¿Cómo evitan los "caños vertedores" que el líquido se escape a través de la entrada de aire?

El pico del que desea que salga el líquido tiene un diámetro mucho mayor y, por lo tanto, la viscosidad tiene un efecto menor (el caudal depende de algo como$\rm (diameter)^4$para flujo laminar) en el flujo a través del tubo más ancho y la diferencia de presión a través del tubo de mayor diámetro es mayor porque el extremo en el líquido es más bajo que el extremo del tubo más delgado, mientras que los otros extremos están ambos a presión atmosférica.

¿Su pregunta sobre el diámetro máximo es quizás la base de una investigación?

Si bien la tensión superficial y la densidad pueden tener algo que ver con el diseño de dichos picos, creo que el elemento clave del diseño es la distancia entre las aberturas de los tubos dentro de la botella.

Cuando la botella se invierte inicialmente, la presión del aire en la parte superior (Ptop) es la presión atmosférica. Por lo tanto, la presión en el tubo de aire es P1 = Ptop + ρgh1 = Patm + ρgh1 donde ρ es la densidad del líquido, g es la aceleración debida a la gravedad y h1 es la altura del líquido en ese punto. De manera similar, la presión en el pico vertedor es P2 = Ptop + ρgh2 = Patm + ρgh2. Dado que ambas presiones son mayores que la atmósfera, al principio saldrá algo de líquido de cada orificio. Sospecho que no sale líquido del tubo de aire o simplemente no se nota debido a la rapidez con la que se invierte la botella y el líquido que sale.

A continuación, el líquido sigue saliendo por ambos orificios hasta que se crea un vacío parcial en el aire sobre el líquido tal que Ptop = Patm - ρgh1. En este punto, P1 es igual a la atmósfera y no se mueve aire ni líquido a través del tubo de aire. Tenga en cuenta que, a menos que detenga la salida de líquido por el pico de vertido, este estado solo se produce durante un instante.

Ahora, P2 = P1 + ρg(h2-h1) = Patm + ρg(h2-h1). Debido a que el pico vertedor está a una presión mayor que la atmósfera, el líquido sale por este orificio. El aire ingresa al orificio de aire ya que el nivel de líquido descendente disminuye la presión en P1. Este estado se mantiene hasta que el nivel del líquido es inferior al nivel del tubo de aire. Tenga en cuenta que la presión constante en el pico vertedor da como resultado una velocidad constante en el líquido. Véase la ecuación de Bernoulli .

Este proceso es similar a una botella de Mariotte. De Wikipedia , en botella de Mariotte es, "un dispositivo que ofrece una tasa constante de flujo de botellas o tanques cerrados". Estas notas de clase también ofrecen una buena explicación. He parafraseado parte del contenido de esta explicación.

Si bien la explicación de @Farcher es plausible, creo que el aire ingresa por el orificio superior y el líquido fluye por el orificio inferior porque esta configuración de flujo está estratificada de manera estable (el fluido más denso está en la parte inferior).