Una boquilla es un dispositivo diseñado para controlar la dirección o las características de un flujo de fluido (especialmente para aumentar la velocidad) cuando sale (o entra) de una cámara o tubería cerrada .
Una boquilla es a menudo una tubería o tubo de área de sección transversal variable y puede usarse para dirigir o modificar el flujo de un fluido ( líquido o gas ). Las boquillas se utilizan frecuentemente para controlar el caudal, la velocidad, la dirección, la masa, la forma y/o la presión de la corriente que emerge de ellas. En una boquilla, la velocidad del fluido aumenta a expensas de su energía de presión.
Un chorro de gas , chorro de fluido o hidrochorro es una boquilla destinada a expulsar gas o fluido en una corriente coherente hacia un medio circundante. Los chorros de gas se encuentran comúnmente en estufas , hornos o barbacoas de gas . Los chorros de gas se utilizaban habitualmente para iluminar antes del desarrollo de la luz eléctrica . Otros tipos de chorros de fluido se encuentran en los carburadores , donde se utilizan orificios calibrados suaves para regular el flujo de combustible hacia un motor, y en jacuzzis o spas .
Otro chorro especializado es el chorro laminar . Se trata de un chorro de agua que contiene dispositivos para suavizar la presión y el flujo, y proporciona un flujo laminar , como su nombre indica. Esto da mejores resultados para las fuentes .
El chorro de espuma es otro tipo de chorro que utiliza espuma en lugar de gas o fluido.
Las boquillas utilizadas para alimentar un alto horno o una forja con aire caliente se denominan toberas .
Las toberas de chorro también se utilizan en habitaciones grandes donde la distribución del aire a través de difusores de techo no es posible o no es práctica. Los difusores que utilizan boquillas de chorro se denominan difusores de chorro y se colocarán en las áreas de las paredes laterales para distribuir el aire. Cuando cambia la diferencia de temperatura entre el aire de suministro y el aire de la habitación, la corriente de aire de suministro se desvía hacia arriba, para suministrar aire caliente, o hacia abajo, para suministrar aire frío. [1]
Con frecuencia, el objetivo de una boquilla es aumentar la energía cinética del medio que fluye a expensas de su presión y energía interna .
Las boquillas pueden describirse como convergentes (que se estrechan desde un diámetro ancho a un diámetro más pequeño en la dirección del flujo) o divergentes (que se expanden desde un diámetro más pequeño a uno más grande). Una boquilla de Laval tiene una sección convergente seguida de una sección divergente y a menudo se la denomina boquilla convergente-divergente (CD) ("boquilla con-di").
Las boquillas convergentes aceleran los fluidos subsónicos. Si la relación de presión de la boquilla es lo suficientemente alta, entonces el flujo alcanzará la velocidad sónica en el punto más estrecho (es decir, la garganta de la boquilla ). En esta situación se dice que la boquilla está obstruida .
Aumentar aún más la relación de presión de la boquilla no aumentará el número de Mach de la garganta por encima de uno. Aguas abajo (es decir, fuera de la boquilla), el flujo puede expandirse libremente hasta velocidades supersónicas; sin embargo, Mach 1 puede ser una velocidad muy alta para un gas caliente porque la velocidad del sonido varía como la raíz cuadrada de la temperatura absoluta. Este hecho se utiliza ampliamente en cohetes, donde se requieren flujos hipersónicos y donde se eligen deliberadamente mezclas de propulsores para aumentar aún más la velocidad del sonido.
Las boquillas divergentes ralentizan los fluidos si el flujo es subsónico, pero aceleran los fluidos sónicos o supersónicos.
Por lo tanto, las toberas convergentes-divergentes pueden acelerar fluidos estrangulados en la sección convergente a velocidades supersónicas. Este proceso de CD es más eficiente que permitir que una boquilla convergente se expanda supersónicamente externamente. La forma de la sección divergente también garantiza que la dirección de los gases que se escapan sea directamente hacia atrás, ya que cualquier componente lateral no contribuiría al empuje.
El escape de un avión produce empuje a partir de la energía obtenida al quemar combustible. El gas caliente está a una presión más alta que el aire exterior y escapa del motor a través de una boquilla propulsora , lo que aumenta la velocidad del gas. [2]
La velocidad de escape debe ser más rápida que la velocidad del avión para producir empuje, pero una diferencia de velocidad excesiva desperdicia combustible (eficiencia propulsora deficiente). Los motores a reacción para vuelos subsónicos utilizan boquillas convergentes con una velocidad de salida sónica. Los motores para vuelos supersónicos, como los utilizados en cazas y aviones SST (por ejemplo, Concorde ) alcanzan las altas velocidades de escape necesarias para vuelos supersónicos utilizando una extensión divergente de la tobera convergente del motor que acelera el escape a velocidades supersónicas.
Los motores de cohetes maximizan el empuje y la velocidad de escape mediante el uso de boquillas convergentes-divergentes con relaciones de área muy grandes y, por lo tanto, relaciones de presión extremadamente altas. El flujo de masa es escaso porque toda la masa propulsora se transporta con el vehículo y son deseables velocidades de escape muy altas.
También se han propuesto boquillas magnéticas para algunos tipos de propulsión, como la VASIMR , en las que el flujo de plasma se dirige mediante campos magnéticos en lugar de paredes de materia sólida.
Muchas boquillas producen una pulverización muy fina de líquidos.
Las boquillas de las aspiradoras vienen en varias formas diferentes. Las boquillas de vacío se utilizan en aspiradoras.
Algunas boquillas tienen forma para producir un chorro que tiene una forma particular. Por ejemplo, el moldeo por extrusión es una forma de producir trozos de metales o plásticos u otros materiales con una sección transversal particular. Esta boquilla normalmente se denomina matriz .
