Compute el Froude número de flow velocidad y characteristic longitud, classify open-channel flow como subcritical, critical, o supercritical, o solve para un missing variable — Fr = v/√(gL).
Propiedades de flujo
Para flujo de canal abierto, utilice la profundidad hidráulica. Para el casco de un barco, utilice la eslora de la línea de flotación.
Defaults to standard Earth gravity, 9.81 m/s².
Froude número
—
Ingrese la velocidad del flujo y la longitud característica para calcular.
Régimen de flujo—
Distancia un critical (Fr = 1)—
Clasificar por número de Froude
Pegue un valor de Fr de la primera pestaña o escriba uno directamente.
Fr por debajo de 1 es subcrítico (flujo profundo, lento, dominado por la gravedad), Fr igual a 1 es crítico (se forma un salto hidráulico en esta transición) y Fr por encima de 1 es supercrítico (flujo poco profundo, rápido, dominado por la inercia).
Régimen de flujo
—
Ingrese un número de Froude para clasificar el flujo.
Umbrales de régimen
Régimen
Rango Fr
Subcrítico
Fr < 1
Crítico
Fr = 1
Supercrítico
Fr > 1
El número de Froude crítico marca el punto donde se forma un salto hidráulico a medida que el flujo cambia entre regímenes.
Resolver para una variable faltante
Valor resuelto
—
Elija una variable, establezca el Fr objetivo e ingrese los otros dos valores.
5 min de lectura3 pasos7 términos3 ejemplos6 preguntas frecuentesFr = v / √(gL)
El número de Froude es el equivalente en flujo de canal abierto al número de Reynolds — en lugar de comparar las fuerzas inerciales con la fricción viscosa, las compara con la gravedad.
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Paso a paso
Cómo usar esta calculadora
3 pasos▸
1
Ingresa la velocidad del flujo y la longitud
En la pestaña Número de Froude, ingresa la velocidad del flujo (m/s) y la longitud característica (m) — la profundidad hidráulica para flujo en canal abierto, o la eslora de flotación para el casco de un barco. La aceleración de la gravedad por defecto es la gravedad estándar de la Tierra, 9.81 m/s², pero puedes cambiarla.
2
Lee el número de Froude y el régimen
La tarjeta de resultados muestra Fr junto con el régimen de flujo — subcrítico, crítico o supercrítico — y qué tan lejos está el valor del umbral crítico en Fr = 1. La pestaña Régimen de Flujo te permite clasificar directamente cualquier valor de Fr, con un medidor que muestra dónde cae respecto al marcador crítico.
3
Despeja una variable faltante
En la pestaña Despejar, elige la variable que no conoces (velocidad, longitud característica o gravedad), define un número de Froude objetivo, y llena las otras dos — la calculadora reordena Fr = v/√(gL) para hallar el valor faltante.
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Referencia
Fórmula y metodología
2 fórmulas▸
Número de Froude
Fr = v / √(gL)
La velocidad del flujo v (m/s) dividida entre la raíz cuadrada de la aceleración de la gravedad g (m/s²) multiplicada por una longitud característica L (m, típicamente la profundidad hidráulica o la eslora de flotación). Fr es adimensional — no lleva unidades.
El flujo subcrítico es profundo, lento y dominado por la gravedad — las perturbaciones pequeñas pueden viajar aguas arriba. El flujo supercrítico es poco profundo, rápido y dominado por la inercia — las perturbaciones solo viajan aguas abajo. El punto crítico (Fr = 1) marca la frontera, donde se forma un salto hidráulico mientras el flujo transiciona entre ambos regímenes.
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Glosario
Términos clave explicados
7 términos▸
Número de FroudeUna cantidad adimensional que compara las fuerzas inerciales con las fuerzas gravitacionales en un flujo, usada para clasificar el flujo en canal abierto y predecir la resistencia por generación de olas en barcos y cascos.
Flujo en canal abiertoFlujo con una superficie libre expuesta a la atmósfera, como un río, canal o vertedero, a diferencia del flujo presurizado en tuberías. El número de Froude es la herramienta principal para clasificar este tipo de flujo.
SubcríticoFlujo con número de Froude menor que 1 — relativamente profundo y lento, donde dominan las fuerzas gravitacionales. Las perturbaciones superficiales pueden propagarse tanto aguas arriba como aguas abajo.
SupercríticoFlujo con número de Froude mayor que 1 — relativamente poco profundo y rápido, donde dominan las fuerzas inerciales. Las perturbaciones superficiales solo pueden propagarse aguas abajo, nunca aguas arriba.
Flujo críticoFlujo en exactamente Fr = 1, la frontera entre los regímenes subcrítico y supercrítico. En este punto, la velocidad del flujo iguala la velocidad de una pequeña onda gravitacional en la superficie.
Salto hidráulicoUn aumento abrupto y turbulento en la superficie del agua que ocurre cuando el flujo transiciona de supercrítico a subcrítico, disipando energía. Los saltos hidráulicos se forman en vertederos, cuencos amortiguadores y aguas abajo de compuertas deslizantes.
Velocidad de cascoLa velocidad aproximada a la que las crestas de las olas de proa y popa de una embarcación de casco de desplazamiento se alinean, históricamente tratada como un límite práctico de velocidad para ese casco. Corresponde a un número de Froude de aproximadamente 0.4 basado en la eslora de flotación.
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Escenarios
Ejemplos del mundo real
3 ejemplos▸
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Flujo en canal abierto
Un arroyo de 0.8 m de profundidad fluyendo a 2 m/s
Velocidad 2 m/sLongitud 0.8 mGravedad 9.81 m/s²
Fr = 2 / √(9.81 × 0.8) ≈ 0.714. Eso está por debajo de 1, así que el flujo es subcrítico — relativamente profundo y lento, con olas superficiales capaces de viajar aguas arriba contra la corriente.
⛵
Velocidad de casco de un barco
Un casco de desplazamiento de 25 m de eslora de flotación cerca de su velocidad de casco
Velocidad 6.26 m/sLongitud 25 mGravedad 9.81 m/s²
Fr = 6.26 / √(9.81 × 25) ≈ 0.4 — el clásico número de Froude de velocidad de casco para embarcaciones de desplazamiento, donde las crestas de las olas de proa y popa se alinean y la resistencia por generación de olas aumenta bruscamente más allá de este punto.
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Salto hidráulico
Flujo de vertedero ajustado exactamente al umbral crítico
Velocidad 3.13 m/sLongitud 1 mGravedad 9.81 m/s²
Fr = 3.13 / √(9.81 × 1) ≈ 1.0 — exactamente crítico. En la práctica, el flujo de un vertedero o canal que cruza este umbral de supercrítico a subcrítico forma un salto hidráulico visible, una onda estacionaria turbulenta que disipa energía.
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Referencia
Citar esta calculadora
APA y MLA▸
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El número de Froude es el equivalente en flujo de canal abierto al número de Reynolds — en lugar de comparar las fuerzas inerciales con la fricción viscosa, las compara con la gravedad. Esa sola razón predice si un río, canal o casco de barco se mueve en un régimen profundo dominado por la gravedad o en uno poco profundo dominado por la inercia, y señala exactamente dónde se formará un salto hidráulico. Esta calculadora aplica Fr = v/√(gL) a tus propias condiciones de flujo, clasifica el resultado, y puede despejar hacia atrás una variable faltante cuando conoces el número de Froude que buscas.
Cómo funciona la Calculadora del Número de Froude
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El número de Froude es una razón entre la velocidad de un flujo y la velocidad de una pequeña onda gravitacional que viaja en su superficie, √(gL). Cuando Fr es menor que 1, el flujo se mueve más lento que esa velocidad de onda, así que las perturbaciones superficiales pueden propagarse tanto aguas arriba como aguas abajo — esto es flujo subcrítico. Cuando Fr supera 1, el flujo sobrepasa sus propias olas superficiales, así que las perturbaciones solo pueden viajar aguas abajo — esto es flujo supercrítico. La transición en Fr = 1 no es gradual: se manifiesta físicamente como un salto hidráulico, un aumento abrupto y turbulento en la elevación de la superficie que disipa el exceso de energía cinética del flujo.
Entradas y qué significan
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La velocidad (m/s) es la velocidad promedio del flujo. La longitud característica (m) depende del contexto: para flujo en canal abierto suele ser la profundidad hidráulica (área de flujo de la sección transversal dividida entre el ancho de la superficie libre), mientras que para un casco de barco es la eslora de flotación. La aceleración de la gravedad (m/s²) tiene por defecto la gravedad estándar de la Tierra, 9.81 m/s², y rara vez necesita ajustarse — pero el campo existe para contextos de modelado especializados. Como L está bajo una raíz cuadrada, duplicarla solo aumenta el denominador cerca de un 41%, mientras que duplicar la velocidad duplica Fr directamente — la velocidad suele ser la entrada con más influencia sobre el resultado.
Límites y casos extremos
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El número de Froude asume una única superficie libre bien definida y una escala de longitud que representa de forma significativa la profundidad del flujo o la geometría del casco — no captura efectos tridimensionales, interferencia de olas entre múltiples cascos, ni compresibilidad. Para barcos, la regla práctica de Fr ≈ 0.4 de velocidad de casco es una guía útil de planeo/desplazamiento, no un límite físico estricto — muchos cascos operan algo por encima o por debajo dependiendo de la forma del casco. Para el diseño de canales y vertederos, siempre verifica las predicciones de salto hidráulico contra un modelado hidráulico específico del sitio; esta calculadora da la clasificación y el umbral, no un cálculo completo de pérdida de energía o longitud del salto.
❓
Preguntas
Preguntas frecuentes
6 preguntas▸
¿Cuál es la fórmula del número de Froude?+
Fr = v/√(gL), donde v es la velocidad del flujo (m/s), g es la aceleración de la gravedad (m/s², típicamente 9.81), y L es una longitud característica como la profundidad hidráulica o la eslora de flotación (m). Fr es adimensional.
¿Qué significa flujo subcrítico?+
El flujo subcrítico tiene un número de Froude menor que 1. Es relativamente profundo y lento, dominado por la gravedad, y las perturbaciones superficiales pueden viajar tanto aguas arriba como aguas abajo — esto es típico de la mayoría de los ríos y canales en condiciones normales.
¿Qué significa flujo supercrítico?+
El flujo supercrítico tiene un número de Froude mayor que 1. Es relativamente poco profundo y rápido, dominado por la inercia, y las perturbaciones superficiales solo pueden viajar aguas abajo — común justo debajo de las crestas de vertederos, compuertas deslizantes y canaletas empinadas.
¿Qué ocurre en un salto hidráulico?+
Un salto hidráulico ocurre donde el flujo cruza el umbral crítico, Fr = 1, transicionando de supercrítico a subcrítico. El aumento abrupto en la elevación de la superficie disipa energía cinética como turbulencia, por lo que los ingenieros diseñan deliberadamente cuencos amortiguadores para provocar saltos y proteger los canales aguas abajo de la erosión.
¿Cómo aplica el número de Froude a los barcos?+
Para embarcaciones de casco de desplazamiento, el número de Froude basado en la eslora de flotación predice la resistencia por generación de olas. Alrededor de Fr ≈ 0.4, los sistemas de olas de proa y popa se alinean de una forma que históricamente definió una 'velocidad de casco' práctica — ir mucho más rápido requiere una potencia desproporcionadamente mayor porque la resistencia por generación de olas aumenta bruscamente.
¿Es adimensional el número de Froude?+
Sí. Cada unidad en v/√(gL) se cancela (m/s dividido entre √(m/s² × m) se reduce a un número puro), por lo que puede usarse para comparar flujos de escalas completamente distintas — un modelo de laboratorio y un río a tamaño real — en la misma escala de subcrítico a supercrítico.
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