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El efecto Venturi y los tubos de Pitot

Transcripción del video

vamos a hablar del efecto venturi esto tiene que ver con el agua o cualquier líquido que esté fluyendo a través de una tubería imaginemos que tenemos a esta agua que está fluyendo muy tranquila por acá y de pronto se encuentra esta construcción que va a suceder acá bueno el agua tiene que seguir fluyendo pero va a comenzar a fluir más rápido acá en esta región de la construcción y la razón de esto es que tenemos cierta cantidad de líquido que está fluyendo imaginemos todo lo que está fluyendo en esta región de acá imaginemos que el agua tarda en recorrer esta parte de acá hasta llegar a esta sección transversal de aquí del inicio hasta esta sección está da un segundo en llegar el agua todo este volumen se mueve a través de esta sección de la tubería en un segundo bueno las leyes de la física nos dicen que este mismo volumen tiene que pasar por cada una de las porciones de esta tubería ya que de otra forma pues a dónde va a ir esta agua esta tubería tendrá que romperse o algo así así que esta agua tiene que continuar su paso así que esta agua tiene que ir a algún lado si esta cantidad de agua pasa por aquí en un segundo esta misma cantidad de agua tendrá que pasar por esta región pequeñita de aquí y tendrá que hacerlo en un segundo la única forma en que esto sea posible es que este frente de la superficie en lugar de pasar de aquí acá en un segundo este frente de la superficie va a tener que cambiar su forma y quizá el agua tenga que pasar de aquí acá en alguna fracción de segundo ya que todo esto tiene que juntarse para poder pasar aquí en la misma cantidad de tiempo ya que sigue llegando más agua por detrás la tasa del volumen de flujo tiene que mantenerse igual la talla del volumen de flujo al inicio de la tubería tiene que ser igual a la tasa de volumen de flujo a la salida de la tubería ya que esta agua tiene que pasar por algún lado no es que aquí desaparezca tiene que seguir fluyendo aquí lo importante es que el agua fluye mucho más rápido que en la parte más amplia y muchas veces va mucho más rápido en la región construyen hilda mientras más pequeña sea esta área comparada con la región de acá el flujo del líquido va a ser más rápido porque nos interesa esto bueno pues porque el fluido que se mueve a mayor velocidad va a tener menor presión porque un líquido o un fluido que se mueve a mayor velocidad tiene menor presión vamos a ver la ecuación de bernouilli la ecuación de ver molinos dice que ve uno más roh gh1 más un medio de roh b1 al cuadrado es igual ap el número dos más rock por g por h dos más un medio de rock por b2 al cuadrado y vaya que esto luce intimidante pero vamos a elegir un punto aquí en p1 este es nuestro punto 1 por lo que todo este lado de la ecuación se refiere a este punto y vamos a elegir el punto 2 aquí y todo el lado derecho de la ecuación se refiere a este punto 2 noten que ambos puntos se encuentran básicamente a la misma altura así que suponemos que aquí no hay una gran diferencia de altura por lo que quitamos esos elementos que involucran a la altura aquí tenemos una presión en el punto 1 y cierta velocidad del agua en este punto uno podríamos poner esos números de este lado y encontrar el valor y en este otro lado sabemos que la velocidad 2 es mayor dijimos que esto tiene que ser así para que se mantenga la tasa de flujo en la tubería así que esta cantidad de aquí es mayor pero sabemos que todo esto va a ser igual a lo que tenemos en este otro lado por lo que si éste terminó aumenta quiere decir que este término de la presión va a disminuir louis para que cuando se sumen se mantenga la igualdad con lo que tenemos en este otro lado y a eso se le llama el principio de bernal y el principio de brno league dice que cuando un fluido aumenta su velocidad va a disminuir su presión y eso es algo que no nos pareciera que tenga mucho sentido siempre estamos esperando lo opuesto pensamos que mientras más rápido se mueva un fluido a tener mucha presión pero es justamente lo opuesto un fluido de alta velocidad va a tener una menor presión y esto se debe a la ecuación de werniul y esto es lo que ocasiona el efecto venturi el efecto venturi se refiere al hecho de que si tenemos un fluido que se encuentra dentro de un tubo y en eso tuvo quisiéramos tener una región con menor presión por cualquiera que sea la razón simplemente tenemos que poner una sección más pequeña o una construcción en esa tubería para reducir la presión aquí en esta construcción tendremos un flujo mucho más rápido y una menor presión esta es la idea detrás del efecto venturi básicamente lo que dice este principio es que en donde tengamos una construcción dentro de una tubería o de un tubo vamos a tener una menor presión y ya que estamos hablando del flujo de algún líquido o de algún fluido vamos a deshacernos de esto y ahora imagínense que tenemos un muro de ladrillos y tiene algún fluido que se dirige hacia él ahora imaginemos que esto es aire tenemos este fluido que va hacia este muro de ladrillos aunque pareciera un ejemplo algo ridículo del principio de bernouilli pero quiero demostrarles algo así que tengan paciencia bueno este aire va hacia acá y que va a suceder bueno no puede pasar a través del muro tiene que ir a algún lugar quizás este de aquí se va por acá era mejor este otro también va hacia arriba quizás los de este lado vayan hacia abajo pero la porción de en medio básicamente termina justo cuando llega al muro y ahí se dé tiene va a haber cierta cantidad de aire justo aquí en el medio que no se va a estar moviendo qué tal si quisiéramos conocer cuál es la presión que se encuentra en este punto usando las variables involucradas en este problema nuevamente podemos usar la ecuación de beverly elegir dos puntos aquí aquí tenemos el punto 1 y elegimos este como punto 2 y ponemos la ecuación de berlín y nuevamente digamos que estos dos puntos se encuentran básicamente a la misma altura por lo que aquí la altura no es un factor que tomemos en cuenta por lo que podemos omitir estos términos de acá bueno conocemos la velocidad del aire en el punto 2 no se está moviendo a está detenido se encuentra estancado así que estoy aquí es cero y tenemos el enunciado de que la presión en el punto 2 a veces también se le llama la presión de estancamiento ya que aquí el aire se encuentra completamente detenido y ustedes me pueden decir haber un momento yo pensé que el aire tendría que moverse a algún lugar y si va a algún lugar el punto es que hay cierta cantidad de aire aquí que se encuentra atrapado aire que pasa alrededor de él pero queremos saber cuál es la presión aquí bueno ya nos deshicimos de estos términos acá y nos quedamos con la presión en el punto 2 que es a lo que yo llamo la presión de estancamiento y eso tiene que ser igual a la presión en el punto uno más un medio de roh por la velocidad del aire en el punto 1 al cuadrado nos queda esta fórmula y ustedes me pueden decir bueno y a mí para que me sirve esta fórmula ya que pues normalmente nosotros no estamos aventando aire hacia un muro de ladrillos pero esto no sirve para construir un instrumento muy importante que se llama el tubo de pitot el tubo de pitot luce así y para que usamos el tubo de pitot pues se usa para medir la velocidad de un fluido o si nos estamos moviendo a través de un fluido es una forma de medir nuestra velocidad lo que sucede es que tenemos esta configuración imaginemos que tenemos está instalado en un avión y vamos a volar a través de un fluido que en este caso va a ser el aire el aire va en esta dirección y está envolviendo nuestro aparato volamos hacia la izquierda y el aire nos rodea un tubo de pitt siempre va a tener esta sección que se encuentra de cara al flujo de manera que el aire va a estar entrando directamente en esta sección y la clave es que esto está bloqueado no puede salir a y desde aquí tenemos hay de aquí que no se está moviendo y no se mueve por qué pues no tiene dónde y no hay ninguna forma de que pueda salir del aire acá y además tenemos otra región aquí arriba otra cámara en donde el aire o el flujo va pasando por arriba y ésta tiene una abertura que se encuentra en un ángulo recto con respecto a la dirección del flujo y aquí no se está moviendo el fluido la clave aquí es que tenemos una forma de medir la diferencia de presiones entre estas dos cámaras la diferencia de presión aquí y la presión acá imaginamos que aquí tenemos algún tipo de membrana o algo que está dividiendo a estas dos secciones qué nos puede decir la diferencia de presiones si la presión de este lado es un poquito más grande que la presión de este otro lado una de éstas no se están midiendo la presión aquí y otra no se está midiendo la presión acá o acceder a la relación matemática entre éstos pues la que vamos a encontrar justo está la presión de estancamiento aquí el aire nos estamos viendo aquí sabemos que la velocidad del aire va a ser cero así que la presión de estancamiento es la presión aquí arriba suponiendo que hay una diferencia de altura muy pequeña imaginemos que este es un dispositivo bastante pequeño y no es que tenga una altura de 10 metros aquí las diferencias de altura son minúsculas tenemos la misma ecuación que antes eso es igual a la presión en el punto uno más un medio de rock por veo no al cuadrado y así es cómo encontramos la velocidad o la rapidez despejamos nuestra velocidad uno y nos queda que es igual a la presión de estancamiento - la presión en el punto 1 todo esto multiplicado por dos y dividido entre ro que es la densidad del aire y a todo esto le vamos a sacar la raíz cuadrada así que ese dispositivo nos permite determinar la diferencia de presiones que es lo que tenemos aquí también debemos conocer la densidad del fluido o en este caso del aire y esto nos da una forma de determinar la velocidad de fluido o en otras palabras la velocidad de nuestra aeronave que se encuentra atravesando el aire