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1.- Mecánica de fluidos.

Caso práctico: Oxigenoterapia

En los primeros meses de 2020, con la pandemia del Covid-19 surgió la necesidad de tratar a muchos pacientes con respiradores y oxigenoterapia. La oxigenoterapia con mascarilla, consiste en aplicar a los pacientes aire con mayor concentración de oxígeno que la que tenemos en el ambiente y regular la cantidad de oxígeno aportado con ayuda de una mascarilla especial, cuyo funcionamiento se basa en el efecto Venturi. Este efecto, basado en el teorema de Bernouilli y en la ecuación de continuidad, que luego veremos, consiste en que, cuando un fluido pasa por un orificio pequeño o una tubería más estrecha, aumenta su velocidad. Pero eso seguro que ya lo sabías, pero ¿sabías que disminuye su presión?

La mascarilla de efecto Venturi tiene el mismo formato que las mascarillas simples con la salvedad de que dispone de un pequeño dispositivo, situado justo en su parte inferior antes de la mascarilla, que mediante una ventana regulable, permite ajustar la cantidad de oxígeno deseado. El aire tiene un 21 % de oxígeno, por lo que la Fracción inspiratoria de oxígeno (FiO2), empieza a partir de un valor próximo a este. Además posee un par de orificios en la parte superior de la mascarilla que permite expulsar el aire espirado. Las diferentes partes de la mascarilla de efecto Venturi las vemos en la imagen:

El efecto Venturi y su aplicación en Oxigenoterapia a alto flujo
Revista electrónica de Portales Médicos. Mascarilla de oxigenoterapia basada en efecto Venturi (Dominio público)



El funcionamiento de la mascarilla de efecto Venturi es el siguiente: desde la fuente de oxígeno sale el gas, que a través de una conexión, une la fuente con la mascarilla, que tiene un orificio muy estrecho por el que pasa el oxígeno a una velocidad alta y, por lo tanto, a una presión más baja. Esta presión, en el interior de la mascarilla, al ser más baja que la atmosférica, hace que, a través de la ventana regulable de la mascarilla, se aspire el aire ambiental, obteniendo así la mezcla y por tanto la FiO2 necesaria, Cuanto más pequeño es el orificio de entrada del oxígeno, menor es la presión y mayor es el caudal de aire que entra por los orificios superiores.

El efecto Venturi consiste en un fenómeno en el que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor.​

El efecto Venturi consiste en un fenómeno en el que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor.​

En instalaciones térmicas el calor se introduce o se extrae de un recinto, especialmente mediante dos tipos de fluidos: el agua y el aire. Son dos fluidos abundantes que tienen unas propiedades magníficas a las temperaturas a las que suele trabajarse. Para temperaturas mayores se emplea el vapor de agua y para temperaturas menores los fluidos refrigerantes. Por ello, es muy importante conocer las leyes y el funcionamiento mecánico de estos fluidos.

En esta unidad vamos a ver el comportamiento de estos fluidos desde el punto de vista mecánico. Desde el punto de vista termodinámico ya se ha visto en la unidad 1.

Cualquier instalación de calefacción y de acondicionamiento de aire tiene los denominados circuitos de aire y circuitos hidráulicos. Y esto es así a todas las escalas. Por ejemplo, en una central eléctrica tenemos un circuito que sirve para refrigerar el aceite lubricante y otro circuito para refrigerar el agua que, a su vez refrigera el condensador de la central. El condensador es el equipo que permite que el vapor, a la salida de la turbina, se condense en agua y pueda volverse a calentar en la caldera para transformarlo nuevamente en vapor y que mueva la turbina que hace girar el alternador de electricidad.

Los circuitos hidráulicos, con frecuencia, tienen los correspondientes circuitos de aire que, en ocasiones son circuitos abiertos toman aire fresco del exterior y expulsan aire caliente. A su vez, estas instalaciones tienen, además de tuberías (para los líquidos) y conductos (para el aire), bombas y ventiladores, como vemos en este ejemplo:

Circuito de refrigeración mediante torre de refrigeración
Circuito de refrigeración mediante torre de refrigeración