Cosas que debes saber sobre el tubo de Pitot

Pensando en cómo se mide la velocidad en aplicaciones como las aeronaves, el tubo de Pitot es el instrumento diseñado para esta tarea. este instrumento, que se conoce como sonda de Pitot, consta de un tubo con una curvatura corta en ángulo recto. El dispositivo se utiliza para calcular la velocidad en función del flujo de fluido. Los tubos de Pitot se utilizan en anemómetros para medir la velocidad del aire en túneles de viento y a bordo de aeronaves en vuelo. Se utilizan para medir el flujo de líquido, aire y gas.

Hoy podrá comprender la definición, la función, las aplicaciones, los componentes, el diagrama, la ecuación, los tipos y el funcionamiento de un tubo de Pitot. También conocerá lo siguiente:

• Presión estática
• Presión dinámica
• Presión de estancamiento
• Velocidad de flujo
• Tubos Pitot de puerto único
• Tubos Pitot para promediar
• Cómo medir el flujo de aire con un tubo de Pitot, finalmente
• Llegas a conocer las ventajas y desventajas de un tubo de Pitot.

¿Qué es un tubo de Pitot?

Un tubo Pitot es un instrumento de medición de flujo para medir la velocidad (velocidad) de un fluido que fluye. Fue inventado por Henri Pitot que era un ingeniero francés en el 18 ^th siglo. El dispositivo fue modificado a su forma moderna a mediados del 19 ^th siglo por un científico francés Henry Darcy. Un tubo de Pitot es un tubo delgado que tiene dos orificios. El orificio frontal se coloca en la corriente de aire, lo que ayuda a medir lo que se conoce como presión de estancamiento. el orificio lateral mide lo que se llama presión estática. La medición entre estas dos presiones es lo que nos da la presión dinámica, que se puede utilizar para calcular la velocidad aerodinámica. Bueno, esto se explicará con más detalle.

Los tubos de Pitot, que son instrumentos sensores de flujo, pueden ser una alternativa económica a una placa de orificio. Su precisión varía de 0,5% a 5% FS, que es similar a la de un orificio. Además, su rangeabilidad de flujo de 3:1 (aunque algo funciona a 4:1) se parece más a la capacidad de la placa de orificio. La diferencia entre estos dos dispositivos es que el orificio mide el caudal completo, mientras que el tubo de Pitot puede detectar la velocidad del caudal en solo un punto del caudal.

Aplicaciones de un tubo de Pitot

Los tubos de Pitot ahora se pueden encontrar en muchas aplicaciones, no solo en la aviación. Es popular que el instrumento se utilice en la aviación, también son comunes en maquinaria industrial, embarcaciones e incluso autos deportivos. De hecho, incluso puede emplear un tubo de Pitot para su proyecto que requiera la medición de la velocidad de un flujo. Sin embargo, los aviones a menudo usan tubos pitot estáticos que contienen dos aberturas en lugar de un tubo separado y puertos estáticos.

Un solo tubo de Pitot tiene la capacidad de medir la presión estática y la presión de estancamiento. Los puertos estáticos al costado del tubo Pitot ayudan a lograr esta capacidad todo en uno. Esto elimina la necesidad de puertos estáticos separados. Elaboraré más sobre esto debajo de este artículo.

Tal como se mencionó anteriormente, la afinación de Pitot se usa ampliamente para determinar la velocidad aerodinámica de un avión y la velocidad del agua de un barco. Se utiliza para medir velocidades de flujo de líquido, aire y gas en ciertas aplicaciones industriales. básicamente, el instrumento se utiliza en experimentos de túnel de viento y en aviones para medir la velocidad del flujo. Se utiliza en una amplia gama de aplicaciones de medición de flujo, como la velocidad del aire en autos de carreras y aviones de combate de la fuerza aérea. En aplicaciones industriales, los tubos de Pitot se utilizan para calcular el flujo de aire en tuberías, conductos y chimeneas. Además, flujo de líquido en tuberías, vertederos y canales abiertos.

Finalmente, en las aplicaciones, los tubos de Pitot se utilizan para medir la velocidad del flujo de fluidos midiendo la diferencia de presión estática y dinámica. Esto se puede lograr convirtiendo la energía cinética de un flujo de fluido en energía potencial.

Componente de un tubo de Pitot

Diagrama de un tubo de Pitot:

Ecuación del tubo de Pitot

El principio se basa en la ecuación de Bernoulli donde cada término de la ecuación se puede interpretar como presión

p + 1/2 ρ v ² + ρ g·h

      =p + 1/2 ρ v ² + γ h

      = constante a lo largo de una línea de corriente... (1)

Dónde:

p =  presión estática  (relativo al fluido en movimiento) (Pa)

ρ =  densidad  de fluido (kg/m ³ )

v =velocidad del flujo (m/s)

γ = ρ g =  peso específico  (N/m ³ )

g =  aceleración de la gravedad  (m/s ² )

h =altura de elevación (m)

Cada término de la ecuación tiene la dimensión fuerza por unidad de área N/m ²  (Pa) –  o en unidades imperiales lb/ft ² (psi) .

Presión estática – El término P indica presión estática. es estático en relación con el fluido en movimiento y se puede medir a través de una abertura plana en paralelo al flujo

Presión dinámica – El segundo término – 1/2 ρv ² – se llama presión dinámica.

Presión hidrostática – El tercer término – γ h – se llama presión hidrostática. Representa la presión debida a un cambio de elevación.

Presión de estancamiento – La ecuación de Bernoulli establece que la energía a lo largo de una línea de corriente es constante y se puede modificar a

p₁ + 1/2 ρv₁ ² + γ h₁

    = p₂ + 1/2 ρv₂ ² + γ h₂

    =constante a lo largo de la línea de corriente... (2)

Dónde:

sufijo₁ es un punto en el flujo libre aguas arriba

sufijo₂ es el punto de estancamiento donde la velocidad en el flujo es cero

Velocidad de flujo – En un punto de medición consideramos la presión hidrostática como una constante donde h₁ =h₂ – y esta parte se puede eliminar. Desde v₂ es cero, (2) se puede modificar a:

p₁ + 1/2 ρv₁ ² = p₂ … (3)

o

v₁ =[2 (p₂ – p₁ ) / ρ]  ^1/2

    = [2 Δp / ρ]  ^½ … (4)

Dónde:

Δp =p₂ – p₁ (presión diferencial)

Con (4) es posible calcular la velocidad del flujo en el punto 1, el flujo libre aguas arriba, si conocemos la diferencia de presión diferencial Δp = p₂ – p₁ y la densidad del fluido.

Es común usar adelante en lugar de presión. (4) se puede modificar dividiendo con peso específico γ a

v₁ =c [2 g Δh] ^1/2 … (5)

dónde:

c =coeficiente:según el líquido de referencia y las unidades utilizadas o calculadas 

g =aceleración de la gravedad

Δh =h₂ – h₁ =diferencia de altura (columna fluida)

¡Nota! – en la ecuación básica, la unidad principal está relacionada con la densidad del fluido que fluye. Para otras unidades y líquidos de referencia, como mm Columna de agua – verifique el cabezal de presión de velocidad.

Funcionamiento de un tubo de Pitot

El funcionamiento de un tubo de Pitot es menos complejo y puede entenderse fácilmente. Un tubo de Pitot mide dos presiones; estática y la presión de impacto total. la presión estática es la presión de funcionamiento en la tubería, el conducto o el entorno, aguas arriba del tubo de Pitot. Se mide en ángulo recto con la dirección del flujo, a menudo en una ubicación de baja turbulencia.

La suma de las presiones estática y cinética es la presión de impacto total (PT). Se detecta cuando la corriente que fluye impacta en la abertura de Pitot. Para medir esta presión de impacto, el tubo de Pitot que se utiliza suele ser pequeño y, a veces, tiene forma de L. La abertura debe mirar directamente hacia la corriente de flujo que se aproxima. La velocidad puntual de aproximación (VP) se calcula sacando la raíz cuadrada de la diferencia entre la presión total (PT) y la presión estática (P). Luego se multiplicará por la relación C/D, donde C es una constante dimensional y D es la densidad. Se puede expresar matemáticamente como;

Vp =C(PT – P)½/D

Dado que el caudal se obtiene multiplicando la velocidad puntual (VP) por el área de la sección transversal de la tubería o conducto, la medición de la velocidad debe realizarse a una profundidad de inserción que corresponda a la velocidad promedio. El perfil de velocidad en la tubería cambia de alargado (laminar) a más plano (turbulento). Esto sucede porque la velocidad del flujo aumenta. Cambia el punto de velocidad media y requiere un ajuste de la profundidad de inserción.

Los instrumentos de tubo de Pitot se usan solo para flujos altamente turbulentos (Números de Reynolds> 20,000). Por lo tanto, el perfil de velocidad debe ser lo suficientemente plano para que la profundidad de inserción no sea crítica.

Mira el video a continuación para obtener más información sobre el funcionamiento de un tubo de Pitot:

Un tubo Pitot de un solo puerto

Un tubo Pitot de un solo puerto mide la velocidad del flujo solo en un solo punto en la sección transversal de una corriente que fluye. La sonda debe insertarse en un punto de una corriente que fluye donde la velocidad del flujo es el promedio de las velocidades a través de la sección transversal. El puerto de impacto debe mirar directamente hacia el flujo de fluido.

Los tubos de Pitot de un solo puerto se pueden hacer menos sensibles a la dirección del flujo si el puerto de impacto tiene biseles internos de aproximadamente 15 grados, que se extienden hasta aproximadamente 1,5 diámetros dentro del tubo. Si el diferencial de presión creado por el venturi es demasiado bajo para una detección precisa, el tubo pitot convencional se puede reemplazar por un pitot venturi. También se puede usar un sensor de venturi doble para producir un diferencial de presión más alto.

Un tubo Pitot de puerto único limpio, calibrado, limpio e insertado correctamente ofrecerá ±1 % de precisión de flujo a escala completa en un rango de flujo de 3:1. Con cierta pérdida de precisión, el instrumento puede incluso medir en un rango de 4:1. Los beneficios de un tubo Pitot de un solo puerto incluyen bajo costo, simplicidad en el diseño, sin partes móviles y causa muy poca pérdida de presión en la corriente que fluye. Aunque tiene algunas limitaciones que incluyen los errores resultantes de los cambios en el perfil de velocidad o del taponamiento de los puertos de presión.

Tubos Pitot promediadores

Los tubos Pitot promediadores se inventaron para eliminar el problema de encontrar el punto de velocidad promedio. Este tubo está provisto de múltiples impactos y puertos de presión estática. Está diseñado para extenderse a lo largo de todo el diámetro de la tubería. Las presiones detectadas por todos los puertos de presión de impacto se unirán y se medirá la raíz cuadrada de su diferencia como una indicación del flujo promedio en la tubería.

Hay un puerto más cercano a la salida de la señal combinada, tiene una influencia ligeramente mayor que el puerto que está más lejos. Aunque para aplicaciones secundarias donde los tubos de Pitot se usan comúnmente, puede ver el error como nada. Un tubo de Pitot se puede modificar para satisfacer las necesidades de una aplicación particular, como la cantidad de puertos de impacto, la distancia entre los puertos y el diámetro del tubo de Pitot de promedio.

Los puertos de detección de los tubos Pitot promediadores suelen ser demasiado grandes para que el tubo pueda funcionar como una verdadera cámara promediadora. Las aberturas de los puertos están optimizadas para evitar obstrucciones en lugar de promediar. Aunque se utiliza una purga con gas inerte para mantener los puertos limpios, lo que permite que el sensor utilice puertos más pequeños.

Los tipos de tubos Pitot promediadores ofrecen los mismos beneficios y limitaciones que los tubos de puerto único. Solo eso, son un poco más caros y un poco más precisos, especialmente si el flujo no se forma completamente. Además, algunos sensores de Pitot promediadores se pueden insertar a través de la misma abertura (o grifo caliente) que acomoda un tubo de un solo puerto.

Cómo medir el flujo de aire con un tubo de Pitot

Dado que los tubos de Pitot son adecuados para la medición del flujo de aire de velocidad media a alta, es importante saber cómo medir el flujo de aire con el instrumento. Tomar medidas precisas requiere corrección de densidad y una poligonal cuidadosa. Esto se debe a que la precisión está dictada por el dispositivo de medición de presión que está montado en el tubo de Pitot. Aunque se puede usar un método más económico (alambre caliente y paleta) para medir el flujo de aire en aplicaciones de bajo flujo. Sin embargo, para aplicaciones de alto flujo o alta temperatura, el tubo Pitot es ideal.

Tal como se indicó anteriormente, un tubo Pitot mide la presión total y la presión estática para determinar la presión de velocidad. Este proceso también derivó la velocidad del aire. El tubo se inserta en el conducto con la punta apuntando hacia el flujo de aire. El puerto positivo del manómetro está conectado al puerto de presión total (Pt) y el negativo al puerto de presión estática (Ps). Este manómetro luego mostrará la presión de velocidad que se puede convertir en velocidad.

Los tubos pitot modernos están diseñados con la punta o la punta adecuada y la distancia entre la punta, las tomas de presión estática y el vástago es suficiente. Esto minimizará las turbulencias e interferencias, haciendo que se utilice sin factores de corrección o calibración.

Para garantizar una lectura precisa de la presión de velocidad, la punta del tubo de Pitot debe apuntar directamente (en paralelo) a la corriente de aire. Con la alineación correcta del tubo de Pitot, la indicación de presión de velocidad será máxima.

Tenga en cuenta que no se pueden tomar lecturas precisas en una corriente de aire turbulenta. Los tubos de Pitot deben insertarse al menos en 8-1/2 diámetros de conducto aguas abajo de codos, curvas u otras obstrucciones que puedan causar turbulencia. Para una medición precisa, las paletas de enderezamiento deben ubicarse 5 diámetros del conducto aguas arriba del tubo Pitot, si está disponible.

La velocidad del aire no es igual a través de un área de sección de un conducto o laminar. Por lo tanto, es necesario realizar un recorrido transversal del conducto para determinar una velocidad promedio. La fricción más cerca de las paredes del conducto ralentizará el flujo de aire a medida que frotan las paredes del conducto. Se seguirá un patrón definido para garantizar una medición precisa.

Ventajas y desventajas de un tubo de Pitot

Ventajas:

• El instrumento es portátil
• No contiene partes móviles.
• A pesar de su enorme trabajo, es económico
• Tiene un diseño simple y es confiable.
• Baja pérdida de presión permanente.
• Fácil instalación en un sistema existente.
• Adecuado para diferentes condiciones ambientales, incluidas altas temperaturas y una amplia gama de presiones.

Desventajas:

A pesar de las buenas ventajas del tubo de Pitot, aún existen algunas limitaciones. A continuación se presentan las desventajas de los tubos de Pitot en sus diversas aplicaciones.

• Rangeabilidad baja
• Baja precisión.
• La lectura se puede obstruir fácilmente, dependiendo del fluido.
• La vibración puede dar una lectura incorrecta e incluso dañar el instrumento.

Conclusión

Un tubo Pitot es un gran componente para tomar medidas de fluidos que fluyen. En esta publicación, hemos examinado la definición, la función, las aplicaciones, la ecuación, los tipos y el funcionamiento de un tubo de Pitot. También vimos las ventajas y desventajas de los instrumentos de tubo de Pitot.

Espero que obtenga mucho de este artículo, si es así, compártalo amablemente con otros estudiantes. Gracias por leer. ¡Hasta la próxima!