Tubos Venturi y Pitot

Tubos Venturi y tubos Pitot

Instrumentación Industrial.

Presentado por:

Luis Fernando Vivas

Nathash Abbarig Guerrero

Juan Manuel Jiménez

Universidad Surcolombiana

Neiva Huila

2020

Efecto Venturi.

El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuirá su presión al pasar por una zona de sección menor, mientras que la velocidad tendrá el efecto contrario y por lo tanto aumentara su valor. En 1797 fue demostrado este efecto por el físico de nacionalidad italiana Giovanni Battista Venturi (1746-1822), por lo que lleva su nombre.

Este efecto responde ante el teorema de la conservación de la energía mecánica, la cual expresa que el aumento de la energía cinética, genera una disminución en la energía de presión, descrito también mediante las ecuaciones del principio de Bernoulli, del cual se desprende las fórmulas que determinan las relaciones de los parámetros involucrados en el efecto Venturi y por tanto en el Tubo Venturi.

Cuando por esta o por otra circunstancia, la presión se hiciera negativa, en teoría traerá consigo la detención del movimiento del fluido o, si se introduce un tubo con otro fluido, este fluido sería aspirado por la corriente del primero. Este fenómeno se suele aprovechar en la industria para mezclar fluidos con un reducido gasto energético. En otros casos utiliza este efecto para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho con el extremo en forma de cono. Estos modelos se utilizan en numerosos dispositivos en los que la velocidad de un fluido es importante y constituyen la base de aparatos como el carburador.

El tubo de Venturi luce de la siguiente manera:

[pic 1]

Figura 1. Tubo de Venturi

Como se puede apreciar en la imagen, este tubo se caracteriza por tener un diseño que involucra cambios en el área trasversal a lo largo de él; estos cambios generan diferencias de velocidades y presiones a lo largo de las secciones, y son estas diferencias las que permiten conocer sus valores a partir de parámetros preestablecidos como las dimensiones del tubo y el caudal.

A partir de la Figura 1. podemos generar diferentes diseños para conocer los parámetros que deseemos de un fluido en especial, algunos de ellos son los que se muestran a continuación:

[pic 2]

Figura 2. Tuvo de Venturi con dos manómetros.

[pic 3]

Figura 3. Tuvo de Venturi con tubo en u.

Con cualquiera de estos se logra conocer las cualidades de los fluidos involucrados, sin embargo en la imagen 3 se puede apreciar que involucra 2 fluidos diferentes, esto puede llegar a ser bastante útil, porque como se aprecia en dicha figura, el contenido del fluido verde es poco comparado con el azul, por lo tanto si deseamos conocer las características de un fluido del cual no tenemos muchas cantidades, podemos hacerlo relacionándolo con otro como el agua o el aire que normalmente se consigue con mayor facilidad y tiene valores de densidad conocidos.

A continuación, se realiza la demostración de la adquisición de las fórmulas que relacionan los parámetros involucrados en el efecto Venturi, esto se realiza partiendo del Principio de Bernoulli:

[pic 4]

Si los dos puntos se encuentran a la misma altura la presión hidrostática es la misma para ambos, entonces:

[pic 5]

A partir de esta ecuación se empieza a despejar la variable que se desee obtener, para la velocidad:

[pic 6]

Recordamos que la velocidad depende del área, por lo tanto, la relación entre una velocidad y otra se ve descrita por la ecuación de conservación de las masas:

[pic 7]

Se reemplaza en la formula y se despeja:

[pic 8]   [pic 9]    [pic 10]

De la misma forma se encuentra V2:

[pic 11]

Para el flujo volumétrico Q, se utiliza también la ecuación de la conservación de la energía:

[pic 12]

Si la diferencia de presiones se mide a partir de la diferencia de altura en dos manómetros de la figura 2, esto queda gravedad y  la diferencia de altura que alcanza el fluido a cada lado del tubo en u.[pic 13]

[pic 14]

Para lo que ya no dependeríamos de las presiones; para el caso de la figura 3, debemos utilizar ecuación fundamental de la hidrostática

[pic 15]

[pic 16]

Donde  es la densidad del fluido presente en el tubo en u, mientras que , la densidad del fluido que atraviesa el tubo de Venturi; Se puede hacer uso de esta ecuación debido a que en el tubo en u, el fluido está en reposo, por lo tanto, hace parte de la estática de fluidos y sus ecuaciones. Con esto obtenemos nuevamente las ecuaciones en términos de parámetros conocidos.[pic 17][pic 18]

Aplicaciones:

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.

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