Figura 1: Fotografía de un pitómetro de un submarino de la Marina de los EE. UU. de la Segunda Guerra Mundial . Esta unidad utiliza un manómetro de mercurio para medir la diferencia entre la presión estática y dinámica del agua.
Los registros pitómetros (también conocidos como registros de pitómetro) son dispositivos que se utilizan para medir la velocidad de un barco en relación con el agua. Se utilizan tanto en barcos de superficie como en submarinos. Los datos del registro pitómetro suelen introducirse directamente en el sistema de navegación del barco.
Historia
Todos los instrumentos náuticos diseñados para medir la velocidad de un barco en el agua se conocen como registros. [1]
Esta nomenclatura se remonta a los días de la navegación a vela, cuando los marineros lanzaban un registro atado a una cuerda anudada a intervalos regulares desde la popa de un barco. Los marineros contaban el número de nudos que pasaban por sus manos en un período de tiempo determinado. Hoy en día, los marineros todavía usan la unidad de nudos para expresar la velocidad de un barco. La velocidad del barco era necesaria para navegar el barco utilizando la estima , que era una práctica estándar en los días anteriores a los instrumentos de navegación modernos como el GPS .
Durante la Segunda Guerra Mundial, los registros de pitómetros solían conectarse directamente a los sistemas de control de tiro de los buques de guerra . Esta interfaz era necesaria para permitir que los sistemas de control de tiro de artillería y torpedos rastrearan automáticamente los objetivos.
El registro del pitómetro fue patentado [2]
en 1899 por Edward Smith Cole.
Tecnología
Principios de funcionamiento
Figura 2: Ilustración de un registro de pitómetro basado en manómetro de mercurio.
La tecnología básica del registro del pitómetro es similar a la del tubo de Pitot de un avión. Normalmente, el pitómetro tiene un tubo largo que penetra en el casco del barco cerca de la quilla. La parte del pitómetro que sobresale del barco a veces se denomina espada de pitómetro o medidor de varilla . Este tubo suele tener dos aberturas: una orientada hacia la dirección del movimiento del agua de mar que se utiliza para medir la presión dinámica del agua de mar y otra a 90° de la dirección del movimiento del agua de mar que se utiliza para medir la presión estática del agua de mar. La presión dinámica del agua de mar es una función de la profundidad del agua y de la velocidad del barco.
En las primeras realizaciones del registro del pitómetro, se utilizaron manómetros de mercurio [3]
para medir las diferencias de presión (ver Figura 1). [2] Las realizaciones posteriores utilizaron enfoques que generarían presiones de ecualización dentro del pitómetro que equilibrarían la presión dinámica. Esto eliminó la necesidad de manómetros de mercurio. [4]
Análisis
Se puede derivar una expresión para la velocidad del agua que impacta el barco en función de la diferencia entre la presión dinámica y estática del agua utilizando el principio de Bernoulli . La presión total del agua en el tubo con agua de mar en movimiento se puede describir mediante la ecuación 1.
dónde
p Total es la presión total del fluido.
p Estática es la presión estática, que depende estrictamente de la profundidad.
p Dinámica es la presión del fluido causada por el movimiento del mismo.
Dado que el agua es un fluido incompresible, el componente de presión dinámica de la presión total se puede expresar en términos de la densidad del agua y la velocidad del agua, como se muestra en la Ecuación 2.
dónde
v El agua es la velocidad del flujo del fluido.
ρ es la densidad del fluido.
La ecuación 2 se puede resolver para la velocidad del agua en términos de la diferencia de presión entre las dos patas del manómetro. La ecuación 3 muestra que la velocidad es una función de la raíz cuadrada de la diferencia de presión.
Debido a que la velocidad calculada por el pitómetro es una función de la diferencia entre las lecturas de presión, el pitómetro no produce un resultado preciso cuando la velocidad del barco es baja y las dos lecturas de presión son casi iguales.
Alternativas al pitómetro
Si bien el registro del pitómetro se utiliza con mucha frecuencia en la actualidad, también se utilizan otros registros, entre los que se incluyen los siguientes:
Registro de impulsor : una variación de este enfoque se conoce como registro de patente, que se remolca desde la popa de un barco. El registro de patente incluye un registro mecánico que cuenta las rotaciones del registro mientras se lo remolca. El registro de patente fue inventado en 1688 por el fabricante de instrumentos inglés Humphry Cole . El registro de patente también se conoce como registro de tornillo o registro de taffrail . [5] [ cita requerida ]
RPM de la hélice : la velocidad de un barco es aproximadamente proporcional a la velocidad de rotación de la hélice. Este enfoque es más útil cuando la hélice tiene un paso constante. Es menos útil en barcos con hélices de paso variable o sin hélices (como los barcos de vela ). Los submarinos utilizaron una variación de este enfoque durante la Segunda Guerra Mundial para determinar la velocidad de los objetivos. El operador del sonar escuchaba el sonido de la hélice de un objetivo y determinaba su velocidad de rotación o "número de palas". Conociendo la velocidad de rotación de la hélice e identificando visualmente el tipo de barco, se podía estimar la velocidad del objetivo.
Las mediciones GPS sólo proporcionan una posición, pero no la velocidad ni la dirección del movimiento. Sin embargo, la mayoría de los receptores GPS pueden derivar automáticamente la velocidad y la dirección a partir de dos o más mediciones de posición. La desventaja de este principio es que los cambios en la velocidad o la dirección sólo se pueden calcular con un retraso, y esa dirección derivada se vuelve inexacta cuando la distancia recorrida entre dos mediciones de posición cae por debajo o cerca del error aleatorio de la medición de posición. Para contrarrestar este efecto, los sistemas de navegación más avanzados utilizan sensores adicionales, como una brújula o un sistema de navegación inercial, para complementar el GPS.
Registro de velocidad Doppler (DVL): algunos barcos están equipados con instrumentos de sonar que pueden medir el efecto Doppler en un pulso de sonido generado por el movimiento del barco al reflejarse en el fondo del océano o en partículas del agua. Por lo tanto, las mediciones de velocidad de un instrumento Doppler pueden ser relativas al suelo o al agua.
Correlation Velocity Log (CVL): Un CVL consta de un transmisor de sonido y una serie de receptores. Estos dispositivos muy costosos miden la velocidad terrestre del barco realizando un procesamiento de correlación entre las señales recibidas por los diferentes receptores en diferentes momentos. Esta correlación puede relacionarse con la distancia recorrida por el barco. [6] Los CVL se utilizan principalmente en barcos que necesitan una medición muy precisa de velocidades bajas, que un pitómetro tiene dificultades para medir con precisión.
Referencias
^ "Naval Science 203: Navigation and Naval Operations I" (Ciencia naval 203: Navegación y operaciones navales I). Cuerpo de entrenamiento de oficiales de la reserva naval de Penn State. Archivado desde el original el 5 de septiembre de 2006. Consultado el 26 de agosto de 2006 .
^ ab "El fotopitómetro: un instrumento para medir la velocidad en las tuberías de agua". American Artifacts: Scientific Medical & Mechanical Antiques . Consultado el 26 de agosto de 2006 .
^ "Sistemas de registro submarino, NAVPERS 16168". División de Normas y Currículo, Capacitación, Oficina de Personal Naval. 11 de julio de 2000. Consultado el 26 de agosto de 2006 .
^ "Sistemas de registro submarino". Museo y parque submarino USS Bowfin. 2002. Archivado desde el original el 25 de agosto de 2006. Consultado el 26 de agosto de 2006 .
^ "Arctic Corsair - Registro de Taffrail o Registro de Patentes" . Consultado el 28 de agosto de 2006 .[ enlace muerto ]
^ "Simulación del registro de velocidad de correlación utilizando un modelo acústico basado en computadora" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 23 de septiembre de 2006 . Consultado el 26 de agosto de 2006 .
