1. Dado un canal de seccin transversal trapezoidal con las siguientes caractersticas:

anchura de la base b=4m, inclinacin de los lados m=1, rugosidad de las paredes n=0.03,

pendiente del fondo S0=0.3 m/Km, altura del agua h=1.6m.

Calcular la velocidad y el caudal en rgimen

uniforme.

Determinar el valor del N de Froude.

Comprobar que se satisface el criterio de flujo

completamente turbulento.

Al tratarse de un rgimen uniforme no hay variacin en el perfil de velocidades.

A partir de la ecuacin de Manning:

Ahora podemos calcular el nmero de Froude:

Ahora calculamos el numero de Reynolds

Como Re > 3000 podemos afirmar que se trata de un rgimen turbulento.

2. Un canal rectangular de anchura b y altura b/2 se transforma en un conducto de

seccin circular para atravesar el tnel de una montaa. Ambos han de fluir en rgimen

uniforme. Determine el dimetro del conducto si el material y la pendiente han de ser los

mismos y el conducto ha de fluir completamente lleno.

Se alcanza un flujo en rgimen uniforme cuando las fuerzas de friccin y las fuerzas

gravitacionales se encuentran en equilibrio. Como las dos secciones se encuentran en

rgimen estacionario, y mantiene los mismos materiales y pendiente, las igualamos

utilizando la ecuacin de Manning para la caudal.

3. Un canal trapezoidal da base 3m e inclinacin lateral tal que tg()=2 est revestido de grava fina (n = ,.02) y ha de transportar un caudal Q=10 m3/s.

A) Puede construirse con una pendiente de fondo S0=0,0001 si la velocidad en rgimen

uniforme ha de mantenerse por debajo de 0,75 m/s para evitar arrastre de fondo?

Estimamos la altura de la lamina de agua en el canal

Si

Entonces

Ahora con la ecuacin de Manning verificamos que la velocidad del agua en el canal no

supera los 0,75 m/s

0.75 m/s

Comprobamos que para una pendiente de fondo de 0,0001 la velocidad se mantiene por

debajo de 0,75 m/s.

B) Si se tratase de un canal revestido de tierra y se supiese que para evitar el crecimiento

vegetal en las paredes se recomienda que la velocidad media en la seccin no sea inferior

a 1m/s. Qu pendiente de fondo mnima sera necesaria?

Igual que en el ejercicio anterior estimamos la altura de la lamina de agua en el canal para

obtener el radio hidrulico. Utilizando la ecuacin de Manning despejamos So. Para un

canal revestido de tierra n = 0,02

4. Fluye agua en un canal rectangular, horizontal y de friccin despreciable, con

velocidad 6 m/s. Se cierra una compuerta sbita y completamente a la salida de manera

que se genera una onda (salto hidrulico mvil) que viaja hacia aguas arriba con una

velocidad VW=2 m/s Cul es la profundidad de agua a ambos lados de la onda?

El cierre de la compuerta genera un resalto que se mueve contra corriente, es decir una onda

negativa. Los datos de los que disponemos para solucionar este problema son los siguientes:

V1 = 6 m/s corresponde al flujo aguas arriba del resalto.

Vw = 2 m/s es la velocidad de avance de la perturbacin

V2 = 0 m/s la compuerta impide el avance del agua

En un salto hidrulico negativo, la velocidad de onda est dada por la ecuacin:

Como V2 es cero, la ecuacin se reduce a:

Ahora remplazamos en la ecuacin de cantidad de movimiento:

5. Una compuerta situada aguas abajo de un canal en el que fluyen 5000 m3/s con una

profundidad de 5m se cierra sbita pero no completamente dejando pasar un caudal de

3000 m3/s. Si el canal es rectangular de anchura b=100m y se puede despreciar la

friccin, calcular las caractersticas del flujo que se genera.

Comenzamos por conocer la caractersticas del flujo aguas arriba de la compuerta.

A partir de las ecuaciones de balance de masas y cantidad de movimiento tenemos:

Resolvemos la ecuacin cubica:

6. Se produce un salto hidrulico en un canal de

laboratorio de seccin rectangular (b=0.4m) con

Q=31 l/s y calado aguas arriba d=20mm. Calcular

las propiedades aguas abajo y la energa disipada.

Si se pudiera transformar en electricidad

Cuntas bombillas de 100W se podran

encender?

Para determinar d2 es necesario conocer la V y Fr en el tramo aguas arriba.

Ahora podemos calcular la altura de la lamina de agua aguas abajo con la siguiente

ecuacin:

Ahora podemos calcular la velocidad aguas abajo y la energa disipada en el resalto.

La potencia generada en el resalto

Con la potencia generada se pueden encender 1.5 bombillas de 100 W

7. En un canal rectangular de anchura B=3.5m fluye en rgimen estacionario un caudal

Q=14m3/s. Calcule las propiedades del flujo en los siguientes casos:

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Unidades

Calado 0.80 1.15 3.90 m

rea transversal 2.80 4.03 13.65 m2

Velocidad media 5.00 3.48 1.03 m/s

Permetro mojado 5.10 5.80 11.30 m

N Froude 1.78 1.04 0.17 ---

Energa especfica 2.07 1.77 3.95 m

8. Considerando que hay una transicin suave entre una seccin aguas arriba y otra

aguas abajo en un canal rectangular, calcule las propiedades que faltan en las siguientes

tablas

Aguas arriba Aguas abajo Unidades

h 5.00 5.00 m

V 0.5 0.56 m/s

B 20 18 m

Q 50 50 m3/s

z 6 6 m

E 5.01 5.02 m

Aguas arriba Aguas abajo Unidades

h 0.10 1.11 m

V 0.40 0.036 m/s

B 300 300 m

Q 12 12 m3/s

z 0 -1 m

E 0.11 0.11 m

Aguas arriba Aguas abajo Unidades

h 1.00 2.17 m

V 2.00 0.78 m/s

B 0.55 0.65 m

Q 1.10 1.10 m3/s

z 3.00 2.20 m

E 1.20 2.20 m