Una boquilla es un dispositivo diseñado para controlar la dirección o las características del flujo de un 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 transversal variable, y puede utilizarse para dirigir o modificar el flujo de un fluido ( líquido o gas ). Las boquillas se utilizan con frecuencia para controlar la velocidad del flujo, 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 chorro de agua es una boquilla destinada a expulsar gas o fluido en una corriente coherente en un medio circundante. Los chorros de gas se encuentran comúnmente en estufas de gas , hornos o barbacoas . Los chorros de gas se usaban comúnmente para la iluminación antes del desarrollo de la luz eléctrica . Otros tipos de chorros de fluido se encuentran en carburadores , donde se utilizan orificios calibrados suaves para regular el flujo de combustible en 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 da como resultado un flujo laminar , como su nombre lo indica. Esto da mejores resultados para las fuentes .
El chorro de espuma es otro tipo de chorro que utiliza espuma en lugar de un gas o fluido.
Las boquillas que se utilizan para introducir aire caliente en un alto horno o una forja se denominan toberas .
Las boquillas de chorro también se utilizan en espacios 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 cuando se colocan 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 se pueden describir como convergentes (que se estrechan desde un diámetro amplio 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 toberas convergentes aceleran los fluidos subsónicos. Si la relación de presión de la tobera es lo suficientemente alta, el flujo alcanzará la velocidad del sonido en el punto más estrecho (es decir, la garganta de la tobera ). En esta situación, se dice que la tobera está obstruida .
Aumentar aún más la relación de presión de la tobera no aumentará el número de Mach de la garganta por encima de uno. Corriente abajo (es decir, fuera de la tobera) el flujo es libre de expandirse a 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 cohetería donde se requieren flujos hipersónicos y donde las mezclas de propulsores se eligen deliberadamente para aumentar aún más la velocidad del sonido.
Las toberas 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 los fluidos que se han atascado en la sección convergente hasta alcanzar velocidades supersónicas. Este proceso de expansión convergente es más eficiente que permitir que una tobera convergente se expanda de manera supersónica hacia el exterior. La forma de la sección divergente también garantiza que la dirección de los gases que escapan sea directamente hacia atrás, ya que cualquier componente lateral no contribuiría al empuje.
El escape de un motor a reacción produce empuje a partir de la energía obtenida al quemar combustible. El gas caliente está a una presión mayor que el aire exterior y escapa del motor a través de una tobera propulsora , lo que aumenta la velocidad del gas. [2]
La velocidad de escape debe ser mayor que la velocidad de la aeronave para producir empuje, pero una diferencia de velocidad excesiva desperdicia combustible (baja eficiencia de propulsión). Los motores a reacción para vuelo subsónico utilizan toberas convergentes con una velocidad de salida sónica. Los motores para vuelo supersónico, como los utilizados en cazas y aviones SST (por ejemplo, el Concorde ), alcanzan las altas velocidades de escape necesarias para el vuelo supersónico utilizando una extensión divergente en 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 toberas convergentes-divergentes con relaciones de área muy grandes y, por lo tanto, relaciones de presión extremadamente altas. El flujo de masa es un bien escaso porque toda la masa propulsora se transporta con el vehículo y son deseables velocidades de escape muy altas.
También se han propuesto toberas magnéticas para algunos tipos de propulsión, como VASIMR , en la que el flujo de plasma es dirigido por campos magnéticos en lugar de paredes hechas 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 aspiradora se utilizan en las aspiradoras.
Algunas boquillas tienen una forma que permite producir un chorro con una forma particular. Por ejemplo, el moldeo por extrusión es una forma de producir longitudes de metales, plásticos u otros materiales con una sección transversal particular. Esta boquilla se conoce normalmente como matriz .