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flujos importantes para el anestesista no siguen la ecuación de
Bernoulli. Lo más frecuente es que el flujo que se desea medir no
sea laminar, sino turbulento. La transición de flujo laminar al tur-
bulento depende del tipo de fluido, la velocidad del fluido y la
forma del fluido. Los factores del fluido se resumen en una propor-
ción sin dimensiones denominada «número de Reynolds (Re)»:
Re =
ρ
UD/
m
(8)
donde
ρ
es la densidad del fluido, U es la velocidad media del flujo,
D es el diámetro del tubo y
m
es la viscosidad del fluido. Para una
geometría del flujo determinada (p. ej., flujo a través de un tubo de
sección circular), la transición del flujo laminar a turbulento se
produce a un valor crítico de Re. En los tubos circulares, rectos y
uniformes, la transición del flujo laminar a turbulento se produce
con un valor de Re de aproximadamente 2.100 (v. apéndice 5).
Un tubo de Venturi es un tubo circular con una contracción
y expansión graduales del diámetro, en contraste con la contrac-
ción súbita de un medidor de flujo de orificio
( fig. 28-33). Puesto
que la contracción es uniforme y gradual, la ecuación de Bernoulli
(ecuación 7) se aplica a esta geometría. Para conservar la masa y la
energía que se aplica, como limitamos el flujo estrechando el tubo,
la velocidad
aumenta;
la presión sobre las paredes
disminuye
para
mantener la energía total (la «presión estacionaria» de la ecuación
de Bernoulli) constante. El flujo de la masa total a ambos lados de
la contracción debe ser igual (no hemos creado ni destruido
ninguna materia). Si se mide la diferencia de presión entre las
partes más ancha y más estrecha del tubo de Venturi, puede resol-
verse la ecuación de Bernoulli para la velocidad (v. apéndice 5). El
tubo de Venturi mide la velocidad del líquido (U) desde la diferen-
cia de presión, no desde el flujo de volumen (Q). El tubo de Venturi
se utiliza en muchas aplicaciones industriales y también se usa en
algunos aviones para medir la velocidad.
Para obtener un gradiente mensurable de presión, debe
haber alguna resistencia en el camino del fluido. Cuanto más baja
sea la velocidad del flujo, mayor debe ser la resistencia para generar
el mismo gradiente de presión. En las aplicaciones respiratorias, los
contadores de flujo pediátricos tienen demasiada resistencia (debido
a los flujos más bajos) para poder utilizarlos en adultos, los conta-
dores de flujo de los adultos no generan suficiente resistencia para
producir una señal adecuada (cambio de presión) en los pacientes
pediátricos. Se ha diseñado un contador del flujo de resistencia
variable (Ohmeda 7900/Aisys) (GE Healthcare, Madison,WI) en el
que el orificio es una lengüeta que se mueve a medida que aumenta
el flujo. No existe una ecuación simple o una relación entre la
presión por arriba y por debajo de la restricción; este contador de
flujo debe calibrarse de forma empírica, y la curva de calibración
de cada detector debe almacenarse de forma electrónica.
Un tubo de Pitot es un tubo cilíndrico cuyo extremo abierto
se introduce directamente dentro del flujo, es decir, «hacia arriba»
( fig. 28-34 ). La presión que se mide en el tubo de Pitot se aproxima
a la presión de estancamiento, que se obtuvo antes mediante la
ecuación 7. Si se mide de forma independiente la presión estática
p (el puerto lateral p
1
de la
figura 28-34) en el mismo lugar, y se
conoce la densidad del líquido
ρ
, puede resolverse fácilmente la
ecuación 7 para la velocidad del líquido U. El tubo de Pitot deduce
la velocidad U, no el flujo del volumen Q. El tubo de Pitot es simple
Principios fundamentales de los instrumentos de monitorización
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Sección III
Control de la anestesia
Figura 28-32
Flujo laminar y turbulento.
A,
En un tubo con paredes lisas con
un caudal bajo (es decir, gradientes pequeños de presión) el caudal es
laminar; es decir, el flujo se mueve suavemente en círculos concéntricos, con
la velocidad más alta de flujo en la zona del centro y la zona más cercana a la
pared del tubo casi en reposo.
B,
Cuando el caudal (y el gradiente de presión)
aumenta, el flujo cambia de laminar a turbulento. En vez de un flujo bien
ordenado, las velocidades se distribuyen más al azar, la energía se disipa
como calor y aumenta la energía necesaria para conseguir un aumento de
caudal. Muchos factores gobiernan esta transición, incluidos el tamaño del
tubo, la viscosidad del líquido, el caudal y el gradiente de presión. Estos
factores se combinan para determinar el número de Reynolds (v. apéndice 5).
Figura 28-33
Tubo de Venturi. Midiendo la diferencia de presión entre dos
puntos en un flujo laminar, la velocidad media del flujo puede determinarse
porque el flujo de masa y la energía total (pérdidas friccionales mínimas)
deben ser iguales (v. apéndice 5).
Figura 28-34
Tubo de Pitot. Cuando aumenta el flujo, la presión de la pared
disminuye como resultado del principio de Bernoulli. El tubo de Pitot mide la
diferencia de presión desde el centro del flujo hasta la pared y convierte
esta diferencia en una medida de flujo (v. apéndice 5).
(Adaptada de Ehrenwerth J,
Eisenkraft J:
Anesthesia Equipment: Principles and Applications.
St. Louis,
Mosby-Year Book, 1993.)