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Tubos pitotPequeña reseña: El tubo de Pitot, inventado por el ingeniero y físico francés Henri Pitot en el año 1732. Henri Pitot fue el primero en medir la rapidez del agua en el río Sena utilizando el tubo pitot, aparato de su invención que más adelante se adaptó a los aviones para medir su rapidez en al aire. 

El tubo pitot es un medidor de flujo. Son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un amplio margen de tamaños. Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. Su instalación simplemente consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería. El tubo Pitot tiene sección circular y generalmente doblado en L. Consiste en un tubo de pequeño diámetro con una abertura delantera, que se dispone contra una corriente o flujo de forma que su eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo. 

Conceptos físicos : El tubo Pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión diferencial y también conocer la velocidad de circulación de un fluido en una tubería. Consiste en un pequeño tubo con la entrada orientada en contra del sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión dentro del tubo de Pitot. Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un amplio margen de tamaños. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque su uso habitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan también, con la ayuda de una técnica de integración, para indicar el caudal total en grandes conductos y, prácticamente, con cualquier fluido. Características:   * Mide la velocidad en un punto. * Sus ventajas son la escasa caída de presión y bajo precio, siendo por ello una buena elección para tuberías de gran diámetro y para gases limpios. * Consiste en un tubo de pequeño diámetro que se opone al flujo, con lo que la velocidad en su extremo mojado es nula.   El tubo Pitot es un instrumento destinado a la medición del caudal a través de la cuantificación de la velocidad del flujo utilizando la ecuación de continuidad que se muestra a continuación;

Q = A x V

donde:

Q= es el gasto del flujo

A= es el área transversal

V= es la velocidad del flujo

En consecuencia, es un medidor indirecto de caudal, y puede utilizarse tanto en conductos libres como a presión. En su extremo inferior, el tubo Pitot cuenta con dos pequeños orificios en forma de

gancho que están orientados a 180 grados uno del otro, los cuales se colocan uno a favor del flujo y el otro en contra de él. Estos pequeños orificios cumplen la función de medir por un lado la carga de velocidad sumada a la carga de presión y por otro solamente la carga de presión del flujo en el tubo respectivamente.

El fluido en o dentro de la punta del tubo Pitot es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento. “El fluido dentro del tubo Pitot es estacionario, en tanto que el que se aproxima fluye alrededor de este”. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento. Los tubos pitot en la parte trasera se fijan a un transductor de presión como por ejemplo un manómetro. Al conectarse al manómetro de columna puede medir las presiones totales, o diferencias entre presión estática y dinámica de un fluido en conducto. La presión leída en este transductor corresponde a la presión del punto E de la Figura, que se le denomina presión de estancamiento o presión total del flujo en el punto 0. 

La explicación del funcionamiento y principio del tubo pitot se complementa con la figura :  

Tubo de prandtl : Como se ha visto, el tubo de Pitot nos permite medir velocidades, pero

necesitamos conocer la presión estática de la tubería. Así, a Prandtl se le ocurrió la idea de unir en un mismo dispositivo el tubo de Pitot y un medidor de presión, con lo que tener en un único dispositivo todo lo necesario para conocer la velocidad. Así, lo que comúnmente conocemos como tubo de Pitot en realidad es un tubo de Prandt

En verdad, no nos interesa conocer la presión de estancamiento o la estática, sino solamente la diferencia entre ambas.

Así, con un manómetro diferencial que nos proporcione el valor de la diferencia podríamos obtener el valor de la velocidad del fluido. En verdad, la velocidad calculada de forma teórica no coincide exactamente con la real, se ha de multiplicar por un coeficiente experimental de la velocidad, Cv , el cual puede oscilar alrededor de la unidad.

Recordemos que la medida de la velocidad se realiza en un único punto, pero en las tuberías la velocidad no es uniforme en todos los puntos sino que tiene cierto perfil. Por tanto, deberemos hacer una serie de medidas para poder determinar el perfil de velocidades, y así poder promediarlo y obtener una velocidad media.

Existen ciertos tubos de Pitot que ya hacen por si mismo el promediado, introduciendo una serie de orificios distribuidos a lo largo del diámetro de la tubería, calculando ya una velocidad promedio directamente.

Montaje pitot de accesorios

Para la exitosa medición del caudal en un conducto a presión, es necesario contar con algunos aditamentos, los cuales son necesarios tanto para la simple instalación del tubo Pitot, como para la

correcta lectura del instrumento.

Los accesorios con los cuales debe de contar el tubo Pitot son:

• Manómetro diferencial

• Máquina de inserción

• Líquidos manométricos

• Válvula de acoplamiento

• Mangueras

Manometro diferencial: Un elemento importante dentro de la medición con tubo Pitot es el manómetro diferencial, el cual nos permite determinar una diferencia de cargas en una tubería.

El cual no es más que un piezómetro doblado en forma de “U”. Generalmente es fabricado de vidrio resistente a altas presiones (aproximadamente 29 Kg/cm2). Cabe mencionar que el tubo en "U” utilizado como manómetro diferencial es sólo una de las formas de registrar la diferencia de cargas en el tubo Pitot, otros dispositivos con los cuales se puede registrar esta diferencia de cargas son los registradores de reloj y los data logger. En esta parte se describirá solamente el tubo en "U" para conocer sus principios de operación.

Maquina de inserción: Una parte importante dentro de la medición con tubo Pitot es la instalación de la válvula de inserción, para este proceso es necesario de una máquina especial, conocida comercialmente como máquina Muller.Su función primordial es la de perforar,hacer rosca e instalar la válvula de incorporación a la tubería, y en caso de que sea necesario permite la extracción de la válvula y enroscar un tapón para cerrar el orificio.

Básicamente, la máquina Muller está compuesta por:

• Un cuerpo metálico dividido en dos cámaras (superior e inferior);

• Un dispositivo de avance compuesto por una cruceta de avance y un arco en cuyo extremo superior posee un anillo de empuje;

• Una tapa que tiene acoplado un guante de avance con rosca externa por donde se mueve la cruceta de avance; Además la máquina Muller debe venir equipada con los siguientes accesorios;

• Juego de galápagos (silletas) para atender todos los diámetros de tubería existentes.

• Empaques para efectuar los acoplamientos de la silleta al tubo y de la máquina Muller a la silleta.

• Cadena metálica con longitud suficiente para abrazar todo el perímetro de la tubería, de mayor diámetro en el sistema en el que ésta se utilizará.

• Horquilla metálica, dispositivo de seguridad para presiones muy altas

• Juego de llaves: una llave tipo estrella que tiene doble uso: ajustar las tuercas del gancho que sujeta la cadena, y su parte posterior tiene un orificio que permite el tornillo que sujeta la

brocamachuelo y el colocador de la válvula de paso, una llave fija que permite sacar el tapón y que se queda enroscada en la válvula de incorporación cuando se instala la misma en la tubería bajo presión.

• Brocamachuelo de 1 pulgada. Obsérvese que es diferente el tipo de brocamachuelo para cada tipo de material (tubería que está siendo perforada). Por tanto, su compra y aplicación deben ser cuidadosa.

• Conjunto de plugs con rosca que permiten desacoplar el vástago de la máquina Muller conectado a la válvula de incorporación

(Máquina para fijación de tubos pitot)

Liquidos manométricos:

Los líquidos manométricos son sustancias químicas usadas en pitometría para transformar las cargas piezométricas y de velocidades generado por las tomas pitométricas en deflexiones, que pueden ser medida con una regla. Generalmente se usan líquidos manométricos más pesados que el agua, para evitar la formación de columnas demasiado elevadas en cada uno de los tramos del tubo en “U”, lo que dificultaría la lectura de las deflexiones producidas.

Ahora bien, que definimos como deflexión?; A la medida de la diferencia entre las longitudes de las columnas del líquido manométrico en un mismo tubo " U", como se muestra a continuación. En pitometría se utilizan las siguientes sustancias químicas como líquidos manométricos.

Tetracloruro de carbono CCl4d

Tetrabromoetano C2H2Br4d

Bromoformo CHBr3d

Mercurio vivo Hgd

Además de estas sustancias, se usa la bencina, la que se mezcla con tetracloruro de carbono, a fin de obtener líquidos manométricos con densidades menores e intermedias. En caso se desee usar otras sustancias químicas es necesario, se verifique si son miscibles con el agua, ya que no debe haber mezcla del líquido manométrico con el agua. Estas mezclas pueden hacerse en el mismo taller de pitometría, utilizando probetas y vasos de precipitación graduados.

Valvulas de inserción: El componente que se usa en pitometría para acoplar el tubo Pitot y la varilla de calibración a la tubería principal es una válvula macho con diámetro interno de 25.4 mm o 1". Esta válvula se denomina "válvula de inserción o válvula de derivación" o simplemente TAP. Se fabrica con aleación de bronce. Generalmente es la aleación No. C83600, de acuerdo con la norma API. Las válvulas de incorporación tienen la extremidad inferior roscada para conectarla a la tubería principal. Esta rosca puede tener las especificaciones de la norma API. La extremidad superior de la válvula de incorporación está compuesta por una rosca interna y otra externa. La segunda debe coincidir con la rosca interna de la tuerca de acople del tubo Pitot.

En determinados países los tubos Pitot se fabrican con roscas distintas a las mencionadas anteriormente.En estos casos, la rosca externa superior de la válvula de incorporación será la misma que la especificada para el tubo Pitot.

Mangueras: Las mangueras usadas en pitometría, deberán fabricarse con material de buena calidad, ya que deben resistir las condiciones atmosféricas y el contacto del agua sin dañarse.

Otras sondas de velocidad

Existen otros métodos de determinar la velocidad en un punto de un fluido más sofisticados y mucho más precisos, pero tienen varios inconvenientes a nivel industrial, el primero y que más pesa sobre el resto es el precio, la imposibilidad de trabajar en ambientes industriales en forma continuada, la necesidad de elaborar un procedimiento de medida un tanto complicado, y la necesidad de personal muy cualificado. De entre estos métodos destacan dos:

C1.- Anemometría de Hilo Caliente ( CTA, Constant Temperature Anemometry

C2.- Anemometría Laser ( LDA, Laser Doppler Anemometry )

Normalmente estos sistemas se restringen a departamentos de investigación y desarrollo grandes empresas, o a laboratorios de Investigación.

Anemometría de Hilo Caliente

Se basa en el siguiente principio: Se hace pasar una corriente por un hilo muy fino. El paso de la corriente hace que se caliente. El hilo se refrigera por el paso de fluido, por convección. Así, la “cantidad” de enfriamiento será función de la velocidad del fluido. Cuando un conductor se calienta varía su resistencia, así variaciones en la velocidad del fluido producirán variaciones en la refrigeración del hilo, y por tanto en su temperatura, la cual afecta a la resistencia. Así, de forma electrónica el anemómetro intenta mantener constante la temperatura del hilo, y para ello controla la corriente que circula por el hilo .La medida de esa corriente la podemos correlacionar con la velocidad del fluido.

Existen un gran número de probetas con diferentes disposiciones de los hilos de medida, con dos tres y hasta cinco hilos combinados para determinar velocidades en 3D, diferentes fases, etc...

Principio de Funcionamiento

Anemometría Láser

El principio de funcionamiento es sencillo. Dos haces láser inciden sobre un punto de medida, creando una zona de medida formada por franjas de interferencia de alto contraste de separación conocida. Cuando una partícula pasa a través de dicha zona, la partícula emitirá pulsos de luz al pasar por las franjas luminosas. Al captar esta señal en un fotodiodo podremos calcular la frecuencia de estas señales y, por lo tanto, la velocidad de la partícula.