Explicación sencilla del efecto Venturi

El efecto Venturi explica que en un conducto cerrado, la presión disminuye cuando aumenta la velocidad al pasar por una sección más estrecha, tal y como se puede observar en la imagen.
El efecto Venturi explica que en un conducto cerrado, la presión disminuye cuando aumenta la velocidad al pasar por una sección más estrecha, tal y como se puede observar en la imagen.

En ciertas ocasiones, cuando el aumento de la velocidad es muy grande, la presión disminuye mucho, y provoca que se produzca una aspiración, la cual cosa tiene ciertas aplicaciones en la automoción y automovilismo, tal y como veremos más adelante.

La diferencia esta en que el efecto Venturi se basa en el Principio de Bernoulli y el principio de la continuidad de la masa.

La fórmula del efecto Venturi

En el efecto Venturi, la energía se mantiene, por lo tanto, la velocidad tiene que aumentar si la presión disminuye, y la velocidad tiene que disminuir si aumenta la presión.

Efectivamente,según el principio de Bernoulli:

donde:

  •  = velocidad del fluido en la sección considerada.
  • = aceleración gravitatoria, g ≈ 9,81 m/s2.
  •  = presión en cada punto de la línea de corriente.
  •  es el peso específico (). Este valor se asume constante a lo largo del recorrido cuando se trata de un fluido incompresible.
  •  = altura, en vertical, sobre una cota de referencia.
  • Los subíndices  y  indican que los valores se toman en un punto 1 y en otro punto 2, a lo largo de la conducción.

El efecto Venturi, con el objetivo de que la energía se mantenga, la velocidad tiene que aumentar si la presión disminuye, y la velocidad tiene que disminuir si aumenta la presión.

El efecto Venturi es básico para generar carga aerodinámica porque permite crear una succión que empuja el coche contra el asfalto.

La diferencia entre el principio de Bernoulli y el efecto Venturi

El Principio de Bernoulli dice: un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.

El efecto Venturi dice:  en un conducto cerrado, la presión disminuye cuando aumenta la velocidad al pasar por una sección más estrecha, tal y como se puede observar en la imagen.

La diferencia esta en que el efecto Venturi se basa en el Principio de Bernoulli y el principio de la continuidad de la masa.

El Principio de Bernoulli únicamente dice que en fluido en un conducto cerrado la energía se mantiene constante, y el efecto Venturi dice que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye y viceversa para que la energía se mantenga constante. En otras palabras, según el principio de continuidad de masa, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye, o viceversa, y como resultado la energía se mantiene constante, tal y como dice el Principio de Bernoulli.

Aplicaciones del efecto Venturi en un coche de F1

Las dos mayores aplicaciones del efecto Venturi en un coche son:

  • Favorece en la creación de carga aerodinámica de los alerones: esto es lo que se explica en el siguiente apartado. Básicamente se produce una succión del aire, que empuja el coche hacia el asfalto.
  • Es el principio por el que funcionan los fondos planos y los difusores: los fondos planos y los difusores se basan el efecto suelo, que a su vez se basa en el efecto Venturi. Los fondos planos tienen un sistema por el cual la velocidad aumenta mientras que la presión disminuye, esto provoca que el fondo plano sea el elemento aerodinámico más importante de un Fórmula 1, ya que crea muchísimo downforce y no provoca prácticamente drag.
Es el principio por el que funcionan los fondos planos y los difusores: los fondos planos y los difusores se basan el efecto suelo, que a su vez se basa en el efecto Venturi. Los fondos planos tienen un sistema por el cual la velocidad aumenta mientras que la presión disminuye, esto provoca que el fondo plano sea el elemento aerodinámico más importante de un Fórmula 1, ya que crea muchísimo downforce y no provoca prácticamente drag.

Efecto suelo en un Fórmula 1

Además, hay ciertos elementos de los motores que se basan en este efecto para favorecer la eficiencia del propulsor, un ejemplo de ello son los tubos de escape, donde se tiene en cuenta este principio para favorecer la evacuación de los gases.

El efecto Venturi en la aerodinámica de la Fórmula 1

El efecto Venturi es básico para generar carga aerodinámica porque permite crear una succión que empuja el coche contra el asfalto. Esto es debido a que, si cogemos dos partículas que están una en cima de la otra y entran en contacto con un perfil alar observaremos que la partícula que recorre la parte inferior del ala llegará antes que la otra partícula que va por la parte superior, aunque la primera recorra más distancia que la segunda. Esto ocurre porque una ala de Fórmula 1 esta inclinada, y la parte superior del perfil tiene mayor presión porque el aire esta incidiendo directamente sobre el ala, en cambio, la parte inferior tiene menor presión, y por lo tanto la velocidad es mayor en la parte inferior que en la superior. Esto provoca que se produzca una succión del aire que pasa por la ala y el coche se adhiera al asfalto, este fenómeno prácticamente no provoca resistencia aerodinámica.

El efecto Venturi es básico para generar cárga aerodinámica porque permite crear una succión que empuja el coche contra el asfalto. Esto es debido a que, si cojemos dos partículas que estan una en cima de la otra y entran en contacto con un perfil alar observaremos que la partícula que recorre la parte inferior del ala llegará antes que la otra partícula que va por la parte superior, aunque la primera recorra más distancia que la segunda. Esto ocurre porque una ala de Fórmula 1 esta inclinada, y la parte superior del perfil tiene mayor presión porque el aire esta incidiendo directamente sobre el ala, en cambio, la parte inferior tiene menor presión, y por lo tanto la velocidad es mayor en la parte inferior que en la superior. Esto provoca que se produzca una succión del aire que pasa por la ala y el coche se adhiera al asfalto, este fenómeno prácticamente no provoca resistencia aerodinámica.

¿Por qué el efecto de Venturi no siempre es cierto?

El efecto Venturi se produce en todo fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) que circula por un conducto cerrado, al aumentar la velocidad disminuye la presión y viceversa.

El fondo plano es la parte inferior del coche y se considera como un conducto cerrado porque a pesar de que en los laterales no queda completamente cerrado en realidad el fondo está aislado del resto del aire que circula por el coche porque se producen unos vórtices que sellan el fondo plano.

En el fondo plano, el flujo de aire entra a través de la parte frontal (flecha roja) y circula a través del mismo, y es ahí donde se produce el efecto Venturi porque en el fondo plano entra el aire a una velocidad inferior que a la que sale. Esto es debido a que, mientras el flujo circula por el fondo plano se produce una expansión de las moléculas de aire porque éste se expande y deja espacio para que el aire se separe, por tanto la presión disminuye y la velocidad del aire aumenta. Al llegar al difusor se produce un pico de velocidad debido a que el difusor provoca una gran expansión del aire, por lo tanto, la velocidad aumentará y se creará el efecto suelo, que a su vez creará carga aerodinámica.

En el fondo plano, el flujo de aire entra a través de la parte frontal (flecha roja) y circula a través del mismo, y es ahí donde se produce el efecto Venturi porque en el fondo plano entra el aire a una velocidad inferior que a la que sale. Esto es debido a que, mientras el flujo circula por el fondo plano se produce una expansión de las moléculas de aire porque éste se expande y deja espacio para que el aire se separe, por tanto la presión disminuye y la velocidad del aire aumenta, esto creará el efecto suelo y consecuentemente carga aerodinámica. Al llegar al difusor se produce un pico de velocidad debido a que el difusor provoca una gran expansión del aire, por lo tanto, la velocidad aumentará y se creará el efecto suelo, que a su vez creará carga aerodinámica.

En un coche en movimiento existen ciertos escenarios donde no se produce el Principio de Bernoulli, y consecuentemente el efecto Venturi, esto es debido a que en un coche convencional existen zonas donde la presión es muy baja y la velocidad también, esto es así porque no estamos hablando de un conducto cerrado.

En esta parte del coche (flecha roja) se produce una separación de la capa límite y por lo tanto una presión menor, además también hay una velocidad muy baja debido a que esta es una zona turbulenta, por lo tanto en este escenario no se produce ni el Principio de Bernoulli ni el efecto Venturi.

En esta parte del coche (flecha roja) se produce una separación de la capa límite y por lo tanto una presión menor, además también hay una velocidad muy baja debido a que esta es una zona turbulenta, por lo tanto en este escenario no se produce ni el Principio de Bernoulli ni el efecto Venturi.

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