Tubo de Venturi

Efecto Venturi

El efecto Venturi consiste en un fenómeno en el que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor.​ En ciertas condiciones, cuando el aumento de velocidad es muy grande, se llegan a producir grandes diferencias de presión y entonces, si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido de este conducto, que se mezclará con el que circula por el primer 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 conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

Efectivamente, según el principio de Bernoulli:

donde:

• ${\displaystyle V}$ = velocidad del fluido en la sección considerada.
• ${\displaystyle g}$ = aceleración gravitatoria, g ≈ 9,81 m/s².
• ${\displaystyle P}$ = presión en cada punto de la línea de corriente.
• ${\displaystyle \gamma }$ es el peso específico (${\displaystyle \gamma =\rho g}$). Este valor se asume constante a lo largo del recorrido cuando se trata de un fluido incompresible.
• ${\displaystyle z}$ = altura, en vertical, sobre una cota de referencia.
• Los subíndices ${\displaystyle 1}$ y ${\displaystyle 2}$ indican que los valores se toman en un punto 1 y en otro punto 2, a lo largo de la conducción.

Tubo de Venturi

Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi.​ Efectivamente, conociendo la velocidad antes del estrechamiento y midiendo la diferencia de presiones, se halla fácilmente la velocidad en el punto problema.

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.

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.

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.

Aplicaciones del efecto Venturi

• Tubos de Venturi: medida de velocidad de fluidos en conducciones y aceleración de fluidos.

• 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.

• Petróleo: la succión o depresión que ocasiona el cambio de área generada por el efecto Venturi, se usa para extraer artificialmente fluidos de pozos petroleros.

• Motor: el carburador aspira el carburante por efecto Venturi, mezclándolo con el aire (fluido del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento.

• Neumática: para aplicaciones de ventosas y eyectores.

• Aeronáutica: interviene en efectos relacionados con la viscosidad del aire que pueden explicarse con las ecuaciones de Navier-Stokes. Además, se utiliza un tubo de Venturi para proveer succión a los instrumentos que trabajan con vacío, en los aviones que no están provistos de bombas mecánicas de vacío. 

• Hogar: en los equipos ozonizadores de agua, se utiliza un pequeño tubo de 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.

• 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. 

• Neumología: el efecto Venturi se utiliza en máscaras para la administración de concentraciones exactas de dioxígeno.

• Odontología: el sistema de aspiración de saliva en los equipos dentales antiguos utilizaba tubos finos de Venturi. Ahora la aspiración está motorizada.