Efecto Venturi
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Tubo de Venturi. El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la energía si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.
Sumario
Biografía
Giovanni Battista Venturi Físico italiano ( Bibiano 1746 – Reggio Emilia 1822). Profesor en Módena y Pavia. En 1813 se dedico a las investigaciones de física. En este ámbito se ocupó en particular de los colores y varias cuestiones de óptica, no obstante, es singularmente reconocido por sus estudios en el campo de la hidráulica. Mostró en 1797 que la contracción del flujo a la entrada de un tubo cilíndrico, ocasionaba: reducción local de la presión y generación de remolinos. El reemplazo del cilindro por dos secciones cónicas, la cual llamó tobera de conos divergentes y que luego sería llamada como tubo venturi en su honor, elimina los remolinos y por lo tanto incrementa el flujo.
Tubo de Venturi
Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado por dos secciones cónicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza consecuentemente a mayor velocidad. La presión en el tubo Venturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la región ancha y la canalización estrecha. La diferencia de alturas del líquido en el tubo en U permite medir la presión en ambos puntos y consecuentemente la velocidad. Cuando se utiliza un tubo de Venturi hay que tener en cuenta un fenómeno que se denomina cavitación. Este fenómeno ocurre si la presión en alguna sección del tubo es menor que la presión de vapor del fluido. Para este tipo particular de tubo, el riesgo de cavitación se encuentra en la garganta del mismo, ya que aquí, al ser mínima el área y máxima la velocidad, la presión es la menor que se puede encontrar en el tubo. Cuando ocurre la cavitación, se generan burbujas localmente, que se trasladan a lo largo del tubo. Si estas burbujas llegan a zonas de presión más elevada, pueden colapsar produciendo así picos de presión local con el riesgo potencial de dañar la pared del tubo.
Funcionamiento de un Tubo de Venturi
En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos ramificadores de presión se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial. En el caso de la hidráulica en donde se tiene en cuenta las pérdidas por fricción, lo más conveniente es desarrollar una ecuación que las contenga. Después de hacer unos cálculos y unas simplificaciones se puede llegar a las siguientes ecuaciones que hacen más práctica y rápida la resolución de cierto tipo de problemas.
Q = K ( 12.6 h – Hf )1/2
K = SE [ 2 g / (( dE / dG )4 – 1)]1/2
SE = 0.7854 * dE2
dG = Diámetro en la garganta
dE = Diámetro en la tubería de conducción
h = Diferencia de nivel en el manómetro (se expresa en metro de mercurio)
Hf = Pérdidas por frotamiento (se expresa en m)
Es prudente tener en cuenta que esta ecuación se trabaja en el sistema internacional (m, s) y que el líquido manométrico es el mercurio. Las pérdidas de fricción se reportan en unidades de longitud, puesto que se tratan como una disminución en la cabeza de presión. Esta ecuación se trabaja para flujo incompresible. La descarga depende de la diferencia manométrica sin importar la orientación del medidor de Venturi; no es relevante si el medidor está colocado horizontal, vertical o inclinado.
Aplicaciones del efecto Ventura
El Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria
- En la Industria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de éste se pude observar en lo que es la Alimentación de Combustible.
Los motores requieren aire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina necesita aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algún mecanismo dosificador que permita el ingreso de la mezcla al motor en la proporción correcta. A ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de Vénturi: al variar el diámetro interior de una tubería, se aumenta la velocidad del paso de aire. El Tubo de Venturi permite el mezclado del aire con el combustible para que se de la combustión, sin lo cual el motor del carro no podría arrancar, de aquí que el principio de este tubo se utiliza como parte importante de la industria automotriz. El Efecto Vénturi en el carburador consiste en hacer pasar una corriente de aire a gran velocidad, provocada por el descenso del pistón por una cantidad de gasolina que esta alimentando por un cuba formándose una masa gaseosa. La riqueza de la gasolina depende del diámetro del surtidor.
- En el área de la Limpieza:
Este tubo también tiene otras aplicaciones como para la limpieza. El aire urbano normal transporta alrededor de 0.0006 granos de materia suspendida por pie cúbico (1.37 mg/m3), lo que constituye un límite práctico para la mayor parte de la limpieza de gases industriales; La cantidad de polvo en el aire normal en las plantas de fabricación con frecuencia es tan elevada como 0.002 g/pie3 (4.58 mg/m3). La cantidad de polvo en el gas de alto horno, después de pasar por el primer captador de polvos es del orden de 10 g/pie3 (22.9 g/m3), al igual que el gas crudo caliente de gasógeno. Todas las cifras de contenido de polvos se basan en volúmenes de aire a 60º F y 1 atm (15.6º C y 101000 N/m2 ). La eliminación de la materia suspendida se realiza mediante lavadores dinámicos de rocío. El Vénturi de Pease-Anthony. En este sistema, el gas se fuerza a través de la garganta de un Vénturi, en la que se mezcla con rocíos de agua de alta presión. Se necesita un tanque después de Vénturi, para enfriar y eliminar la humedad. Se ha informado de una limpieza de entre 0.1 a 0.3 g/pie3. Comparativamente, se aplica menos la filtración para limpiar gases; se utiliza de manera extensa para limpiar aire y gases de desecho. Por lo común, los materiales que se utilizan para filtrar gases son tela de algodón o lana de tejido tupido, para temperaturas hasta de 250º F; para temperaturas más altas se recomienda tela metálica o de fibra de vidrio tejida. Los gases que se filtren deben encontrarse bien arriba de su punto de rocío, ya que la condensación en la tela del filtro tapará los poros. De ser necesario, debe recalentarse el gas saturado. A menudo, a la tela se le da forma de "sacos", tubos de 6 a 12 pulg de diámetro y hasta de 40 pie de largo, que se suspenden de un armazón de acero (cámara de sacos). La entrada del gas se encuentra en el extremo inferior, a través de un cabezal al que se conectan los sacos en paralelo; la salida se realiza a través de una cubierta que rodea a todos los sacos. A intervalos frecuentes, se interrumpe la operación de toda la unidad o de parte de ella, para batir o sacudir los sacos, o introducir aire limpio en sentido contrario a través de ellos, para de3aslojar el polvo acumulado, el cual cae hacia el cabezal de admisión de los gases y del cual se remueve mediante un transportador de gusano. Es posible reducir el contenido de polvo hasta 0.01 g/pie3 o menos, a un costo razonable. El aparato también se usa para la recuperación de sólidos valiosos arrastrados por los gases.
- Métodos de captación de la energía eólica:
La captación de energía eólica puede dividirse en dos maneras: Captación directa: La energía se extrae por medio de superficies directamente en contacto con el viento, por ejemplo, molinos de viento y velas. Captación indirecta: Interviene en este caso un elemento intermedio para su captación, por ejemplo la superficie del mar. Captación Indirecta La captación indirecta utiliza ya sea máquinas del tipo precedente asociadas a órganos estáticos o bien órganos enteramente estáticos, o bien un fluido intermediario. Órgano estático y máquina dinámica: El principio se basa en la utilización de un Tubo de Venturi; Esta disposición permite para una hélice dada y un viento dado, hacer crecer la velocidad de rotación y la potencia, así como también el rendimiento aerodinámico por supresión de las pérdidas marginales. Aplicado directamente a una máquina de eje horizontal el interés es poco, pues este tubo complica considerablemente la instalación. Hay que hacer notar que este Tubo de Venturi en hélices de pocas palas. Se han propuesto sistemas que utilicen varios Tubos Venturi en serie. Una idea más interesante podría ser la de Nazare que propone un enorme Vénturi vertical que permitiría realizar verdaderas trombas artificiales, sobre todo si esta instalación se hiciese en países cálidos. Se trata de sistemas que "fabrican el viento" basándose principalmente en las diferencias de temperaturas que existirían en las dos extremidades de la torre. La máquina eólica estaría ubicada en el cuello. Será teóricamente posible desarrollas potencias que irían de los 500 a 1000 MW, empleando torres de 300 a 400 metros de alto. Pareciera que hay muchas dificultades de construir la torre, pero ya en la actualidad en algunas centrales nucleares existen torres de refrigeración aéreas de 150 metros de alto.
- Órganos enteramente estáticos
Estos emplean principalmente Tubos de Venturi que modifican la repartición de la presión dinámica y estática. Se han propuesto sistemas que permitan elevar agua agrupando en serie una cierta cantidad de Tubos de Venturi, los que parecerían ser promisorios.
- Sombrero Vénturi:
Otra aplicación clara del principio del Tubo de Venturi es el Sombrero de Vénturi. Principio de funcionamiento: El aire caliente, que sale por el conducto principal, es arrastrado por el aire frío que ingresa por la parte inferior cuando "choca" contra la tubería produciéndose el efecto de vacío en el extremo del conducto, esta acción logra que este sombrero tenga un alto índice de efectividad, proporcional a la velocidad del viento funcionando en forma óptima con la más leve brisa. Este tipo de sombrero es especial para zonas muy ventosas. Largas pruebas fueron realizadas para conseguir efectividad ante condiciones climáticas adversas.
