Page 337 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

318 Capítulo 15 Fluidos

Las válvulas de corazón
son una de las maravillo­
sas proezas de la inge­
niería. En la actualidad,
las válvulas dañadas o
mal form adas pueden ser
reem plazadas por una
válvula de corazón artifi­
cial. Los distintos diseños Figura 15.15 El incremento de la velocidad de un fluido que se desplaza a través de una sección más es­
reflejan los problemas trecha de un tubo provoca una caída en la presión.
que enfrenta flujo de
fluidos en el cuerpo. La
válvula de pivote abierto El efecto venturi tiene muchas otras aplicaciones tanto para líquidos como para gases. El
utiliza dos ejes de medio carburador de un automóvil utiliza el principio venturi para mezclar vapor de gasolina y aire.
círculo hechos de carbón El aire que pasa a través de un angostamiento en su camino hacia los cilindros, origina un área
pirolítico dentro un recu­
brimiento de teflón con de baja presión a medida que aumenta su velocidad. La disminución en la presión se usa para
un disco endurecedor enviar combustible a la columna de aire, donde se vaporiza rápidamente.
de titanio. El objetivo es La figura 15.16 muestra dos métodos que se pueden usar para demostrar la disminución
reducir la turbulencia al
de la presión debida al aumento de velocidad. Un ejemplo más sencillo consiste en soplar aire
abrir más la válvula que
por encima de la superficie de una hoja de papel, como se puede ver en la figura 15.16a. La
si se tuviera una sola
puerta circular. La tur­ presión en la corriente de aire por encima del papel se reducirá. Esto permite que el exceso
bulencia en el flujo san­ de presión en la parte inferior empuje al papel hacia arriba.
guíneo significa energía Una segunda demostración requiere de un carrete, un disco de cartulina y un alfiler (figu­
desperdiciada y también
provoca la ruptura de ra 15.16b). El alfiler se el ava a través del disco de cartulina y se coloca en uno de los extremos
las células sanguíneas del carrete, como muestra la figura. Si se sopla a través del extremo abierto, descubrirá que el
y puede debilitar a la disco se adhiere más al otro extremo. Uno esperaría que el disco de cartulina se despegara de
válvula en forma prem a­
inmediato. La explicación es que el aire que fue soplado en el carrete debe escapar a través
tura al m over partículas
com o resultado de los del estrecho espacio entre el disco y el extremo del carrete. Esta acción crea un área de baja
latidos. Otro diseño es el presión, lo que permite que la presión atmosférica externa empuje al disco contra el carrete.
disco individual, que el
cirujano puede rotar para
reducir la turbulencia
al mínimo. Con solo un
punto de pivote y una
parte en movimiento
(caso contrario al pivote
abierto), esta válvula de
corazón podría ser más
duradera. Una cosa es
cierta: ¡nadie quiere una
válvula que falle bajo la Figura 15.16 Demostraciones de la disminución de presión que resulta de un incremento en las rapideces
carga de presión de un
del aire.
corazón que palpita!

Ecuación de Bernoulli

En nuestro estudio sobre fluidos, hemos destacado cuatro parámetros: la presión P, la densi­
dad p, la velocidad v, y la altura h sobre algún nivel de referencia. El primero en establecer
la relación entre estas cantidades y su capacidad para describir fluidos en movimiento fue el
matemático suizo Daniel Bernoulli (1700-1782). Los pasos que condujeron al desarrollo de
esta relación fundamental se pueden comprender considerando la figura 15.17.
Puesto que un fluido tiene masa, debe obedecer a las mismas leyes de la conservación es­
tablecidas para los sólidos. En consecuencia, el trabajo necesario para mover cierto volumen
de fluido a lo largo de la tubería debe ser igual al cambio total en energía potencial y cinética.
Consideremos el trabajo requerido para mover el fluido del punto a al punto b en la figura
15.17a. El trabajo neto debe ser la suma del trabajo realizado por la fuerza de entrada F y el
trabajo negativo efectuado por la fuerza de resistencia Fr
Trabajo neto = F1^1 — F2s2