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Technical Documents - Documentos Técnicos: Tobera. Tubos de Pitot. Medidor Target.
TOBERA
La tobera es otro dispositivo utilizado en diversas aplicaciones para generar una presión diferencial en un fluido y crear un flujo o movimiento del mismo. Su diseño especializado permite acelerar el fluido al pasar a través de ella, lo que resulta en una disminución de la presión en el punto de estrangulamiento y una mayor velocidad en esa sección.
La forma y configuración de una tobera pueden variar dependiendo de su aplicación específica. En el contexto de los motores de reacción, las toberas son componentes clave que ayudan a la expulsión de los gases de escape y generan el empuje necesario para el desplazamiento del vehículo. Estas toberas suelen ser convergentes-divergentes, lo que significa que inicialmente se estrechan para acelerar los gases y luego se ensanchan para aumentar la velocidad y la eficiencia del flujo.
En otros casos, las toberas se utilizan en sistemas de propulsión, como cohetes y motores a chorro, donde se aprovecha la aceleración del fluido para generar empuje y propulsar el objeto. Estas toberas también se diseñan cuidadosamente para maximizar la eficiencia y obtener el rendimiento óptimo del sistema.
Además de su uso en propulsión, las toberas encuentran aplicación en dispositivos de pulverización, como pulverizadores industriales o sistemas de riego agrícola. En estos casos, la forma de la tobera está diseñada para atomizar o dispersar el fluido en partículas más pequeñas, permitiendo una distribución uniforme y controlada sobre una superficie determinada.
En resumen, las toberas son dispositivos esenciales en diferentes aplicaciones donde se requiere generar una presión diferencial y un flujo controlado del fluido. Su diseño especializado permite acelerar el fluido y generar la diferencia de presión necesaria para lograr el objetivo deseado, ya sea propulsión, pulverización u otras aplicaciones específicas.
Otros tipos de productores diferenciales son toberas de flujo y tubos de flujo. Estos son a veces fabricados en el sitio de trabajo, por lo que es probable que requieran ser calibrados en el sitio mismo. Son útiles cuando puede haber algunos sólidos presentes en la corriente de flujo, ya que permitiría a los sólidos pasar corriente abajo y no formar obstrucciones detrás de una placa de orificios.
La boquilla de flujo o boquilla de caudal es un buen compromiso entre el costo y la precisión entre la placa de orificio y el tubo Venturi para líquidos limpios. Normalmente no se usa con partículas suspendidas. Su uso principal es la medición del flujo de vapor. La boquilla de flujo se muestra en la Fig. c siguiente.
Fig. c- Boquilla de flujo o boquilla de caudal
Una boquilla de flujo o boquilla de caudal es un dispositivo utilizado para controlar y dirigir el flujo de un fluido. Consiste en una abertura o conducto estrecho por el cual pasa el fluido, lo que resulta en un aumento de velocidad y una disminución de la presión. La boquilla de flujo se utiliza para generar un flujo concentrado y de alta velocidad, lo cual puede ser útil en aplicaciones como sistemas de pulverización, limpieza a presión o propulsión. Además de controlar el caudal, las boquillas de flujo también pueden tener diseños especiales para proporcionar patrones de pulverización específicos o efectos de atomización.
La tobera puede considerarse como una variación del tubo Venturi. La abertura de la tobera es una
restricción elíptica tal como se muestra en las figuras siguientes. La tobera es otro tipo de elemento primario. Se trata de un dispositivo con una entrada perfilada por una garganta cilíndrica. La toma de alta presión se realiza en la pared de la tubería, a una distancia D de la entrada, mientras que la de baja presión suele colocarse a la salida, donde la sección del flujo es mínima. Esta toma se realiza directamente en la pared de la tubería y suele estar a ½D de la placa. También se hacen toberas en ángulo. Por medio de la
tobera
pueden medirse caudales superiores a 60% en aquellos que se pueden determinar mediante el diafragma o placa orificio, siendo menor la pérdida de carga permanente. Su instalación es muy simple, montándose entre las bridas de la tubería.
Las tomas de presión se localizan aproximadamente ½ D aguas abajo y 1 D aguas arriba; donde D
es el diámetro de la tubería. La tobera se utiliza principalmente cuando la turbulencia es alta (Re> 50.000), tal como flujo de vapor a altas temperaturas. La caída de presión que se produce en la
tobera es mayor que en un tubo Venturi pero menor que en una placa de orificio.
Fig. Tobera
El tubo de flujo es muy similar a la tobera en que se permite que objetos extraños pasen por la tubería sin crear obstrucciones detrás del productor diferencial (ver figura).
El tubo Dall que se muestra en la Fig. d siguiente tiene la menor pérdida de inserción, pero no es adecuado para usar con lodos.
Fig. tubo Dall
Las relaciones típicas (relaciones beta, que son el diámetro de la abertura del orificio dividido por el diámetro de la tubería) para el tamaño de la constricción y el tamaño de la tubería en las mediciones de flujo están normalmente entre 0,2 y 0,6. Las relaciones se eligen para dar caídas de presión lo suficientemente elevadas para mediciones de flujo precisas, pero no son lo suficientemente elevadas para generar turbulencias. Se busca un compromiso entre relaciones beta altas (d / D) que dan presiones diferenciales bajas y relaciones bajas que dan presiones diferenciales altas, pero se pueden crear pérdidas altas.
En resumen, la placa orificio es el dispositivo de medición más simple, el más barato, el más fácil de reemplazar, el menos preciso, el más sujeto a daños y erosión, y tiene la mayor pérdida. El tubo Venturi es más difícil de reemplazar, más caro, más preciso, tiene una alta tolerancia a los daños y la erosión, y las pérdidas más bajas de los tres tubos. La boquilla de flujo es una solución intermedia entre las otras dos y ofrece un buen compromiso. El tubo Dall tiene la ventaja de tener la menor pérdida de inserción, pero no se puede utilizar con lodos.
Medidor de codo
El medidor de codo es un tipo de dispositivo que se utiliza como caudalímetro diferencial para medir el flujo de un fluido en una tubería. Consiste en una sección de la tubería en forma de codo, donde se genera una diferencia de presión entre la entrada y la salida del codo.
Cuando el fluido fluye a través del medidor de codo, se produce una desviación en la dirección del flujo debido a la forma del codo. Esta desviación genera una diferencia de presión entre los puntos de entrada y salida del codo. Al medir esta diferencia de presión, es posible determinar el caudal o la velocidad de flujo del fluido.
El medidor de codo se utiliza en aplicaciones donde se requiere medir el flujo de fluidos en condiciones de alta presión, alta temperatura o con la presencia de partículas sólidas en suspensión. Su diseño robusto y resistente permite un funcionamiento confiable en entornos exigentes.
Es importante tener en cuenta que el medidor de codo debe estar correctamente instalado y calibrado para obtener mediciones precisas y confiables. La geometría y las características del codo, así como la selección adecuada del material, son aspectos importantes a considerar en el diseño y la instalación del medidor de codo.
En resumen, el medidor de codo es un tipo de caudalímetro diferencial que se utiliza para medir el flujo de un fluido en una tubería. A través de la generación de una diferencia de presión en un codo, se puede determinar el caudal del fluido. Este tipo de medidor es utilizado en aplicaciones industriales y se caracteriza por su robustez y capacidad para trabajar en condiciones adversas. |
El medidor de codo se puede utilizar como caudalímetro diferencial. La figura a siguiente muestra la sección transversal de un codo. Cuando un fluido circula, se produce una presión diferencial entre el interior y el exterior del codo debido al cambio de dirección del fluido. La diferencia de presión es proporcional al caudal del fluido. El medidor de codo es bueno para manejar partículas en solución, con buenas características de resistencia al desgaste y la erosión, pero tiene baja sensibilidad.
Fig. Otros dispositivos de medición de flujo son (a) codo, (b) tubo pitot estático y (c) rotámetro.
TUBOS DE PITOT
Los tubos de Pitot son dispositivos utilizados para medir la velocidad del flujo de un fluido, como aire o agua. Consisten en un tubo estrecho con una abertura frontal (conocida como tubo de presión estática) y, en algunos casos, una abertura lateral adicional (conocida como tubo de presión total o de impacto).
El principio de funcionamiento de los tubos de Pitot se basa en la diferencia de presión generada por el movimiento del fluido. El tubo de presión estática mide la presión estática del fluido en el flujo, que es la presión ejercida por el fluido en reposo. Por otro lado, el tubo de presión total mide la presión total del fluido, que incluye tanto la presión estática como la presión dinámica generada por el movimiento del fluido.
Al medir la diferencia de presión entre el tubo de presión total y el tubo de presión estática, es posible determinar la velocidad del fluido utilizando las ecuaciones de Bernoulli. Esta relación entre la diferencia de presión y la velocidad se utiliza para calcular la velocidad del flujo en aplicaciones como la aerodinámica, la hidráulica y la meteorología.
Los tubos de Pitot se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo mediciones de velocidad en aviones, mediciones de velocidad de agua en barcos y mediciones de velocidad de aire en conductos de ventilación. Es importante destacar que los tubos de Pitot deben ser correctamente instalados y calibrados para obtener mediciones precisas y confiables.
Los tubos de Pitot son dispositivos utilizados para medir la velocidad del flujo de un fluido. A través de la diferencia de presión generada por el movimiento del fluido, se puede determinar la velocidad utilizando ecuaciones de Bernoulli. Estos tubos se utilizan en diversas aplicaciones y son una herramienta importante en la medición de velocidades en fluidos. |
Otro productor de presión diferencial es el tubo de pitot y el tubo de Pitot distribuido (véase figuras).
Un tubo de Pitot es un dispositivo utilizado para medir la velocidad del flujo de un fluido, generalmente aire o agua. Recibe su nombre en honor al científico francés Henri Pitot, quien lo inventó en el siglo XVIII.
El tubo de Pitot consta de un tubo estrecho con una abertura frontal que se coloca en el flujo del fluido. El principio de funcionamiento se basa en la diferencia de presión generada por el movimiento del fluido.
Cuando el tubo de Pitot se coloca en el flujo del fluido, el flujo se ralentiza en la abertura frontal del tubo, lo que resulta en un aumento de la presión estática. Al mismo tiempo, el tubo de Pitot también tiene una abertura lateral que se expone a la corriente del flujo. Esta abertura lateral registra la presión total, que es la suma de la presión estática y la presión dinámica (relacionada con la velocidad del flujo).
La velocidad del flujo se calcula midiendo la diferencia entre la presión total y la presión estática utilizando un manómetro o un transductor de presión. Según la ecuación de Bernoulli, la diferencia de presión está relacionada con la velocidad del flujo.
El tubo de Pitot se utiliza en diversas aplicaciones, como en la industria aeroespacial para medir la velocidad del aire en aeronaves, en la industria de la meteorología para medir la velocidad del viento, y en aplicaciones de ingeniería para medir el flujo de líquidos en tuberías o conductos.
Es importante tener en cuenta que la precisión de la medición con el tubo de Pitot puede verse afectada por factores como la viscosidad del fluido, la alineación del tubo con el flujo y las turbulencias. Por lo tanto, es importante utilizarlo correctamente y tener en cuenta las limitaciones del dispositivo en cada aplicación específica.
El tubo de Pitot estático que se muestra en la figura b anterior es un método alternativo para medir la tasa de flujo, pero tiene algunas desventajas al medir el flujo, ya que realmente mide la velocidad del fluido en la boquilla. Debido a que la velocidad varía a lo largo de la sección transversal de la tubería, el tubo estático Pilot debe moverse a través de la tubería para establecer una velocidad promedio, o el tubo debe calibrarse para un área. Otras desventajas son que el tubo puede obstruirse con partículas y la presión diferencial entre el impacto y las presiones estáticas para caudales bajos puede no ser suficiente para proporcionar la precisión requerida.
Estos se insertan en la tubería, con frecuencia a través de una toma en caliente que permite que el tubo de Pitot sea insertado y eliminado sin necesidad de cortar el flujo del proceso. Los mismos se utilizan a menudo en tubos de tamaños más grandes para reducir la pérdida de presión y reducir el costo de la instalación. Nota: la ilustración del tubo de Pitot distribuido (Annubar) muestra la toma de alta presión y de baja presión separadas para dar mayor claridad. En realidad están juntos en una conexión única a través de la pared del tubo. En algunas líneas de grandes tamaños, los usuarios no instalan un productor de presión diferencial especial, en su lugar se instalan tomas en el interior y exterior de los radios de un codo de tubería existente. Si bien esto no es normalmente una instalación de alta precisión, funciona adecuadamente para las mediciones no críticas para las que la repetibilidad puede ser más importante y el gran tamaño de la tubería hace la instalación de una placa de orificios muy costosa.
El tubo de Pitot utilizado para la medición de caudal está constituido por dos tubos que detectan la presión en dos puntos distintos de la tubería. Pueden montarse por separado o agrupados dentro de un alojamiento, formando un dispositivo único. Uno de los tubos mide la presión de impacto (presión dinámica más presión estática) en un punto de la vena. El otro mide únicamente la presión estática, generalmente mediante un orificio practicado en la pared de la conducción.
Un tubo Pitot mide dos presiones simultáneamente: presión de impacto (Pt ) y presión estática (Ps).
La unidad para medir la presión de impacto es un tubo con el extremo doblado en ángulo recto
hacia la dirección del flujo. El extremo del tubo que mide presión estática es cerrado pero tiene una
pequeña ranura en un lado. Los tubos se pueden montar separados o en una sola unidad. En la
figura siguiente se muestra un esquema de un tubo Pitot.
Para determinar el lugar de inserción de los tubos, es necesario localizar el punto de máxima velocidad, desplazando el orificio de los mismos a lo largo del diámetro de la tubería. A pesar de que un tubo de Pitot puede calibrase para medir caudal en ± 0,5%, la distribución inestable de velocidades puede desencadenar errores importantes. Esto constituye uno de los motivos por lo que estos elementos se utilizan sobre todo para la medida de caudal de gases, ya que la variación de velocidad de la mediana con respecto al centro no constituye un inconveniente grave.
La presión diferencial medida a través del tubo Pitot puede calcularse utilizando la ecuación de
Bernoulli, y resulta ser proporcional al cuadrado de la velocidad del fluido:
Cambios en los perfiles de velocidad del flujo pueden causar errores significativos. Por esta razón
los tubos Pitot se utilizan principalmente para medir flujo de gases, ya que en este caso, los
cambios en la velocidad del flujo no representan un inconveniente serio. Los tubos Pitot tienen
limitada aplicación industrial debido a que pueden obstruirse fácilmente con las partículas que
pueda tener el fluido.
El tubo de Pitot tiene un uso fundamental en la aviación, donde se emplea para medir la velocidad del aire relativa al avión durante el vuelo. Se coloca en una posición adecuada en la aeronave, generalmente en el exterior, para capturar la presión dinámica del aire en movimiento.
El tubo de Pitot se utiliza en combinación con un instrumento conocido como indicador de velocidad aerodinámica o indicador de velocidad de aire (IAS, por sus siglas en inglés). Este instrumento muestra la velocidad del aire que pasa por el tubo de Pitot y es esencial para la navegación y el control de la aeronave.
La velocidad del aire medida por el tubo de Pitot es importante para varios aspectos del vuelo, incluyendo el cálculo de la velocidad verdadera (True Airspeed, TAS) y la velocidad indicada (Indicated Airspeed, IAS). La velocidad verdadera se refiere a la velocidad real del avión en relación con la masa de aire circundante, mientras que la velocidad indicada es la velocidad que se muestra en el indicador de velocidad aerodinámica.
Además, la información proporcionada por el tubo de Pitot también se utiliza para otros sistemas y cálculos críticos, como la altitud, la velocidad de ascenso o descenso y el control de vuelo automático.
Es importante mencionar que el tubo de Pitot debe mantenerse limpio y sin obstrucciones para obtener mediciones precisas y confiables. Durante las operaciones de la aeronave, puede acumularse suciedad o hielo en el tubo, lo que puede afectar la lectura de velocidad. Por lo tanto, los aviones están equipados con sistemas de calefacción o sistemas de deshielo para prevenir problemas relacionados con la obstrucción del tubo de Pitot.
En resumen, el tubo de Pitot es esencial en la aviación para medir la velocidad del aire relativa al avión durante el vuelo. Proporciona información crucial para la navegación y el control de la aeronave, y se utiliza en conjunto con instrumentos como el indicador de velocidad aerodinámica. Mantener el tubo de Pitot limpio y libre de obstrucciones es crucial para obtener mediciones precisas. |
En aeronáutica, el tubo de Pitot se utiliza para medir la velocidad del aire relativa al avión durante el vuelo. Se encuentra instalado en el exterior de la aeronave, generalmente en el borde delantero de la estructura o en una posición de flujo directo. El tubo de Pitot tiene una abertura frontal que se expone al flujo de aire y una abertura lateral protegida de la corriente directa.
Cuando el avión se desplaza a través del aire, el flujo de aire incide en la abertura frontal del tubo de Pitot, creando una presión total que es la suma de la presión estática y la presión dinámica. La presión estática se mide a través de puertos en la aeronave, mientras que la presión dinámica se obtiene a partir del tubo de Pitot.
La diferencia de presión entre la presión total y la presión estática se utiliza para calcular la velocidad del aire, ya sea mediante indicadores en la cabina o sistemas electrónicos. Esta información es esencial para el piloto, ya que permite conocer la velocidad del avión y realizar ajustes adecuados en función de la fase de vuelo, como el despegue, el crucero o el aterrizaje.
Es importante mencionar que en condiciones extremas, como la formación de hielo en el tubo de Pitot, la obstrucción o la falta de calibración pueden afectar la precisión de la medición de velocidad del aire. Por lo tanto, se deben realizar inspecciones y comprobaciones periódicas para garantizar el correcto funcionamiento y la fiabilidad de los datos proporcionados por el tubo de Pitot en las aeronaves.
Las aplicaciones de los tubos de Pitot están muy limitadas en la industria, dada la facilidad con que se obstruyen por la presencia de cuerpos extraños en el fluido a medir. En general, se utilizan en tuberías de gran diámetro, con fluidos limpios, principalmente gases y vapores. Su precisión depende de la distribución de las velocidades y generan presiones diferenciales muy bajas, que resultan difíciles de medir.
Medidor de impacto Target
El último desarrollo de interés en medidores diferenciales es el medidor de impacto (figura siguiente ).
Figura - Medidor de impacto.
Puede ser visto como una placa de orificio instalada al revés. En realidad, el elemento primario es
un disco sólido circular montado perpendicularmente al flujo y suspendido al nivel del eje de la
tubería por una barra de fuerza controlada por un sistema electrónico o neumático. Este sistema
mide la fuerza de impacto F¡ sobre el disco, la cual se expresa por la ecuación siguiente :
De acuerdo al teorema de Bernuolli, esta fuerza Fi, es proporcional a la diferencia entre la presión
total y la presión estática, de tal manera que el caudal Qv, puede obtenerse una vez más por la
relación de raíz cuadrada.
Este tipo de medidor es apropiado para flujos “sucios” y de bajo número de Reynolds, donde el
elemento primario clásico no es adecuado; también pueden usarse para líquidos limpios y gas
natural. Una vez efectuada su calibración y adecuada instalación, el medidor de impacto provee
buena exactitud, pero sus mejores características son su rangoabilidad y rápida respuesta dinámica.
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