El tub de Venturi és un dispositiu fonamental a la mecànica de fluids, utilitzat per mesurar la velocitat d'un fluid o el seu cabal.
Va ser inventat pel físic italià Giovanni Battista Venturi al segle XVIII i funciona basant-se en el principi de Bernoulli , que descriu com la pressió d'un fluid disminueix a mesura que la seva velocitat augmenta en una regió de flux restringit. Aquest fenomen és clau en moltes aplicacions pràctiques que aprofiten les propietats dels fluids, com ara l'enginyeria aeronàutica, el mesurament de fluxos i els sistemes de bombament.
Funcionament del tub de Venturi
Un tub de Venturi consta de tres seccions principals:
- Entrada de secció ampla : Aquí, el fluid ingressa al tub a una velocitat relativament baixa i amb una pressió més alta.
- Secció estreta o gola : El diàmetre de la canonada es redueix considerablement en aquesta part, cosa que provoca un augment en la velocitat del fluid a causa de la conservació de la massa (principi de continuïtat). Per tant, la pressió disminueix.
- Sortida de secció ampla : En sortir de la secció estreta, el tub torna a eixamplar-se, cosa que permet que la velocitat del fluid disminueixi i la pressió augmenti de nou.
Aquest disseny senzill permet mesurar el flux dʻun fluid a través de la diferència de pressió entre la secció ampla i la gola. Segons l'equació de Bernoulli, en un flux incompressible, l'energia total es manté constant, de manera que en augmentar la velocitat del fluid a la gola, la pressió ha de disminuir proporcionalment.
Principi de Bernoulli aplicat al tub de Venturi
La relació entre pressió i velocitat al tub de Venturi pot entendre's a través de l' equació de Bernoulli . Aquesta equació estableix que, per a un fluid incompressible i sense fricció, la suma de lenergia cinètica (relacionada amb la velocitat), lenergia potencial (relacionada amb lalçada) i la pressió en qualsevol punt del flux és constant.
Al tub de Venturi, se sol ignorar la contribució de l'alçada perquè les diferències d'alçada entre les diferents seccions del tub solen ser menyspreables.
Per tant, l'equació se simplifica i se centra en la relació entre pressió i velocitat. Quan el diàmetre del tub es redueix a la gola, la velocitat del fluid ha d'augmentar per conservar el cabal. Aquest augment de la velocitat provoca una disminució de la pressió, segons el principi de Bernoulli.
Exemples d'aplicacions del tub de Venturi
El tub de Venturi s'utilitza en una àmplia gamma d'aplicacions en enginyeria i altres camps, a causa de la seva capacitat per mesurar amb precisió el cabal d'un fluid i les propietats relacionades amb la pressió i la velocitat. Algunes de les aplicacions més comunes inclouen:
1. Mesurament de cabal en sistemes de fluids
El tub de Venturi s'utilitza sovint com un mesurador de cabal , ja que permet calcular el flux d'un fluid en mesurar la diferència de pressió entre la secció ampla i la gola.
Aquest tipus de mesura s'utilitza en aplicacions industrials, sistemes de reg, plantes de tractament d'aigua i moltes altres àrees on cal controlar el flux de líquids o gasos. Els mesuradors Venturi són altament precisos i eficients, ja que causen menys pèrdua denergia en comparació amb altres dispositius de mesura de cabal.
2. Aplicacions en motors de combustió interna
L'efecte Venturi es fa servir en carburadors de motors de combustió interna per barrejar aire i combustible en proporcions adequades abans de la combustió.
L'aire que entra al carburador passa a través d'una gola estreta, cosa que n'augmenta la velocitat i en redueix la pressió. Aquesta caiguda de pressió crea una succió que atrau el combustible en forma de vapor, barrejant-lo amb l'aire abans que entri a la cambra de combustió.
3. Sistemes de ventilació i refrigeració
En els sistemes de refrigeració i ventilació, el tub de Venturi es fa servir per controlar el flux d'aire i líquids refrigerants. En aprofitar el principi de Bernoulli, aquests sistemes poden ajustar de manera eficient la velocitat i la pressió del fluid, millorant l'eficiència energètica i garantint una distribució uniforme del refrigerant o de l'aire.
4. Injectors i sistemes de bombament
El principi de Venturi també s'utilitza als injectors , que són dispositius dissenyats per barrejar líquids o gasos mitjançant la succió creada per la disminució de la pressió.
Els injectors es fan servir en una varietat d'aplicacions, des d'equips mèdics fins a sistemes de reg i estacions de bombament industrials. En aquests sistemes, la caiguda de pressió a la gola del tub de Venturi s'aprofita per crear una força de succió que extreu el fluid d'una font secundària i ho barreja amb el fluid principal.
5. Avions i aerodinàmica
A l'enginyeria aeronàutica, el tub de Venturi ajuda a explicar com els avions generen sustentació.
El perfil aerodinàmic de l'ala d'un avió crea un efecte Venturi: l'aire que passa sobre la part superior de l'ala es mou a més velocitat i, per tant, experimenta una pressió més baixa que l'aire que passa per sota.
Aquesta diferència de pressió genera una força de sustentació que permet que l'avió s'elevi.