ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
1.
OBJETIVOS
2.
FUNDAMENTO
TEÓRICO
2.1 El Teorema de Bernoulli
2.2 El Tubo de Venturi
2.2.1 Definición
2.2.2
Funcionamiento
de un tubo de venturi
3.
EQUIPO Y
MATERIALES
4.
PROCEDIMIENTO
5.
APLICACIONES
DEL EFECTO VENTURI
6.
CONCLUSIONES
7.
REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
INTRODUCCIÓN
El presente
informe tiene como fin explicar el desarrollo de la construcción del Tubo o
Medidor de Venturi además las diversas aplicaciones en los diferentes campos de
la ciencia
Es decir
por ejemplo en la hidráulica se
utiliza frecuentemente para la fabricación de máquinas que proporcionan
aditivos en una conducción, en la aeronáutica se utiliza este tubo para
proveer succión a los instrumentos que trabajan con vacío (Coordinador
de giro, Horizonte
artificial, etc.), en motores de autos el carburador aspira el carburante por efecto
Venturi, en la odontología el
sistema de aspiración de saliva en los equipos dentales antiguos utilizaban tubos
finos Venturi, en cardiología y en muchas otras ramas de la ciencia.
Es por eso
la importancia de conocer el ya mencionado medidor y sus aplicaciones
1. OBJETIVOS
A. Estudiar el efecto, funcionamiento y las aplicaciones
tecnológicas del Tubo Venturi.
B. Observar las diferentes variaciones que se presentan
mientras se trabaja con el medidor de Venturi.
C. Llegar a conocer los medios correspondientes para
evitar los diferentes errores que se presentan durante todo el proceso.
D. Reconocer medios posibles para hacer de los Tubos de
Venturi medidores de caudal aplicables de manera práctica y sencilla.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1 El Teorema de Bernoulli
El
Teorema de Bernoulli es el principio físico que implica la disminución de la
presión de un fluido (líquido o gas) en movimiento cuando aumenta su velocidad.
Afirma que la energía total de un sistema de fluidos con flujo uniforme
permanece constante a lo largo de la trayectoria de flujo. Puede demostrarse
que, como consecuencia de ello, el aumento de velocidad del fluido debe verse
compensado por una disminución de su presión.
De acuerdo
con el teorema de Bernoulli, la velocidad en la parte estrecha de la
canalización tiene que ser mayor que en la ancha, y por estar ambas a la misma
altura, la presión en la parte ancha es mayor que en la estrecha. Por tanto,
cuando un fluido incrementa su velocidad sin variar de nivel, su presión
disminuye.
Esto es aplicable en caudalímetros de orificio, también llamados Venturi, que serán estudiados en este laboratorio, que miden la diferencia de presión entre el fluido a baja velocidad que pasa por un tubo de entrada y el fluido a alta velocidad que pasa por un orificio de menor diámetro, con lo que se determina la velocidad de flujo y, por tanto, el caudal.
Esto es aplicable en caudalímetros de orificio, también llamados Venturi, que serán estudiados en este laboratorio, que miden la diferencia de presión entre el fluido a baja velocidad que pasa por un tubo de entrada y el fluido a alta velocidad que pasa por un orificio de menor diámetro, con lo que se determina la velocidad de flujo y, por tanto, el caudal.
2.2 El Tubo de Venturi
2.2.1 Definición
El
Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar
por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta,
entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección
estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta
se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo.
Las
dimensiones del Tubo de Venturi para medición de caudales, tal como las
estableció Clemens Herschel, son por lo general las que indica la figura 1
Figura
1. Medidor Venturi
La presión que precede al cono de entrada se transmite a través de
múltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo piezométrico. De modo
análogo, la presión en la garganta se transmite a otro anillo piezométrico. Una
sola línea de presión sale de cada anillo y se conecta con un manómetro o
registrador. En algunos diseños los anillos piezométricos se sustituyen por
sencillas uniones de presión que conducen a la tubería de entrada y a la
garganta.
La principal ventaja del Venturi estriba en que sólo
pierde un 10 - 20% de la diferencia de presión entre la entrada y la garganta.
Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente.
Es importante conocer la relación que existe entre los
distintos diámetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que
se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para
que pueda cumplir la función para la cual está construido.
Esta relación de diámetros y distancias es la base
para realizar los cálculos para la construcción de un Tubo de Venturi y
con los conocimientos del caudal que se desee pasar por él.
Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi
típico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisión cilíndrica, un
cono convergente, una garganta y un cono divergente. La entrada convergente
tiene un ángulo incluido de alrededor de 21º, y el cono divergente de 7 a 8º.
La finalidad del cono divergente es reducir la pérdida global de presión en el
medidor; su eliminación no tendrá efecto sobre el coeficiente de descarga. La
presión se detecta a través de una serie de agujeros en la admisión y la
garganta; estos agujeros conducen a una cámara angular, y las dos cámaras están
conectadas a un sensor de diferencial de presión.
2.2.2 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.
La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad
pueden utilizarse para derivar la relación a través de la cual podemos calcular
la velocidad del flujo. Utilizando las
secciones 1 y 2 en la fórmula 2 como puntos de referencia, podemos escribir las
siguientes ecuaciones:
1
Q = A1v1 = A2v2 2
Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos
incomprensibles, en el caso de los líquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atención a la variación del peso
específico g con la presión. La reducción algebraica de las ecuaciones 1 y 2 es
como sigue:
Pero:
Por consiguiente tenemos,
(3)
Se pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este
momento. Primero, la diferencia de elevación (z1-z2) es muy pequeña, aun cuando
el medidor se encuentre instalado en forma vertical. Por lo tanto, se desprecia
este término. Segundo, el termino hl es la perdida de la energía del fluido
conforme este corre de la sección 1 a la sección 2. El valor hl debe determinarse en
forma experimental. Pero es más conveniente modificar la ecuación (3)
eliminando h1 e introduciendo un coeficiente de descarga C:
(4)
La ecuación (4) puede utilizarse para calcular la
velocidad de flujo en la garganta del medidor. Sin embargo, usualmente se desea
calcular la velocidad de flujo del volumen.
Puesto que 
, tenemos:
, tenemos:
(5)
El valor del coeficiente C depende del número de
Reynolds del flujo y de la geometría real del medidor. La
figura 2 muestra una curva típica de C versus número de Reynolds en la tubería
principal.
Figura 2
La referencia 3 recomienda que C = 0.984 para un Tubo
Venturi fabricado o fundido con las siguientes condiciones:
(En la tubería principal)
Donde
se define como el coeficiente del diámetro de la
garganta y el diámetro de la sección de la tubería principal. Esto es, 
.
se define como el coeficiente del diámetro de la
garganta y el diámetro de la sección de la tubería principal. Esto es, .
Para un Tubo Vénturi maquinado, se recomienda que C =
0.995 para las condiciones siguientes:
(En la tubería principal)
La referencia 3, 5 y 9 proporcionan información extensa sobre la selección adecuada y la aplicación de los Tubos de Venturi.
La ecuación (14-5) se utiliza para la boquilla de
flujo y para el orificio, así como también para el Tubo de Venturi.
3. EQUIPO Y MATERIALES
Ø
60 cm de tubo PVC de 4’’
Ø
20 cm
de tubo PVC de 2’’
Ø
2 reducciones PVC de 4’’- 2’’
Ø
1m de manguera de alta presión.
Ø
Pegamento para tubos
Ø
Silicona
Ø
Laca
4.
PROCEDIMIENTO
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.
5.
APLICACIONES DEL
EFECTO VENTURI
- Hidráulica:
La depresión generada en un estrechamiento al aumentar la velocidad del
fluido, se utiliza frecuentemente para la fabricación de máquinas que
proporcionan aditivos en una conducción hidráulica. Es muy frecuente la
utilización de este efecto "Venturi" en los mezcladores del tipo
Z para añadir espumógeno en una conducción de agua para la extinción.
- Aeronáutica:
Aunque el efecto Venturi se utiliza frecuentemente para explicar la sustentación
producida en alas de aviones el efecto Venturi por sí solo no es
suficiente para explicar la sustentación aérea. Durante la Primera Guerra Mundial, Albert Einstein
diseñó para el ejército alemán un modelo de ala a partir de un análisis
del principio de Bernoulli y el
efecto Venturi. El prototipo que llegó a ser construido no pudo apenas
despegar. Además, se utiliza este tubo para proveer succión a los
instrumentos que trabajan con vacío, (Coordinador de giro, Horizonte artificial, etc.) en
los aviones que no están provistos de bombas mecánicas de vacío.
- Airsoft:
Las réplicas usadas en éste juego suelen incluir un sistema llamado HopUp que provoca que el balín sea
proyectado realizando un efecto circular, lo que aumenta el alcance
efectivo de la réplica.
- Motor:
el carburador
aspira el carburante por efecto Venturi, mezclándolo con el aire (fluido
del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento.
- Hogar:
En los equipos ozonificadores de agua, se utiliza un pequeño tubo Venturi
para efectuar una succión del ozono
que se produce en un depósito de vidrio, y así mezclarlo con el flujo de
agua que va saliendo del equipo con la idea de destruir las posibles
bacterias patógenas y de desactivar los virus y otros microorganismos que
no son sensibles a la desinfección con cloro.
- Tubos de Venturi:
Medida de velocidad de fluidos en conducciones y aceleración de fluidos.
- Acuarofilia:
En las tomas de bombas de agua o filtros, el efecto Venturi se utiliza
para la inyección de aire y/o CO2.
- Cardiología:
El efecto Venturi se utiliza para explicar la regurgitación mitral que se
puede dar en la miocardiopatía hipertrófica, y que es causa de muerte
súbita en deportistas.
La explicación
es que el movimiento sistólico anterior (MSA) que realiza la valva anterior de
la válvula mitral, se produce porque la hipertrofia septal y el estrechamiento
del tracto de salida provocan una corriente de alta velocidad sobre la v.
mitral, que debido al efecto Venturi, succiona el extremo de la valva anterior
contra el septo, que impide la salida de sangre, por lo que regurgita hacia la
aurícula izquierda.
- Odontología:
el sistema de aspiración de saliva en
los equipos dentales
antiguos utilizaban tubos finos Venturi. Ahora la aspiración está motorizada.
6. CONCLUSIONES
Luego de haber realizado este proyecto
se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser
utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria,
en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede
entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar
o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente.
Para un Ingeniero es importante tener
este tipo de conocimientos previos, ya que como por ejemplo con la ayuda de un
Tubo de Venturi se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o
hacerle mejoras a equipos ya construidos y que estén siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando
menos consumo de energía, menos espacio físico y en general muchos aspectos que
le puedan disminuir pérdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios.
Es indispensable para la parte de
diseño tener los conocimientos referidos al cálculo de un Tubo de Venturi, los cuales se pueden realizar haciendo la
relación entre los distintos diámetros del tubo, como por ejemplo el de la
entrada del tubo, la garganta y la salida del tubo; igualmente teniendo el conocimiento de el caudal que va a entrar en el mismo, o que se desea
introducir para cumplir una determinada función (como la de crear vacío) y
tomar muy en cuenta las presiones que debe llevar el fluido, ya que esto va a
ser el factor más fundamental para que su función se lleve a cabo.
Es fundamental hacer referencia a este
trabajo en lo que respecta al diseño de Tubos de Venturi para mejorar la
creación y desarrollo de otros proyectos. Esto se puede tener en cuenta, por ejemplo en los proyectos en
donde estos puedan ser trancados por problemas ambientales, en donde su diseño
cree la proliferación de partículas de polvos, gases o vapores que puedan dañar
el medio ambiente y el Ministerio del Ambiente no los apruebe, o que estas mismos gases o partículas dañen a los
otro equipos y debido a esto la compañía o empresa no permita la aplicación de dicho proyecto, aun cuando éste
produzca mejoras a la misma y una producción más eficaz y eficiente.
Para esto el Tubo de Venturi se puede
utilizar, ya que una de las aplicaciones más importantes es la de crear
limpieza en el ambiente mediante un mecanismo previamente diseñando.
Finalmente se puede decir que el Tubo
de Venturi es un dispositivo que por medio de cambios de presiones puede crear
condiciones adecuadas para la realización de actividades que nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnológicas.
7.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
6.1
Beatriz Alvarenga , A. Dibenio, “Física General”, 3ra. Edición. Edit. Harla. México.
6.2
Berr-Jhonson,
“Dinámica”. Edit. Interamericana.
6.3
Daish C.B. y Fender D.H., “Física experimental”. Edit. Uteha.
México 1964.
6.4
Francis W. Sears, “Fundamentos de Física”, Tomo I. Edit.
Aguilar S.A., España VII, edición 1967.
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