Calculadora de Número de Froude en Canales — Online y Gratis
En tuberías a presión, el número de Reynolds distingue el flujo laminar del turbulento. En canales abiertos, el número que manda es otro: el número de Froude, y clasifica el flujo según cómo se relaciona la velocidad del agua con la velocidad a la que viaja una onda superficial.
Esta calculadora obtiene el número de Froude a partir de la velocidad media del flujo y el tirante (la profundidad) del canal, y clasifica automáticamente el régimen como subcrítico, crítico o supercrítico.
Esa clasificación no es un dato de trámite: cambia por completo cómo se comporta el flujo y cómo se diseñan las transiciones y estructuras del canal.
Número de Froude: Fr = V / √(g·y)
¿Qué es Número de Froude?
El número de Froude compara la velocidad real del agua contra la velocidad a la que se propagaría una pequeña perturbación (una onda) en la superficie del canal. Es un número adimensional, igual que el de Reynolds, pero mide algo distinto: no la relación entre fuerzas viscosas e inerciales, sino la relación entre fuerzas inerciales y gravitacionales.
Cuando Fr < 1, el flujo es subcrítico: viaja más lento que las ondas superficiales, así que una perturbación aguas abajo puede propagarse hacia arriba e influir en el flujo antes de ese punto, algo característico de ríos de baja pendiente. Cuando Fr > 1, el flujo es supercrítico: viaja más rápido que sus propias ondas, típico de canales empinados o de una compuerta con descarga libre. ¿Y si Fr = 1? Ese es el régimen crítico, un punto inestable donde pequeños cambios de energía provocan grandes cambios de tirante, y por eso los diseñadores de canales tratan de evitarlo.
Saber en qué régimen está un flujo es indispensable para predecir si va a ocurrir un resalto hidráulico en una transición.
Fórmulas utilizadas
Donde V es la velocidad media del flujo en la sección (m/s), g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s²) e y es el tirante o profundidad del flujo (m). El resultado Fr es adimensional. Esta forma de la fórmula es válida para canales rectangulares o de sección ancha; en canales con otras geometrías, y se reemplaza por el tirante hidráulico (área entre ancho superficial).
Ejemplo resuelto paso a paso
Para un flujo con V = 2.5 m/s y un tirante de y = 1.2 m:
Fr = 2.5 / √(9.81 × 1.2) ≈ 0.729
Como Fr < 1, el flujo es subcrítico: se mueve más despacio que sus propias ondas superficiales.
¿Cuándo usar esta calculadora?
Se usa para clasificar el régimen de flujo en canales de riego, drenaje pluvial y ríos, predecir si va a formarse un resalto hidráulico aguas abajo de una compuerta o un cambio de pendiente, y verificar que el régimen de diseño coincida con el supuesto al aplicar la ecuación de Manning. ¿Tu canal cambia de pendiente a mitad de tramo? Ahí es exactamente donde conviene revisar el número de Froude antes y después del cambio.
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