Tubo de Pitot

Las aeronaves usan tubos de pitot para medir la velocidad del aire. Este ejemplo, desde un Airbus A380, combina un tubo pitot (derecha) con un puerto estático y una vana angular de ataque (izquierda). El flujo de aire está derecho a la izquierda.

Tipos de tubos de pitot

Un tubo estático de pitot conectado a un manómetro

Tubo de pitot en el helicóptero Kamov Ka-26

Tubos de pitot en una Fórmula Un coche

Ubicación de los tubos de pitot en un Boeing 777

Un tubo de pitot (PEE-toh) (sonda de pitot) mide la velocidad del flujo del fluido. Fue inventado por un ingeniero francés, Henri Pitot, a principios del siglo XVIII, y fue modificado a su forma moderna a mediados del siglo XIX por un científico francés, Henry Darcy. Es ampliamente utilizado para determinar la velocidad aerodinámica de las aeronaves; la velocidad del agua de los barcos; y la velocidad de flujo de líquidos, aire y gases en la industria.

Teoría de funcionamiento

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

Presión de estagnación = presión estática + presión dinámica

Que también se puede escribir

pt=ps+()*** *** u22){displaystyle ¿Qué?

Resolviendo eso para la velocidad del flujo da

u=2()pt− − ps)*** *** {displaystyle u={sqrt {2(p_{t}-p_{s}}{rho }

dónde

• u{displaystyle u} es la velocidad de flujo;
• pt{displaystyle P_{t} es el estancamiento o la presión total;
• ps{displaystyle P_{s} es la presión estática;
• y *** *** {displaystyle rho } es la densidad del fluido.

NOTA: La ecuación anterior se aplica solo a 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 se determina la presión dinámica 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 desviación del diafragma es proporcional a la presión dinámica.

En los aviones, la presión estática generalmente se mide utilizando los puertos estáticos en el lateral del fuselaje. La presión dinámica medida se puede utilizar para determinar la velocidad aerodinámica indicada de la aeronave. La disposición de diafragma descrita anteriormente normalmente está 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 de 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.

Si se utiliza un manómetro de columna líquida para medir la diferencia de presión Δ Δ p↑ ↑ pt− − ps{displaystyle Delta pequiv P_{t}-p_{s},

Δ Δ h=Δ Δ p*** *** lg{displaystyle Delta h={frac {Delta p}{rho _ {}g}}}

dónde

• Δ Δ h{displaystyle Delta h} es la diferencia de altura de las columnas;
• *** *** l{displaystyle rho _{l} es la densidad del líquido en el manómetro;
• g es la aceleración estándar debido a la gravedad.

Por lo tanto,

u=2Δ Δ h*** *** lg*** *** {displaystyle u={sqrt {2,Delta h,fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} }

Aeronaves y accidentes

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 aerodinámica, 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-estático. 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. La autoridad de seguridad aérea francesa 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. En 2008, Air Caraïbes informó de dos incidentes de mal funcionamiento de la formación de hielo en el tubo de Pitot en sus A330.

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

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 F/A-18

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

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

La tasa de flujo de fluido en un conducto se puede estimar a partir de:

Flujo de volumen (pies cúbicos por minuto) = área del conducto (pies cuadrados) × velocidad de flujo (pies por minuto)

Flujo de volumen (metros cúbicos por segundo) = área de conducto (metros cuadrados) × velocidad de flujo (metros por segundo)

En la aviación, la velocidad aerodinámica se suele medir en nudos.

En estaciones meteorológicas con vientos de alta velocidad, el tubo de Pitot se modifica para crear un tipo especial de anemómetro llamado anemómetro estático de tubo de Pitot.