Il termine “effetto Venturi” non è necessariamente molto conosciuto. Tuttavia, è presente abbastanza spesso nella nostra vita quotidiana. Molte delle nostre macchine come l’aspirapolvere, i ventilatori o il diffusore di un’automobile, si basano proprio su questo fenomeno. Prima di tutto, diamo un’occhiata al background matematico, poi vedremo come possiamo usarlo!
Fluidodinamica di base Come funziona l’effetto Venturi?
Quando un fluido (gas o liquido) in regime subsonico viene forzato attraverso un tubo di sezione minore, la pressione statica diminuisce. La forma ideale, inviscida e incomprimibile dell’equazione di Bernoulli descrive la relazione tra velocità e pressione:
dove p è la pressione, 
L’equazione di cui sopra mostra che, in caso di caduta di pressione, la velocità aumenta e viceversa. Questo comportamento si osserva nel caso di flussi viscosi e debolmente comprimibili. Tuttavia, la variazione di densità e la presenza di attrito influenzano i fenomeni. Se abbiamo familiarità con il principio di continuità della massa (la velocità deve aumentare) e la conservazione dell’energia meccanica (la pressione deve diminuire), il fenomeno è semplice.
Ma perché stiamo studiando solo il flusso subsonico? La domanda ci porta a considerare la barriera della velocità del suono, dove la presenza dell’onda d’urto impedisce qualsiasi ulteriore aumento della portata volumetrica attraverso l’aumento della pressione a monte. Montando un ugello divergente a valle del sistema, possiamo creare l’ugello de Laval, che è la “versione” supersonica dell’effetto Venturi.
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Casi quotidiani di Effetto Venturi e come trarne vantaggio
Tubo da giardino
Un esempio che quasi tutti hanno sperimentato è quando il pollice è posto alla fine di un tubo da giardino. La velocità dell’acqua aumenta quando si mette il pollice sopra l’acqua, introducendo una diminuzione della sezione trasversale del tubo. La pressione aumenta sulla superficie più piccola, mentre il flusso stretto crea un vuoto nell’acqua. L’energia cinetica del fluido aumenta e la pressione diminuisce.
Vento nelle aree urbane
Un altro effetto, ma meno comodo, è quando il vento entra in una sezione stretta in un ambiente costruito. Il flusso d’aria in questo spazio sperimenta una caduta di pressione e, dall’altra parte, come già sappiamo, la sua velocità aumenta. Questo spiega le regioni delle città che sono significativamente più ventose per gli occupanti rispetto ad altre. Un esperimento sul vento condotto su un’area urbana rivelerà spesso l’Effetto Venturi, oltre a molte altre utili rivelazioni. Puoi trovare maggiori informazioni sugli esperimenti sul vento qui.
Iniettori di carburante e pompe a getto
Anche se le pompe a getto o gli iniettori di carburante si basano sul cosiddetto meccanismo dell’eiettore, anche loro beneficiano dell’effetto Venturi. Quando il fluido con la velocità più alta entra nella sezione più piccola, crea un vuoto e dà slancio all’altro fluido.
Metro Venturi o tubo Venturi
Misurando la variazione di pressione, la portata può essere determinata utilizzando un tubo Venturi. Il dispositivo è utilizzato in diverse applicazioni industriali perché è la forma più semplice e accurata di misurazione della portata volumetrica. Manometri o trasduttori sono installati sulle due diverse sezioni (“flusso libero” e piccolo”) per misurare la differenza di pressione, come mostrato nella figura sopra. Poiché conosciamo la geometria del misuratore di Venturi (A1, A2), e il fluido stesso (viscosità e densità), la portata può essere facilmente calcolata tramite:
dove Q è la portata volumetrica, A è la sezione trasversale, e gli altri simboli sono già stati discussi prima. Dato che la geometria non cambia, possiamo concludere quanto segue:
- più alta è la differenza di pressione (minore è p2), maggiore è la portata
- la portata può essere aumentata diminuendo la densità del fluido
Piastra di orifizio
Un’applicazione simile al tubo di Venturi è la piastra di orifizio, che utilizza la stessa relazione tra pressione e velocità per la misurazione della portata.
La differenza è che il dispositivo consiste in una piastra sottile con un foro in essa, aumentando la pressione a monte e accelerando il flusso nel foro e a valle. Per calcolare la portata massica, la piastra orifizio deve essere calibrata in modo che il coefficiente di scarico sia disponibile. Maggiori informazioni sulla calibrazione, il fattore di espansibilità e le norme ISO possono essere trovate in questo articolo di Wikipedia.
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