NO ME SALEN
   (PROBLEMAS RESUELTOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   FLUIDOS

 

desesperado

 

 

EM6) Se oprime el émbolo de una jeringa de modo que por la aguja sale líquido con caudal Q. Si se alivia la presión sobre el émbolo de modo de reducir el caudal a la mitad, considerando un líquido ideal, la diferencia de presión entre el líquido que se mueve por la aguja, A, y el que se mueve por el émbolo, E, respecto de su valor anterior es:
       a) el doble, siendo en cada caso la presión en A mayor a la de E,
       b) el doble, siendo en cada caso la presión en E mayor a la de A,
       c) la mitad, siendo en cada caso la presión en A mayor a la de E
       d) la mitad, siendo en cada caso la presión en E mayor a la de A,
       e) un cuarto, siendo en cada caso la presión en E mayor a la de A,
       f) un cuarto, siendo en cada caso la presión en A mayor a la de E.

Mirá, este problema tiene un par de "meta-enseñanzas", así que si querés seguir siendo usuario de No me salen tenés que prestar mucha atención, ¿eh?

Primero aprendé a hacer esquemas prolijos: no sólo para vos sino para otra persona hipotética (un compañero, un docente que te corrige, tu hermanito que de fluidos no sabe un sorongo y de paso lo asustás con la jeringa...); cuando le tomes la mano vas a ver que se trata de una herramienta invalorable.

   

Fluídos - Ricardo Cabrera

   

Con este esquemita sencillísimo que hice ya alcanza para definir todas las variables que entran en juego en el ejercicio. Pese a que en el texto voy a volver a hacerlo no siempre es tan claro y práctico como en el esquema.

Vamos a la resolución. Como lo que estamos inyectando es un líquido ideal (probablemente un remedio para la gripe, o algo así) podemos utilizar el Principio de Bernoulli. Con él describo el momento inicial

pr0E + ρ g h0E + ½ ρ v0E² = pr0A + ρ g h0A + ½ ρ v0A²

A menos que se trate de una jeringa gigante (como para tiranosaurios) la diferencia de altura es despreciable... en el sentido que las diferencias de presión que provoca la diferencia de altura son insignificantes en comparación con las que provoca la diferencia de velocidad. No vale decir que la diferencia de alturas es cero porque el dibujo en el esquemita te lo hice con la jeringa dispuesta horizontalmente: el tema es que aunque estuviese vertical, la diferencia de altura es despreciable.

Por otro lado, como el fluido es ideal y la sección en el émbolo es mayor que en la aguja, siempre la presión en el émbolo será mayor a la presión en la aguja, antes y después de variar la presión que ejerce la mano... eso ya te permite descartar las opciones a), c) y f).

Volvamos a Bernoulli despreciando los términos de altura (de presión hidrostática) y vamos a reagrupar los otros términos para operar más cómodamente.

Δpr0 = ½ ρ v0A² ½ ρ v0E²

Δpr0 = ½ ρ ( v0A² v0E² )

El enunciado nada nos dice sobre las velocidades del líquido; en cambio habla de caudales. Eso me lleva a expresar las velocidades en función de los caudales. Que es fácil ya que para cualquier fluido se cumple siempre que el caudal, Q, es igual al producto entre la velocidad del fluido, v, y la sección transversal del conducto, S. Entonces:

v0E = Q0 / SE               v0E² = Q0² / SE²

v0A = Q0 / SA        →        v0A² = Q0² / SA²

No hace falta que te marque que el caudal siempre es el mismo en cualquier parte del trayecto (principio de continuidad), por eso puse Q0 en lugar de Q0E y Q0A.

Ahora vuelvo a escribir la última expresión que teníamos de Bernoulli, pero esta vez lo hago en función de los caudales.

Δpr0 = ½ ρ [(Q0² / SA²) – (Q0² / SE²)]                        [1]

El mismo proceso nos llevaría a describir la situación final de este modo

ΔprF = ½ ρ [(QF² / SA²) – (QF² / SE²)]

Y es dato del enunciado del ejercicio que el caudal en la segunda instancia es la mitad del caudal en la primera instancia. O sea:

QF = Q0 / 2               QF² = Q0² / 4

Si reemplazo esto en la última ecuación, queda:

ΔprF = ½ ρ [(Q0² / 4SA²) – (Q0² / 4SE²)]

Sacando esos cuatros como factor común y luego fuera del paréntesis,

ΔprF = ¼ ½ ρ [(Q0² / SA²) – (Q0² / SE²)]                        [2]

Ahora si comparás [1] con [2] coincidirás conmigo en que:

 

Fluídos - Ricardo Cabrera
cuarto superior externo de la nalga

          ΔprF = ¼ Δpr0                            respuesta e)

   

OBSERVACIONES: Como ves, cuanto mayor sea la presión que ejercés en el pistón, mayor la velocidad con que se desagota el depósito, y menor el tiempo que estás pinchando a tu paciente. Pero lo que tu paciente te va a agradecer no es el tiempo que le ahorres con la cola al aire, sino que la inyección no le duela.

Este ejercicio plantea una situación ideal (se inyecta un fluido ideal). Tenés que tener presente que cuanto más finita sea la aguja más difícil es que un fluido se comporte de manera ideal.

La cuestión del pinchazo es práctica: naranjas y familiares abnegados. En cuanto al ingreso de líquidos, una inyección veloz puede producir lesiones en los tejidos y justamente el dolor puede estar indicando eso. La inyección será indolora si el tejido que recibe el líquido foráneo es capaz de difundirlo en el mismo intervalo de tiempo en que está ingresando. Ese intervalo depende del tejido y del líquido, pero queda claro que siempre serán menos dolorosas la inyecciones en las que el fluido ingrese más lentamente. Y que te quede claro: vos a mí no me pinchás ni mamado.

   

DESAFÍO: Mentalmente: ¿cuánto tendría que aumentar la diferencia de presión si quisiéramos un caudal cinco veces mayor?

 

Fluídos - Ricardo Cabrera

   
Algunos derechos reservados. Se permite su reproducción citando la fuente. Se agradece por el envío de una errata conceptual a la ingeniera Cintia Perrone. Última actualización dic-07. Buenos Aires, Argentina.