Coisas que você precisa saber sobre o tubo de pitot

Pensando em como a velocidade é medida em aplicações como aeronaves, bem o tubo de pitot é o instrumento projetado para esta tarefa. este instrumento, conhecido como sonda pitot, consiste em um tubo com uma curva curta em ângulo reto. O dispositivo é usado para calcular a velocidade dependendo do fluxo de fluido. Os tubos de Pitot são usados ​​em anemômetros para medir a velocidade do ar em túneis de vento e a bordo de aeronaves em voo. Eles são usados ​​para medir o fluxo de líquido, ar e gás.



Hoje você entenderá a definição, função, aplicações, componentes, diagrama, equação, tipos e funcionamento de um tubo de pitot. Você também conhecerá o seguinte:

• Pressão estática
• Pressão dinâmica
• Pressão de estagnação
• Velocidade do fluxo
• Tubos pitot de porta única
• Média de tubos pitot
• Como medir o fluxo de ar com um tubo pitot, finalmente
• Você conhece as vantagens e desvantagens de um tubo pitot.

O que é um tubo de Pitot?

Um tubo de pitot é um instrumento de medição de fluxo para medir a velocidade (velocidade) de um fluido em fluxo. Foi inventado por Henri Pitot que era um engenheiro francês no século 18 ^th século. O dispositivo foi modificado para sua forma moderna em meados do século século por um cientista francês Henry Darcy. Um tubo de pitot é um tubo fino, com dois orifícios. O orifício frontal é colocado na corrente de ar, ajudando a medir o que é conhecido como pressão de estagnação. o orifício lateral mede o que é chamado de pressão estática. A medição entre essas duas pressões é o que nos dá a pressão dinâmica, que pode ser usada para calcular a velocidade do ar. Bem, isso será mais bem explicado.

Os tubos de Pitot que são instrumentos de sensor de fluxo podem ser uma alternativa barata para uma placa de orifício. Sua precisão varia de 0,5% a 5% FS, que é semelhante à de um orifício. Além disso, sua faixa de vazão de 3:1 (embora alguns funcionem em 4:1) é mais parecida com a capacidade da placa de orifício. A diferença entre esses dois dispositivos é que o orifício mede o fluxo total, enquanto o tubo de pitot pode detectar a velocidade do fluxo em apenas um ponto do fluxo.

Aplicações de um tubo pitot

Os tubos de Pitot agora podem ser encontrados em muitas aplicações, não apenas na aviação. É popular que o instrumento seja usado na aviação, também são comuns em máquinas industriais, barcos e até carros esportivos. Na verdade, você pode até empregar um tubo pitot em seu projeto que exija a medição da velocidade de um fluxo. No entanto, os aviões geralmente usam tubos pitot-estáticos que contêm duas aberturas em vez de um tubo separado e portas estáticas.

Um único tubo pitot tem a capacidade de medir a pressão estática e a pressão de estagnação. As portas estáticas na lateral do tubo de pitot ajudam a alcançar esse recurso tudo-em-um. Isso elimina a necessidade de portas estáticas separadas. Vou elaborar mais sobre isso abaixo deste artigo.

Assim como mencionado anteriormente, o pitot tune é amplamente usado para determinar a velocidade do ar de uma aeronave e a velocidade da água de um barco. É usado para medir velocidades de fluxo de líquido, ar e gás em certas aplicações industriais. basicamente, o instrumento é usado em experimentos em túnel de vento e em aviões para medir a velocidade do fluxo. É usado em uma ampla gama de aplicações de medição de vazão, como velocidade do ar em carros de corrida e caças da força aérea. Em aplicações industriais, os tubos pitot são usados ​​para calcular o fluxo de ar em tubos, dutos e chaminés. Além disso, o fluxo de líquido em tubos, açudes e canais abertos.

Finalmente, em aplicações, os tubos pitot são usados ​​para medir a velocidade do fluxo de fluido medindo a diferença de pressão estática e dinâmica. Isso pode ser alcançado convertendo a energia cinética em um fluxo de fluido em energia potencial.

Componente de um tubo pitot

Diagrama de um tubo pitot:

Equação do tubo de Pitot

O princípio é baseado na Equação de Bernoulli em que cada termo da equação pode ser interpretado como pressão

p + 1/2 ρ v ² + ρ g h

      =p + 1/2 ρ v ² + γh

      = constante ao longo de uma linha de corrente … (1)

Onde:

p =  pressão estática  (relativo ao fluido em movimento) (Pa)

ρ =  densidade  de fluido (kg/m ³ )

v =velocidade do fluxo (m/s)

γ = ρ g =  peso específico  (N/m ³ )

g =  aceleração da gravidade  (m/s ² )

h =altura de elevação (m)

Cada termo da equação tem a dimensão força por unidade de área N/m ²  (Pa) –  ou em unidades imperiais lb/ft ² (psi) .

Pressão Estática – O termo P indica pressão estática. é estático em relação ao fluido em movimento e pode ser medido através de uma abertura plana paralela ao fluxo

Pressão dinâmica – O segundo mandato – 1/2 ρ v ² – é chamada de pressão dinâmica.

Pressão Hidrostática – O terceiro termo – γ h – é chamada de pressão hidrostática. Representa a pressão devido a uma mudança de elevação.

Pressão de Estagnação - A Equação de Bernoulli afirma que a energia ao longo de uma linha de corrente é constante - e pode ser modificada para

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² + γh₁

    = p₂ + 1/2 ρ v₂ ² + γh₂

    =constante ao longo da linha de corrente … (2)

Onde:

sufixo₁ é um ponto no fluxo livre a montante

sufixo₂ é o ponto de estagnação onde a velocidade no fluxo é zero

Velocidade do fluxo – Em um ponto de medição, consideramos a pressão hidrostática como uma constante onde h₁ =h₂ – e esta parte pode ser eliminada. Desde v₂ é zero, (2) pode ser modificado para:

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² = p₂ … (3)

ou

v₁ =[2 (p₂ – p₁ ) / ρ]  ^1/2

    = [2 Δp / ρ]  ^½ … (4)

Onde:

Δp =p₂ – p₁ (pressão diferencial)

Com (4) é possível calcular a velocidade do fluxo no ponto 1 - o fluxo livre a montante - se soubermos a diferença de pressão diferencial Δp = p₂ – p₁ e a densidade do fluido.

É comum usar à frente em vez de pressão. (4) pode ser modificado dividindo por peso específico γ para

v₁ =c [2 g Δh] ^1/2 … (5)

onde:

c =coeficiente - dependendo do líquido de referência e das unidades usadas ou calculadas 

g =aceleração da gravidade

Δh =h₂ – h₁ =diferença de altura (coluna de fluido)

Observação! – na equação básica, a unidade de cabeça está relacionada à densidade do fluido que flui. Para outras unidades e líquidos de referência, como mm Coluna de água - verifique a cabeça de pressão de velocidade.

Trabalho de um tubo pitot

O funcionamento de um tubo de pitot é menos complexo e de fácil compreensão. Um tubo de pitot mede duas pressões; estática e a pressão total de impacto. a pressão estática é a pressão de operação no tubo, duto ou ambiente, a montante do tubo pitot. É medido em ângulos retos com a direção do fluxo, geralmente em um local de baixa turbulência.

A soma das pressões estática e cinética é a pressão total de impacto (PT). É detectado quando o fluxo de fluxo impacta a abertura do pitot. Para medir essa pressão de impacto, o tubo de pitot usado geralmente é pequeno e, às vezes, em forma de L. A abertura deve enfrentar diretamente o fluxo de fluxo que se aproxima. A velocidade pontual de aproximação (VP) é calculada tomando a raiz quadrada da diferença entre a pressão total (PT) e a pressão estática (P). Será então multiplicado pela razão C/D, onde C é uma constante dimensional e D é a densidade. Pode ser expresso matematicamente como;

Vp =C(PT – P)½/D

Como a vazão é obtida pela multiplicação da velocidade pontual (VP) pela área da seção transversal do tubo ou duto, a medição da velocidade deve ser feita em uma profundidade de inserção que corresponda à velocidade média. O perfil de velocidade no tubo muda de alongado (laminar) para mais plano (turbulento). Isso acontece porque a velocidade do fluxo aumenta. Altera o ponto de velocidade média e requer um ajuste da profundidade de inserção.

Os instrumentos de tubo de Pitot são usados ​​apenas para fluxos altamente turbulentos (Números de Reynolds> 20.000). Portanto, o perfil de velocidade precisa ser plano o suficiente para que a profundidade de inserção não seja crítica.

Assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre o funcionamento de um tubo de pitot:

Um tubo pitot de porta única

Um tubo pitot de porta única mede a velocidade do fluxo apenas em um único ponto na seção transversal de um fluxo de fluxo. A sonda deve ser inserida em um ponto em uma corrente de fluxo onde a velocidade de fluxo é a média das velocidades através da seção transversal. A porta de impacto deve estar voltada diretamente para o fluxo de fluido.

Os tubos pitot de porta única podem ser menos sensíveis à direção do fluxo se a porta de impacto tiver n chanfros internos de cerca de 15 graus, estendendo-se até cerca de 1,5 diâmetros no tubo. Se o diferencial de pressão criado pelo venturi for muito baixo para uma detecção precisa, o tubo pitot convencional pode ser substituído por um pitot venturi. Um sensor venturi duplo também pode ser usado para produzir um diferencial de pressão mais alta.

Um tubo pitot de porta única limpo, calibrado, limpo e inserido corretamente oferecerá ±1% de precisão de fluxo em escala total em uma faixa de fluxo de 3:1. Com alguma perda de precisão, o instrumento pode até medir em uma faixa de 4:1. Os benefícios de um tubo pitot de porta única incluem baixo custo, simplicidade no projeto, sem partes móveis e causa muito pouca perda de pressão no fluxo de fluxo. Embora tenha algumas limitações que incluem os erros resultantes de mudanças no perfil de velocidade ou do entupimento das portas de pressão.

Média de tubos pitot

Os tubos de pitot de média foram inventados para eliminar o problema de encontrar o ponto de velocidade média. Este tubo é fornecido com múltiplos impactos e portas de pressão estática. Ele é projetado para se estender por todo o diâmetro do tubo. As pressões detectadas por todas as portas de pressão de impacto serão unidas e a raiz quadrada de sua diferença será medida como indicação da vazão média na tubulação.

Existe uma porta mais próxima da saída do sinal combinado, ela tem uma influência um pouco maior do que a porta mais distante. Embora para aplicações secundárias onde os tubos pitot são comumente usados, o erro pode ser visto como nada. Um tubo pitot pode ser modificado para atender às necessidades de uma aplicação específica, como o número de orifícios de impacto, a distância entre os orifícios e o diâmetro médio do tubo pitot.

As portas de detecção dos tubos pitot de média são muitas vezes muito grandes para que o tubo possa funcionar como uma verdadeira câmara de média. As aberturas das portas são otimizadas para evitar o entupimento em vez da média. No entanto, a purga com gás inerte é usada para manter as portas limpas, permitindo que o sensor use portas menores.

Os tipos médios de tubos pitot oferecem os mesmos benefícios e limitações que os tubos de porta única. Só que, eles são um pouco mais caros e um pouco mais precisos, principalmente se o fluxo não for totalmente formado. Além disso, alguns sensores pitot médios podem ser inseridos através da mesma abertura (ou hot tap) que acomoda um tubo de porta única.

Como medir o fluxo de ar com um tubo pitot

Como os tubos pitot são adequados para medição de fluxo de ar de média e alta velocidade, é importante saber como medir o fluxo de ar com o instrumento. Fazer medições precisas requer correção de densidade e uma passagem cuidadosa. Isso ocorre porque a precisão é ditada pelo dispositivo de medição de pressão que é montado no tubo pitot. Embora o método mais econômico (fio quente e palheta) possa ser usado para medir o fluxo de ar em aplicações de baixo fluxo. No entanto, para aplicações de alto fluxo ou alta temperatura, o tubo pitot é ideal.

Assim como dito acima, um tubo pitot mede a pressão total e a pressão estática para determinar a pressão de velocidade. Este processo também derivou a velocidade do ar. O tubo é inserido no duto com a ponta apontada para o fluxo de ar. A porta positiva do manômetro é conectada à porta de pressão total (Pt) e a negativa à porta de pressão estática (Ps). Este manômetro exibirá então a pressão de velocidade que pode ser convertida em velocidade.



Os tubos pitot modernos são projetados com nariz ou ponta adequados e a distância entre o nariz, as tomadas de pressão estática e a haste é suficiente. Isso minimizará a turbulência e a interferência, fazendo com que seja usado sem fatores de correção ou calibração.

Garantindo uma leitura precisa da pressão de velocidade, a ponta do tubo pitot deve ser apontada diretamente (paralelamente) ao fluxo de ar. Com o alinhamento correto do tubo pitot, a indicação de pressão de velocidade estará no máximo.

Observe que leituras precisas não podem ser feitas em um fluxo de ar turbulento. Os tubos de Pitot devem ser inseridos pelo menos em 8-1/2 diâmetros de dutos a jusante de cotovelos, curvas ou outras obstruções que possam causar turbulência. Para uma medição precisa, as palhetas de endireitamento devem estar localizadas a 5 diâmetros do duto a montante do tubo pitot, se disponível.

A velocidade do ar não é igual em uma área seccional de um duto ou laminar. Portanto, uma travessia do duto precisa ser realizada para determinar uma velocidade média. O atrito mais próximo das paredes do duto diminuirá o fluxo de ar à medida que esfregam as paredes do duto. Um padrão definido será seguido para garantir uma medição precisa.

Vantagens e desvantagens de um tubo pitot

Vantagens:

• O instrumento é portátil
• Não contém partes móveis.
• Apesar de seu enorme trabalho, é barato
• Tem um design simples e confiável.
• Baixa perda de pressão permanente.
• Facilidade de instalação em um sistema existente.
• Adequado para diferentes condições ambientais, incluindo altas temperaturas e uma ampla gama de pressões.

Desvantagens:

Apesar das boas vantagens do tubo de pitot, algumas limitações ainda ocorrem. Abaixo estão as desvantagens dos tubos de pitot em suas diversas aplicações.

• Baixa capacidade de alcance
• Baixa precisão.
• A leitura pode ser facilmente obstruída, dependendo do fluido.
• A vibração pode dar uma leitura errada e pode até danificar o instrumento.

Conclusão

Um tubo de pitot é um ótimo componente para fazer medições de fluido em fluxo. Neste post, examinamos a definição, função, aplicações, equação, tipos e funcionamento de um tubo de pitot. Também vimos as vantagens e desvantagens dos instrumentos de tubo de pitot.

Espero que você aproveite muito este artigo, se assim for, compartilhe-o com outros alunos. Obrigado por ler. Vejo você na próxima vez!