¿Cómo funciona el principio de Venturi sin un aumento en la tasa del fluido?

Question

Como mecánico, sé inherentemente que si hay una grieta en el escape de un vehículo antes del sensor de O2 (lambda), entrará aire fresco y causará que el sistema lea un estado falso de pobreza (pobreza significa, contenido de oxígeno mayor que el estequiométrico). La lógica típica dictaría que como el escape está bajo mayor presión que el aire exterior, el escape sería expulsado de la grieta y no podría entrar aire exterior. Sin embargo, en la práctica, sé que el resultado es bastante diferente.

Entiendo que aquí entra en efecto el principio de venturi. Hay algo acerca de cómo, cuando el aire pasa sobre un agujero (o la grieta en este caso), atraerá el aire exterior junto con él. Algo tiene que ver con la velocidad de los gases mientras fluyen sobre el agujero, atrayendo desde el agujero mientras pasa por encima de él.

Mis preguntas son:

• ¿Estoy en lo correcto al pensar que esto es un efecto venturi?
• ¿Puede alguien explicar el fenómeno exacto?
• ¿Existe una fórmula matemática que explique alguna de las relaciones? (es decir: tamaño del agujero vs. velocidad del escape produce tanto ingreso de aire)

Entiendo que el principio de Bernoulli puede tener algo que ver con esto también. La parte sobre esto es que en todos los casos que he visto explicados, hablan sobre la necesidad de que el fluido (escape en este caso) se acelere al pasar por el agujero, creando así un área de baja presión en el agujero (en términos sencillos, lo siento) que creará una atracción. Leyendo esta pregunta/respuesta lo explica a través de este diagrama:

El diagrama y la pregunta adjunta tienen que ver con el casco de un barco y permitirle drenar agua. En mi ejemplo de un escape, no hay un bulto/protuberancia/área que se extienda hacia el flujo del escape causando un cambio en la velocidad del flujo del fluido ... de hecho, debido a la turbulencia, probablemente lo ralentiza.

Wikipedia no ayuda en nada con mi comprensión en esta situación.

Answer 1

Espero que obtengas una respuesta mejor que esta de un experimentalista. Siempre ha sido mi entendimiento, pero como estudio por mi cuenta, nunca hay un profesor cerca cuando lo necesitas. (No me quejo, solo lo digo :)

La parte que no entiendo es que la imagen de abajo muestra una constricción obvia, mientras que una grieta en, digamos, la caja/silenciador trasero de diámetro constante, es solo una grieta, no un estrechamiento.

De todos modos, el efecto venturi tiene sentido para mí en términos del movimiento de las moléculas de aire.

Al ingresar a la parte estrecha, las moléculas de aire deben acelerar para mantener la continuidad del flujo. Entonces, en lugar de ejercer presión aleatoriamente en todas direcciones, muchas de ellas son forzadas en la dirección a lo largo del eje largo del escape, por lo que menos están disponibles para "apuntar" hacia arriba, por lo que la presión estática disminuye y el aire exterior fluye adentro.

La caída de presión teórica en la constricción se da por esta fórmula a continuación, la cual se basa en la ecuación de Bernoulli:

$${\displaystyle p_{1}-p_{2}={\frac {\rho }{2}}\left(v_{2}^{2}-v_{1}^{2}\right)}$$

donde ${\displaystyle \scriptstyle \rho \,}$ es la densidad del fluido, ${\displaystyle \scriptstyle v_{1}}$ es la velocidad (más lenta) del fluido donde la tubería es más ancha, ${\displaystyle \scriptstyle v_{2}}$ es la velocidad (más rápida) del fluido donde la tubería se estrecha.

Answer 2

La siguiente respuesta es especulativa.

No sé exactamente qué hay dentro del tubo de escape que pueda ofrecer resistencia al flujo de gases, así que voy a asumir que el tubo de escape es simplemente un tubo hueco. Si este es el caso, entonces la presión (estática) de los gases de escape dentro del tubo será muy cercana a la presión atmosférica, solo ligeramente mayor (suficiente para superar la resistencia viscosa dentro del flujo). Donde el tubo está roto, puede formarse una región de remolino en la estela de la pieza rota, y el flujo al ser turbulento, es capaz de aspirar aire atmosférico, mientras que al mismo tiempo el escape se filtra desde la región rota hacia el ambiente. En otras palabras, pienso que el efecto que has observado se debe más a la entrainment turbulenta que al efecto venturi.