Efecto venturi. Efecto Venturi

Transcripción

1 M E C Á N I C A Efecto venturi Efecto Venturi

2 M E C Á N I C A La dinámica de fluidos -frecuentemente llamada hidrodinámica, aunque este nombre se refiera sólo a líquidos- considera a éstos para su estudio como incompresibles, (en el caso de los gases, si las velocidades de corriente no son muy grandes, se pueden considerar como tales). Suponiendo despreciable el influjo del rozamiento, el principio de conservación de la energía se conoce como teorema de Bernouilli y establece que a lo largo de una línea de corriente en régimen estacionario (las líneas de corriente no se entrecruzan entre sí), debe verificarse la siguiente ecuación: P + ρ v 2 / 2 + ρ g h = cte. Siendo ρ la densidad del fluido, P la presión ejercida, v la velocidad de la corriente, h la altura del punto considerado y g la aceleración de la gravedad. En dicha ecuación, el primer término es la presión ejercida sobre el líquido, el segundo la presión debida a la velocidad y el tercero la presión debida a la altura. Si no existe pérdida de caudal la ecuación de continuidad establece que: S1.v1 = S1.v2 (SIENDO "S" LA SECCIÓN DE TUBERÍA Y "V" LA VELOCIDAD DEL FLUIDO) Por tanto, en una tubería si se estrecha, es decir disminuye su diámetro, aumenta la velocidad del líquido. Una segunda consecuencia del teorema de Bernouilli es que si en un tubo horizontal aumentamos la velocidad disminuye la presión.

3 Efecto Venturi ANTES DE LA VISITA La hidrodinámica es el estudio de los fluidos en movimiento pero, sabes qué es un fluido? Bernouilli fue un científico suizo que planteó el principio de conservación de la energía para fluidos. Conoces la expresión matemática de este principio? _ Realiza esta experiencia: coge cuatro botellas de plástico de 2 litros de capacidad y haz varios agujeros en ellas a distintas alturas; llénalas de agua y observa la salida del agua a través de los agujeros. - Podrías explicar los resultados? _ - Sabes cuál es el teorema, enunciado por el famoso físico descubridor de la presión atmosférica, en que se basa este fenómeno? 1

4 M E C Á N I C A DURANTE LA VISITA Qué crees que ocurrirá cuando lanzas el chorro de aire entre las dos bolas del módulo? Pulsa el botón y observa el resultado. Coincide con tu predicción? _ Interrumpe el chorro de aire con tu mano Qué ocurre? Retira una de las bolas hacia un lado y pulsa de nuevo el botón. Qué ocurre ahora que sólo hay una bola? 2

5 Efecto Venturi DESPUÉS DE LA VISITA Has notado alguna vez lo que ocurre cuando un vehículo adelanta a otro a gran velocidad y con poca distancia lateral? Sabes por qué? Según este fenómeno, crees que el código de circulación debe hacer alguna recomendación sobre los adelantamientos en zonas muy estrechas? Cómo la redactarías? Cuando se adelante a motos y bicicletas, sobre todo por vehículos como el autobús o similar, la norma anterior debe ser la misma? Por este mismo motivo qué te podría ocurrir si estas esperando el tren muy cerca de la vía? Y si estás en el borde de la acera y pasa un autobús a gran velocidad? El fundamento físico del fenómeno que observaste en el módulo del museo, es el efecto Venturi que a su vez es una consecuencia del teorema de Bernouilli. Sabes en qué consiste? Si una tubería como la que se representa en la figura se estrecha en un determinado tramo, dónde crees que será mayor la velocidad del fluido, en la zona ancha o en la estrecha? Y la presión? Por qué? 1 2 3

6 M E C Á N I C A Sabías que el funcionamiento de un pulverizador, del mechero Bunsen o de la trompa de agua que se utiliza para hacer el vacío en un recipiente, están basados en el efecto Venturi? Observa las figuras e intenta explicar su funcionamiento El contador de Venturi es un dispositivo que se utiliza para medir el caudal de una tubería. No es más que un manómetro diferencial que indica la diferencia de presión entre la parte ancha y estrecha del tubo. Si recuerdas la ecuación de continuidad (el caudal que atraviesa las secciones 1 y 2 es el mismo) y la ecuación Bernouilli, qué expresión te dará el caudal medio medido con este aparato? 1 2 El empuje aerodinámico, es decir, la fuerza hacia arriba que permite elevar un avión, es también una consecuencia de la ecuación de Bernouilli. El perfil del ala de un avión está diseñada de modo que si la parte delantera del ala está más alta que la posterior, la velocidad del aire por encima del ala será mayor que por debajo de ella. Se produce pues una fuerza resultante hacia arriba. Sabrías decir de qué factores depende esta fuerza? 4

7 Efecto Venturi CURIOSIDADES Como aplicación de este módulo podemos comentar uno de los avances tecnológicos más espectaculares y difíciles de comprender para mucha gente: el vuelo de los aviones. Que varios miles de toneladas puedan "flotar" en el aire siendo los materiales que los constituyen mucho más densos que él, puede parecer un misterio. Veamos de una forma sencilla la explicación de este aparente misterio: Supongamos un avión cuyas alas tengan una superficie total de 500 m 2. El peso de este avión puede estar alrededor de 300 t. Para conseguir mantenerlo en el aire es preciso una fuerza ascensional, al menos, igual al peso, además habrá que agregar a ésta una mayor para tener un margen suficientemente grande de seguridad. Esta fuerza ascensional se consigue gracias al perfil de las alas que hacen que la velocidad del aire por encima de ellas, sea mayor que la velocidad por la parte inferior. Para la superficie de las alas antes citadas la fuerza total del aire en cada cara será equivalente a unas 5000 t de peso (aproximadamente 1 Kp por cm 2 ). Cuando el avión despega a una velocidad de unos 300 Km /h con sólo suponer un 10% de diferencia de presión entre las caras superior e inferior de las alas, por efecto Venturi, ya obtendríamos la fuerza necesaria superior al peso del avión. 5

8 Avda. DE LUIS BUÑUEL MÁLAGA Tlno/Fax: