Efecto de la Gravedad sobre el Estado de Flujo


El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales.

Esta relación está dada por el número de Froude, definido como:




donde:
F = número de Froude
V = velocidad media del flujo, en m/s
g = aceleración de la gravedad, 9.81 m/s²
L = longitud característica de la sección, en m
D = profundidad hidráulica o tirante medio, en m
A = área hidráulica, en m²
T = espejo de agua o ancho superficial, en m

En el flujo en canales abiertos, la longitud característica se hace igual a la  profundidad hidráulica D, la cual esta definida como el área de la sección transversal del agua perpendicular a la dirección del flujo en el canal dividida por el ancho de la superficie libre.

En relación con el efecto de la gravedad, el flujo puede ser crítico, subcrítico y supercrítico.


Entonces, por el número de Froude, el flujo puede ser: 
  • Si  F < 1  Flujo subcrítico
  • Si  F = 1   Flujo crítico
  • Si  F > 1  Flujo supercrítico


Regímenes de Flujo

En un canal abierto el efecto combinado de  la viscosidad y de la gravedad puede
producir cualquiera de cuatro regímenes de flujo, los cuales son:

  • Subcrítico - laminar, cuando F es menor que la unidad y Re está en el rango laminar.
  • Supercrítico – laminar, cuando F es mayor que la unidad y Re está en el rango laminar.
  • Supercrítico – turbulento, cuando F es mayor que la unidad y Re está en el rango turbulento.
  • Subcrítico – turbulento, cuando F es menor que la unidad y Re está en el rango turbulento.

La relación profundidad - velocidad para los cuatro regímenes de flujo en un canal abierto ancho puede ilustrarse mediante una gráfica logarítmica, Figura 2-16

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