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1. Introducción

Esta investigación tiene como objetivo principal estudiar el efecto, funcionamiento y las aplicaciones tecnológicas delTubo Vénturi, del cual su invención data de los años 1.8, donde su creador luego de muc!os c"lculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo.#rincipalmente su función se basó en esto, y luego con posteriores investigaciones para aprovec!ar las condiciones$ue presentaba el mismo, se llegaron a encontrar nuevas aplicaciones como la de crear vac%o a través de la ca%da

de presión.El Tubo Vénturi es una tuber%a corta, recta o garganta, entre dos tramos cónicos. &uego otro cient%fico mejoró estediseño, deduciendo las relaciones entre las dimensiones y los di"metros para as% poder  estudiar y calcular un TuboVénturi para una aplicación determinada.El estudiante o cient%fico $ue cono'ca los fundamentos b"sicos y aplicaciones $ue se presentan en este trabajo debe estar en capacidad para calcular un tubo para sus propias aplicaciones y as% aumentar su uso en el mundo realy tecnológico as% como con investigaciones y nuevos diseños mejorar su fundamento y crear nuevos usos deacuerdo a sus necesidades.2. Tubo De Vénturi

El Tubo de Venturi fue creado por el f%sico e inventor italiano (iovanni )attista Venturi *1.+- 1.8//0. ue profesor  en 2ódena y #av%a. En #aris y )erna, ciudades donde vivió muc!o tiempo, estudió cuestiones teóricas relacionadascon el calor , óptica e !idr"ulica. En este 3ltimo campo fue $ue descubrió el tubo $ue lleva su nombre. 4eg3n él esteera un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una

diferencia de presión entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de m%nima sección del tubo, endonde su parte anc!a final act3a como difusor.5efiniciónEl Tubo de Venturi es un dispositivo $ue origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste esuna tuber%a corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. &a presión var%a en la pro6imidad de la secciónestrec!a7 as%, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la ca%da de presióny calcular el caudal instant"neo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible enla corriente principal.&as dimensiones del Tubo de Venturi para medición de caudales, tal como las estableció lemens 9ersc!el, son porlo general las $ue indica la figura 1. &a entrada es una tuber%a corta recta del mismo di"metro $ue la tuber%a a la cualva unida. El cono de entrada, $ue forma el "ngulo a1, conduce por una curva suave a la garganta de di"metro d1.:n largo cono divergente, $ue tiene un "ngulo a/, restaura la presión y !ace e6pansionar el fluido al pleno di"metrode la tuber%a. El di"metro de la garganta var%a desde un tercio a tres cuartos del di"metro de la tuber%a.

&a presión $ue precede al cono de entrada se transmite a través de m3ltiples aberturas a una abertura anularllamada anillo pie'ométrico. 5e modo an"logo, la presión en la garganta se transmite a otro anillo pie'ométrico. :nasola l%nea de presión sale de cada anillo y se conecta con un manómetro o registrador. En algunos diseños los

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anillos pie'ométricos se sustituyen por sencillas uniones de presión $ue conducen a la tuber%a de entrada y a lagarganta.&a principal ventaja del Vénturi estriba en $ue sólo pierde un 1 ; /< de la diferencia de presión entre la entrada yla garganta. Esto se consigue por el cono divergente $ue desacelera la corriente.Es importante conocer la relación $ue e6iste entre los distintos di"metros $ue tiene el tubo, ya $ue dependiendo delos mismos es $ue se va a obtener la presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para $ue pueda cumplir

la función para la cual est" construido.Esta relación de di"metros y distancias es la base para reali'ar los c"lculos para la construcción de un Tubo deVenturi y con los conocimientos del caudal $ue se desee pasar por él.5educiendo se puede decir $ue un Tubo de Venturi t%pico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisióncil%ndrica, un cono convergente, una garganta y un cono divergente. &a entrada convergente tiene un "ngulo incluidode alrededor de /1=, y el cono divergente de + a 8=. &a finalidad del cono divergente es reducir la pérdida global depresión en el medidor7 su eliminación no tendr" efecto sobre el coeficiente de descarga. &a presión se detecta através de una serie de agujeros en la admisión y la garganta7 estos agujeros conducen a una c"mara angular, y lasdos c"maras est"n conectadas a un sensor de diferencial de presión.&a tabla muestra los coeficientes de descarga para los Tubos Vénturi, seg3n lo establece la >merican 4ociety of2ec!anical Engineers. &os coeficientes de descarga $ue se salgan de los l%mites tabulados deben determinarse pormedio de calibraciones por separado.oeficientes >42E para tubos Venturi

3. Funcionamiento de un tubo de venturiEn el Tubo de Venturi el flujo desde la tuber%a principal en la sección 1 se !ace acelerar a través de la secciónangosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. 5espués se e6pande el flujo a través de la porcióndivergente al mismo di"metro $ue la tuber%a principal. En la pared de la tuber%a en la sección 1 y en la pared de lagarganta, a la cual llamaremos sección /, se encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos ramificadores depresión se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma $ue la defle6ión ! es unaindicación de la diferencia de presión p1 p/. #or supuesto, pueden utili'arse otros tipos de medidores de presióndiferencial.&a ecuación de la energ%a y la ecuación de continuidad pueden utili'arse para derivar la relación a través de la cualpodemos calcular la velocidad del flujo. :tili'ando las secciones 1 y / en la formula / como puntos de referencia,podemos escribir las siguientes ecuaciones?

1@ A >1v1 A >/v/ /Estas ecuaciones son v"lidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso de los l%$uidos. #ara el flujo degases, debemos dar especial atención a la variación del peso espec%fico g con la presión. &a reducción algebraicade las ecuaciones 1 y / es como sigue?

#ero . #or consiguiente tenemos,

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*B04e pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento. #rimero, la diferencia de elevación *'1;'/0 es muype$ueña, aun cuando el medidor se encuentre instalado en forma vertical. #or lo tanto, se desprecia este termino.4egundo, el termino !l es la perdida de la energ%a del fluido conforme este corre de la sección 1 a la sección /. Elvalor  !l debe determinarse en forma e6perimental. #ero es m"s conveniente modificar la ecuación *B0 eliminando !1e introduciendo un coeficiente de descarga ?

*0&a ecuación *0 puede utili'arse para calcular la velocidad de flujo en la garganta del medidor. 4in embargo,usualmente se desea calcular la velocidad de flujo del volumen.

#uesto $ue , tenemos?

*C0El valor del coeficiente depende del n3mero de Deynolds del flujo y de la geometr%a real del medidor. &a figura /muestra una curva t%pica de versus n3mero de Deynolds en la tuber%a principal.

&a referencia B recomienda $ue A .8 para un Tubo Vénturi fabricado o fundido con las siguientes condiciones?

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*en la tuber%a principal0

donde se define como el coeficiente del di"metro de la garganta y el di"metro de la sección de la tuber%a

principal. Esto es, .#ara un Tubo Vénturi ma$uinado, se recomienda $ue A .C para las condiciones siguientes?

*en la tuber%a principal0&a referencia B, C y proporcionan información e6tensa sobre la selección adecuada y la aplicación de los Tubos deVenturi.

&a ecuación *1;C0 se utili'a para la bo$uilla de flujo y para el orificio, as% como también para el Tubo de Venturi.4. Aplicaciones tecnológicas de un tubo de venturi

El Tubo Vénturi puede tener muc!as aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar?En la Fndustria  >utomotri'? en el carburador del carro, el uso de éste se pude observar en lo $ue es la  >limentación de ombustible.&os motores re$uieren aire y combustible para funcionar. :n litro de gasolina necesita apro6imadamente 1.litros de aire para $uemarse, y debe e6istir alg3n mecanismo dosificador $ue permita el ingreso de la me'cla almotor  en la proporción correcta. > ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de Vénturi? alvariar el di"metro interior de una tuber%a, se aumenta la velocidad del paso de aire.

&eyenda1. Entrada de aire.

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/. 2ariposa del c!oGe.

B. uerpo del carburador.

. 4urtidor de combustible.

C. Venturi.

-. 2ariposa de gases.

+. 4urtidor de marc!a m%nima y pun'ón.

8. !icler de alta.

. 5epósito o cuba.

1. lotador.

11. 5iafragma de inyección.

1/. )ase y pun'ón.

1B. Entrada de combustible.

1. Emulsionador.

1C. Fnyector.

&a carburación tiene por objeto preparar la me'cla de aire con gasolina pulveri'ada, en proporción tal $ue su

inflamación, por la c!ispa $ue salta en las buj%as, resulte de combustión tan r"pida $ue sea casi instant"nea. 5ic!ame'cla var%a seg3n las condiciones de temperatura del motor y las del terreno por el cual se transita. En el momentodel arran$ue por las mañanas, o cuando se re$uiere la m"6ima potencia para adelantar a otro carro, se necesita uname'cla rica en gasolina, mientras $ue en la marc!a normal es suficiente una me'cla pobre, $ue permita transitarcómodamente y economi'a combustible. En ciudades a m"s de /.C metros sobre el nivel del mar la me'cla seenri$uece para compensar la falta de o6%geno y evitar $ue los motores pierdan potencia. Tal procedimiento, si bienmejora la potencia del motor, eleva el consumo y contamina m"s el aire.&os ve!%culos actuales ya no llevan carburador. &a inyección electrónica con cerebro computari'ado dejó atr"s a losartesanos de la carburación, el flotador y los c!icleres, para dar paso a la infalibilidad del microc!ip. Este sistema supone el uso de un inyector por cada cilindro, con lo $ue se asegura e6actamente la misma cantidad decombustible para todos.on el carburador, la cantidad de combustible $ue pasa a cada cilindro var%a seg3n el diseño del m3ltiple deadmisión. Esto !ace $ue a bajas revoluciones algunos cilindros reciban m"s gasolina $ue otros, lo $ue afecta el

correcto funcionamiento de la m"$uina y aumenta el consumo. 4eg3n mediciones de la casa alemana )osc!,fabricante de sistemas de inyección, estos utili'an !asta 1C< menos combustible $ue los motores con carburador.Tanto como el carburador como el sistema de inyección re$uieren de mantenimiento para funcionar bien. El primerose repara con destornillador y pin'as7 el segundo con e$uipos de igual tecnolog%a $ue deben ser compatibles con elmodelo espec%fico de carro y sistema. El carburador recibe la gasolina de la bomba de combustible. Esta la vierte enun compartimiento especial llamado ta'a o cuba, $ue constituye una reserva constante. 5e a!% pasa por una seriede conductos *c!icler de m%nima0 para mantener el motor en marc!a m%nima.uando se pisa el acelerador ocurren varios fenómenos simult"neos? uno de ellos es $ue se fuer'a por un conductomilimétrico *o inyector0 un poco de gasolina para contribuir en la arrancada. #or otra parte, la mariposa inferior *o de

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gases0 se abre para permitir el r"pido acceso de aire $ue arrastra consigo un volumen de gasolina *el cual !apasado previamente por un conducto dosificador o c!icler de alta0, seg3n se !aya presionado el pedal. uando seaumenta o disminuye el tamaño de ese c!icler, las condiciones de rendimiento y consumo var%anconsiderablemente.:na ve' se alcan'a la velocidad de crucero *entre + y 8 GmH!0, la mariposa de gases se cierra casi por completo.Es cuando m"s económica se !ace la conducción, puesto $ue el motor desciende casi al m%nimo su velocidad *en

revoluciones por minuto0 y se deja llevar de la inercia del volante. 4i se conduce por encima o por debajo de esavelocidad, el consumo se incrementa.@ui'"s la 3nica ventaja $ue ofrece el carburador es el bajo costo, en el corto pla'o, de instalación y mantenimiento.#ero a la vuelta de varias sincroni'aciones la situación se revierte y resulta m"s costosa su operación $ue el uso dela inyección.omo se puede observar, en el carburador el Tubo de Venturi cumple una función important%sima como lo es el depermitir el me'clado del aire con el combustible para $ue se de la combustión, sin lo cual el motor del carro nopodr%a arrancar, de a$u% $ue el principio de este tubo se utili'a como parte importante de la industria automotri'.En conclusión se puede decir $ue el Efecto Vénturi en el carburador consiste en !acer pasar una corriente de aire agran velocidad, provocada por el descenso del pistón por una cantidad de gasolina $ue esta alimentando por uncuba form"ndose una masa gaseosa. &a ri$ue'a de la gasolina depende del di"metro del surtidor.En el "rea de la &impie'a?Este tubo también tiene otras aplicaciones como para la limpie'a. El aire urbano normal transporta alrededor de

.- granos de materia suspendida por pie c3bico *1.B+ mgHmB0, lo $ue constituye un l%mite pr"ctico para la mayor parte de la limpie'a de gases industriales7 &a cantidad de polvo en el aire normal en las plantas de fabricación confrecuencia es tan elevada como ./ gHpieB *.C8 mgHmB0. &a cantidad de polvo en el gas de alto !orno, despuésde pasar por el primer captador de polvos es del orden de 1 gHpieB *//. gHmB0, al igual $ue el gas crudo calientede gasógeno. Todas las cifras de contenido de polvos se basan en vol3menes de aire a -= y 1 atm *1C.-= y11 IHm/ 0.

 >paratos de limpie'a&a eliminación de la materia suspendida se reali'a mediante lavadores din"micos de roc%o.El Vénturi de #ease;>nt!ony. En este sistema, el gas se fuer'a a través de la garganta de un Vénturi, en la $ue seme'cla con roc%os de agua de alta presión. 4e necesita un tan$ue después de Vénturi, para enfriar y eliminar la!umedad. 4e !a informado de una limpie'a de entre .1 a .B gHpieB.omparativamente, se aplica menos la filtración para limpiar gases7 se utili'a de manera e6tensa para limpiar aire ygases de desec!o. #or lo com3n, los materiales $ue se utili'an para filtrar gases son tela de algodón o lana de tejidotupido, para temperaturas !asta de /C= 7 para temperaturas m"s altas se recomienda tela met"lica o de fibra devidrio tejida. &os gases $ue se filtren deben encontrarse bien arriba de su punto de roc%o, ya $ue la condensación enla tela del filtro tapar" los poros. 5e ser necesario, debe recalentarse el gas saturado. > menudo, a la tela se le daforma de JsacosJ, tubos de - a 1/ pulg de di"metro y !asta de pie de largo, $ue se suspenden de un arma'ón deacero *c"mara de sacos0. &a entrada del gas se encuentra en el e6tremo inferior, a través de un cabe'al al $ue seconectan los sacos en paralelo7 la salida se reali'a a través de una cubierta $ue rodea a todos los sacos. > intervalosfrecuentes, se interrumpe la operación de toda la unidad o de parte de ella, para batir o sacudir los sacos, ointroducir aire limpio en sentido contrario a través de ellos, para deBaslojar el polvo acumulado, el cual cae !acia elcabe'al de admisión de los gases y del cual se remueve mediante un transportador de gusano. Es posible reducir elcontenido de polvo !asta .1 gHpieB o menos, a un costo ra'onable. El aparato también se usa para la recuperaciónde sólidos valiosos arrastrados por los gases.2étodos de captación de la energ%a eólica?

&a captación de energ%a eólica puede dividirse en dos maneras?aptación directa? &a energ%a se e6trae por medio de superficies directamente en contacto con el viento, porejemplo, molinos de viento y velas.aptación indirecta? Fnterviene en este caso un elemento intermedio para su captación, por ejemplo la superficie delmar.aptación Fndirecta&a captación indirecta utili'a ya sea m"$uinas del tipo precedente asociadas a órganos est"ticos o bien órganosenteramente est"ticos, o bien un fluido intermediario.Krgano est"tico y m"$uina din"mica? El principio se basa en la utili'ación de un Tubo de Venturi7 Esta disposiciónpermite para una !élice dada y un viento dado, !acer crecer la velocidad de rotación y la potencia, as% como también

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el rendimiento aerodin"mico por supresión de las pérdidas marginales. >plicado directamente a una m"$uina de eje!ori'ontal el interés es poco, pues este tubo complica considerablemente la instalación. 9ay $ue !acer notar $ueeste Tubo de Venturi en !élices de pocas palas.4e !an propuesto sistemas $ue utilicen varios Tubos Venturi en serie. :na idea m"s interesante podr%a ser la deIa'are $ue propone un enorme Vénturi vertical $ue permitir%a reali'ar verdaderas trombas artificiales, sobre todo siesta instalación se !iciese en pa%ses c"lidos.

4e trata de sistemas $ue Jfabrican el vientoJ bas"ndose principalmente en las diferencias de temperaturas $uee6istir%an en las dos e6tremidades de la torre. &a m"$uina eólica estar%a ubicada en el cuello. 4er" teóricamenteposible desarrollas potencias $ue ir%an de los C a 1 2L, empleando torres de B a metros de alto.#areciera $ue !ay muc!as dificultades de construir la torre, pero ya en la actualidad en algunas centrales nuclearese6isten torres de refrigeración aéreas de 1C metros de alto.@ueda por resolver a3n los problemas de estabilidad, sobre todo bajo el efecto de los vientos laterales y en particular las interferencias $ue se producen con los vientos verticales.Mtro tipo de aeromotor $ue se !a propuesto es una m"$uina para ser usada con vientos muy fuertes y turbulentos,donde los aeromotores normales fallar%an o ser%an muy caros. Est" compuesto por una serie de anillos perforadosde forma oval y soportados !ori'ontalmente por una columna vertical central. &os anillos operan de acuerdo alprincipio de )ernuoilli el cual indica $ue la presión del fluido a lo largo de una l%nea de corriente var%a inversamentecon la velocidad del fluido. >s%, por la forma de los anillos, la velocidad del fluido se eleva produciéndose entoncesuna depresión $ue produce vac%o dentro de la torre, generando una corriente de aire $ue act3a sobre una turbina

acoplada a un generador. Estas m"$uinas en general son insuficientes, pero servir%an en los casos ya indicados.Este tipo de aeromotor es omnidireccional7 otros mejorados con perfil alar, no son totalmente omnidireccionales.Krganos enteramente est"ticosEstos emplean principalmente Tubos de Venturi $ue modifican la repartición de la presión din"mica y est"tica. 4e!an propuesto sistemas $ue permitan elevar agua agrupando en serie una cierta cantidad de Tubos de Venturi, los$ue parecer%an ser promisorios.Energ%a de las olas&as olas son producidas por los vientos marinos. Es una captación m"s continua y de mayor potencial por ladensidad del fluido. Estimaciones dan $ue se podr%a recuperar del orden de /. NL9Haño por metro de costa. Elprincipio de la m"$uina $ue capta la energ%a de la ola es f"cil de concebir, por ejemplo unos flotadores $ue al serlevantados transmitan el movimiento alternativo a un eje ubicado a la orilla de la playa por medio de ruedas libres$ue sólo se puedan mover en un sentido, aun$ue también podr%a utili'arse en los dos sentidos complicando elsistema.4ombrero Vénturi?Mtra aplicación clara del principio del Tubo de Venturi es el 4ombrero de Vénturi.#rincipio de funcionamiento?El aire caliente, $ue sale por el conducto principal, es arrastrado por el aire fr%o $ue ingresa por la parte inferiorcuando Jc!ocaJ contra la tuber%a produciéndose el efecto de vac%o en el e6tremo del conducto, esta acción logra $ueeste sombrero tenga un alto %ndice de efectividad, proporcional a la velocidad del viento funcionando en formaóptima con la m"s leve brisa.Este tipo de sombrero es especial para 'onas muy ventosas como gran parte de nuestro territorio nacional. &argaspruebas fueron reali'adas para conseguir efectividad ante condiciones clim"ticas adversas.El principio del Tubo de Venturi creando vac%o también fue usado creando vac%o para un proyecto final de Fngenier%a 2ec"nica $ue fue titulado J2"$uina de corte de !apas de acero ino6idable por c!orro de agua y abrasivosJ.Esta aplicación se usó con respecto al sistema de me'clado como dice a continuación? del me'clado del agua y del

abrasivo se puede decir? la succión del abrasivo, desde la tolva $ue lo contiene, se efect3a por vac%o *Efecto Vénturi0a través de una placa orificio calibrada, siendo necesaria una depresión de una décima de atmósfera para obtener elcaudal adecuado *B, grHs0.O4PEl material de construcción m"s adecuado para el tubo me'clador, con al3mina como abrasivo, es el carburo deboro con carbono C< *) C<0. El perfil interior del tubo debe ser suavemente convergente desde la boca deentrada *di"metro mm0 !asta la boca de salida *di"metro ,8 mm0. :na mayor longitud del tubo *+- mm0 traeaparejado una mejor aceleración de las part%culas de abrasivo.Mtra de las aplicaciones $ue comunmente se ven en la vida diaria pero

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no se conocen como tales es en el proceso de pintado por medio de pistolas de pintura. >$u% lo $ue sucede esigualmente un vac%o $ue al ser creado succiona la pintura a alta presión y permite $ue salga a la presión adecuadapara pintar la superficie deseada.. !onclusión

&uego de !aber reali'ado este proyecto se puede decir $ue el Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede serutili'ado en muc!as aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su

funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera m"s clara la forma en $ue este nospuede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente.#ara un Fngeniero es importante tener este tipo de conocimientos previos, ya $ue como por ejemplo con la ayuda deun Tubo de Venturi se pueden diseñar e$uipos para aplicaciones espec%ficas o !acerle mejoras a e$uipos yaconstruidos y $ue estén siendo utili'ados por  empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajoutili'ando menos consumo de energ%a, menos espacio f%sico y en general muc!os aspectos $ue le puedan disminuirpérdidas o gastos e6cesivos a la empresa en donde estos sean necesarios.Es indispensable para la parte de diseño tener los conocimientos referidos al c"lculo de un Tubo de Venturi, loscuales se pueden reali'ar !aciendo la relación entre los distintos di"metros del tubo, como por ejemplo el de laentrada del tubo, la garganta y la salida del tubo7 igualmente teniendo el conocimiento de el caudal $ue va a entraren el mismo, o $ue se desea introducir para cumplir una determinada función *como la de crear vac%o0 y tomar muyen cuenta las presiones $ue debe llevar el fluido, ya $ue esto va a ser el factor m"s fundamental para $ue su funciónse lleve a cabo.

Es fundamental !acer referencia a este trabajo en lo $ue respecta al diseño de Tubos de Venturi para mejorar lacreación y desarrollo de otros proyectos. Esto se puede tener en cuenta, por ejemplo en los proyectos en dondeestos puedan ser trancados por problemas ambientales, en donde su diseño cree la proliferación de part%culas depolvos, gases o vapores $ue puedan dañar el medio ambiente y el 2inisterio del  >mbiente no los apruebe, o $ueestas mismos gases o part%culas dañen a los otro e$uipos y debido a esto la compañ%a o empresa no permita laaplicación de dic!o proyecto, aun cuando éste produ'ca mejoras a la misma y una producción m"s efica' y eficiente.#ara esto el Tubo de Venturi se puede utili'ar, ya $ue una de las aplicaciones m"s importantes es la de crearlimpie'a en el ambiente mediante un mecanismo previamente diseñando.inalmente se puede decir $ue el Tubo de Venturi es un dispositivo $ue por medio de cambios de presiones puedecrear condiciones adecuadas para la reali'ación de actividades $ue nos mejoren el trabajo diario, como lo son susaplicaciones tecnológicas.

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