El tubo de Pitot

Nombre del equipo: Los últimos
Integrantes:
AYALA BASTIDAS JORGE ALONSO
LOPEZ MORALES TATIANA LIZETH
QUINTANA SUAREZ KAREN ARACELY

Objetivo de la práctica
  • Reconocer el tubo de Pitot como instrumento para medir la velocidad de un flujo mediante la diferencia de presiones estática y dinámica.
  • Hacer una aproximación practica del uso y funcionamiento del tubo de Pitot.
  • Desarrollar la habilidad de resolución de problemas aplicados al tubo de Pitot.
Fundamentación teórica
Definición:
“El tubo de Pitot es un instrumento de medición utilizado para determinar la velocidad de un fluido, empleando como referencia la presión total del fluido (presión estática y la presión dinámica del fluido que puede ser líquido o gas)” (Mott, 2006).
Tipos de Tubos de Pitot:
Tabla 1:

Pitot tipo L:

  • ·    Este tubo Pitot, como su nombre lo indica, tiene forma de L y está formado por dos tubos concéntricos conectados a un manómetro diferencial. De esta manera, puede estimar la presión dinámica del fluido.

Pitot tipo S:

  • ·    A diferencia del anterior, este tubo cuenta con una sola entrada para el fluido y realiza la medición de la presión estática, dinámica y total.
Obtenido de: (Noguera, 2021)

Que se mide con el tubo de Pitot Tradicional Tipo L:
Está conformado por dos tubos uno de los tubos del Pitot mide la presión estática (la presión del fluido en estado estático) y el otro tubo mide la presión dinámica (presión del fluido en movimiento) la suma de ambas presiones es la presión total o presión de estancamiento, (Noguera, 2021).

Funcionamiento del Tubo de Pitot:
El tubo de Pitot según (Noguera, 2021), se introduce hasta el centro de la tubería a través de un agujero previamente conectado con un manómetro, La colisión del fluido con el Pitot permite estimar la velocidad del fluido. Cuando el tubo de Pitot se encuentra dentro de la tubería en una zona de baja turbulencia (por lo general, el centro o cerca del centro), se calcula la presión utilizando un manómetro y luego con esta medición se utiliza la ecuación de Bernoulli para estimar la velocidad del fluido.

Características:
  • Su función principal es la de actuar como un medidor de flujo.
  • Es uno de los instrumentos que ofrece más precisión, cuando se habla de medir la velocidad que tiene un fluido dentro de un tubo.
  • Es de fácil instalación, sólo tienes que ubicarlo en un agujero previamente realizado, en el dorso de la tubería.
  • El tubo de Pitot es un accesorio que se ubica, en contra de la corriente en la que circula el flujo, para procurar que choque con éste instrumento para así, poder hacer las mediciones.

Fórmulas Utilizadas:
  • Ecuación de Bernoulli:
Usos:
Según el texto  (Tubo de Pitot, 2008),  los usos del Tubo de Pitot son variados, pero tienen más relevancia en los lugares dónde se aplica términos de ingeniería y física elemental. Algunas de las aplicaciones están destinadas de la siguiente manera:
  • Son usados en tuberías de gran diámetro, con fluidos generalmente limpios relacionados con líquidos y gases.
  • Se unen con los manómetros, para crear una pieza importante en la industria aeronáutica, llamado aerómetro. Este elemento es capaz de calcular las velocidades de flujo, pero en este caso, del aire.
  • Determinar la presión estática que tiene el aire alrededor del avión cuando vuela.
  • Puede ser unido a los velocímetros, para determinar la velocidad con que viaja el automóvil.
  • Se incluye en el tacómetro, con una pieza anexa. Ambas, trabajan para determinar las revoluciones por minuto con que está funcionando el cigüeñal del vehículo.
Como puedes ver, el tubo de pitot es un elemento indispensable en la industria de automóviles, aviones y vehículos en general, como un complemento de otros instrumentos medidores de velocidad.

Instrucciones para la realización de la práctica

Tema: Experimento Casero

Nombre del experimento: Construcción de un Tubo de Pitot casero.

Objetivos del experimento:
Construir una aproximación de tubo de Pitot casero, para entender de mejor manera su funcionamiento y uso.

Hipótesis experimental:
Mediante el experimento se obtiene la altura del líquido para posteriormente calcular la velocidad del fluido con la fórmula de Torricelli.

Materiales 
  • 1 m de manguera transparente de ½ pulgada 
  • Una taza de agua 
  • Colorante (cualquier color)
  • Un pedazo de cartón, tabla o tríplex que mida 50 x 40 cm
  • 5 amarras plásticas 
  • Un secador de cabello 
  • Una regla 
Procedimiento:
1. Tomamos el cartón, medimos desde las partes laterales 5 cm y trazamos una línea vertical.
2. Desde la parte inferior medimos 15cm y trazamos una línea horizontal. 
3. A partir de los 15 cm empezamos a marcar en la línea vertical centímetro a centímetro hasta llegar a los 32 cm. 
4. Ubicar la manguera al interior de las marcas  con los centímetros tal y como se muestra en la imagen (en forma de curva).
5. Sujetar al cartón la manguera con las amarraderas.
6. Doblar el extremo derecho de la manguera, lo más próximo a un ángulo recto (asemejando la forma de L de un tubo de Pitot clásico).
7. Mezclamos el colorante con agua en un recipiente pequeño. 
8. Colocamos la mezcla en el tubo, hasta  los dos extremos se encuentren a la misma medida.


¿Cómo utilizar el experimento?
  1. Colocar la secadora en la parte derecha de la manguera que se encuentra doblada en ángulo recto.
  2. Encender la secadora a una velocidad baja.
  3. Observar que el líquido dentro de la manguera sube al lado izquierdo dependiendo de la velocidad  de flujo de aire que se use.
Resultados de la práctica:
  • Cuando la velocidad del fluido del aire expulsado por la secadora es bajo se puede observar que el líquido sube a una altura 2 cm.
  • Al aumentar la velocidad del flujo de aire, el líquido subirá hasta 5 cm de altura.
Los valores obtenidos de  la altura, se utilizarán en la fórmula al momento de  realizar los cálculos de la velocidad. 

Ejercicios resueltos con los datos obtenidos del experimento 
Cálculos:
Utilizando los mismos datos del experimento
1. ¿Calcular la altura a la que llega el fluido en el tubo de Pitot, si viajamos en un auto que va a 40 km/h?

2. Ahora calcular la velocidad, suponiendo que el fluido que se encuentra en el tubo es mercurio (Hg) cuya densidad es 13600 kg/m3


Taller para afianzar el aprendizaje del principio demostrado

TALLER TUBO DE PITOT
Nombre:
Nivel: 
Tema: Hidrodinámica 
Preguntas de la práctica:
1. Definir con sus propias palabras lo observado en la práctica experimental argumentar su repuesta teóricamente.


2. Según lo observado que pasaría si: Aumenta la velocidad del flujo del aire a 90 m/s:
a) Se mantiene igual el nivel de flujo
b) El nivel de flujo aumenta exageradamente
c) Disminuye el nivel del flujo

Preguntas de refuerzo
Utiliza el siguiente ENLACE y la fundamentación teórica para responder a las siguientes preguntas:
3. Responda verdadero o falso “En principio, el tubo de Pitot fue creado con la intención de poder medir la presión de la corriente de agua del río Sena”.
a.- V (  )
b.- F (  )
4. El caudal es la variable de proceso básica más difícil de medir ¿Si no por qué?

5. ¿Cómo funciona el Tubo de Pitot? Describa su funcionamiento.

Sección 2 
6. Mira el video y responde a las preguntas.

a). - ¿Qué efecto se genera en el tubo (manómetro) al pasar el chorro de aire por el tubo de Venturi abierto y al tener una sola dimensión? Escriba su definición.

b). –Ahora colocando el tubo de Pitot en forma de L al manómetro, observe y describa que sucede al hacer pasar el flujo de aire. 

c). – ¿Qué fuerza podemos medir con el tubo de Pitot? amplié su respuesta argumentativamente.

7. Remita 3 conclusiones sobre la experimentación observada.


Sección 3: En base al simulador responda las siguientes preguntas
Trabajando sin cambiar las condiciones del simulador y solo modificando los valores de la cuadricula azul, considerando que el manómetro conectado al tubo rojo mide la presión del aire dinámico y el manómetro conectado al tubo verde mide la presión del aire estático, responda:

8. Si modificamos solo la altitud ¿Qué sucede con los valores de presión de aire estático y dinámico?

9. Si modificamos la velocidad aerodinámica ¿Qué ocurre con los valores de presión de aire estático y dinámico?

10. Completar la tabla con las mediciones realizadas a diferentes altitudes y velocidades.

Altitud verdadera, velocidad del aire (x ; y)

Presión 1

Presión 2

Diferencia de presión

Punto (80;2)

 

 

 

Punto (120; 4)

 

 

 

Punto (40;14)

 

 

 

Punto (160;16)

 

 

 

Problemas propuestos para su resolución

1) 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).

        A) 5000 m

B) 6,1 x 10 3m

C)7,4 x 10m

2) Un tubo de Pitot se introduce en la corriente de un río, el agua alcanza una altura de 0,15m en el tubo ¿A qué velocidad va la corriente?

        A) 1,71 m/s

B)1, 89 m/s

C)3, 11 m/s

3) Calcular en km/h la velocidad de un avión provisto de un tubo de Pitot cuyo líquido manométrico es mercurio, siendo la diferencia de alturas entre los niveles de las dos ramas de 49mm. Suponemos que la densidad del aire es 0,001293 g/ (cm cúbico).

        A) 1,78 km/h

B)100,6 m/s

C)362 km/h

4) Por una tubería horizontal de 20 cm de diámetro circula agua, para la cual se ha utilizado un tubo de Pitot como se muestra en la figura, donde la diferencia de alturas es h = 5 cm. Calcule la velocidad del agua.

A)0,99 m/s

B)1,02 m/s

C)0,75 m/s

5) Un tubo de Pitot está montado en el ala de un aeroplano con relación al aire, el cual tiene una densidad de 1,03 kg/m^3. El tubo tiene alcohol e indica una diferencia de nivel de 26.2 cm ¿Cuál es la velocidad del aeroplano respecto al aire? La densidad del alcohol es de 810 kg/m^3.

A) 61,5 m/s

B) 58,9 m/s

C)55,6 m/s


Referencias:

FullMecánica. (2004). Tubo de Pitot. Obtenido de Full Mecánica PARA TODOS LOS AMANTES DE LA TECNOLOGÍA MECÁNICA: http://www.fullmecanica.com/definiciones/t/1408-tubo-de-pitot-15915890

Mott, R. (2006). Mecánica de fluidos. México: Pearson Educación.

Noguera, B. (06 de Marzo de 2021). Ingeniería Química. Obtenido de Tubo de Pitot: ¿Qué es y cómo funciona?: https://www.ingenieriaquimicareviews.com/2021/03/tubo-de-pitot-que-es-y-como-funciona.html

Tubo de Pitot. (2008). Obtenido de https://materialeslaboratorio.com/tubo-de-pitot/


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