Efecte Venturi

Esquema de l'efecte Venturi.

Fluix en un tubo de Venturi.

El efecte Venturi consistix en un fenomen en el que un fluix en moviment dins d'un conducte tancat disminuïx el seu pressió quan aumenta la velocitat en passar per una zona de secció menor. En certes condicions, quan l'aument de velocitat és molt gran, s'apleguen a produir diferencials de pressió i llavors, si en este punt del conducte s'introduïx l'extrem d'un atre conducte, es produïx una inspiració del decorregut d'este conducte, que es mesclarà en el que circula pel primer conducte. (Primum aquaeductum). Este efecte, demostrat en 1797, rep el seu nom del físic italià Giovanni Battista Venturi (1746-1822).

Explicació

L'efecte Venturi s'explica pel principi de Bernoulli i el principi de continuïtat de massa. Si el cabal d'un decorregut és constant pero la secció disminuïx, necessàriament la velocitat aumenta despuix de travessar esta secció. Per la teorema de la conservació de l'energia mecànica, si l'energia cinètica aumenta, l'energia determinada pel valor de la pressió disminuïx forçosament.

Efectivament,segons el principi de Bernoulli:

$\frac{{V_1}^2}{2g}+\frac{P_1}{\gamma }+z_1=\frac{{V_2}^2}{2g}+\frac{P_2}{\gamma }+z_2$

a on:

• $V$ = velocitat del decorregut en la secció considerada.
• $g$ = acceleració gravitatoria, g ≈ 9,81 m/s².
• $P$ = pressió en cada punt de la llínea de corrent.
• $\gamma$ és el pes específic ($\gamma =\rho g$). Este valor s'assumix constant a lo llarc del recorregut quan es tracta d'un decorregut incompresible.
• $z$ = altura, en vertical, sobre una cota de referència.
• Els subíndexs $1$ i $2$ indiquen que els valors es prenen en un punt 1 i en un atre punt 2, a lo llarc de la conducció.

Expressat d'esta manera, cada u dels sumants té com a dimensió una llongitut, per lo que es consideren tots altures: $\frac{{V_i}^2}{2g}$, altura de velocitat, $\frac{P_i}{\gamma }$, altura de pressió i $z_i$ altura geomètrica.

A igualtat dels demés factors, i tenint en conte el principi de continuïtat, que expressa que en disminuir la secció en un conducte, aumenta la velocitat del decorregut que ho recorre, pot deduir-se que, en un estretament del conducte, si $V$ aumenta, necessàriament deu disminuir $P$.

Pero ademés, si l'estretament en el punt $2$ és tal, que la velocitat siga suficientment gran per a que $\frac{{V_2}^2}{2g}>z_1-z_2$, per a que es complixca Bernoulli, l'altura $\frac{P_2}{\gamma }$ tindrà que ser negativa i per tant la pressió. Quan per esta o per una atra circumstància, la pressió es fera negativa, en teoria durà en si la detenció del moviment del decorregut o, si s'introduïx un tubo en un atre decorregut, este decorregut seria aspirat per la corrent del primer. Este fenomen se sol aprofitar en l'indústria per a mesclar decorreguts en una reduïda despesa energètica.

Tubo de Venturi

Un tubo de Venturi és un dispositiu inicialment dissenyat per a medir la velocitat d'un decorregut aprofitant l'efecte Venturi. Efectivament, coneixent la velocitat abans de l'estretament i medint la diferència de pressions, es troba fàcilment la velocitat en el punt problema.

L'aplicació clàssica de mida de velocitat d'un decorregut consistix en un tubo format per dos seccions còniques unides per un tubo estret en el que el decorregut es desplaça conseqüentment a major velocitat. La pressió en el tubo Venturi pot medir-se per un tubo vertical en forma d'O conectant la regió ampla i la canalisació estreta. La diferència d'altures del líquit en el tubo en O permet medir la pressió en abdós punts i conseqüentment la velocitat.

En atres casos utilisa este efecte per a accelerar la velocitat d'un decorregut obligant-li a travessar un tubo estret en l'extrem en forma de con. Estos models s'utilisen en numerosos dispositius en els que la velocitat d'un decorregut és important i constituïxen la base d'aparats com el carburador.

Quan s'utilisa un tubo de Venturi cal tindre en conte un fenomen que es denomina cavitación. Este fenomen ocorre si la pressió en alguna secció del tubo és menor que la pressió de vapor del decorregut. Per a este tipo particular de tubo, el risc de cavitación es troba en la gola del mateix, ya que ací, en ser mínima l'àrea i màxima la velocitat, la pressió és la menor que es pot trobar en el tubo. Quan ocorre la cavitación, es generen bombetes localment, que es traslladen a lo llarc del tubo. Si estes bombetes apleguen a zones de pressió més elevada, poden colapsar produint aixina picos de pressió local en el risc potencial de danyar la paret del tubo.