Tubo de pitot

Dispositivo que mide la velocidad del flujo de un fluido, normalmente alrededor de una aeronave o un barco.

Las aeronaves usan 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 de pitot

Un tubo pitot estático conectado a un manómetro.

Tubo Pitot en Kamov Ka-26 helicóptero

Tubo de Pitot en un coche de Fórmula Uno

Ubicación de los tubos de pitot en un Boeing 777

A pitot ( / p i t oʊ / PEE -toh ) de tubo , también conocido como sonda pitot , es una medición de flujo de dispositivo utilizado para medir fluido velocidad de flujo . El tubo de pitot fue inventado por el ingeniero francés Henri Pitot a principios del siglo XVIII ^[1] y fue modificado a su forma moderna a mediados del siglo XIX por el científico francés Henry Darcy . ^[2] Se utiliza ampliamente para determinar la velocidad de un avión , ^[3] velocidad en el agua de un barco y para medir las velocidades de flujo de líquido, aire y gas en determinadas aplicaciones industriales.

Teoría de funcionamiento

El tubo de Pitot básico consiste en un tubo que apunta directamente al flujo de fluido. Como este tubo contiene líquido, se puede medir la 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 la aviación) presión de Pitot .

La presión de estancamiento medida no se puede utilizar por sí misma para determinar la velocidad del flujo del fluido (velocidad aerodinámica en la aviación). Sin embargo, la ecuación de Bernoulli dice:

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 se obtiene

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

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 solo a los fluidos que pueden tratarse como incompresibles. Los líquidos se tratan como incompresibles en casi todas las condiciones. Los gases bajo ciertas condiciones pueden aproximarse como 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 la presión estática y el otro a la presión de estancamiento, entonces la deflexión del diafragma es proporcional a la presión dinámica.

En 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 aerodinámica indicada de la aeronave. La disposición de diafragma descrita anteriormente está típicamente contenida dentro del indicador de velocidad aerodinámica , que convierte la presión dinámica en una lectura de velocidad aerodinámica por medio de 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 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,

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

Aeronaves y accidentes

Artículo principal: sistema Pitot-estático

Un sistema pitot-estático es un sistema de instrumentos sensibles a la presión que se usa con mayor frecuencia en la aviación para determinar la velocidad , 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 aerodinámica, 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 del 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 se debió a que los insectos crearon un nido dentro del tubo de pitot; el principal sospechoso es la avispa del pincel de barro negro y amarillo .

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.

Aplicaciones industriales

Tubo de 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 son a menudo las que fluyen en conductos y tuberías donde las mediciones con un anemómetro serían difíciles de obtener. En este tipo de medidas, el instrumento más práctico a 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 medidor de agua de tubo en U o algún otro medidor 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:

Tasa de flujo 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 del flujo (metros por segundo)

En aviación, la velocidad del aire se mide típicamente 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 datos aéreos
• Altímetro
• Annubar
• Antihielo
• Glaseado atmosférico
• Velocidad aerodinámica calibrada
• Deshielo
• Medición de flujo
• Giroscopio
• Condiciones de formación de hielo
• Sonda de Kiel
• Número de Mach
• Piezómetro
• Sistema Pitot-estático
• Error de posición
• Presión de estancamiento
• Verdadera velocidad aérea

Referencias

Notas

1. Pitot, Henri (1732). "Description d'une machine pour mesurer la vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux" (PDF) . Histoire de l'Académie royale des sciences avec 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 à quelques modificaciones à introduire dans le tube 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 | Khan Academy , consultado el 15 de diciembre de 2019
4. "Cómo funcionan los instrumentos de la aeronave". 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. "Entrenamiento de defectos expuestos en el informe de accidente de Rio-Paris" . Reuters . 5 de julio de 2012 . Consultado el 5 de octubre de 2012 .
8. Daly, Kieran (11 de junio de 2009). "La nota de Air Caraibes Atlantique detalla los incidentes de formación de hielo de pitot" . Vuelo internacional . Consultado el 19 de febrero de 2012 .
9. "Instrumentación: anemómetro estático de tubo de Pitot, parte 1" . Observatorio Mount 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]. El curso de licencia de piloto privado: principios de vuelo, conocimiento general de la aeronave, rendimiento y planificación de vuelo (3ª ed.). gen108 – gen111. ISBN 1-874783-23-3.
• Tietjens, OG (1934). Hydro-aplicada y aeromecánica, basado en 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 . Profesional de McGraw-Hill.

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el tubo de Pitot .

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