Número de Froude (Fr)
El número de Froude (Fr) es un número adimencional que relaciona las fuerzas incerciales y la fuerza de gravedad local.
*Calculo simplificado de gravedad local.
El número de Froude es un parámetro adimensional fundamental en los estudios de hidráulica, utilizado para entender flujos de superficie libre (no presurizados). Se define como la relación entre la velocidad del flujo y la velocidad de propagación de las ondas gravitatorias en la superficie delido, o como la relación entre las fuerzas inerciales y la fuerza de gravedad local. Su expresión matemática es:
Donde:
- Fr: número adimensional de Froude.
- v: velocidad axial promedio del fluido.
- g: gravedad local.
- L: tirante o profundidad hidráulica del canal.
Este número se utiliza determinar si el régimen de flujo es subcrítico, crítico o supercrítico.
Régimen subcrítico (Fr < 1): Se caracteriza por velocidades bajas y profundidades altas, donde la gravedad domina el flujo. Las perturbaciones pueden propagarse tanto aguas arriba como aguas abajo.
Régimen crítico (Fr = 1): En este punto, las fuerzas inerciales y gravitatorias están equilibradas. El flujo alcanza la energía específica mínima para un caudal determinado, y cualquier perturbación puede provocar una transición a régimen, y exactamente este fenómeno es lo que se utiliza para la medición de flujo en los aforadores de cambio de régimen como en los canales Parshall o Aforadores de Garganta Larga (AGL).
Régimen supercrítico (Fr > 1) En este régimen, el flujo presenta altas velocidades y bajas profundidades (comportamiento normal al aumentar la velocidad), dominado por la inercia. Las perturbaciones solo se propagan aguas abajo, lo que implica que el control del flujo debe hacerse desde aguas arriba.
Cuando se requiere saber el régimen que existe en un canal o río sin necesidad de hacer mediciones, existe un método empírico que utilizan los expertos en hidráulica, esto es importante ya que para realizar el aforo de un río se requiere que se tenga un numero de Froude < 0.6 aproximadamente, al igual que si se tiene instalado un sistema de aforo de cambio de régimen se requiere que antes de la zona de control se tenga régimen subcrítoco justamente para que al pasar por el Parshall, AGL, etc. se haga un cambio de régimen a supercrítico y se pueda medir la altura en el tirante critico y poder conocer el flujo que circula por ese río.
Entonces el método conocido como el metido de la palito consiste en meter un palo al río y revisar el comportamiento de las ondas que se generan como en la siguiente imagen:
Con suficiente experiencia, podrás conocer de forma empírica el numero aproximado de Froude sin tener un medidor de nivel y velocidad a la mano.
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