Tubo de Pitot

Un tubo de Pitot (/ˈp iː t oʊ / PEE - toh ; también sonda de Pitot ) mide la velocidad del flujo de un fluido . Fue inventado por el ingeniero francés Henri Pitot a principios del siglo XVIII, ^[1] y modificado a su forma moderna a mediados del siglo XIX por Henry Darcy . ^[2] Se usa ampliamente para determinar la velocidad aérea de las aeronaves; ^[3] la velocidad del agua de los barcos; y la velocidad del flujo de líquidos, aire y gases en la industria.

El tubo de Pitot básico consiste en un tubo que apunta directamente al flujo del fluido. La presión en el tubo se puede medir ya que el fluido en movimiento no puede escapar y se estanca. Esta presión es la presión de estancamiento del fluido, también conocida como presión total o (particularmente en aviación) presión de Pitot .

La presión de estancamiento medida no se puede utilizar para determinar la velocidad del flujo del fluido (velocidad del aire en aviación). Sin embargo, la ecuación de Bernoulli establece:

Presión de estancamiento = presión estática + presión dinámica

Que también se puede escribir

${\displaystyle p_{t}=p_{s}+\left({\frac {\rho u^{2}}{2}}\right)}$

Resolviendo eso para la velocidad del flujo obtenemos

${\displaystyle u={\sqrt {\frac {2(p_{t}-p_{s})}{\rho }}}}$

dónde

• ${\estilo de visualización u}$es la velocidad del flujo ;
• $estilo de visualización p_{t}}$es el estancamiento o presión total;
• $estilo de visualización p_{s}$es la presión estática ;
• y es la densidad del fluido.${\estilo de visualización \rho}$

Esta ecuación se aplica únicamente a fluidos que pueden considerarse incompresibles. Los líquidos se consideran incompresibles en casi todas las condiciones. Los gases, en determinadas condiciones, pueden considerarse aproximadamente incompresibles. Véase Compresibilidad .

La presión dinámica es la diferencia entre la presión de estancamiento y la presión estática. La presión dinámica se determina mediante un diafragma dentro de un recipiente cerrado. Si el aire de un lado del diafragma está a presión estática y el del otro lado a presión de estancamiento, la deflexión del diafragma es proporcional a la presión dinámica.

En los aviones, la presión estática se mide generalmente mediante puertos estáticos en el lateral del fuselaje. La presión dinámica medida se puede utilizar para determinar la velocidad aerodinámica indicada del avión. El dispositivo de diafragma descrito anteriormente suele estar dentro del indicador de velocidad aerodinámica , que convierte la presión dinámica en una lectura de velocidad aerodinámica mediante palancas mecánicas.

En lugar de puertos de Pitot y estáticos separados, se puede emplear un tubo de Pitot-estático (también llamado tubo Prandtl ), que tiene un segundo tubo coaxial con el tubo de Pitot con orificios en los lados, fuera del flujo de aire directo, para medir la presión estática. ^[4]

Si se utiliza un manómetro de columna de líquido para medir la diferencia de presión , ${\displaystyle \Delta p\equiv p_{t}-p_{s}}$

${\displaystyle \Delta h={\frac {\Delta p}{\rho _ {l}g}}}$

dónde

• ${\displaystyle \Delta h}$es la diferencia de altura de las columnas;
• ${\displaystyle \rho_{l}}$es la densidad del líquido en el manómetro;
• g es la aceleración estándar debida a la gravedad .

Por lo tanto,

${\displaystyle u={\sqrt {\frac {2\,\Delta h\,\rho _{l}g}{\rho }}}}$

Un sistema de Pitot-estático es un sistema de instrumentos sensibles a la presión que se utiliza con mayor frecuencia en la aviación para determinar la velocidad aerodinámica , el número de Mach , la altitud y la tendencia de altitud de una aeronave . Un sistema de Pitot-estático generalmente consta de un tubo de Pitot, un puerto estático y los instrumentos de Pitot-estático. ^[5] Los errores en las lecturas del sistema de Pitot-estático pueden ser extremadamente peligrosos ya que la información obtenida del sistema de Pitot-estático, como la velocidad aerodinámica, es potencialmente crítica para la seguridad.

Varios incidentes y accidentes de aerolíneas comerciales se han atribuido a un fallo del sistema de pitot-estático. Entre los ejemplos se incluyen el vuelo 2553 de Austral Líneas Aéreas , el vuelo 6231 de Northwest Airlines , el vuelo 301 de Birgenair y uno de los dos X-31 . ^[6] La autoridad de seguridad aérea francesa BEA afirmó que la formación de hielo en el tubo de Pitot fue un factor que contribuyó al accidente del vuelo 447 de Air France en el océano Atlántico . ^[7] En 2008, Air Caraïbes informó de dos incidentes de mal funcionamiento de la formación de hielo en el tubo de Pitot en sus A330. ^[8]

El vuelo 301 de Birgenair tuvo una falla fatal en el tubo de Pitot que los investigadores sospecharon que se debió a que los insectos crearon un nido dentro del tubo de Pitot; el principal sospechoso es la avispa alfarera negra y amarilla .

El vuelo 603 de Aeroperú tuvo una falla fatal en el sistema pitot-estático debido a que la tripulación de limpieza dejó el puerto estático bloqueado con cinta.

En la industria, las velocidades de flujo que se miden son a menudo las que fluyen en conductos y tuberías donde sería difícil obtener mediciones con un anemómetro . En este tipo de mediciones, el instrumento más práctico es el tubo de Pitot. El tubo de Pitot se puede insertar a través de un pequeño orificio en el conducto y se conecta a un manómetro de agua en forma de U o a algún otro manómetro de presión diferencial para determinar la velocidad del flujo dentro del túnel de viento con conductos. Uno de los usos de esta técnica es determinar el volumen de aire que se está suministrando a un espacio acondicionado.

El caudal de fluido en un conducto se puede estimar a partir de:

Caudal volumétrico (pies cúbicos por minuto) = área del conducto (pies cuadrados) × velocidad de flujo (pies por minuto)

Caudal volumétrico (metros cúbicos por segundo) = área del conducto (metros cuadrados) × velocidad de flujo (metros por segundo)

En aviación, la velocidad aerodinámica normalmente se mide en nudos .

En las estaciones meteorológicas con altas velocidades del viento, el tubo de Pitot se modifica para crear un tipo especial de anemómetro llamado anemómetro estático de tubo de Pitot . ^[9]

• Kermode, AC (1996) [1972]. Mecánica del vuelo . Barnard, RH (Ed.) y Philpott, DR (Ed.) (10.ª ed.). Prentice Hall. págs. 63–67. ISBN 0-582-23740-8.
• Pratt, Jeremy M. (2005) [1997]. Curso para obtener la licencia de piloto privado: principios de vuelo, conocimientos generales sobre aeronaves, rendimiento y planificación del vuelo (3.ª ed.). Airplan Flight Equipment. gen108–gen111. ISBN 1-874783-23-3.
• Tietjens, OG (1934). Hidromecánica y aeromecánica aplicada, basada en las conferencias de L. Prandtl, Ph.D. Dove Publications, Inc., págs. 226-239. ISBN 0-486-60375-X.
• Saleh, JM (2002). Manual de flujo de fluidos . McGraw-Hill Professional.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Tubo de Pitot.

• Animación 3D del principio de medición del caudal por presión diferencial del tubo de Pitot
• Cómo la tecnología del siglo XVIII pudo derribar un avión comercial (wired.com)