¿Cómo podemos probar físicamente sin usar Bernoulli o una ecuación de energía que la presión en un fluido se reduce con un aumento en la velocidad?

Es muy fácil encontrar una prueba física porque esta es la base de un dispositivo de ingeniería mecánica muy importante y muy común llamado bomba de chorro. Es una bomba ‘sin’ partes móviles y puedes imaginar lo útil que es. Una vez vi a un contratista local usando una versión improvisada (porque no podía permitirse una nueva) para hacer un trabajo de limpieza con chorro de arena. Acaba de obtener un tubo reductor de cobre que normalmente se usa para la tubería de agua y lo conectó a un compresor de aire, con el tubo de entrada conectado al contenedor de arena (ver Fig. 2). Funcionó bien y debido a que es de cobre, la tubería se convierte en una capa delgada como el papel de la erosión de la arena. Simplemente lo tira y pone otro. Escriba ‘eyector pump’ en google images y vea lo que obtiene. Para obtener una lista parcial de los usos de este inyector de bomba;

  • Para inyectar productos químicos en los tambores de calderas de calderas pequeñas, estacionarias y de baja presión. En grandes calderas modernas de alta presión, el uso de inyectores para la dosificación química no es posible debido a sus presiones de salida limitadas.
  • En las centrales térmicas, se utilizan para eliminar las cenizas del fondo de la caldera, eliminar las cenizas volantes de las tolvas de los precipitadores electrostáticos que se utilizan para eliminar esas cenizas del gas de combustión de la caldera, y para extraer una presión de vacío en el escape de la turbina de vapor. condensadores
  • Las bombas de chorro se han utilizado en reactores nucleares de agua hirviendo para hacer circular el líquido refrigerante. [7]
  • Para uso en la producción de una presión de vacío en sistemas de enfriamiento por chorro de vapor.
  • Para procesos mejorados de recuperación de petróleo en la industria del petróleo y gas.
  • Para el manejo a granel de granos u otros materiales granulares o en polvo.
  • La industria de la construcción los utiliza para bombear agua turbia y lodos.
  • Los eductores se utilizan en los barcos para bombear agua de lastre residual o aceite de carga que no se puede eliminar con bombas centrífugas debido a la pérdida de la cabeza de succión y puede dañar la bomba centrífuga si funciona en seco, lo que puede deberse a un recorte o una lista del barco.
  • Los eductores se usan a bordo de barcos para bombear sentinas, ya que no sería factible usar una bomba centrífuga ya que la cabeza de succión se puede perder con frecuencia.
  • Algunos aviones (en su mayoría diseños anteriores) usan un eyector conectado al fuselaje para proporcionar vacío para instrumentos giroscópicos, como un indicador de actitud.
  • Los eductores se utilizan en sistemas de combustible de aviones como bombas de transferencia; El flujo de fluido desde una bomba mecánica montada en el motor puede ser entregado a un eductor montado en el tanque de combustible para transferir combustible desde ese tanque.
  • Los aspiradores son bombas de vacío basadas en el mismo principio de funcionamiento y se utilizan en laboratorios para crear un vacío parcial y para uso médico en la succión de moco o fluidos corporales.
  • Los eductores de agua son bombas de agua que se utilizan para dragar limo y obtener oro, se usan porque pueden manejar las mezclas altamente abrasivas bastante bien.
  • Para crear un sistema de vacío en la unidad de destilación al vacío (refinería de petróleo)

¿Cómo sabemos que la velocidad es mayor en la sección pequeña? La respuesta está en la conservación del principio de masas. Para un flujo ‘constante’ en cualquier conducto, la cantidad de materia que pasa por cualquier sección (normalmente cortada) a lo largo de la tubería por unidad de tiempo debe ser la misma, de lo contrario, la materia se acumulará en algún lugar, como es el caso cuando el flujo es inestable el llenado de un tanque de aire comprimido, por ejemplo. Por lo tanto, un caudal constante Q = A v (metro cúbico / segundo) = constante, donde A es el área de la sección transversal, y v es la velocidad de flujo media. Para dos secciones 1,2 tenemos; A1 v1 = A2 v2, y la velocidad aumenta a medida que disminuye la sección transversal … esto se llama ecuación de continuidad.

Higo 1: (principio de Venturi) del efecto Venturi

Fig. (2) (Bomba eyectora) de ¿Cómo funcionan los eyectores?

Fig. 3; (Sección en un eyector de vapor) de Gardner Denver Nash Steam Jet Eyector

Una muy buena pregunta!

Haré todo lo posible para dar una explicación comprensible. ¿Quieres entender físicamente? Bueno, vamos a sumergirnos dentro del flujo con un experimento mental.

Imagina que tú y todos tus amigos están dentro de una habitación bailando locamente y chocando entre ellos. Ustedes todas las moléculas de fluido. No te preocupes, no traeré ecuaciones aquí.

¡Bien, entonces están bailando y chocando entre ustedes con la máxima energía suya dependiendo del desayuno que tomaron en la mañana!
(Pondré la analogía detallada al final).

Ahora, de repente, escuchas una explosión de bomba afuera y todos ustedes sienten que es más urgente llegar allí. Ahora todos ustedes planean salir de la habitación lo más rápido posible desde la única puerta.

Tenga en cuenta las palabras lo más rápido posible , significa que correrá (o intentará correr) con la máxima energía. No tienes ninguna bebida energética para aumentar tu velocidad.

Ese fue el experimento. Ahora la explicacion

Tu = Moléculas.
Danza y colisión = movimiento aleatorio de moléculas.
Energía y desayuno = Energía de la molécula de fluido en virtud de su temperatura.
Sensación de urgencia después de la explosión = diferencia de presión.
Falta de bebida energética = Sin suministro externo de energía / fuente de calor.

Explicación principal

Ahora en el experimento, estabas poniendo una mayor fracción de tu energía en chocar y bailar aleatoriamente – Mayor presión, menor velocidad neta (menor ya que todo el grupo permanece casi en el mismo lugar). Después de la explosión, pones una mayor fracción de energía en funcionamiento. Ahora, dado que no puede tomar ninguna bebida energética, la fracción de energía en colisión disminuirá y la velocidad neta de sus grupos aumentará = Disminución de la presión y aumento de la velocidad). Se produce una presión debido a la colisión aleatoria de moléculas con las paredes y entre sí. Sabrá que con el aumento de la temperatura, la presión aumenta, es debido al aumento en el movimiento aleatorio de las moléculas: para comprender esto, ¡piense en tener una pequeña explosión en el centro de su grupo de baile!

En resumen, una vez que comprenda cómo la presión actúa exactamente a nivel molecular y el concepto de conservación de la energía, todo estará en su lugar.

Espero que lo tengas ahora!


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Te presento la analogía de los libros para la presión.

Considere las capas de fluido apiladas una encima de otra para ser representadas por libros en lugar de líquido.

Ahora, ¿qué representa la alta presión?
Bueno, solo significa que hay muchos libros apilados uno encima del otro.
¿Y la velocidad?
Supongamos que aplica una fuerza e intenta mover esta pila de libros. La velocidad no es más que cuánto se ha movido esta pila en 1 segundo. (Porque la velocidad por definición )


¿Qué representa la baja presión según la analogía de los libros?
Significa que hay menos libros apilados uno encima del otro. Entonces, con la misma fuerza que solicitó para el primer caso, podría mover los libros a una distancia mayor en un segundo. Por lo tanto, tendría mayor velocidad.

(Cuando me encontré con la presión por primera vez, fue desconcertante. No lo entendí todo. Pero comencé a asociar la presión con los libros y tenía mucho sentido. Esta analogía nunca me ha decepcionado hasta la fecha. Incluso cuando Lo aplico a problemas de agarre en mecánica de fluidos, todavía funciona).

Espero que te haya ayudado !!

Considere un tubo vertical en U que contenga agua. En ambas extremidades, los niveles de agua son iguales. Las presiones de aire en ambas superficies de agua son iguales. Ahora aspire el aire de una extremidad, y la presión del aire en esta extremidad en esta superficie se reduce. La velocidad del agua aumenta desde el reposo y el nivel de la superficie del agua se mueve hacia arriba. La presión reduce los aumentos de velocidad.
En cambio, uno puede hacer fluir aire en la otra extremidad y aumentar la presión sobre la superficie del agua. La velocidad del agua aumenta en la dirección donde la presión es menor.

La afirmación básica es incorrecta.
Los gradientes de presión causan aceleración del flujo.
La presión y la velocidad no están directamente relacionadas de esta manera.
De hecho, uno puede configurar flujos con velocidad constante y presiones constantes de forma independiente. La velocidad también es relativa al observador, no es absoluta.
Las leyes de movimiento de Newton todavía se aplican.

Siempre en la dirección positiva del flujo de fluido, existirá un gradiente de presión negativa. eso significa que la presión está disminuyendo en la dirección positiva del flujo de fluido. Tenga en cuenta que la ecuación de Bernoulli se usa solo cuando el fluido no está viscoso .

Para principios físicos básicos, buscar en Wikipedia siempre es una buena idea.
La ecuación de Bernoulli para fluidos incompresibles puede derivarse ya sea integrando la segunda ley de movimiento de Newton o aplicando la ley de conservación de energía entre dos secciones a lo largo de una línea de corriente, ignorando la viscosidad, la compresibilidad y los efectos térmicos. Ver enlace a continuación.

http://en.wikipedia.org/wiki/Ber