Cuando se discute sobre dinámica de los fluidos, la ecuación de Bernoulli suele aparecer. Esta ecuación es única ya que relaciona la energía del fluido con la energía cinética y la energía potencial. La fórmula se relacionó principalmente con fluidos no compresibles, pero bajo ciertas condiciones, puede ser significativa también para gases. Discutiremos cómo se desarrolló la ecuación de Bernoulli y cómo EXAIR la utiliza para maximizar la eficiencia dentro de sus procesos de aire comprimido.
Daniel Bernoulli nació en los Países Bajos, en febrero de 1700. Hijo de Johann Bernoulli, un reconocido matemático, que junto a su hermano Jakob, trabajaron continuamente universidad de Basilea, Suiza. Fue introducido en las matemáticas desde su niñez hasta obtener su bachillerato a sus 15 años y su maestría dos años luego. Si bien se ha desarrollado en campos como la botánica, medicina, filosofía y lógica, fue reconocido y premiado por sus desarrollos en astronomía, matemáticas y física, cuyos conceptos estudiamos hoy en día, entre ellos, su obra ‘Hidrodinámica’, publicada en 1734, dónde se presenta el Principio de Bernoulli.
Fue en 1723, a la edad de 23 años, cuándo Daniel se mudó a Venecia, Italia para aprender medicina. Pero, en su corazón, se dedicó a las matemáticas. Comenzó a hacer algunos experimentos con mecánica de fluidos donde medía el flujo de agua saliente de un tanque. En sus pruebas, notó que cuando la altura del agua dentro del tanque era mayor, el agua salía más rápido. Esta relación entre la presión en comparación con el flujo y la velocidad se conoció como el principio de Bernoulli. “…un aumento en la velocidad del fluido, que implica un aumento en su energía cinética, es decir, de la presión dinámica, conlleva una disminución simultánea en la suma de su energía potencial —incluida la presión estática— y energía interna”1. Así, fue el principio de la ecuación de Bernoulli.
Bernoulli notó que, durante un flujo constante y estable, la suma de la energía cinética, la energía potencial y la energía del flujo era constante. Y escribió la ecuación así:
Sin ser demasiado técnico, podrá ver la relación entre la velocidad elevada al cuadrado y la presión. Siendo que esta relación es una constante a lo largo de la línea de corriente, cuando la velocidad aumenta, la presión tiene que bajar. Un ejemplo de esto es el ala de un avión. Cuando la velocidad del aire aumenta sobre la parte superior del ala, la presión se reduce. Así, se genera la elevación y el avión vuela.
Con las ecuaciones, puede haber limitaciones. Para la ecuación de Bernoulli, debemos tener en cuenta que fue desarrollada inicialmente para líquidos. Y en la dinámica de fluidos, el gas al igual que el aire también son considerados fluidos. Por lo tanto, si el aire comprimido está dentro de estas pautas, podemos relacionarlo con el principio de Bernoulli.
- Flujo constante: Como los valores se miden a lo largo de una línea de corriente, tenemos que asegurarnos de que el flujo sea constante. El número de Reynold es un valor adimensional para decidir si el flujo es considerado laminar o turbulento. Los flujos laminares dan líneas suaves de velocidad para hacer mediciones.
- Efectos viscosos insignificantes: A medida que el fluido se mueve a través de los caños y tuberías, las paredes generan fricción o una resistencia al flujo. El acabado de la superficie tiene que ser lo suficientemente liso, de modo que los efectos de la viscosidad sean muy pequeños.
- No hay ejes o cuchillas: Cosas como palas de ventilador, bombas y turbinas añadirán energía al fluido. Esto causará flujos turbulentos e interrupciones a lo largo de la línea de corriente de velocidad. Para medir los puntos de energía para la ecuación de Bernoulli, tienen que estar distante de la máquina.
- Flujos compresibles: Con los fluidos no compresibles, la densidad es constante. Con el aire comprimido, la densidad cambia con la presión y la temperatura. Pero, mientras la velocidad sea inferior a Mach 0,3 (2), la diferencia de densidad es relativamente baja y puede ser utilizada.
- Transferencia de calor: La ley del gas ideal muestra que la temperatura afectará la densidad del gas. Dado que la temperatura se mide en condiciones absolutas, se necesitará un cambio significativo de temperatura en calor o frío para afectar la densidad.
- Flujo a lo largo de una línea de corriente: Cosas como los flujos rotacionales o vórtices, como se ven dentro de los Tubos Vortex, crean un problema para encontrar un área de medición dentro de una corriente de partículas de fluido.
Ahora que conocemos los criterios para aplicar la ecuación de Bernoulli con el aire comprimido, veamos la Súper Cuchillas de Aire Longitudinal de EXAIR. Soplando aire comprimido para enfriar, limpiar y secar, EXAIR puede hacerlo eficientemente ya que utiliza el principio de Bernoulli para arrastrar el aire circundante y potenciar el flujo/corriente principal de soplado.
Siguiendo las pautas anteriores, la Cortina de Aire provee de un flujo laminar, sin efectos viscosos, sin aspas o ejes, velocidades por debajo de Mach 0,3, y corrientes de flujo lineal. Recuerden de la ecuación anterior que a medida que la velocidad aumenta, la presión tiene que disminuir. Como el aire eyectado por las aberturas a lo largo de la Súper Cuchilla es de alta velocidad, se creará un área de baja presión en la salida. Ha sido diseñada para maximizar este fenómeno dando una relación de amplificación de 40:1. Así que, por cada parte de aire comprimido, la Súper Cuchilla de Aire traerá a la corriente de aire principal, 40 partes de aire «libre» del ambiente. Esto hace que la Súper Cuchilla de Aire Longitudinal EXAIR sea uno de los dispositivos de soplado más eficientes del mercado. ¿Qué significa eso para usted? Le ahorrará mucho dinero al consumir menos aire comprimido en su aplicación neumática.
Este mismo principio ha permitido el diseño de otros productos como los Amplificadores de Aire, Boquillas de Aire y Eliminadores de Estática Gen4. Daniel Bernoulli fue capaz de encontrar una relación entre velocidades y presiones, y EXAIR fue capaz de utilizar esto para crear productos de aire comprimido eficientes, seguros y eficaces.
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