SIGNIFICADO DEL NÚMERO DE FROUDE EN CÁLCULOS DE FLUJO GRADUALMENTE VARIADOS
La ecuación de flujo gradualmente variada (Ecuación 4.6 o 4.7) es una ecuación diferencial, y necesitamos una condición límite para resolverla. Matemáticamente, la profundidad de flujo en cualquier sección de flujo dada se puede usar como condición límite. Sin embargo, para una representación correcta del flujo de canal abierto, la condición límite se prescribirá en el extremo ascendente o descendente del canal, dependiendo de si el flujo en el canal es supercrítico o subcrítico. La siguiente observación se presenta para explicar la razón de esto.
Una piedra arrojada a un gran cuerpo de agua inmóvil creará una perturbación, que se propagará hacia afuera en forma de círculos concéntricos como se muestra en la Figura 4.4a.
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Figura 4.4: Efecto del número de Froude en la propagación de una perturbación en el flujo del canal (después de Chow, 1959, con permiso de Estate of Ven Te Chow)
La velocidad con la que se propaga la perturbación se llama celeridad (o celeridad de las ondas de gravedad en aguas poco profundas), y se evalúa como
donde c = celeridad, g = aceleración gravitacional y D = profundidad hidráulica. Si el guijarro se arroja a un cuerpo de agua que se mueve con una velocidad V, la propagación de la onda ya no tendrá la forma de círculos concéntricos. Recordando la definición del número de Froude (Ecuación 1.24), podemos escribir que
Para flujo subcrítico, F
r
<1 y V < c . Por otro lado, para flujo supercrítico, F
El número de Froude se ha utilizado en el contexto del tamaño de la línea de gravedad y específicamente en las líneas de gravedad vertical. La sección se refiere a los cajones de descarga utilizados para el drenaje de plataformas de O&G en alta mar. Estoy reproduciendo la sección para beneficio de todos los lectores:
Líneas verticales
Las líneas de gravedad verticales con o sin salidas sumergidas (por ejemplo, los llamados “cajones de descarga”) se diseñarán de manera que el número de Froude sea inferior a 0,3 para evitar la entrada de aire y garantizar un flujo sin perturbaciones y sin pulsaciones.
Número de Froude = V / (D * g)
0,5
Dónde :
V es la velocidad asumiendo que la tubería está llena en m / s
D es el diámetro interno de la tubería en m
g es la constante de gravedad en m / s²
Se debe incluir una línea de ventilación desde la parte superior de la línea de gravedad vertical para evitar el vacío, el parpadeo o las pulsaciones. La línea de ventilación debe estar diseñada para un flujo volumétrico de aire / vapor igual al flujo volumétrico del líquido a través de la línea vertical y una pérdida de presión de 0.005 bar como máximo. La línea de ventilación para líneas verticales / cajones al mar también se diseñará para el movimiento de las olas dentro de las líneas / cajones.
El líquido hacia los “cajones” del vertedero debe ser tangencial e inclinado hacia abajo.
El drenaje del agua de diluvio de las cajas de drenaje a través de líneas verticales debe dimensionarse en base al 50% de la altura disponible (suponiendo que la tubería esté llena de líquido) y no el número de Froude.
Espero que esto te ayude a comprender mejor el concepto de número de Froude.
