Los registros de pitómetro (también conocidos como registros de pozo) 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 del pitómetro generalmente se ingresan directamente en el sistema de navegación del barco.
Historia
Todos los instrumentos náuticos diseñados para medir la velocidad de un barco a través del agua se conocen como troncos. [1] Esta nomenclatura se remonta a los días de navegación cuando los marineros lanzaban un tronco sujeto a una cuerda anudada a intervalos regulares frente a la popa de un barco. Los marineros contarían la cantidad 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 de la nave era necesaria para navegar la nave utilizando la navegación a 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 del pitómetro a menudo se interconectaban directamente con los sistemas de control de incendios de los buques de guerra . Esta interfaz era necesaria para permitir que los sistemas de control de fuego de artillería y torpedos rastrearan automáticamente los objetivos.
El registro del pitómetro fue patentado [2] en 1899 por Edward Smith Cole.
Tecnología
Principios de Operación
La tecnología básica del registro de pitómetro es similar a la del tubo de pitot en 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 llama espada de foso o medidor de caña . Este tubo generalmente tiene dos aberturas: una orientada hacia la dirección del movimiento del agua de mar que se usa para medir la presión dinámica del agua de mar y otra a 90 ° con respecto a la dirección del movimiento del agua de mar que se usa para medir la presión estática del agua de mar. La presión dinámica del agua de mar es función de la profundidad del agua y 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] Realizaciones posteriores utilizaron enfoques que generarían presiones igualadoras 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 en la presión del agua dinámica y estática 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.
(Ecuación 1) |
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- dónde
- p Total es la presión total del fluido.
- p Static es la presión estática, que depende estrictamente de la profundidad.
- p Dinámico es la presión del fluido causada por el movimiento del fluido.
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.
(Ecuación 2) |
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- dónde
- v El agua es la velocidad del flujo de 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.
(Ecuación 3) |
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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 usa con mucha frecuencia en la actualidad, hay otros registros que también se utilizan. Estos registros incluyen:
- Registro del impulsor : un pequeño impulsor (o rotor ) se monta en el casco "debajo de la línea de flotación" o se arrastra detrás de la embarcación. El agua hace girar el dispositivo a medida que el recipiente lo atraviesa. La velocidad de rotación de la hélice es proporcional a la velocidad del barco. Este dispositivo es similar en principio a un anemómetro , que se utiliza para medir la velocidad del viento. Una variación de este enfoque se conoce como registro de patentes, que se remolca desde la popa de un barco. El registro de patentes incluye un registro mecánico que cuenta las rotaciones del registro a medida que se remolca. El registro de patentes fue inventado en 1688 por el fabricante de instrumentos inglés Humphry Cole . El registro de patentes 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 que tienen hélices de paso variable o sin hélices (como los veleros ). Los submarinos utilizaron una variación de este enfoque durante la Segunda Guerra Mundial para determinar la velocidad de los objetivos. El operador del sonar escucharía el sonido de la hélice de un objetivo y determinaría su velocidad de rotación o "recuento de palas". Conociendo la velocidad de rotación de la hélice e identificando visualmente el tipo de barco, se podría estimar la velocidad del objetivo.
- Las mediciones de GPS solo arrojan una posición, y 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 solo 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 desplazamiento Doppler en un pulso de sonido generado por el movimiento del barco cuando se refleja en el fondo del océano o en las partículas del agua. Por tanto, las medidas de velocidad de un instrumento Doppler pueden ser relativas al suelo o al agua.
- Registro de velocidad de correlación (CVL): un CVL consta de un transmisor de sonido y varios receptores. Estos dispositivos muy costosos miden la velocidad de tierra del barco realizando un procesamiento de correlación entre las señales recibidas por los diferentes receptores en diferentes momentos. Esta correlación puede estar relacionada con la distancia recorrida por el barco. [6] Los CVL son utilizados principalmente por barcos que necesitan una medición muy precisa de velocidades bajas, que un pitómetro tiene dificultades para medir con precisión.
Referencias
- ^ "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 .
- ^ a b "El Foto-Pitómetro: un instrumento para medir la velocidad en las redes de agua" . Artefactos americanos: Antigüedades científicas, médicas y mecánicas . Consultado el 26 de agosto de 2006 .
- ^ "Sistemas de registro submarino submarino, NAVPERS 16168" . División de Estándares y Currículo, Capacitación, Oficina de Personal Naval. 2000-07-11 . Consultado el 26 de agosto de 2006 .
- ^ "Sistemas de registro submarino" . Parque y museo submarino USS Bowfin. 2002. Archivado desde el original el 25 de agosto de 2006 . Consultado el 26 de agosto de 2006 .
- ^ "Arctic Corsair - Taffrail Log o Patent Log" . 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 .