TUBO DE PITOT: Dispositivo utilizado para medir la velocidad de un fluido en movimiento, como aire o agua, en sistemas de flujo.

Incluye flujos porque el tubo de Pitot se usa en aerodinámica (flujo de aire), hidráulica (flujos de agua en tuberías y canales), meteorología, aeronáutica y sistemas industriales.

El tubo de Pitot mide la velocidad del fluido y se utiliza para determinar el caudal en tuberías y conductos. Es un instrumento sencillo que consiste en un tubo con una abertura frontal orientada contra el flujo del fluido.

El tubo de Pitot es un dispositivo ampliamente utilizado para medir la velocidad del flujo de fluidos, como aire o agua. Funciona mediante la medición de presiones diferenciales entre la presión total y la presión estática, aplicando la ecuación de Bernoulli para determinar la velocidad del fluido. Inventado por Henri Pitot en el siglo XVIII, este instrumento es esencial en áreas como aeronáutica, meteorología, ingeniería industrial y sistemas de ventilación.

Principio de funcionamiento:

El tubo de Pitot consta de dos aberturas principales:

1. Abertura frontal (presión total): Capta la presión dinámica generada por el flujo del fluido junto con la presión estática.
2. Abertura lateral (presión estática): Mide únicamente la presión estática del fluido en reposo.

El tubo de Pitot mide la presión total (Pt​ ) y la presión estática (Ps​ ) del fluido. La diferencia entre ambas se utiliza para calcular la velocidad del fluido a través de la ecuación de Bernoulli:

Donde:

• v : Velocidad del fluido
• Pt​ : Presión total
• Ps​ : Presión estática
• ρ (rho): Densidad del fluido

Figura . Principio básico de un tubo de Pitot, usado para medir el flujo de agua

La fórmula del tubo de Pitot considerando el caudal volumétrico (Q), el coeficiente de descarga (c), el área del orificio (a) y la altura de velocidad (h) se expresa como:

Donde:

• Q = caudal volumétrico (pies cúbicos por segundo, ft³/s)
• c = coeficiente de descarga (adimensional, depende del diseño del orificio)
• a = área del orificio (pies cuadrados, ft²)
• h = altura de velocidad (pies, ft)
• g = aceleración gravitatoria (32.2 ft/s² en la Tierra)

Esta ecuación es una variante de la ecuación de Torricelli y se aplica en la medición de caudales en canales abiertos y tuberías usando un tubo de Pitot o dispositivos similares.

La altura de carga h en un tubo de Pitot se obtiene considerando el principio de Bernoulli y los resultados experimentales.

De acuerdo con la teoría, la altura de carga debido a la velocidad inicialmente se describe como:

Sin embargo, los experimentos han demostrado que :

Donde:

• h= altura de carga (pies o metros)
• v= velocidad del fluido (ft/s o m/s)
• g= aceleración gravitatoria (32.2 ft/s² o 9.81 m/s² en la Tierra)

Esta ecuación se usa en el cálculo del flujo en sistemas de medición de velocidad de fluidos con un tubo de Pitot en aeronáutica, hidráulica e ingeniería de fluidos.

Ventajas del tubo de Pitot:

1. Diseño simple y económico.
2. No provoca grandes obstrucciones ni pérdidas de presión.
3. Aplicable a líquidos, gases y flujos de aire.

Aplicaciones:

• 1. Aviación
  • Es una herramienta clave para medir la velocidad del aire relativa al avión durante el vuelo.
  • Se utiliza junto con el indicador de velocidad aerodinámica (IAS) y otros instrumentos críticos de navegación.
  • Proporciona datos necesarios para ajustar la velocidad durante fases como el despegue, crucero y aterrizaje.
  • Para evitar obstrucciones causadas por hielo o suciedad, los tubos de Pitot en aviones están equipados con sistemas de calefacción o deshielo.
  2. Medición de Velocidades en Ductos
  • Se aplica en HVAC (sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado) para medir el caudal de aire en conductos.
  • Es común en tuberías grandes donde se busca una instalación económica y con mínimas pérdidas de presión.
  3. Industria y Meteorología
  • Se utiliza en turbinas hidráulicas, conductos de agua y en la medición del caudal de líquidos y gases.
  • En meteorología, el tubo de Pitot mide la velocidad del viento con precisión.

Ventajas del Tubo de Pitot

• Diseño simple y económico.
• Medición directa de la velocidad sin partes móviles.
• Baja interferencia en el flujo, lo que reduce la pérdida de presión.
• Funciona en fluidos limpios, principalmente gases y vapores.

Desventajas y Limitaciones

• Sensibilidad a obstrucciones: Los tubos de Pitot pueden taparse con partículas sólidas presentes en el fluido, limitando su aplicación en fluidos sucios o con impurezas.
• Dependencia de la alineación: Una instalación incorrecta respecto a la dirección del flujo genera errores significativos.
• Diferenciales de presión muy bajos: En flujos de baja velocidad, la presión diferencial puede ser insuficiente para mediciones precisas.
• Variación de perfiles de velocidad: En tuberías, la distribución no uniforme del flujo afecta la precisión, requiriendo calibración o movimientos transversales del tubo.

1. Tubo de Pitot Estático

   • Utiliza un solo tubo que mide simultáneamente la presión total y la estática.
   • Común en mediciones de flujo de gases y aire.

2. Tubo de Pitot Distribuido (Annubar)

   • Integra múltiples puertos de medición a lo largo de la sección transversal de la tubería para obtener una velocidad promedio del flujo.
   • Recomendado para tuberías grandes debido a su menor costo de instalación y menores pérdidas.

3. Tomas de Codo

   • En tuberías de gran diámetro, se utilizan tomas de presión instaladas en un codo existente, evitando la necesidad de dispositivos adicionales.

En la aviación, el tubo de Pitot es un elemento esencial para medir la velocidad del aire en tiempo real. Se instala en una posición estratégica en el exterior de la aeronave, como el borde de ataque del ala. Funciona en combinación con el indicador de velocidad aerodinámica (IAS) para proporcionar información crucial al piloto. La medición de velocidad obtenida se usa para calcular:

• Velocidad verdadera (True Airspeed, TAS): Velocidad real en relación con la masa de aire circundante.
• Velocidad indicada (Indicated Airspeed, IAS): Velocidad mostrada en la cabina.

Cualquier obstrucción en el tubo de Pitot, como hielo o suciedad, puede provocar lecturas incorrectas de velocidad, lo que podría afectar la seguridad del vuelo. Por esta razón, los aviones están equipados con sistemas de calefacción para evitar la acumulación de hielo en el tubo.

Los dispositivos como tobera, tubo Venturi y tubo de Pitot son herramientas clave para la medición de caudal en sistemas industriales y comerciales.

• El tubo Venturi es ideal para aplicaciones de gran precisión, especialmente en tuberías de gran diámetro, gracias a su capacidad de minimizar pérdidas de presión.
• La tobera es una excelente alternativa en sistemas de alta presión y caudales elevados, con menor pérdida de carga que la placa de orificio.
• El tubo de Pitot es un instrumento simple y económico, útil para medir velocidades en flujos de fluidos.

Comparación entre dispositivos

• Tubo Venturi: Ofrece alta precisión y mínima pérdida de carga, siendo adecuado para grandes caudales. Sin embargo, su instalación es más costosa.
• Tobera: Es ideal para flujos de alta velocidad y fluidos limpios, con menor pérdida de presión que la placa de orificio.
• Tubo de Pitot: Es económico, de diseño simple y útil en mediciones de gases y aire limpio, pero menos adecuado para fluidos con partículas sólidas.

El tubo de Pitot es un dispositivo fundamental para la medición de velocidades de fluidos en aplicaciones industriales, aeronáuticas y meteorológicas. Su diseño simple, bajo costo y facilidad de instalación lo convierten en una herramienta ampliamente utilizada. Sin embargo, sus limitaciones incluyen la susceptibilidad a obstrucciones y su dependencia de perfiles de flujo estables.

En la aviación, su papel es crítico para determinar la velocidad del aire, contribuyendo a la seguridad y navegación de las aeronaves. A pesar de sus desventajas, el tubo de Pitot sigue siendo una solución eficiente para mediciones de flujo en gases y fluidos limpios, especialmente en tuberías de gran diámetro y aplicaciones donde la precisión relativa es suficiente.

Cada uno de estos dispositivos tiene ventajas y desventajas dependiendo de las condiciones del flujo, el tipo de fluido y los requerimientos de precisión y costos. La selección adecuada del medidor asegura un control eficiente del caudal, lo que es esencial en procesos industriales, suministro de agua, sistemas de ventilación y muchas otras aplicaciones.

Términos destacados :

1. Tubo de Pitot (Pitot tube)
2. Medición de velocidad (Velocity measurement)
3. Flujo de fluidos (Fluid flow)
4. Presión total (Total pressure)
5. Presión estática (Static pressure)
6. Ecuación de Bernoulli (Bernoulli equation)
7. Coeficiente de descarga (Discharge coefficient)
8. Caudal volumétrico (Volumetric flow rate)
9. Altura de carga (Head height)
10. Medidor Venturi (Venturi meter)
11. Principio de Bernoulli (Bernoulli principle)
12. Aeronáutica (Aeronautics)
13. Meteorología (Meteorology)
14. HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning)
15. Sistemas de ventilación (Ventilation systems)
16. Velocidad aerodinámica (Airspeed)
17. Velocidad verdadera (True airspeed)
18. Velocidad indicada (Indicated airspeed)
19. Flujo de aire (Airflow)
20. Flujo de agua (Water flow)
21. Perfiles de velocidad (Velocity profiles)
22. Sensibilidad a obstrucciones (Obstruction sensitivity)
23. Medición de caudal (Flow measurement)
24. Flujo turbulento (Turbulent flow)
25. Flujo laminar (Laminar flow)
26. Tobera (Nozzle)
27. Sistemas industriales (Industrial systems)
28. Pérdida de carga (Pressure loss)
29. Tubo de Pitot Estático (Static Pitot tube)
30. Medidor Annubar (Annubar meter)