tubo de pitot

Dispositivo que mide la velocidad del flujo de fluido, generalmente alrededor de un avión o barco.

Los aviones utilizan tubos pitot para medir la velocidad del aire. Este ejemplo, de un Airbus A380 , combina un tubo Pitot (derecha) con un puerto estático y una paleta de ángulo de ataque (izquierda). El flujo de aire es de derecha a izquierda.

Tipos de tubos pitot

Un tubo pitot estático conectado a un manómetro.

Tubo Pitot en el helicóptero Kamov Ka-26

Tubos Pitot en un coche de Fórmula Uno

Ubicación de los tubos pitot en un Boeing 777

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

Teoría de operación

El tubo Pitot básico consta de un tubo que apunta directamente al flujo de fluido. Como este tubo contiene líquido, se puede medir una presión; el fluido en movimiento se detiene (se estanca) ya que no hay salida para permitir que el flujo continúe. 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 puede utilizarse por sí sola para determinar la velocidad del flujo de fluido (velocidad del aire en la aviación). Sin embargo, la ecuación de Bernoulli establece:

Presión de estancamiento = presión estática + presión dinámica

que también se puede escribir

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

Resolver eso para la velocidad del flujo da

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

dónde

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

NOTA: La ecuación anterior se aplica sólo a fluidos que pueden considerarse incompresibles. Los líquidos se consideran incompresibles en casi todas las condiciones. Los gases bajo ciertas condiciones pueden considerarse incompresibles. Ver Compresibilidad .

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

En los aviones, la presión estática generalmente se mide utilizando los puertos estáticos en el costado del fuselaje. La presión dinámica medida se puede utilizar para determinar la velocidad indicada de la aeronave. La disposición de diafragma descrita anteriormente generalmente está contenida dentro del indicador de velocidad del aire , que convierte la presión dinámica en una lectura de velocidad del aire mediante palancas mecánicas.

En lugar de puertos pitot y estáticos separados, se puede emplear un tubo pitot estático (también llamado tubo Prandtl ), que tiene un segundo tubo coaxial con el tubo pitot con orificios a 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,

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

Aeronaves y accidentes

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

Varios incidentes y accidentes de aerolíneas comerciales se han atribuido a una falla del sistema pitot-estático. Los ejemplos 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 francesa de seguridad aérea BEA dijo 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 pitot que los investigadores sospecharon que se debía a que los insectos creaban un nido dentro del tubo pitot; El principal sospechoso es la avispa negra y amarilla del barro .

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

Aplicaciones industriales

Tubo Pitot de un F/A-18

Instrumentos meteorológicos en el Observatorio Mount Washington . El anemómetro estático de tubo de Pitot está a la derecha.

En la industria, las velocidades de flujo que se miden suelen ser aquellas que fluyen en conductos y tuberías donde las mediciones con un anemómetro serían difíciles de obtener. En este tipo de mediciones, el instrumento más práctico de utilizar es el tubo de Pitot. El tubo de Pitot se puede insertar a través de un pequeño orificio en el conducto con el pitot conectado a un manómetro de tubo en U o algún otro manómetro de presión diferencial para determinar la velocidad del flujo dentro del túnel de viento con conductos. Un uso de esta técnica es determinar el volumen de aire que se entrega 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 del flujo (pies por minuto)

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

En la aviación, la velocidad del aire normalmente se mide en nudos .

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

Ver también

• Auge de los datos aéreos
• Altímetro
• Anúbar
• Formación de hielo atmosférico
• Velocidad aérea calibrada
• deshielo
• Giroscopio
• Condiciones de formación de hielo
• Sonda Kiel
• Piezómetro
• Error de posición
• verdadera velocidad aérea

Referencias

Notas

1. Pitot, Enrique (1732). "Descripción de una máquina para medir la vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux" (PDF) . Histoire de l'Académie Royale des Sciences con les mémoires de mathématique et de physique tirés des registres de cette Académie : 363–376 . Consultado el 19 de junio de 2009 .
2. Darcy, Henry (1858). "Nota relativa a las modificaciones que se introducen en el tubo de Pitot" (PDF) . Annales des Ponts et Chaussées : 351–359 . Consultado el 31 de julio de 2009 .
3. Efecto Venturi y tubos de Pitot | Fluidos | Física | Academia Khan , consultado el 15 de diciembre de 2019.
4. "Cómo funcionan los instrumentos de las aeronaves". Popular Science , marzo de 1944, págs.116.
5. Willits, Pat, ed. (2004) [1997]. Descubrimiento de vuelo guiado - Piloto privado . Abad, Mike Kailey, Liz. Jeppesen Sanderson. págs. 2–48–2–53. ISBN 0-88487-333-1.
6. "Comunicados de prensa de NASA Dryden. (1995)".
7. "Defectos de entrenamiento expuestos en el informe del accidente Río-París". Reuters . 5 de julio de 2012 . Consultado el 5 de octubre de 2012 .
8. Daly, Kieran (11 de junio de 2009). "El memorando de Air Caraibes Atlantique detalla los incidentes con formación de hielo en Pitot". Vuelo Internacional . Consultado el 19 de febrero de 2012 .
9. "Instrumentación: anemómetro estático de tubo de Pitot, parte 1". Observatorio Monte Washington. Archivado desde el original el 14 de julio de 2014 . Consultado el 14 de julio de 2014 .

Bibliografía

• Kermode, AC (1996) [1972]. Mecánica de Vuelo . Barnard, RH (Ed.) y Philpott, DR (Ed.) (10ª ed.). Prentice Hall. págs. 63–67. ISBN 0-582-23740-8.
• Pratt, Jeremy M. (2005) [1997]. Curso de licencia de piloto privado: principios de vuelo, conocimientos generales de aeronaves, rendimiento y planificación de vuelo (3ª ed.). gen108–gen111. ISBN 1-874783-23-3.
• Tietjens, OG (1934). Hidromecánica y Aeromecánica Aplicada, basado en conferencias de L. Prandtl, Ph.D. Publicaciones Dove, Inc. págs. ISBN 0-486-60375-X.
• Saleh, JM (2002). Manual de flujo de fluidos . Profesional de McGraw-Hill.

enlaces externos

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