L'efecte Venturi és un fenomen de la mecànica de fluids que es produeix quan un fluid en moviment passa a través d'una secció de tub de forma cònica, estrenyent-se a la part central i després tornant-se a eixamplar.
Aquest fenomen va ser descobert pel físic italià Giovanni Battista Venturi a finals del segle XVIII i des de llavors ha estat de gran importància a diversos camps de la ciència i l'enginyeria.
Funcionament
El principi bàsic darrere de lefecte Venturi és la conservació de lenergia en un fluid en moviment. Segons el principi de Bernoulli, en un flux de fluid ideal sense fricció, la suma de lenergia cinètica i lenergia potencial per unitat de volum és constant al llarg dun corrent de fluid. En altres paraules, quan la velocitat del fluid augmenta, la seva pressió disminueix i viceversa.
Quan un fluid flueix mitjançant una secció de tub que s'estreny la velocitat del fluid augmenta a la regió on el diàmetre del tub és menor. Això és perquè el flux de fluid ha de conservar el seu flux volumètric, la qual cosa significa que la mateixa quantitat de fluid ha de passar per qualsevol secció transversal del tub en un temps donat. Com a resultat, per a un flux més ràpid, làrea de la secció transversal ha de ser menor.
L'acceleració del fluid a la regió estreta del tub condueix a una disminució de la pressió en aquesta regió, d'acord amb el principi de Bernoulli. Aquesta disminució de pressió és el que es coneix com a baixa pressió de Venturi. Per contra, a les seccions més amples del tub, on la velocitat del fluid és menor, la pressió és més alta.
Aplicacions
L'efecte venturi té nombroses aplicacions a l'enginyeria i la ciència a causa de les seves implicacions en el flux de fluids.
A continuació, es presenta una llista exhaustiva d'exemples d'aplicacions en què Venturi té un paper important en diferents camps de la ciència:
Enginyeria nuclear
En una central nuclear, l'efecte Venturi s'aplica als sistemes de circulació de refrigerant del reactor.
Als reactors nuclears, s'utilitza als tubs Venturi per mesurar el flux del refrigerant, garantint una correcta circulació i refredament del nucli. A més, ajuda en l'eliminació de bombolles de vapor, millorant l'eficiència i la seguretat del sistema de refrigeració en evitar punts calents i mantenint una temperatura constant al reactor.
També s'aplica a les turbines de vapor d'una central nuclear. En aquestes turbines, el vapor d'alta pressió s'expandeix i s'accelera en passar per les toveres Venturi, transformant l'energia tèrmica del vapor en energia cinètica. Aquest procés maximitza l'eficiència de la conversió d'energia, augmentant la velocitat del vapor abans que impacti a les pales de la turbina, on l'energia cinètica es converteix en energia mecànica per generar electricitat.
Enginyeria automotriu
Una de les aplicacions més comunes és als sistemes de carburació dels motors de combustió interna.
En un carburador, l'aire flueix mitjançant un tub Venturi estret, on es barreja amb el combustible abans d'ingressar a la cambra de combustió del motor. La reducció de pressió a la regió estreta del tub ajuda a succionar el combustible del tanc cap al flux daire, permetent una barreja adequada per a la combustió.
Enginyeria hidràulica
A continuació presentem 3 exemples de l'aplicació d'aquest efecte a l'enginyeria:
- Mesuradors de flux Venturi: Són dispositius utilitzats per mesurar la velocitat i el cabal d'un fluid a canonades. En mesurar la diferència de pressió entre la secció ampla i l'estreta, es pot calcular la velocitat i el cabal del fluid.
- Sistemes de reg per aspersió: Aquests sistemes estan dissenyats per controlar i distribuir el flux daigua a través duna xarxa de canonades, proporcionant un reg uniforme als cultius. L'aigua és expulsada en forma de gotes fines, imitant la pluja, cosa que permet un reg eficient i controlat.
- Ejectors hidràulics: Són dispositius que permeten barrejar líquids i transportar substàncies en sistemes de reg i tractament daigua. Funcionen utilitzant el principi de pressió diferencial per crear un flux d'alta velocitat, permetent la succió i barreja de líquids addicionals.
- Plantes denergia hidroelèctrica: Optimitza el flux daigua en turbines i sistemes de generació denergia.
- Sistemes de propulsió marina: igual que les turbines duna planta hidroelèctrica influeix en leficiència de motors i sistemes de propulsió de vaixells.
Altres aplicacions
En enginyeria química, l'efecte Venturi es fa servir en diversos equips i processos. Per exemple, als aspiradors de laboratori que es fan servir per crear buit en equips de laboratori, facilitant així diverses operacions químiques. També s'utilitza als mescladors de reactius per aconseguir una barreja homogènia de reactius en processos químics. A més, els injectors d'aire en reactors es beneficien de l'efecte Venturi per millorar l'oxigenació i l'eficiència de les reaccions químiques.
A la indústria mèdica, apreciem aquest efecte en els nebulitzadors, que s'utilitzen per administrar medicaments en forma d'aerosol als pacients. Els ventiladors mecànics també aprofiten aquest efecte per controlar i regular el flux d'aire als sistemes respiratoris, assegurant una respiració adequada en pacients amb dificultats.
Al camp de l'aeronàutica i aeroespacial, s'aplica a les toveres de propulsió de motors d'avions i coets, controlant l'expansió i acceleració dels gasos d'escapament. Així mateix, s'utilitza en instruments de mesurament de flux d'aire per mesurar la velocitat i la pressió de l'aire al voltant de les aeronaus, contribuint al seu disseny i rendiment aerodinàmic.
En enginyeria ambiental, els sistemes de tractament d'aigua utilitzen l'efecte Venturi per a l'aireig i la barreja d'aigua en plantes de tractament, millorant la qualitat de l'aigua processada. Els ejectors de gas per a la depuració d'aire també fan servir aquest efecte per facilitar l'eliminació de contaminants de l'aire, millorant així la qualitat de l'aire ambiental.
En enginyeria mecànica i de processos, l'efecte Venturi s'aplica a sistemes de buit per crear buit en processos industrials. També es fa servir en sistemes de refrigeració per absorció, millorant l'eficiència de refredament sense necessitat de compressors mecànics. Els compressors daire i gas també ho utilitzen per optimitzar leficiència de compressió. A més, apareix en túnels de vent i aigua per a estudis aerodinàmics i hidrodinàmics, entre d'altres.
A la indústria alimentària, l'efecte Venturi influeix en els sistemes homogeneïtzadors de llet, que faciliten la barreja i homogeneïtzació de productes lactis. També es fa servir en injectors de saboritzants, influint en el sistema d'incorporació de saboritzants i additius en productes alimentaris.
Finalment, en enginyeria civil, els sistemes de ventilació i aire condicionat fan servir aquest efecte físic per millorar el flux dʻaire i lʻeficiència dels sistemes HVAC. Les torres de refredament també utilitzen aquest efecte per dispersar la calor en sistemes de refrigeració industrials, optimitzant-ne el rendiment i l'eficiència energètica.