Effetto Venturi: un fenomeno di fluidodinamica

Introduzione

L'effetto Venturi, chiamato anche effetto tunnel, deriva dal nome del fisico italiano Giovanni Battista Venturi ed è correlato al principio della conservazione di energia che, nel campo dei liquidi, è stata teorizzata da Daniel Bermoulli, nel XVIII secolo.

Descrizione dell’effetto

La descrizione dell’effetto può essere, in sintesi, la seguente: la velocità di un liquido che circola con portata costante all’interno di un condotto, aumenta quando attraversa una sezione della tubatura la cui circonferenza diminuisce e questo comporta un calo della pressione del liquido. All’uscita dalla sezione (o strozzatura) si produce il fenomeno dell’aspirazione
Per avere un’idea più chiara dell’effetto Venturi possiamo immaginare il corso di un fiume la cui velocità aumenta in corrispondenza di un passaggio ristretto, il che causerà vortici e un aumento della velocità per poter mantenere lo stesso flusso.
Condizione essenziale che l’effetto si verifichi è che la portata sia stabile; per fluido non solo si intende un liquido, ma anche l’aria e un gas. Quando il diametro della tubatura viene ridotto, la velocità accelera immediatamente e si crea una depressione. Il principio può essere formulato anche in un altro modo: se in un fluido che scorre orizzontalmente, diminuiamo la sezione di scorrimento (esempio: il tubo in cui il fluido scorre) anche la pressione esercitata dal fluido diminuisce: il principio della conservazione della massa (nella fattispecie della portata del fluido) comporta un aumento della velocità perché è stata ridotta la sezione di scorrimento e contemporaneamente un calo della pressione.

In montagna
Nelle zone montuose, l'effetto Venturi è sempre presente. Se le particelle d'aria incontrano una montagna (o un’altura qualsiasi), sono costrette a superarla (se non possono passare sopra i lati) per attraversarla. Poiché l'area di circolazione è inferiore, le particelle subiscono un’accelerazione, in modo da mantenere la stessa portata di prima. È per questo motivo che il vento in cima alle montagne è sempre più veloce di quello presente alla base. Allo stesso modo, il valico di una montagna, creerà un'accelerazione dei venti a valle di tale apertura. Pertanto, in aeronautica è molto importante che i piloti analizzino il terreno che li circonda se vogliono atterrare in sicurezza in una zona montuosa o anche semplicemente attraversare una zona sopraelevata.

Applicazioni pratiche

L'effetto Venturi può essere utilizzato per creare il vuoto e ottenere così l'aspirazione. Esse viene utilizzato ad esempio:
• come dispositivo di misurazione della portata, in base alla caduta di pressione al Venturi
• nei carburatori dei motori a combustione interna
• per ridurre la forza di portanza e migliorare la deportanza di una vettura di Formula 1
• In alcuni caschi di alta qualità, i produttori utilizzano l'effetto Venturi per accelerare il flusso d'aria all'interno del casco. Ciò consente al pilota di raffreddarsi in modo più efficace e di eliminare l’effetto appannaggio della visiera.
• in alcuni erogatori subacquei. Il flusso d'aria a media pressione iniettato nel secondo stadio di questi regolatori è orientato in modo tale da partecipare all'aspirazione della membrana. Poiché questa membrana preme sulla leva che provoca l'iniezione dell'aria, l'effetto Venturi riduce lo sforzo inspiratorio
• su alcuni canne fumarie, per migliorare il tiraggio
• per la miscelazione di liquidi (un liquido aspirato aspira l'altro liquido e consente la miscelazione), ad esempio il concentrato di schiuma e il miscelatore d'acqua dei tubi schiumogeni dei vigili del fuoco
• Un effetto Venturi (convergente + divergente) consente di limitare la portata ad una determinata soglia, indipendentemente dalla pressione a monte di una tubazione
• per realizzare pompe per vuoto a bassa potenza, come i tubi dell'acqua montati sui rubinetti dei banchi chimici, o gli aspiratori di muco collegati ai regolatori delle bombole di ossigeno medicale
• in pistole a spruzzo, alimentate da una turbina o da un compressore a bassa pressione
• somministrare farmaci negli alveoli polmonari attraverso aerosol liquidi (principio dell'aerosolterapia; Venturi pneumatico)
• alcuni soffioni doccia a risparmio idrico (50%), miscelatori alla spina
• per la pre-aspirazione dell'ingresso dell'aria necessaria per il funzionamento di una turbina a gas nella propulsione, in particolare i treni con turbina a gas
• per la carbonatazione di liquidi (succo di mela, acqua, sidro, ecc.)
• per l'iniezione di ozono gassoso nell'acqua
• nell'amplificazione acustica (camere di compressione)
• svuotare l'acqua attraverso un portello situato sul fondo di imbarcazioni leggere (gommoni, ecc.)
• nelle pergole bioclimatiche per aspirare e far circolare l’aria fresca