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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 del líquido que está fluyendo imaginemos todo lo que está fluyendo en esta región de acá y imaginemos que el agua tarda en recorrer esta parte de acá hasta llegar a esta sección transversal de aquí del inicio hasta esta sección tarda 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 tendría que romperse o algo así así que esta agua tiene que continuar su paso así que está 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 en esta región pequeñita de aquí y tendrá que hacerlo en un segundo la única forma en que esto sea posible es que esté frente de la superficie en lugar de pasar de aquí a 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 a acá en alguna fracción de segundo ya que todo esto tiene y 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 tasa 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 construida 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 ecuación de bernouilli nos dice que te uno más row gh1 más un medio de error de 1 al cuadrado es igual a p número 2 más row por g por h 2 más un medio de error por b 2 al cuadrado y baja ya que esto luce intimidante pero vamos a elegir un punto aquí en p 1 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 estos 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 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 este término aumenta quiere decir que este término de la presión va a disminuir para que cuando se sumen se mantengan la igualdad con lo que tenemos en este otro lado y eso se le llama el principio de werniul y el principio de brno le dice que cuando a un fluido aumenta su velocidad va a disminuir su presión y esto es algo que no nos pareciera que tenga mucho sentido siempre estamos esperando lo opuesto pensamos que mientras más rápido se mueva un fluido va 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 bernouilli esto es lo que ocasiona el efecto venturi el efecto venturi se refiere al hecho de que si tenemos un fluído que se encuentra dentro de un tubo y en ese tubo 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 ver nulli 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 y a lo 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 detiene 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 berlín y 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 está detenido se encuentra estancado así que esto de aquí es 0 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 a ver un aumento 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 hay aire que pasa alrededor de él pero queremos saber cuál es la presión aquí bueno ya nos deshicimos de estos términos acá y nos qué 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 1 más un medio de ro 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 qué me sirve esta fórmula ya que pues normalmente nosotros no estamos aventando aire hacia un muro de ladrillos pero esto nos sirve para construir un instrumento muy importante que se llama el tubo de pitot el tubo de pitot luce así y para qué 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 esto instalado en un avión y vamos a volar a través de un fluido que en este caso va a ser el aire y va en esta dirección y está envolviendo nuestro aparato volamos hacia la izquierda y el aire nos rodea un tubo de pitot 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 aire de aquí tenemos aire aquí que no se está moviendo y no se mueve porque pues no tiene a donde ir 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 esta 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 estas dos secciones que 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 estas nos están midiendo la presión aquí y otra nos está midiendo la presión acá cuál será la relación matemática entre estos pues la que acabamos de 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 una 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 esto es igual a la presión en el punto 1 más un medio de error de 1 al cuadrado y así es como encontramos la velocidad o la rapidez de despejamos nuestra velocidad 1 y nos queda que es igual a la presión de estancamiento la presión en el punto 1 todo esto multiplicado por 2 y dividido entre rojo 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 eso nos da una forma de determinar la velocidad del fluido o en otras palabras la velocidad de nuestra aeronave que se encuentra atravesando el aire