En la hidráulica de canales abiertos, el número de Froude es un parámetro adimensional muy importante.
El número de Froude es un parámetro adimensional que mide la relación entre «la fuerza de inercia sobre un elemento de fluido y el peso del elemento de fluido»: la fuerza de inercia dividida por la fuerza gravitatoria.
El número de Froude puede expresarse como
Fr = v / (g hm)1/2 (1)
donde
Fr = número de Froude
v = velocidad (m/s)
g = aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)
hm = profundidad media hidráulica o longitud característica (m)
El número de Froude es relevante en los problemas de dinámica de fluidos en los que el peso (fuerza gravitatoria) del fluido es una fuerza importante.
En general, esta es la situación de las superficies libres como las ventanas frías y los radiadores calientes – o el flujo en conductos abiertos como los canales de agua, las tuberías de alcantarillado . Se utiliza al calcular la transferencia de momento en general y el flujo en canales abiertos y el comportamiento de las olas y la superficie en particular.
El número de Froude es importante al analizar el flujo en vertederos, presas, flujos de canales, ríos y en el diseño de barcos.
La medición del agua en el flujo de canales abiertos generalmente requiere que el número de Froude sea inferior a 0,5 para evitar que las olas perturben las lecturas precisas de la cabeza.
Cuando el número de Froude es 1, la velocidad es igual a la velocidad de propagación de las ondas y las ondas aguas abajo o las perturbaciones de presión no pueden viajar aguas arriba. Un número de Froude de 1 define la profundidad media crítica frente a la velocidad crítica.
Profundidad media hidráulica
La profundidad media hidráulica puede calcularse como
hm = A / T (2)
donde
hm = profundidad media hidráulica (m)
T = ancho de la superficie abierta del conducto o canal superficie (m)
A = área de la sección transversal del flujo lleno en el conducto o canal (m2)
Nótese que el radio (o diámetro) hidráulico comúnmente utilizado en mecánica de fluidos y relaciona el área de flujo con el perímetro mojado.
Ejemplo – Depósito medio hidráulico en un canal rectangular abierto
La anchura de un canal abierto es de 10 m. La profundidad del agua en el canal es de 2 m. El depósito medio puede calcularse como
hm = ((10 m) * (2 m)) / (10 m)