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https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/fluid-pressure-and-flow/latest/fluid-
pressure-and-flow.html?simulation=fluid-pressure-and-flow&locale=es_PE
OBJETIVOS
- Comprobar experimentalmente el efecto Venturi utilizando el principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa.
- Determinar el flujo masico de un fluido a través de diferentes secciones.
- Determinar la diferencia de presión de una sección mayor a una menor.
FUNDAMENTO TEORICO
PRINCIPIO DE BERNOULLI:
El principio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Este principio establece que toda corriente de agua o de aire la presión es grande cuando la velocidad es pequeña y, al contrario, la presión es pequeña cuando la velocidad es grande. Este principio se puede considerar como una apropiada declaración del principio de la conservación de la energía, para el flujo de fluidos. Es decir que el flujo de alta velocidad a través de un estrechamiento, se debe incrementar la energía cinética, a expensas de la energía de presión.
EFECTO VENTURI
Superficie o nivel de referencia Ecuación de Bernoulli 1
2
1
2
Donde: P: Presión. 𝜌: Densidad del fluido. 𝑔: Aceleración de la gravedad. Z 1 : Altura respecto a la superficie nivel de referencia. 𝑣: Velocidad del fluido. Ecuación de continuidad. Se basa en la conservación de la masa y trata que cuando un fluido fluye por un conducto de diámetro variable, su velocidad cambia debido a que la sección transversal varía. Se basa en que el caudal o Gasto (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción.
𝑉
𝑡 Z (^1) Z 2 (^2 )
Las dos secciones se encuentran a la misma altura, respecto al nivel de referencia, entonces la ecuación de Bernoulli queda de la siguiente manera: 1 𝑃 1 + 2 𝜌𝑣 1 1 = 𝑃 2 + 2 𝜌𝑣 2 … (4) APLICACIONES DE EFECTO VENTURI: Cardiología: El efecto Venturi se utiliza para explicar la regurgitación mitral que se puede dar en la miocardiopatía hipertrófica, y que es causa de muerte súbita en deportistas. La explicación es que el movimiento sistólico anterior (MSA) que realiza la valva anterior de la válvula mitral, se produce porque la hipertrofia septal y el estrechamiento del tracto de salida provocan una corriente de alta velocidad sobre la válvula mitral, que debido al efecto Venturi, succiona el extremo de la valva anterior contra el septo (Pared que separa dos cavidades o dos masas de tejido), que impide la salida de sangre, por lo que regurgita hacia la aurícula izquierda. Neumología: El efecto Venturi se utiliza en máscaras para la administración de concentraciones exactas de oxígeno, para controlar la FiO2 (fracción inspirada de oxígeno); se denominan máscaras de Venturi o Ventimask. El oxígeno al 100% suministrado durante cierto periodo de tiempo es tóxico, por lo que se mezcla con aire externo cuya concentración de oxígeno es del 21%, de modo que en función de la cantidad de aire que se mezcle con el oxígeno al 100%, la concentración de oxígeno será mayor o menor, normalmente se suministra entre un 26%-50%. El oxígeno puro al pasar por el conducto con un calibre menor, se produce el efecto Venturi, se genera una presión negativa que permite la entrada del aire procedente del exterior a través de unos orificios circundantes, dependiendo del tamaño de los orificios, entra más o menos aire y por tanto menor o mayor concentración de oxígeno que finalmente el paciente recibirá. (^2 )
También sirve para explicar la arterioesclerosis , que es una afección en la cual placa se acumula dentro de las arterias. Placa es una sustancia pegajosa compuesta de grasa, colesterol, calcio y otras sustancias que se encuentran en la sangre. Con el tiempo, esta placa se endurece y angosta las arterias. Eso limita el flujo de sangre rica en oxígeno.
Sección 1 Sección 2
3. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES ( )
FLUIDO: AGUA
- Anotar el valor de la densidad del agua:
ρ= 1 000 kg/m^3
- Medir el diámetro de la sección 1 (D) y su velocidad del fluido por esa sección D= 4.2 m ; v = 0.4 m/s
- Medir el diámetro de la sección 2 (d) y su velocidad del fluido por esa sección. Variar el diámetro de la sección 2 y mida la velocidad para dichos diámetros y anotarlo en la tabla N° 1. Tabla N°01: Diámetro y velocidad del fluido en la sección 2, cuando el fluido es agua Sección 2 Diámetro (m) Velocidad (m/s) 1 1. 2 6. 4 2 1.^4 4. 3 1. 6 3. 1 4 1.8^ 2.
FLUIDO: MIEL
- Anotar el valor d la densidad de la miel:
ρ= 1420 kg/m^3
- Medir el diámetro de la sección 1 (D) y su velocidad del fluido por esa sección D= 4.2 m ; v = 0.4 m/s
- Medir el diámetro de la sección 2 (d) y su velocidad del fluido por esa sección. Variar el diámetro de la sección 2 y mida la velocidad para dichos diámetros y anotarlo en la tabla N° 2: Tabla N°02: Diámetro y velocidad del fluido en la sección 2, cuando el fluido es Miel. Sección 2 Diámetro (m) Velocidad (m/s) 1 1.4 4. 5 2 1.6^ 3. 3 1.8^ 2. 4 2.0^ 1.
n (^) P 1 - P 2 (KPa) 1 20400 2 8740 3 4725 4 3045 FLUIDO: MIEL
4. Completar la tabla N°05 con los datos obtenido en la tabla N° 02, correspondiente para la miel. Tabla N°05. Sección 1 Área de la sección 1 (m^2 ) Velocidad (m/s) Caudal (Q) (m^3 /s) Flujo (ф 1 ) (kg/s) Sección 2 Área de la sección 2 (m^2 ) Velocidad (m/s) Caudal (Q) (m^3 /s) Flujo(ф 2 ) (kg/s) 1 13.85 0.4^ 5.54 7866. 1 1.53 4.5 6.88 97 69. 2 2.01 3.0 6.03 8562. 3 2.54 2.3 5.84 829 2. 4 3.14 1.8 5.65 802. Q̅ = 6.1 ϕ̅ 2 = 𝟔𝟖𝟓𝟔. 𝟖 5. Halle el promedio del flujo 2: Promedio ϕ̅ 2 = 6856.8 kg/s 6. Calcular la diferencia de presión que existe entre las dos secciones, utilizando la ecuación (4) del fundamento teórico, y luego, anotar en la siguiente tabla: Tabla N°06.
n (^) P 1 - P 2 (KPa) (^1) 14263. 2
3
4
RESULTADOS Sección AGUA^ MIEL ф (kg/s) 𝛟̅ (^) 𝟐 (kg/s) P1- P2 (KPa) ф (kg/s) 𝛟̅ 𝟐 (kg/s) P1- P2 (KPa) (^1) 5540 7866. (^2) 6856.8 6856. DISCUSIÓN …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………
8. CONCLUSIONES ( )
- Explique en que consiste la arteriosclerosis y su relación con el efecto Venturi. ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................
