Capítulo 10: Flujo en canales abiertos

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D10.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. D10.2 La presa Caroselli en el río Pawcatuck tiene 10 ft de altura, 90 ft de anchura y es de pared delgada. La compañía Coakley, que utiliza la presa para generar energía hidroeléctrica, desea producir más…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D10.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. D10.1 Un canal recto de tierra tiene la forma trapezoidal de la Figura 10.7, con b = 4 m y θ = 35°. La pendiente de la solera es constante e igual a 0,001. El caudal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE10.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE10.5 La Figura PE10.5 muestra un modelo hidráulico de un vertedero compuesto, que es uno que combina dos formas diferentes. (a) Aparte de para medir, para lo cual puede ser pésimo, ¿qué otra razón ingenieril puede…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE10.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE10.4 Se desea medir el caudal en un canal rectangular asfáltico de anchura 1,5 m, que está diseñado para un movimiento uniforme de 70 cm de calado y una pendiente de 0,0036. Las paredes laterales del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE10.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE10.3 Extienda el Problema P10.72, cuya solución es V2 5 4,33 m/s. (a) Utilice la teoría del movimiento gradualmente variado para estimar el calado del agua 10 m aguas abajo en la sección (3) de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE10.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE10.2 Un colector de aguas pluviales de sección circular y hecho de cemento sin pulir tiene una pendiente de 0,0025 y está pensado para transportar de 50 a 300 ft3 /s de aguas torrenciales. Las limitaciones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE10.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE10.1 En febrero de 1998 falló la presa de tierra del estanque California Jim al sur de Rhode Island. La inundación resultante provocó estragos en el pueblo cercano de Peace Dale. El estanque, de 17 acres…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE10.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE10.7 Para el canal del Problema FE10.1, si Q 5 24 m3 /s y el calado vale 2 m, ¿cuál es el número de Froude de la corriente? (a) 0,50, (b) 0,77, (c) 0,90, (d) 1,00,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE10.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE10.5 Para el canal del Problema FE10.1, si el factor de rugosidad de Manning n 5 0,020 y Q 5 29 m3 /s, ¿cuál es el calado normal yn ? (a) 1 m, (b) 1,5 m,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE10.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE10.4 Para el canal del Problema FE10.1, si el calado es de 2 m y el caudal del movimiento uniforme 24 m3 /s, ¿cuál es el valor aproximado del factor de rugosidad de Manning n? (a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE10.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE10.3 Si el canal del Problema FE10.1 está hecho de escombros de cemento (n 5 0,020), ¿cuál es el caudal del movimiento uniforme cuando el calado del agua es de 2 m? (a) 6 m3 /s,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE10.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE10.2 Para el canal del Problema FE10.1, el calado más eficiente (mejor caudal para una pendiente y resistencia dadas) es (a) 1 m, (b) 1,5 m, (c) 2 m, (d) 2,5 m, (e) 3 m Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE10.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE10.1 Considere un canal rectangular de 3 m de ancho y una pendiente de 1°. Si el calado del agua es de 2 m, el radio hidráulico vale (a) 0,43 m, (b) 0,6 m, (c) 0,86…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.13 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.13 Describa el diseño y operación de un aforador de calado crítico. ¿Cuáles son las ventajas en comparación con el canal de venturi del Problema P10.113? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.12 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.12 Después de leer y pensar un poco, explique el diseño y operación de un aforador de garganta larga. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.11 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.11 ¿Se parece una elevación, Figura 10.9a, a un vertedero? En caso negativo, ¿cuándo es una elevación lo suficientemente grande, o alta, como para convertirse en un vertedero? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.10 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.10 Cite algunas similitudes, y quizás también algunas diferencias, entre un vertedero y un aforador de Bernoulli de la Sección 6.12. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.9 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.9 ¿Es similar una cascada, Figura 10.15e, a un vertedero? ¿Podría calibrarse su caudal de la misma manera que el de un vertedero? Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.8 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.8 Proporcione tres ejemplos de movimientos rápidamente variados. Para cada caso, dé razones de por qué no satisface una o más de las cinco hipótesis básicas de la teoría del movimiento gradualmente variado. Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.7 Cite algunas similitudes, y quizás también algunas diferencias, entre un resalto hidráulico y una onda de choque normal. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.6 ¿Se mantiene constante la energía específica en el flujo sobre una elevación en un canal horizontal? Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.5 ¿Por qué se utiliza la correlación de Manning, Ecuación (10.16), de forma universal por los ingenieros hidráulicos en vez del coeficiente de fricción de Moody? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.4 Una onda superficial se propaga a la velocidad c0 5 (gy)1/2. ¿Qué es lo que hace que se propague? Esto es, ¿cuál es el balance de fuerzas en el movimiento de una onda así? ¿En…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.3 Para un movimiento uniforme en un canal abierto, ¿cuál es el balance de fuerzas? ¿Puede utilizar un balance de fuerzas así para deducir la fórmula de Chézy (10.13)? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.2 Explique por qué el desagüe bajo compuerta, Figura 10.10, es o no es análogo al flujo compresible de un gas en una tobera convergente-divergente, Figura 9.12. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C10.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C10.1 Los problemas con superficie libre están gobernados por la gravedad. ¿Por qué hay tantas fórmulas en este capítulo que contienen la raíz cuadrada de la aceleración de la gravedad? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.128 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.128 Un canal rectangular de 4 m de anchura está bloqueado por un vertedero de pared gruesa de 2 m de altura, como en la Figura P10.128. El canal es horizontal hasta 200 m aguas arriba,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.127 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.127 Un canal horizontal de tierra con guijarros de 2 m de anchura contiene un vertedero de Crump completo (Figura P10.122) de 1 m de altura. Si el vertedero no está ahogado, calcule, mediante la teoría…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.126 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.126 Suponga que el canal rectangular de la Figura P10.120 está hecho de acero ribeteado y transporta un caudal de 8 m3 /s a lo largo de una pendiente de 0,15°. Si el vertedero en V…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.125 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.125 La presa Tupperware en el río Blackstone tiene una altura de 12 ft, una anchura de 100 ft, es de pared delgada y crea una curva de remanso aguas arriba similar a la de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.124 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.124 Fluye agua a 600 ft3 /s por un canal rectangular de 22 ft de anchura con n 5 0,024 y una pendiente de 0,1°. Una presa incrementa el calado a 15 ft, como en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.123 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.123 La calibración del vertedero de Crump del Problema P10.122 es para un flujo modular, que es cuando el caudal es independiente de las condiciones del flujo aguas abajo. Cuando el vertedero está anegado, el caudal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.122 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.122 En 1952 E. S. Crump desarrolló el vertedero con forma triangular mostrado en la Figura P10.122 [23, Cap. 4]. La pendiente frontal es de 1:2 para evitar la sedimentación, y la pendiente posterior de 1:5…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.121 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.121 Se desea medir el caudal de agua en un canal rectangular mediante un vertedero rectangular con contracciones laterales, como en la Tabla 10.2b, con L = 6 ft e Y = 1 ft. Se desean…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.120 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.120 La Figura P10.120 muestra un canal rectangular con un vertedero en V en su interior. La intención es medir el caudal de 2,0 a 6,0 m3 /s mediante un limnímetro de punta y gancho aguas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.119 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.119 Los datos proporcionados por A. T. Lenz para agua a 20 °C (recogidos en la Referencia 23) muestran un incremento significativo del coeficiente de descarga para vertederos en V (Figura P10.118) con alturas bajas. Para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.118 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.118 Utilizando un análisis tipo Bernoulli similar al de la Figura 10.16a, muestre que el caudal teórico para el vertedero en V de la Figura P10.118 viene dado por Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.117 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.117 Un vertedero en un canal horizontal tiene 5 m de grosor y 80 cm de altura. El calado aguas arriba es de 1,5 m. Determine el caudal para (a) un vertedero de pared delgada y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.116 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.116 Investigue la posibilidad de efectos de fricción en el canal de venturi del apartado (a) del Problema P10.113, para el cual la solución no viscosa es Q = 9,88 m3 /s. Suponga que la contracción…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.115 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.115 La teoría del movimiento gradualmente variado, Ecuación (10.49), desprecia los efectos de la variación de la anchura, db/dx, suponiendo que son pequeños. Pero para la contracción corta y pronunciada del canal de venturi de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.114 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.114 Investigue la posibilidad de bloqueo en el canal de venturi de la Figura P10.113. Sean b1 = 4 ft, b2 = 3 ft e y1 = 2 ft. Calcule los valores de y2 y V1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.113 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.113 ..La Figura P10.113 muestra una contracción de la sección de un canal que a menudo recibe el nombre de canal de venturi [23, pág. 167] porque la medición de y1 e y2 permite conocer el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.112 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.112 El canal de tierra limpia de la Figura P10.112 es 6 m de ancho y tiene una pendiente de 0,3°. Por el canal fluye agua a 30 m3 /s que termina en un depósito, siendo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.111 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.111 .Resuelva el Problema P10.105 (una variación horizontal a lo largo de una solución del tipo H-3) mediante el método aproximado de la Ecuación (10.52), empezando en (x, y) = (0, 0,82 ft) y utilizando un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.110 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.110 En el Problema P10.65 supusimos que el flujo sobre la elevación era no viscoso, para el cual V2 = 1,21 m/s e y2 = 0,826 m en la cresta cuando hmáx = 15 cm, V1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.109 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.109 La Figura P10.109 muestra una cascada, donde la corriente de un canal se va acelerando a lo largo de una pendiente descendente y luego cae libremente a partir del borde abrupto. La corriente alcanza condiciones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.108 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.108 Complemente el Problema P10.104 con un ejemplo numérico. Sea un canal rectangular con una anchura b1 = 10 m en 0 < x < 100 m y b2 = 15 m en 100 < x…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.107 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.107 El flujo en un canal ancho de tierra limpia asciende por una pendiente adversa con S0 = –0,002. Si el caudal es q = 4,5 m3 /(s · m), utilice la teoría del movimiento gradualmente…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.106 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.106 Un canal rectangular con n = 0,018 y una pendiente constante de 0,0025 incrementa linealmente su anchura desde b hasta 2b en una distancia L, como se ve en la Figura P10.106. (a) Determine la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P10.105 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P10.105 La solución sin fricción del Problema P10.84 es y2 = 0,82 ft, que denotaremos con x = 0 justo aguas abajo de la compuerta. Si el canal es horizontal con n = 0,018 y no…