Número de froude

NUMERO DE FROUDE
Definición
Él numero de Froude V2/gl, multiplicando y dividiendo por ρA, da la relación de la fuerza dinámica  (o fuerza de inercia) al peso. En los movimientos con superficie libre de liquido, la naturaleza del movimiento (rápido o tranquilo)  depende de si el numero de Froude es mayor o menor que la unidad. Es útil en los cálculos del resalto hidráulico, en el diseño deestructuras hidráulicas y en el diseño de barcos.
El numero de Froude es un parámetro importante, siempre que la gravedad sea un factor de influencia en el movimiento de un fluido.
Similitud Dinámica
Ejemplo 1.
Modelo de Froude
Las compuertas de llenado y vaciado de un canal de esclusa, ocupan toda la altura de ésta. Cuando una embarcación desciende en la esclusa prototipo, las compuertas en elextremo de salida son programadas para abrirse con una rapidez de 25 cm/min. Las ondas y corrientes producidas por el flujo de salida hacen que la embarcación tire de sus amarras. En un modelo a escala de 1/25, y usando agua, la tensión máxima en las amarras es de 0.725 kg., cuando las compuertas se abren con la rapidez de apertura de las compuertas en el modelo, y la tensión máxima de la línea deamarre  en el prototipo.
Puesto que es un sistema con superficie libre y efectos viscosos despreciables, la similitud de la fuerza gravitacional se obtendrá por la igualdad de los números de Froude.
Vr = √grLr
Puesto que gr = 1, la escala de la velocidades de apertura es
Vr = √Lr = 1/5
Así, la rapidez de apertura en el modelo es de 5 cm/min. Puesto que γr = 1, la escala de fuerzas es
Fr =(1)(1/25)3 = 1/15.625
Y por lo tanto la tensión máxima en la línea de amarre en el prototipo es
FP = (0.725)15.625 = 11.400kg
En los sistemas en los cuales la estratificación de la densidad es importante, se puede encontrar superficies de contacto entre dos fluidos que difieren en densidad y en otras propiedades físicas. La similitud dinámica de los movimientos internos en flujos estratificadosestán gobernadas por una forma mas general del parámetro  de similitud gravitacional. Conocido como el numero densimétrico de Froude, el cual esta dado por
F = V0/(√g(Δγ/γ)L)
en donde Δγ es la diferencia en el peso especifico entre Las capas de fluidos adyacentes, y L es una dimensión vertical característica. Si están en movimiento dos o mas capas, se necesita un numero densimétrico de Froude,para cada capa con L de profundidad.
La similitud de Froude se usa en sistemas de flujo en los cuales existe una superficie libre del liquido, por ejemplo, en modelos de vertederos, represas, playas, ríos, mares, etc., siempre que no aparezcan los efectos de tensión superficial.
ϑ     Resistencia de Barcos
La resistencia que un barco encuentra a su movimiento cuando se desplaza sobre la superficiedel agua esta formada por la superficie de arrastre de presión, la fricción sobre su superficie del agua esta formada por el arrastre de presión, la fricción sobre su superficie y la resistencia debida a las olas. Los estudios en modelos se complican por la existencia  de tres tipos de fuerzas importantes: de inercia, viscosas y de gravedad. Los aspectos relacionados con la fricción sobre lasuperficie del barco requieren igual numero de Reynolds en el modelo y en el prototipo; por su parte, la resistencia debida al movimiento ondulatorio depende de el numero de Froude. Para cumplir ambos requisitos, el modelo y el prototipo deben ser del mismo tamaño.
La dificultad anterior se puede eliminar si se emplea un modelo pequeño y sise mide el arrastre total cuando se remolca en un tanque delaboratorio especial para ese propósito. Entonces se calcula la fricción en la superficie del modelo y se resta del arrastre total. Se cambia de escala la cantidad restante por medio de la ley de Froude, de manera que corresponda al prototipo y se le agrega la fricción sobre la superficie, calculada para el prototipo, obteniéndose la resistencia total debida al agua. Mediante este tipo de pruebas...