El Capítulo 9 se centra en el flujo a superficie libre en régimen rápido. A diferencia del flujo subcrítico (tranquilo), el flujo supercrítico se caracteriza por:
Este capítulo suele incluir temas como:
Dominar estos temas es crucial para diseñar rápidas, escaleras de peces, disipadores de energía y sistemas de alcantarillado de alta pendiente.
La tentación de buscar el solucionario es grande, pero un ingeniero no se forma copiando. Aquí te explicamos cómo aprovecharlo al máximo: solucionario hidraulica general sotelo capitulo 9 tomo ii
El enunciado típico: "Diseñar un canal revestido para conducir $X$ m³/s con una pendiente $Y$ y un coeficiente de rugosidad $n$".
La dificultad: No basta con despejar una variable. El problema suele pedir determinar la profundidad ($y$) y el ancho de la plantilla ($b$).
A continuación, presentamos un problema típico que bien podría estar en el solucionario de Sotelo. El Capítulo 9 se centra en el flujo
Problema:
Un canal rectangular de 3 m de ancho conduce un caudal de 8 m³/s. Se produce un resalto hidráulico y el tirante antes del resalto es 0.35 m. Calcule:
a) El número de Froude inicial.
b) El tirante después del resalto.
c) La pérdida de energía en el resalto.
Solución paso a paso (según Sotelo):
Datos:
b = 3 m, Q = 8 m³/s, y1 = 0.35 m, g = 9.81 m/s². Este capítulo suele incluir temas como:
a) Cálculo de Fr1:
Área 1: A1 = b * y1 = 3 * 0.35 = 1.05 m².
Velocidad 1: V1 = Q / A1 = 8 / 1.05 = 7.619 m/s.
Fr1 = V1 / sqrt(g * y1) = 7.619 / sqrt(9.81 * 0.35) = 7.619 / sqrt(3.4335) = 7.619 / 1.853 = 4.11 (supercrítico, Fr > 1).
b) Tirante conjugado y2:
Ecuación de Sotelo (derivada de cantidad de movimiento):
y2 = (y1/2) * (sqrt(1 + 8Fr1²) - 1)
y2 = (0.35/2) * (sqrt(1 + 8*(4.11)²) - 1)
y2 = 0.175 * (sqrt(1 + 8*16.8921) - 1)
y2 = 0.175 * (sqrt(1 + 135.1368) - 1)
y2 = 0.175 * (sqrt(136.1368) - 1)
y2 = 0.175 * (11.666 - 1) = 0.175 * 10.666 = 1.866 m.
c) Pérdida de energía ΔE:
ΔE = (y2 - y1)³ / (4 * y1 * y2)
ΔE = (1.866 - 0.35)³ / (4 * 0.35 * 1.866)
ΔE = (1.516)³ / (4 * 0.6531)
ΔE = 3.482 / 2.6124 = 1.333 m.
Interpretación: Se disipa 1.33 metros de columna de energía, transformándose en calor y turbulencia.