L’effetto Venturi è un principio fisico secondo il quale un fluido che si muove all’interno di un condotto, aumenta o diminuisce la sua pressione in funzione della sua velocità.
Tale proprietà fu scoperta nell’800 dal fisico italiano Giovanni Battista Venturi, durante alcune ricerche a riguardo della meccanica dei fluidi ed è ancora oggi utilizzato come uno dei più comuni metodi di misura della velocità (tubo di Venturi). 

Il principio fisico

Quando un fluido scorre all’interno di un condotto senza perdite, il fluido mantiene costante la sua massa (detto anche principio di conservazione della massa).
Trattandosi di un fluido in movimento possiamo estendere il principio di conservazione della massa, alla portata del fluido; quindi, se alla sezione di ingresso del condotto misuriamo 100 m3/h di aria, alla sezione di uscita misureremo lo stesso valore.

Se si immagina che il condotto non abbia sezione costante, il fluido nell’attraversarlo, modificherà la sua velocità in funzione della sezione di passaggio in cui si trova.
È semplice immaginare che: se una certa portata d’aria Q, costante, sta passando attraverso una apertura grande A0 la sua velocità v0 sarà ridotta, mentre se la stessa portata d’aria Q dovesse attraversare una apertura più piccola A1 la sua velocità v1 sarebbe più elevata.

Se all’interno del condotto non è presente alcun dispositivo capace di fornire dell’energia al fluido, per il principio di conservazione dell’energia, anche il valore di quest’ultima rimarrà costante tra l’imboccatura del condotto e la sua uscita.

Per poter chiarire meglio questo principio è necessario considerare il fluido che si muove all’interno del condotto come un fluido ideale ed applicare ad esso il principio di Bernoulli, secondo il quale: la somma dell’energia cinetica (contributo fornito dalla velocità v del fluido), dell’energia potenziale (contributo fornito dalla variazione di altezza h del fluido) e della pressione p restano costanti lungo il condotto.

Fatte le dovute semplificazioni e considerando che il condotto si estenda in orizzontale, si otterrà che:

Questa formula esprime in termini matematici il concetto che sta alla base dell’effetto analizzato da Venturi:

Affinché l’energia complessiva del fluido all’interno del condotto rimanga costante, nei punti dove la velocità diminuisce, la pressione dovrà crescere mentre nei punti dove il fluido accelera la pressione dovrà ridursi.

 

I campi di applicazione

L’effetto di Venturi è sfruttato quotidianamente in una moltitudine di applicazioni; dalle bombolette spray, ai carburatori delle autovetture, dai razzi spaziali agli strumenti di misura. È infatti nel tubo di Venturi, utilizzato per la misura della velocità, che il fenomeno scoperto nell’800 trova la sua massima espressione. Grazie alla formulazione dimostrata dallo studioso, è sufficiente conoscere la dimensione della sezione attraverso la quale passa il fluido e la misura delle pressione prima e dopo di essa per poterne determinare la velocità.

 

Un esempio concreto: l’estrattore a cono EOC

L’effetto di Venturi trova applicazione anche nel campo della ventilazione dove l’introduzione di coni di scarico sugli estrattori permette di incrementarne le prestazioni, vediamo ora perché.

Se consideriamo la condizione di lavoro di un box fan, la ventola è posizionata direttamente tra l’interno del capannone e l’ambiente esterno, quindi si trova a lavorare ad un Δp pari alla differenza tra la pressione esterna (convenzionalmente assunta pari a 0Pa ) e la pressione all’interno del capannone (consideriamo ad esempio -25Pa).

Se invece prendiamo a modello un estrattore a cono, è semplice osservare che la ventola si trova posizionata tra l’interno del capannone e la sezione ristretta del cono.
Sulla base di quanto detto in precedenza sappiamo che l’aria, nel percorrere il cono dalla sezione più piccola a quella più grande, diminuirà necessariamente la sua velocità e quindi, per l’effetto di Venturi, la pressione nella sezione ristretta dovrà essere più bassa di quella di uscita.

p1 < p2

Quindi, supponendo che all’interno del capannone la pressione sia sempre pari a -25Pa, la ventola si troverà a lavorare ad un Δp che sarà inferiore rispetto a quello a cui lavora il box fan.

Δp = p0-p1
Δp < 25Pa

Tale condizione si traduce in un conseguente risparmio in termini di assorbimento di energia o, a parità di energia assorbita, con migliori performance in termini di portata d’aria.

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