Mecánica de Fluidos, Sin categoría

El tubo de Pitot – Mecánica de Fluidos

El tubo de Pitot es un instrumento utilizado con frecuencia para medir la velocidad del fluido. Cuando un fluido en movimiento se detiene porque encuentra un objeto estacionario, como en la Figura 1, se crea una presión mayor que la de la corriente de flujo:

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Figura 1

La magnitud de esta presión incrementada se relaciona con la velocidad del fluido en movimiento, mediante la siguiente ecuación, tomando en cuenta la Figura 2:

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Es por ello que el tubo de Pitot es un instrumento utilizado con frecuencia para medir la velocidad del fluido. El tubo de Pitot es un tubo hueco que se coloca de modo que el extremo abierto apunta directamente a la corriente de flujo. La presión en la entrada del tubo hace que se mantenga dentro del mismo una columna estacionaria del fluido. Entonces, el fluido en o justo dentro de la punta está estacionario o estancado, lo que se conoce como punto de estancamiento. Se emplea la ecuación de la energía para relacionar el punto de estancamiento con la velocidad del fluido. Si el punto 1 se encuentra en la corriente no alterada por delante del tubo, y el punto s es el punto de estancamiento, entonces:

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Ecuación 1.

En la ecuación (1), observamos que v1 es la velocidad del fluido justo antes de entrar al tubo, z1=zs o casi, hL=0 ó casi, vs=0, entonces la ecuación (1) se reduce a:

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Es decir:

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Ecuación 2

De donde:

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Ecuación 3

Es decir, para determinar el valor de v1 no es necesario conocer los valores  de P1 (presión estática) y Ps (presión de estancamiento) sino su diferencia. Es por ello que luego se utilizan mecanismos para conocer esta diferencia, como veremos en los ejemplos más adelante.

El dispositivo que aparece en la Figura 2.a facilita la medición de la presión estática y la del estancamiento simultáneamente, y por ello se le suele llamar tubo de Pitot estático.

Figuras 2.a y 2.b

La construcción es en realidad un tubo dentro de otro, como en la Figura 2.b. El tubo central pequeño está abierto en un extremo y funciona del mismo modo que el tubo Pitot solo de la Figura 1. Así, la presión de estancamiento, también llamada presión total, se detecta a través de este tubo. Es decir, en la Figura 2.b:

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La toma de presión total permite su conexión a un dispositivo medidor de presión.

Si se emplea un manómetro diferencial como el de la Figura 3, la deflexión h de éste se relaciona directamente con la velocidad v.

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Figura 4.

La ecuación que describe la diferencia entre P1 y Ps, se expresa en función de la diferencia de altura h mediante:

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Como también mediante:

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Ecuación 4

Ejemplo

El tubo de Pitot de la Figura 2.1 está conectado a dos tubos manométricos que contienen agua ( ρ = 1000 kg / m3). En un (a) los tubos están verticales mientras que en el otro (b) uno de los tubos está inclinado 45º. El tubo de Pitot está lleno del fluido que se mueve a una velocidad v. Calcula la diferencia de alturas en los manómetros si la velocidad es 10 m / s y el fluido es aire ( ρ= 1.2 kg / m3).

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Utilizando las ecuaciones (2) y  (4) sabemos que:

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De donde:

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Entonces:

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Sustituimos valores:

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Fuentes:

Mecánica de Fluidos – Robert Mott – 6ta. E.

Apuntes de Mecánica de Fluidos II

Apuntes de Mecánica de Fluidos

Física Tipler 5ta Edición Vol 1

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Escrito por Prof. Larry Francis Obando – Technical Specialist – Educational Content Writer – Twitter: @dademuch

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