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