lado más alto se moverá hacia abajo y tirará hacia arriba de la cadena del lado más ligero. De manera similar a un sifón, el modelo de cadena obviamente solo se impulsa por la gravedad que actúa sobre el lado más pesado, y claramente no hay violación de la conservación de la energía, porque la cadena, en última instancia, solo se mueve de una ubicación más alta a una más baja, como lo hace el líquido en un sifón.

Existen varios problemas con el modelo de cadena de un sifón, y comprender estas diferencias ayuda a explicar el funcionamiento real de los sifones. En primer lugar, a diferencia del modelo de cadena del sifón, en realidad no es el peso del lado más alto en comparación con el lado más corto lo que importa. Más bien, es la diferencia de altura desde las superficies del depósito hasta la parte superior del sifón, lo que determina el equilibrio de presión . Por ejemplo, si el tubo que va del depósito superior a la parte superior del sifón tiene un diámetro mucho mayor que la sección más alta del tubo que va del depósito inferior a la parte superior del sifón, la sección superior más corta del sifón puede tener un peso de líquido mucho mayor en su interior, y sin embargo, el volumen más ligero de líquido en el tubo inferior puede hacer subir el líquido por el tubo superior más grueso, y el sifón puede funcionar normalmente. ^[19]

Otra diferencia es que, en la mayoría de las circunstancias prácticas, los gases disueltos, la presión de vapor y (a veces) la falta de adherencia con las paredes del tubo, conspiran para hacer que la resistencia a la tracción dentro del líquido sea ineficaz para el sifón. ​​Por lo tanto, a diferencia de una cadena, que tiene una resistencia a la tracción significativa, los líquidos suelen tener poca resistencia a la tracción en condiciones típicas de sifón y, por lo tanto, el líquido en el lado ascendente no puede ser succionado hacia arriba de la misma manera que se succiona la cadena en el lado ascendente. ^{[7] [18]}

Un malentendido ocasional sobre los sifones es que dependen de la resistencia a la tracción del líquido para empujarlo hacia arriba y por encima del nivel del agua. ^{[2] [18]} Si bien se ha descubierto que el agua tiene una resistencia a la tracción significativa en algunos experimentos (como con el tubo z ^[20] ), y los sifones en vacío dependen de dicha cohesión, se puede demostrar fácilmente que los sifones comunes no necesitan ninguna resistencia a la tracción del líquido para funcionar. ^{[7] [2] [18]} Además, dado que los sifones comunes operan a presiones positivas en todo el sifón, no hay contribución de la resistencia a la tracción del líquido, porque las moléculas en realidad se repelen entre sí para resistir la presión, en lugar de tirarse unas de otras. ^[7]

Para demostrarlo, se puede tapar la parte inferior más larga de un sifón común y llenarlo casi hasta el borde con líquido, como se muestra en la figura, dejando la parte superior y la parte superior más corta completamente secas y conteniendo solo aire. Cuando se quita el tapón y se deja caer el líquido de la parte inferior más larga, el líquido del depósito superior barrerá la burbuja de aire hacia abajo y fuera del tubo. El aparato seguirá funcionando como un sifón normal. Como no hay contacto entre el líquido de ambos lados del sifón al comienzo de este experimento, no puede haber cohesión entre las moléculas de líquido para empujar el líquido hacia arriba. Los defensores de la teoría de la resistencia a la tracción del líquido han sugerido que el sifón de arranque con aire solo demuestra el efecto cuando el sifón comienza a funcionar, pero que la situación cambia después de que la burbuja es barrida y el sifón logra un flujo constante. Pero se puede ver un efecto similar en el sifón de gotas voladoras (ver arriba). El sifón de gotas voladoras funciona continuamente sin que la resistencia a la tracción del líquido tire del líquido hacia arriba.

El sifón que se muestra en el vídeo funcionó de forma constante durante más de 28 minutos hasta que se vació el depósito superior. Otra demostración sencilla de que no se necesita resistencia a la tracción del líquido en el sifón es simplemente introducir una burbuja en el sifón durante el funcionamiento. La burbuja puede ser lo suficientemente grande como para desconectar por completo los líquidos del tubo antes y después de la burbuja, anulando así cualquier resistencia a la tracción del líquido y, sin embargo, si la burbuja no es demasiado grande, el sifón seguirá funcionando con pocos cambios a medida que barre la burbuja.

Otro error muy común sobre los sifones es que, como la presión atmosférica es prácticamente idéntica en la entrada y la salida, la presión atmosférica se anula y, por lo tanto, la presión atmosférica no puede empujar el líquido hacia arriba en el sifón. ​​Pero las fuerzas iguales y opuestas pueden no anularse por completo si hay una fuerza intermedia que contrarresta alguna o todas las fuerzas. En el sifón, la presión atmosférica en la entrada y la salida se reducen por la fuerza de la gravedad que empuja hacia abajo el líquido en cada tubo, pero la presión en el lado inferior se reduce más por la columna de líquido más alta en el lado inferior. En efecto, la presión atmosférica que sube por el lado inferior no "llega" completamente a la parte superior para anular toda la presión atmosférica que empuja hacia arriba por el lado superior. Este efecto se puede ver más fácilmente en el ejemplo de dos carros que se empujan hacia arriba por lados opuestos de una colina. Como se muestra en el diagrama, aunque la persona de la izquierda parece tener su empuje anulado por completo por el empuje igual y opuesto de la persona de la derecha, el empuje aparentemente anulado de la persona de la izquierda sigue siendo la fuente de la fuerza que empuja el carro izquierdo hacia arriba.

En algunas situaciones, los sifones funcionan en ausencia de presión atmosférica y debido a la resistencia a la tracción (ver sifones de vacío), y en estas situaciones el modelo de cadena puede ser instructivo. Además, en otros entornos, el transporte de agua ocurre debido a la tensión, más significativamente en la tracción transpiratoria en el xilema de las plantas vasculares . ^{[2] [21]} El agua y otros líquidos pueden parecer no tener resistencia a la tracción porque cuando se recoge un puñado y se tira de él, los líquidos se estrechan y se separan sin esfuerzo. Pero la resistencia a la tracción del líquido en un sifón es posible cuando el líquido se adhiere a las paredes del tubo y, por lo tanto, resiste el estrechamiento. Cualquier contaminación en las paredes del tubo, como grasa o burbujas de aire, u otras influencias menores como turbulencia o vibración, pueden hacer que el líquido se desprenda de las paredes y pierda toda la resistencia a la tracción.

En más detalle, se puede observar cómo varía la presión hidrostática a través de un sifón estático, considerando a su vez el tubo vertical del depósito superior, el tubo vertical del depósito inferior y el tubo horizontal que los conecta (asumiendo una forma de U). En el nivel del líquido en el depósito superior, el líquido está bajo presión atmosférica y, a medida que uno sube por el sifón, la presión hidrostática disminuye (bajo variación de presión vertical ), ya que el peso de la presión atmosférica que empuja el agua hacia arriba se contrarresta con la columna de agua en el sifón que empuja hacia abajo (hasta que se alcanza la altura máxima de un barómetro/sifón, punto en el que el líquido no puede ser empujado más alto) - la presión hidrostática en la parte superior del tubo es entonces menor que la presión atmosférica en una cantidad proporcional a la altura del tubo. Haciendo el mismo análisis en el tubo que sube desde el depósito inferior se obtiene la presión en la parte superior de ese tubo (vertical); Esta presión es menor porque el tubo es más largo (hay más agua empujando hacia abajo) y requiere que el depósito inferior esté más bajo que el depósito superior, o más generalmente que la salida de descarga simplemente esté más baja que la superficie del depósito superior. Considerando ahora el tubo horizontal que los conecta, uno ve que la presión en la parte superior del tubo desde el depósito superior es más alta (ya que se está elevando menos agua), mientras que la presión en la parte superior del tubo desde el depósito inferior es más baja (ya que se está elevando más agua), y dado que los líquidos se mueven de alta presión a baja presión, el líquido fluye a través del tubo horizontal desde el depósito superior al depósito inferior. El líquido está bajo presión positiva (compresión) a lo largo del tubo, no tensión.

La ecuación de Bernoulli se considera en la literatura científica como una buena aproximación al funcionamiento del sifón. ​​En fluidos no ideales, la compresibilidad, la resistencia a la tracción y otras características del fluido de trabajo (o de varios fluidos) complican la ecuación de Bernoulli.

Una vez que se pone en marcha, el sifón no necesita energía adicional para mantener el líquido fluyendo hacia arriba y hacia afuera del depósito. El sifón extraerá líquido del depósito hasta que el nivel caiga por debajo de la entrada, lo que permitirá que el aire u otro gas circundante rompan el sifón, o hasta que la salida del sifón iguale el nivel del depósito, lo que ocurra primero.

Además de la presión atmosférica , la densidad del líquido y la gravedad , la altura máxima de la cresta en sifones prácticos está limitada por la presión de vapor del líquido. Cuando la presión dentro del líquido cae por debajo de la presión de vapor del líquido, pueden comenzar a formarse pequeñas burbujas de vapor en el punto más alto y el efecto sifón terminará. Este efecto depende de la eficiencia con la que el líquido pueda nuclear burbujas; en ausencia de impurezas o superficies rugosas que actúen como sitios de nucleación fáciles para las burbujas, los sifones pueden exceder temporalmente su altura máxima estándar durante el tiempo prolongado que tardan las burbujas en nuclearse. Se demostró un sifón de agua desgasificada a 24  m (79 pies ) durante un período prolongado de tiempo ^[8] y otros experimentos controlados a 10  m (33 pies ). ^[22] Para el agua a presión atmosférica estándar , la altura máxima del sifón es de aproximadamente 10 m (33 pies); para el mercurio es de 76 cm (30 pulgadas ), que es la definición de presión estándar. Esto equivale a la altura máxima de una bomba de succión , que funciona según el mismo principio. ^{[17] [23]} La relación de alturas (aproximadamente 13,6) es igual a la relación de densidades de agua y mercurio (a una temperatura dada), ya que la columna de agua (resp. mercurio) se equilibra con la columna de aire produciendo presión atmosférica y, de hecho, la altura máxima es (descuidando la presión de vapor y la velocidad del líquido) inversamente proporcional a la densidad del líquido.

En 1948, Malcolm Nokes investigó sifones que trabajaban tanto a presión atmosférica como en vacío parcial ; para los sifones en vacío, concluyó: "La fuerza gravitacional sobre la columna de líquido en el tubo de bajada menos la fuerza gravitacional en el tubo de subida hace que el líquido se mueva. Por lo tanto, el líquido está en tensión y soporta una deformación longitudinal que, en ausencia de factores perturbadores, es insuficiente para romper la columna de líquido". Pero para los sifones de pequeña altura de subida que trabajaban a presión atmosférica, escribió: "... la tensión de la columna de líquido se neutraliza y se invierte por el efecto compresivo de la atmósfera en los extremos opuestos de la columna de líquido". ^[7]

En 1971, Potter y Barnes, de la Universidad de Edimburgo, volvieron a estudiar los sifones. Reexaminaron las teorías sobre el sifón y realizaron experimentos con sifones bajo presión atmosférica. Llegaron a la siguiente conclusión: "A esta altura debería estar claro que, a pesar de la gran cantidad de tradición, el mecanismo básico de un sifón no depende de la presión atmosférica". ^[24]

La gravedad , la presión y la cohesión molecular fueron el foco de trabajo de Hughes en 2010 en la Universidad Tecnológica de Queensland . Utilizó sifones a presión de aire y su conclusión fue: "El flujo de agua que sale del fondo de un sifón depende de la diferencia de altura entre la entrada y la salida, y por lo tanto no puede depender de la presión atmosférica..." ^[21] Hughes realizó más trabajos sobre sifones a presión de aire en 2011 y concluyó: "Los experimentos descritos anteriormente demuestran que los sifones ordinarios a presión atmosférica funcionan por gravedad y no por presión atmosférica". ^[25]

En 2011, los investigadores Ramette y Ramette, padre e hijo, lograron extraer dióxido de carbono mediante sifón bajo presión de aire y concluyeron que la cohesión molecular no es necesaria para el funcionamiento de un sifón, pero: "La explicación básica del funcionamiento del sifón es que, una vez que el tubo está lleno, el flujo se inicia por la mayor atracción de la gravedad sobre el fluido en el lado más largo en comparación con la del lado más corto. Esto crea una caída de presión en todo el tubo del sifón, en el mismo sentido en que "succionar" una pajita reduce la presión a lo largo de su longitud hasta el punto de entrada. La presión atmosférica ambiental en el punto de entrada responde a la presión reducida forzando al fluido hacia arriba, manteniendo el flujo, al igual que en una pajita succionada de manera constante en un batido". ^[1]

Nuevamente en 2011, Richert y Binder (en la Universidad de Hawaii ) examinaron el sifón y concluyeron que la cohesión molecular no es necesaria para el funcionamiento de un sifón, sino que depende de la gravedad y de un diferencial de presión, escribiendo: "A medida que el fluido inicialmente preparado en la pata larga del sifón se precipita hacia abajo debido a la gravedad, deja atrás un vacío parcial que permite que la presión en el punto de entrada del recipiente más alto empuje el fluido hacia arriba por la pata de ese lado". ^[2]

El equipo de investigación de Boatwright, Puttick y Licence, todos de la Universidad de Nottingham , logró hacer funcionar un sifón en alto vacío , también en 2011. Escribieron: "Se cree ampliamente que el sifón es impulsado principalmente por la fuerza de la presión atmosférica. Se describe un experimento que muestra que un sifón puede funcionar incluso en condiciones de alto vacío. Se demuestra que la cohesión molecular y la gravedad son factores que contribuyen al funcionamiento de un sifón; no se requiere la presencia de una presión atmosférica positiva". ^[26]

En un artículo publicado en Physics Today en 2011, J. Dooley, de la Universidad Millersville, afirmó que para que un sifón funcione se requiere tanto una diferencia de presión dentro del tubo del sifón como la resistencia a la tracción del líquido. ^[27]

En 2012, un investigador de la Universidad Estatal de Humboldt , A. McGuire, examinó el flujo en sifones. Utilizando el paquete avanzado de software de simulación multifísica de propósito general LS-DYNA, examinó la inicialización de la presión, el flujo y la propagación de la presión dentro de un sifón. ​​Concluyó: "La presión, la gravedad y la cohesión molecular pueden ser fuerzas impulsoras en el funcionamiento de los sifones". ^[3]

En 2014, Hughes y Gurung (de la Universidad Tecnológica de Queensland) hicieron funcionar un sifón de agua bajo distintas presiones de aire, desde el nivel del mar hasta 11,9 km (39 000  pies de altitud. Observaron: "El flujo se mantuvo más o menos constante durante la ascensión, lo que indica que el flujo del sifón es independiente de la presión barométrica ambiental ". Utilizaron la ecuación de Bernoulli y la ecuación de Poiseuille para examinar los diferenciales de presión y el flujo de fluido dentro de un sifón. ​​Su conclusión fue: "Del análisis anterior se desprende que debe haber una conexión cohesiva directa entre las moléculas de agua que fluyen dentro y fuera de un sifón. ​​Esto es cierto en todas las presiones atmosféricas en las que la presión en el vértice del sifón es superior a la presión de vapor del agua, con la excepción de los líquidos iónicos". ^[28]

Un tubo simple puede usarse como sifón. ​​Se debe aplicar una bomba externa para iniciar el flujo del líquido y cebar el sifón (en el uso doméstico, esto se hace a menudo mediante una persona que inhala a través del tubo hasta que se llena lo suficiente con líquido; esto puede representar un peligro para el usuario, dependiendo del líquido que se esté sifonando). Esto a veces se hace con cualquier manguera a prueba de fugas para sifonar gasolina desde el tanque de gasolina de un vehículo de motor a un tanque externo. (Sifonar gasolina con la boca a menudo da como resultado la ingestión accidental de gasolina o su aspiración hacia los pulmones, lo que puede causar la muerte o daño pulmonar. ^[29] ) Si el tubo se inunda con líquido antes de que parte del tubo se eleve por encima del punto alto intermedio y se tiene cuidado de mantener el tubo inundado mientras se eleva, no se necesita bomba. Los dispositivos que se venden como sifones a menudo vienen con una bomba de sifón para iniciar el proceso de sifón.

En algunas aplicaciones puede resultar útil utilizar tuberías de sifón que no sean mucho más grandes de lo necesario. El uso de tuberías de un diámetro demasiado grande y luego la limitación del flujo mediante válvulas o tuberías restrictivas parece aumentar el efecto de las preocupaciones citadas anteriormente sobre los gases o vapores que se acumulan en la cresta y que sirven para romper el vacío. Si el vacío se reduce demasiado, se puede perder el efecto sifón. ​​Reducir el tamaño de la tubería utilizada para aproximarla a los requisitos parece reducir este efecto y crea un sifón más funcional que no requiere un recebado y reinicio constantes. En este sentido, cuando el requisito es hacer coincidir un flujo que ingresa a un recipiente con un flujo que sale de dicho recipiente (para mantener un nivel constante en un estanque alimentado por un arroyo, por ejemplo), sería preferible utilizar dos o tres tuberías paralelas separadas más pequeñas que se puedan iniciar según sea necesario en lugar de intentar utilizar una sola tubería grande e intentar limitarla.

Los sifones se emplean a veces como máquinas automáticas en situaciones en las que es deseable convertir un flujo continuo o un flujo irregular de pequeñas cantidades en un gran volumen de volumen. Un ejemplo común de esto es un baño público con urinarios que se vacían regularmente mediante un sifón automático en un pequeño tanque de agua en la parte superior. Cuando el recipiente se llena, se libera todo el líquido almacenado, que emerge como un gran volumen de volumen que luego se reinicia y se llena nuevamente. Una forma de realizar esta acción intermitente implica maquinaria compleja como flotadores, cadenas, palancas y válvulas, pero estas pueden corroerse, desgastarse o atascarse con el tiempo. Un método alternativo es con tuberías y cámaras rígidas, utilizando solo el agua en un sifón como mecanismo operativo.

Un sifón utilizado en un dispositivo automático sin supervisión debe poder funcionar de manera confiable sin fallas. Esto se diferencia de los sifones de arranque automático de demostración comunes en que existen formas en que el sifón puede dejar de funcionar y requerir una intervención manual para volver al funcionamiento normal del flujo de aumento. Aquí se puede encontrar una demostración en video de un sifón de arranque automático, cortesía de The Curiosity Show .

La falla más común es que el líquido gotee lentamente, al ritmo en que se llena el recipiente, y el sifón entra en una condición de estado estable no deseada. Para evitar el goteo, generalmente se utilizan principios neumáticos para atrapar una o más burbujas de aire grandes en varias tuberías, que se sellan con trampas de agua. Este método puede fallar si no puede comenzar a funcionar de manera intermitente sin que ya haya agua presente en partes del mecanismo, y que no se llenará si el mecanismo comienza desde un estado seco.

Un segundo problema es que las bolsas de aire atrapadas se encogerán con el tiempo si el sifón no funciona debido a la falta de flujo de entrada. El aire de las bolsas es absorbido por el líquido, que lo arrastra hacia la tubería hasta que la bolsa de aire desaparece y puede provocar la activación del flujo de agua fuera del rango normal de funcionamiento cuando el tanque de almacenamiento no está lleno, lo que provoca la pérdida del sello de líquido en las partes inferiores del mecanismo.

Un tercer problema se presenta cuando el extremo inferior del sello de líquido es simplemente una curva en forma de U en una tubería de salida. Durante un vaciado vigoroso, el movimiento cinético del líquido que sale por la salida puede expulsar demasiado líquido, lo que provoca una pérdida del volumen de sellado en la trampa de salida y la pérdida de la burbuja de aire atrapada para mantener el funcionamiento intermitente.

Un cuarto problema son los orificios de filtración en el mecanismo, destinados a rellenar lentamente estas distintas cámaras de sellado cuando el sifón está seco. Los orificios de filtración pueden obstruirse con residuos y corrosión, lo que requiere una limpieza e intervención manual. Para evitarlo, el sifón puede limitarse a fuentes de líquido puro, sin sólidos ni precipitados.

Se han inventado muchos sifones automáticos desde al menos la década de 1850, para mecanismos de sifón automático que intentan superar estos problemas utilizando varios principios neumáticos e hidrodinámicos.

Cuando es necesario purificar ciertos líquidos, el sifonado puede ayudar a evitar que el fondo ( restos ) o la superficie ( espuma y restos) se transfieran de un recipiente a otro. Por este motivo, el sifonado es útil en la fermentación del vino y la cerveza, ya que puede evitar que las impurezas no deseadas entren en el nuevo recipiente.

Los sifones de construcción propia, hechos de tubos o tuberías, se pueden utilizar para evacuar el agua de los sótanos después de las inundaciones. Entre el sótano inundado y un lugar más profundo en el exterior se construye una conexión, utilizando un tubo o algunas tuberías. Se llenan de agua a través de una válvula de entrada (en el extremo más alto de la construcción). Cuando se abren los extremos, el agua fluye a través de la tubería hacia el alcantarillado o el río.

El sifonaje es común en los campos irrigados para transferir una cantidad controlada de agua desde una zanja, sobre el muro de la zanja, hacia los surcos.

Los sifones grandes se pueden utilizar en las obras hidráulicas municipales y en la industria. Su tamaño requiere un control a través de válvulas en la entrada, la salida y la cresta del sifón. ​​El sifón se puede cebar cerrando la entrada y las salidas y llenando el sifón en la cresta. Si las entradas y las salidas están sumergidas, se puede aplicar una bomba de vacío en la cresta para cebar el sifón. ​​Alternativamente, el sifón se puede cebar con una bomba en la entrada o la salida. El gas en el líquido es un problema en los sifones grandes. ^[30] El gas tiende a acumularse en la cresta y si se acumula lo suficiente como para interrumpir el flujo de líquido, el sifón deja de funcionar. El sifón en sí mismo agravará el problema porque a medida que el líquido sube a través del sifón, la presión cae, lo que hace que los gases disueltos dentro del líquido salgan de la solución. Una temperatura más alta acelera la liberación de gas de los líquidos, por lo que mantener una temperatura baja constante ayuda. Cuanto más tiempo esté el líquido en el sifón, más gas se libera, por lo que un sifón más corto en general ayuda. Los puntos altos locales atraparán el gas, por lo que las secciones de entrada y salida deben tener pendientes continuas sin puntos altos intermedios. El flujo del líquido mueve las burbujas, por lo que la sección de entrada puede tener una pendiente suave, ya que el flujo empujará las burbujas de gas hacia la cresta. Por el contrario, la sección de salida debe tener una pendiente pronunciada para permitir que las burbujas se muevan contra el flujo del líquido; aunque otros diseños también requieren una pendiente suave en la sección de salida para permitir que las burbujas salgan del sifón. ​​En la cresta, el gas puede quedar atrapado en una cámara por encima de la cresta. La cámara debe cebarse de vez en cuando nuevamente con líquido para eliminar el gas.

Un pluviómetro de sifón es un medidor de lluvia que puede registrar la cantidad de lluvia durante un período prolongado. Se utiliza un sifón para vaciar automáticamente el medidor. A menudo se lo denomina simplemente "medidor de sifón" y no debe confundirse con un medidor de presión de sifón.

A partir de 2022, se está implementando un método de drenaje por sifón en varias autopistas. Estudios recientes descubrieron que puede reducir el nivel de agua subterránea detrás de los muros de contención de las autopistas y no hubo indicios de obstrucciones. Este nuevo sistema de drenaje se está utilizando como un método a largo plazo para limitar el riesgo de fugas en el muro de contención. ^[31] El drenaje por sifón también se utiliza para drenar pendientes inestables, y los sistemas de drenaje de agua de techo por sifón se han utilizado desde la década de 1960. ^{[32] [33]}

Un aliviadero de sifón en una presa no suele ser técnicamente un sifón, ya que se utiliza generalmente para drenar niveles elevados de agua. ^[34] Sin embargo, un aliviadero de sifón funciona como un sifón real si eleva el flujo por encima de la superficie del depósito de origen, como a veces sucede cuando se utiliza en riego. ^{[35] [21]} En funcionamiento, un aliviadero de sifón se considera un "flujo de tubería" o "flujo de conducto cerrado". ^[36] Un flujo de aliviadero normal está presurizado por la altura del depósito por encima del aliviadero, mientras que el caudal de un sifón se rige por la diferencia de altura de la entrada y la salida. ^{[ cita requerida ]} Algunos diseños hacen uso de un sistema automático que utiliza el flujo de agua en un vórtice espiral para eliminar el aire de encima para cebar el sifón. ​​Tal diseño incluye el sifón de voluta. ^[37]

Los inodoros con cisterna a menudo tienen un efecto sifón cuando la taza se vacía.

Algunos inodoros también utilizan el principio del sifón para obtener la descarga real de la cisterna . La descarga se activa mediante una palanca o manija que opera una simple bomba de pistón similar a un diafragma que eleva suficiente agua hasta la cresta del sifón para iniciar el flujo de agua que luego vacía completamente el contenido de la cisterna en la taza del inodoro. La ventaja de este sistema era que no se filtraba agua de la cisterna excepto cuando se descargaba. Estos eran obligatorios en el Reino Unido hasta 2011. ^{[38] [ verificación fallida ]}

Los primeros urinarios incorporaban un sifón en la cisterna que se descargaba automáticamente en un ciclo regular porque había un goteo constante de agua limpia que llegaba a la cisterna mediante una válvula ligeramente abierta.

Mientras que si ambos extremos de un sifón están a presión atmosférica, el líquido fluye de arriba hacia abajo, si el extremo inferior de un sifón está presurizado, el líquido puede fluir de abajo hacia arriba. Si se elimina la presión del extremo inferior, el flujo de líquido se invertirá, lo que demuestra que es la presión la que impulsa al sifón. ​​Un ejemplo cotidiano de esto es la cafetera de sifón , que funciona de la siguiente manera (los diseños varían; este es un diseño estándar, que omite los posos de café):

• Un recipiente de vidrio se llena con agua y luego se tapa (de manera hermética) con un sifón que sobresale verticalmente hacia arriba.
• Se coloca otro recipiente de vidrio encima, abierto a la atmósfera: el recipiente superior está vacío, el inferior está lleno de agua.
• Luego se calienta el recipiente inferior; a medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión de vapor del agua (se evapora cada vez más); cuando el agua hierve, la presión de vapor es igual a la presión atmosférica, y a medida que la temperatura aumenta por encima del punto de ebullición, la presión en el recipiente inferior excede la presión atmosférica y empuja el agua hacia arriba por el tubo del sifón hasta el recipiente superior.
• Una pequeña cantidad de agua aún caliente y vapor permanecen en el recipiente inferior y se mantienen calientes, y esta presión mantiene el agua en el recipiente superior.
• Cuando se elimina el calor del recipiente inferior, la presión de vapor disminuye y ya no puede sostener la columna de agua: la gravedad (que actúa sobre el agua) y la presión atmosférica empujan el agua nuevamente hacia el recipiente inferior.

En la práctica, el recipiente superior se llena con posos de café y, cuando el café ha terminado de prepararse, se elimina el calor del recipiente inferior. Lo que significa concretamente la presión de vapor es que el agua hirviendo convierte el agua de alta densidad (un líquido) en vapor de baja densidad (un gas), que se expande y ocupa más volumen (en otras palabras, aumenta la presión). Esta presión del vapor en expansión hace que el líquido suba por el sifón; cuando el vapor se condensa y se convierte en agua, la presión disminuye y el líquido vuelve a fluir hacia abajo.

Aunque un sifón simple no puede descargar líquido a un nivel superior al del depósito de origen, un dispositivo más complicado que utilice una cámara de medición hermética en la cresta y un sistema de válvulas automáticas puede descargar líquido de forma continua, a un nivel superior al del depósito de origen, sin que se añada energía de bombeo externa. Puede lograr esto a pesar de lo que inicialmente parece ser una violación de la conservación de la energía porque puede aprovechar la energía de un gran volumen de líquido que cae a cierta distancia, para elevar y descargar un pequeño volumen de líquido por encima del depósito de origen. Por lo tanto, podría decirse que "requiere" una gran cantidad de líquido que cae para alimentar la dispensación de una pequeña cantidad. Un sistema de este tipo funciona normalmente de forma cíclica o de arranque/parada, pero de forma continua y autoalimentada. ^{[39] [40]} Las bombas de ariete no funcionan de esta manera. Estas bombas dosificadoras son verdaderos dispositivos de bombeo por sifón que utilizan sifones como fuente de energía.

Un sifón invertido no es un sifón sino un término que se aplica a las tuberías que deben sumergirse debajo de una obstrucción para formar un camino de flujo en forma de U.

Los grandes sifones invertidos se utilizan para transportar agua que se transporta en canales o canales a través de valles, para riego o para la minería de oro. Los romanos usaban sifones invertidos de tuberías de plomo para cruzar valles que eran demasiado grandes para construir un acueducto . ^{[41] [42] [43]}

Los sifones invertidos se denominan comúnmente sifones por su función de impedir que los gases cloacales vuelvan a salir de las alcantarillas ^[44] y, a veces, permiten recuperar objetos densos como anillos y componentes electrónicos después de caer en un desagüe. ^{[45] [46]} El líquido que fluye por un extremo simplemente lo obliga a subir y salir por el otro extremo, pero los sólidos como la arena se acumularán. Esto es especialmente importante en los sistemas de alcantarillado o las alcantarillas que deben pasar por debajo de ríos u otras obstrucciones profundas, donde el término más adecuado es "alcantarilla deprimida". ^{[47] [48]}

El sifonaje inverso es un término de plomería que se aplica a la inversión del flujo normal de agua en un sistema de plomería debido a una presión muy reducida o negativa en el lado del suministro de agua , como una alta demanda de suministro de agua por parte de los bomberos ; ^[49] no es un sifón real, ya que es succión . ^[50] El sifonaje inverso es raro, ya que depende de entradas sumergidas en el extremo de salida (casa) y estas son poco comunes. ^[51] El sifonaje inverso no debe confundirse con el reflujo ; que es el flujo inverso de agua desde el extremo de salida al extremo de suministro causado por la presión que se produce en el extremo de salida. ^[51] Además, los códigos de construcción generalmente exigen una válvula de retención donde el suministro de agua ingresa a un edificio para evitar el reflujo hacia el sistema de agua potable .

Los códigos de construcción a menudo contienen secciones específicas sobre sifonaje inverso y especialmente para grifos externos (ver la cita de código de construcción de muestra, a continuación). Los dispositivos de prevención de reflujo, como las válvulas antisifón ^[52], son necesarios en tales diseños. La razón es que los grifos externos pueden estar conectados a mangueras que pueden estar sumergidas en un cuerpo de agua externo, como un estanque de jardín , una piscina , un acuario o una lavadora . En estas situaciones, el flujo no deseado no es en realidad el resultado de un sifón, sino la succión debido a la presión reducida en el lado del suministro de agua. Si la presión dentro del sistema de suministro de agua cae, el agua externa puede regresar por contrapresión al sistema de agua potable a través del grifo. Otro posible punto de contaminación es la entrada de agua en el tanque del inodoro. Aquí también se requiere una válvula antisifón para evitar que las caídas de presión en la línea de suministro de agua succionen agua del tanque del inodoro (que puede contener aditivos como "azul de inodoro" ^{[53] ) y contaminen el sistema de agua. Las válvulas antisifón funcionan como una} válvula de retención unidireccional .

Las válvulas antisifón también se utilizan en medicina. La hidrocefalia , o exceso de líquido en el cerebro, puede tratarse con una derivación que drena el líquido cefalorraquídeo del cerebro. Todas las derivaciones tienen una válvula para aliviar el exceso de presión en el cerebro. La derivación puede conducir a la cavidad abdominal de manera que la salida de la derivación sea significativamente más baja que la entrada de la derivación cuando el paciente está de pie. De este modo, puede producirse un efecto sifón y, en lugar de simplemente aliviar el exceso de presión, la derivación puede actuar como un sifón, drenando completamente el líquido cefalorraquídeo del cerebro. La válvula de la derivación puede estar diseñada para evitar esta acción de sifón, de modo que la presión negativa en el drenaje de la derivación no resulte en un drenaje excesivo. Solo el exceso de presión positiva desde dentro del cerebro debería resultar en drenaje. ^{[54] [55] [56]}

La válvula antisifón en los shunts médicos impide el flujo excesivo de líquido hacia adelante. En los sistemas de plomería, la válvula antisifón evita el reflujo.

Ejemplo de reglamento del código de construcción sobre "sifonaje inverso" de la provincia canadiense de Ontario : ^[57]

7.6.2.3.Sifonaje inverso

1. Todo sistema de agua potable que abastezca un artefacto o tanque que no esté sujeto a presiones superiores a la atmosférica deberá estar protegido contra el sifonaje inverso mediante un dispositivo antirreflujo .
2. Cuando un suministro de agua potable esté conectado a una caldera, tanque, camisa de enfriamiento, sistema de riego de césped u otro dispositivo donde un fluido no potable pueda estar bajo presión superior a la atmosférica o la salida de agua pueda estar sumergida en el fluido no potable, el suministro de agua deberá estar protegido contra el reflujo mediante un dispositivo antirreflujo.
3. Cuando se instala una llave de manguera en el exterior de un edificio, en el interior de un garaje o donde existe un riesgo identificable de contaminación, el sistema de agua potable deberá estar protegido contra el reflujo mediante un dispositivo antirreflujo.

Junto con las válvulas antisifón, también existen dispositivos antisifón . ​​Ambos no están relacionados en cuanto a su aplicación. El sifón se puede utilizar para extraer combustible de los tanques. Con el aumento del costo del combustible, se lo ha vinculado en varios países con el aumento del robo de combustible . Los camiones, con sus grandes tanques de combustible, son los más vulnerables. El dispositivo antisifón evita que los ladrones inserten un tubo en el tanque de combustible.

El término barómetro de sifón se aplica a veces al más simple de los barómetros de mercurio . Un tubo continuo en forma de U del mismo diámetro en todos sus extremos está sellado en un extremo y lleno de mercurio. Cuando se coloca en posición vertical, en "U", el mercurio fluirá desde el extremo sellado, formando un vacío parcial, hasta que se equilibre con la presión atmosférica en el otro extremo. El término "sifón" deriva de la creencia de que la presión del aire está involucrada en el funcionamiento de un sifón. ​​La diferencia de altura del fluido entre los dos brazos del tubo en forma de U es la misma que la altura intermedia máxima de un sifón. ​​Cuando se utiliza para medir presiones distintas a la atmosférica, un barómetro de sifón a veces se denomina manómetro de sifón ; estos no son sifones, sino que siguen un diseño estándar en forma de U ^[58], lo que da lugar al término. Los barómetros de sifón todavía se producen como instrumentos de precisión. ^[59] Los barómetros de sifón no deben confundirse con un pluviómetro de sifón., ^[60]

Una botella sifón (también llamada sifón de soda o, arcaicamente, sifoide ^[61] ) es una botella presurizada con un respiradero y una válvula. No es un sifón, ya que la presión dentro de la botella impulsa el líquido hacia arriba y hacia afuera por un tubo. Una forma especial era el gasógeno .

Un sifón es un depósito (colgante) de pintura conectado a una pistola rociadora; no es un sifón, ya que una bomba de vacío extrae la pintura. ^[62] Este nombre se utiliza para distinguirlo de los depósitos alimentados por gravedad. Un uso arcaico del término es el de una taza de aceite en la que el aceite se transporta fuera de la taza a través de una mecha o tubo de algodón hasta una superficie que se va a lubricar; esto no es un sifón, sino un ejemplo de acción capilar .

El sifón de Heron no es un sifón, ya que funciona como una bomba de presión impulsada por la gravedad. ^{[63] [64]} A primera vista parece ser una máquina de movimiento perpetuo , pero se detendrá cuando se agote el aire en la bomba de cebado. En una configuración ligeramente diferente, también se lo conoce como fuente de Heron . ^[65]

Un sifón Venturi , también conocido como eductor , no es un sifón sino una forma de bomba de vacío que utiliza el efecto Venturi de fluidos que fluyen rápidamente (por ejemplo, aire), para producir bajas presiones para succionar otros fluidos; un ejemplo común es el carburador . Ver cabezal de presión . La baja presión en la garganta del venturi se llama sifón cuando se introduce un segundo fluido, o aspirador cuando el fluido es aire, este es un ejemplo de la idea errónea de que la presión del aire es la fuerza operativa de los sifones.

A pesar del nombre, el drenaje de techo sifónico no funciona como un sifón; la tecnología hace uso del bombeo de vacío inducido por gravedad ^[66] para transportar agua horizontalmente desde múltiples desagües de techo a un solo bajante y para aumentar la velocidad del flujo. ^[67] Los deflectores de metal en las entradas de los desagües del techo reducen la inyección de aire, lo que aumenta la eficiencia del sistema. ^[68] Un beneficio de esta técnica de drenaje es la reducción de los costos de capital en la construcción en comparación con el drenaje de techo tradicional. ^[66] Otro beneficio es la eliminación de la inclinación o gradiente de la tubería requerida para las tuberías de drenaje de techo convencionales. Sin embargo, este sistema de bombeo por gravedad es principalmente adecuado para edificios grandes y no suele ser adecuado para propiedades residenciales. ^[68]

El término autosifón se utiliza de varias maneras. Los líquidos que están compuestos de polímeros largos pueden "autosifonarse" ^{[69] [70]} y estos líquidos no dependen de la presión atmosférica. Los líquidos poliméricos autosifonantes funcionan de la misma manera que el modelo de cadena de sifón, donde la parte inferior de la cadena tira del resto de la cadena hacia arriba y sobre la cresta. Este fenómeno también se denomina sifón sin tubo . ^[71]

El término "autosifón" también se utiliza a menudo en la documentación de ventas de los fabricantes de sifones para describir los sifones portátiles que contienen una bomba. Con la bomba, no se requiere succión externa (por ejemplo, de la boca o los pulmones de una persona) para poner en marcha el sifón y, por lo tanto, el producto se describe como un "autosifón".

Si el depósito superior es tal que el líquido que se encuentra allí puede elevarse por encima de la altura de la cresta del sifón, el líquido que sube en el depósito puede "autocebar" el sifón y todo el aparato puede describirse como un "autosifón". ^[72] Una vez cebado, un sifón de este tipo seguirá funcionando hasta que el nivel del depósito superior caiga por debajo de la entrada del sifón. ​​Estos sifones autocebantes son útiles en algunos pluviómetros y represas.

El término "sifón" se utiliza para una serie de estructuras en la anatomía humana y animal, ya sea porque están involucradas líquidos que fluyen o porque la estructura tiene forma de sifón, pero en la que no se produce ningún efecto de sifón real: ver Sifón (desambiguación) .

Se ha debatido si el mecanismo del sifón desempeña un papel en la circulación sanguínea . Sin embargo, en el "circuito cerrado" de la circulación esto se descartó; "Por el contrario, en los sistemas "cerrados", como la circulación, la gravedad no obstaculiza el flujo ascendente ni provoca el flujo descendente, porque la gravedad actúa por igual en las ramas ascendentes y descendentes del circuito", pero por "razones históricas", se utiliza el término. ^{[73] [74]} Una hipótesis (en 1989) fue que existía un sifón en la circulación de la jirafa . ^[75] Pero una investigación posterior en 2004 encontró que, "No hay gradiente hidrostático y dado que la 'caída' de líquido no ayuda al brazo ascendente, no hay sifón. ​​La alta presión arterial de la jirafa, que es suficiente para elevar la sangre 2 m desde el corazón hasta la cabeza con suficiente presión restante para perfundir el cerebro, apoya este concepto". ^{[74] [76]} Sin embargo, un artículo escrito en 2005 instó a más investigaciones sobre la hipótesis:

El principio del sifón no es específico de cada especie y debería ser un principio fundamental de los sistemas circulatorios cerrados. Por lo tanto, la controversia en torno al papel del principio del sifón puede resolverse mejor mediante un enfoque comparativo. Los análisis de la presión arterial en una variedad de animales de cuello y cuerpo largos, que tengan en cuenta la relación filogenética, serán importantes. Además, los estudios experimentales que combinen mediciones de la presión arterial y venosa, con el flujo sanguíneo cerebral, bajo una variedad de tensiones gravitacionales (diferentes posiciones de la cabeza), resolverán en última instancia esta controversia. ^[77]

Algunas especies reciben el nombre de sifones porque se parecen a ellos en todo o en parte. Los geosifones son hongos . Hay especies de algas pertenecientes a la familia Siphonocladaceae en el filo Chlorophyta ^[78] que tienen estructuras en forma de tubo. Ruellia villosa es una planta tropical de la familia Acanthaceae que también se conoce por el sinónimo botánico , Siphonacanthus villosus Nees '. ^[79]

En espeleología, un sifón o sumidero es aquella parte de un pasaje de una cueva que se encuentra bajo el agua y a través del cual los espeleólogos tienen que bucear para avanzar más en el sistema de cuevas , pero no es un sifón propiamente dicho.

Un sifón fluvial se produce cuando parte del flujo de agua pasa por debajo de un objeto sumergido, como una roca o el tronco de un árbol. El agua que fluye por debajo de la obstrucción puede ser muy potente y, por lo tanto, puede resultar muy peligrosa para practicar kayak, barranquismo y otros deportes acuáticos en ríos.

La ecuación de Bernoulli se puede aplicar a un sifón para derivar su caudal ideal y su altura máxima teórica.

Sea la superficie del depósito superior la elevación de referencia.

Sea el punto A el punto de inicio del sifón, sumergido dentro del depósito superior y a una profundidad − d por debajo de la superficie del depósito superior.

Sea el punto B el punto alto intermedio en el tubo del sifón a una altura + h _B sobre la superficie del depósito superior.

Sea el punto C el punto de drenaje del sifón a una altura − h _C por debajo de la superficie del depósito superior.

Ecuación de Bernoulli:

${\displaystyle {v^{2} \over 2}+gy+{P \over \rho }=\mathrm {constante} }$

${\estilo de visualización v\;}$= velocidad del fluido a lo largo de la línea de corriente

${\estilo de visualización g\;}$= aceleración gravitacional hacia abajo

${\estilo de visualización y\;}$= elevación en el campo gravitacional

${\estilo de visualización P\;}$= presión a lo largo de la línea de corriente

${\estilo de visualización \rho \;}$= densidad del fluido

Apliquemos la ecuación de Bernoulli a la superficie del depósito superior. Técnicamente, la superficie está cayendo a medida que se vacía el depósito superior. Sin embargo, para este ejemplo supondremos que el depósito es infinito y que la velocidad de la superficie puede establecerse en cero. Además, la presión tanto en la superficie como en el punto de salida C es la presión atmosférica. Por lo tanto:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }=\mathrm {constante} }$

( 1 )

Aplique la ecuación de Bernoulli al punto A en el inicio del tubo del sifón en el depósito superior donde P = P _A , v = v _A e y = − d

${\displaystyle {v_{A}^{2} \sobre 2}-gd+{P_{A} \sobre \rho }=\mathrm {constante} }$

( 2 )

Aplicar la ecuación de Bernoulli al punto B en el punto alto intermedio del tubo del sifón donde P = P _B , v = v _B e y = h _B

${\displaystyle {v_{B}^{2} \sobre 2}+gh_{B}+{P_{B} \sobre \rho }=\mathrm {constante} }$

( 3 )

Apliquemos la ecuación de Bernoulli al punto C donde se vacía el sifón. ​​Donde v = v _C e y = − h _C . Además, la presión en el punto de salida es la presión atmosférica. Por lo tanto:

${\displaystyle {v_{C}^{2} \over 2}-gh_{C}+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }=\mathrm {constante} }$

( 4 )

Como el sifón es un sistema único, la constante en las cuatro ecuaciones es la misma. Al igualar las ecuaciones 1 y 4, se obtiene:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }={v_{C}^{2} \over 2}-gh_{ C}+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }}$

Resolviendo para v _C :

Velocidad del sifón:

${\displaystyle v_{C}={\sqrt {2gh_{C}}}}$

La velocidad del sifón depende únicamente de la diferencia de altura entre la superficie del depósito superior y el punto de drenaje. La altura del punto alto intermedio, h _B , no afecta la velocidad del sifón. ​​Sin embargo, como el sifón es un sistema único, v _B = v _C y el punto alto intermedio limita la velocidad máxima. El punto de drenaje no se puede reducir indefinidamente para aumentar la velocidad. La ecuación 3 limitará la velocidad para mantener una presión positiva en el punto alto intermedio para evitar la cavitación . La velocidad máxima se puede calcular combinando las ecuaciones 1 y 3:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }={v_{B}^{2} \over 2}+gh_{B}+{P_{B} \over \rho }}$

Estableciendo P _B = 0 y resolviendo v _max :

Velocidad máxima del sifón:

${\displaystyle v_{\mathrm {max} }={\sqrt {2\left({P_{\mathrm {atm} } \over \rho }-gh_{B}\right)}}}$

La profundidad, − d , del punto de entrada inicial del sifón en el depósito superior no afecta la velocidad del sifón. ​​La ecuación 2 no implica ningún límite para la profundidad del punto de inicio del sifón a medida que la presión P _A aumenta con la profundidad d . Ambos hechos implican que el operador del sifón puede realizar un desnatado inferior o superior del depósito superior sin afectar el rendimiento del sifón.

Esta ecuación para la velocidad es la misma que la de cualquier altura de caída de un objeto h _C . Esta ecuación supone que P _C es la presión atmosférica. Si el extremo del sifón está por debajo de la superficie, no se puede utilizar la altura hasta el extremo del sifón; en su lugar, se debe utilizar la diferencia de altura entre los depósitos.

Aunque los sifones pueden superar la altura barométrica del líquido en circunstancias especiales, por ejemplo, cuando el líquido está desgasificado y el tubo está limpio y liso, ^[80] en general la altura máxima práctica se puede encontrar de la siguiente manera.

Igualando las ecuaciones 1 y 3 entre sí se obtiene:

${\displaystyle {0^{2} \over 2}+g(0)+{P_{\mathrm {atm} } \over \rho }={v_{B}^{2} \over 2}+gh_{B}+{P_{B} \over \rho }}$

La altura máxima del punto intermedio alto se produce cuando es tan alta que la presión en el punto intermedio alto es cero; en situaciones típicas, esto hará que el líquido forme burbujas y, si las burbujas se agrandan hasta llenar la tubería, el sifón se "romperá". Ajuste P _B = 0:

${\displaystyle {P_{\mathrm {atm} } \over {\rho }}={v_{B}^{2} \over 2}+gh_{B}}$

Resolviendo para h _B :

Altura general del sifón:

${\displaystyle h_{B}={P_{\mathrm {atm} } \over \rho g}-{v_{B}^{2} \over 2g}.}$

Esto significa que la altura del punto intermedio alto está limitada por la presión a lo largo de la línea de corriente, que siempre es mayor que cero.

Altura máxima del sifón:

${\displaystyle h_{B\mathrm {,max} }={P_{\mathrm {atm} } \over \rho g}}$

Esta es la altura máxima a la que funcionará un sifón. ​​Sustituyendo valores se obtendrán aproximadamente 10 m (33 pies) para el agua y, por definición de presión estándar , 0,76 m (760 mm; 30 pulgadas) para el mercurio. La relación de alturas (aproximadamente 13,6) es igual a la relación de densidades del agua y el mercurio (a una temperatura dada). Mientras se cumpla esta condición (presión mayor que cero), el flujo en la salida del sifón seguirá estando regido únicamente por la diferencia de altura entre la superficie de la fuente y la salida. El volumen de fluido en el aparato no es relevante mientras la carga de presión permanezca por encima de cero en cada sección. Debido a que la presión cae cuando aumenta la velocidad, un sifón estático (o manómetro) puede tener una altura ligeramente mayor que un sifón con flujo.

Los experimentos han demostrado que los sifones pueden funcionar en el vacío, mediante la cohesión y la resistencia a la tracción entre las moléculas, siempre que los líquidos sean puros y desgasificados y las superficies estén muy limpias. ^{[4] [81] [6] [7] [82] [83] [84] [26]}

La entrada del Oxford English Dictionary (OED) sobre el sifón , publicada en 1911, afirma que un sifón funciona por presión atmosférica . Stephen Hughes, de la Queensland University of Technology, criticó esto en un artículo de 2010 ^[21] que fue ampliamente difundido en los medios. ^{[85] [86] [87] [88]} Los editores del OED afirmaron que "existe un debate continuo entre los científicos sobre qué punto de vista es correcto... Esperamos reflejar este debate en la entrada completamente actualizada sobre el sifón, que se publicará a finales de este año". ^[89] Hughes continuó defendiendo su punto de vista sobre el sifón en una publicación de finales de septiembre en el blog de Oxford. ^[90] La definición de 2015 del OED es:

Tubo que se utiliza para transportar líquido hacia arriba desde un depósito y luego hacia abajo hasta un nivel inferior por sí solo. Una vez que el líquido ha sido introducido en el tubo, normalmente por succión o inmersión, el flujo continúa sin ayuda.

La Enciclopedia Británica actualmente describe un sifón como:

Sifón, también escrito sifón, instrumento, generalmente en forma de tubo doblado para formar dos patas de longitud desigual, para transportar líquido por el borde de un recipiente y entregarlo a un nivel inferior. Los sifones pueden ser de cualquier tamaño. La acción depende de la influencia de la gravedad (no, como a veces se cree, de la diferencia de presión atmosférica; un sifón funcionará en el vacío) y de las fuerzas de cohesión que impiden que las columnas de líquido en las patas del sifón se rompan por su propio peso. A nivel del mar, un sifón puede elevar el agua un poco más de 10 metros (33 pies). En ingeniería civil, se utilizan tuberías llamadas sifones invertidos para transportar aguas residuales o pluviales bajo arroyos, cortes de carreteras u otras depresiones en el suelo. En un sifón invertido, el líquido llena completamente la tubería y fluye bajo presión, a diferencia del flujo por gravedad en canal abierto que se produce en la mayoría de las alcantarillas sanitarias o pluviales. ^[91]

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) publica la siguiente norma triarmonizada:

• ASSE 1002/ASME A112.1002/CSA B125.12 sobre requisitos de desempeño para válvulas de llenado antisifón (válvulas de bola) para tanques de descarga de inodoros por gravedad

• Explosiones en Guadalajara 1992 para obtener detalles de un accidente donde un método de plomería ( trampa , también conocido como sifón invertido ) fue parcialmente responsable de las explosiones de gas.
• Vasos comunicantes
• Sifón concéntrico
• Alimentación por gravedad
• Sifón Jiggle
• Tarro de marot
• Copa pitagórica
• Nivel de agua (dispositivo)

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los sifones .

• "Un sifón en el vacío". Tabla periódica de vídeos . Universidad de Nottingham .
• xkcd en el sifón