Tubo de Pitot - Pitot tube
Um pitot ( / p i t oʊ / PEE -toh ) do tubo , também conhecido como sonda pitot , é uma medição do fluxo de dispositivo usado para medir fluidos velocidade do fluxo . O tubo pitot foi inventado pelo engenheiro francês Henri Pitot no início do século 18 e foi modificado para sua forma moderna em meados do século 19 pelo cientista francês Henry Darcy . É amplamente utilizado para determinar a velocidade do ar de uma aeronave , a velocidade da água de um barco e para medir as velocidades de fluxo de líquido, ar e gás em certas aplicações industriais.
Teoria de Operação
O tubo pitot básico consiste em um tubo que aponta diretamente para o fluxo de fluido. Como este tubo contém fluido, uma pressão pode ser medida; o fluido em movimento é colocado em repouso (estagna), pois não há saída para permitir que o fluxo continue. Essa pressão é a pressão de estagnação do fluido, também conhecida como pressão total ou (principalmente na aviação) pressão pitot .
A pressão de estagnação medida não pode ser usada para determinar a velocidade do fluxo de fluido (velocidade do ar na aviação). No entanto, a equação de Bernoulli afirma:
- Pressão de estagnação = pressão estática + pressão dinâmica
Que também pode ser escrito
Resolver isso para a velocidade do fluxo dá
Onde
- é a velocidade do fluxo ;
- é a estagnação ou pressão total;
- é a pressão estática ;
- e é a densidade do fluido.
NOTA: A equação acima se aplica apenas a fluidos que podem ser tratados como incompressíveis. Os líquidos são tratados como incompressíveis em quase todas as condições. Os gases sob certas condições podem ser considerados incompressíveis. Veja Compressibilidade .
A pressão dinâmica , então, é a diferença entre a pressão de estagnação e a pressão estática. A pressão dinâmica é então determinada usando um diafragma dentro de um recipiente fechado. Se o ar de um lado do diafragma está na pressão estática e no outro na pressão de estagnação, a deflexão do diafragma é proporcional à pressão dinâmica.
Em aeronaves, a pressão estática é geralmente medida usando as portas estáticas na lateral da fuselagem. A pressão dinâmica medida pode ser usada para determinar a velocidade no ar indicada da aeronave. O arranjo do diafragma descrito acima está normalmente contido no indicador de velocidade do ar , que converte a pressão dinâmica em uma leitura de velocidade do ar por meio de alavancas mecânicas.
Em vez de portas pitot e estáticas separadas, um tubo pitot estático (também chamado de tubo de Prandtl ) pode ser empregado, que tem um segundo tubo coaxial com o tubo pitot com orifícios nas laterais, fora do fluxo de ar direto, para medir a pressão estática .
Se um manômetro de coluna de líquido for usado para medir a diferença de pressão ,
Onde
- é a diferença de altura das colunas;
- é a densidade do líquido no manômetro;
- g é a aceleração padrão devido à gravidade .
Portanto,
Aeronaves e acidentes
Um sistema pitot estático é um sistema de instrumentos sensíveis à pressão que é mais frequentemente usado na aviação para determinar a velocidade , número de Mach , altitude e tendência da altitude de uma aeronave . Um sistema estático de pitot geralmente consiste em um tubo de pitot, uma porta estática e os instrumentos estáticos de pitot. Erros nas leituras do sistema estático do pitot podem ser extremamente perigosos, pois as informações obtidas do sistema estático do pitot, como a velocidade do ar, são potencialmente críticas para a segurança.
Vários incidentes e acidentes em companhias aéreas comerciais foram atribuídos a uma falha do sistema pitot estático. Os exemplos incluem o voo 2553 da Austral Líneas Aéreas , o voo 6231 da Northwest Airlines , o voo 301 da Birgenair e um dos dois X-31 . A autoridade francesa de segurança aérea BEA disse que a formação de gelo no tubo de pitot foi um fator que contribuiu para a queda do voo 447 da Air France no Oceano Atlântico . Em 2008, a Air Caraïbes relatou dois incidentes de mau funcionamento do tubo pitot de gelo em seus A330s.
O vôo 301 da Birgenair teve uma falha fatal do tubo pitot que os investigadores suspeitaram ser devido a insetos criando um ninho dentro do tubo pitot; o principal suspeito é a vespa dauber lama preta e amarela .
O vôo 603 da Aeroperú teve uma falha fatal no sistema pitot estático devido à equipe de limpeza deixar a porta estática bloqueada com fita adesiva.
Aplicações da indústria
Na indústria, as velocidades de fluxo que estão sendo medidas são frequentemente aquelas fluindo em dutos e tubos onde as medições por um anemômetro seriam difíceis de obter. Nesses tipos de medição, o instrumento mais prático a ser usado é o tubo pitot. O tubo pitot pode ser inserido através de um pequeno orifício no duto com o pitot conectado a um medidor de água de tubo em U ou algum outro medidor de pressão diferencial para determinar a velocidade do fluxo dentro do túnel de vento canalizado. Um uso dessa técnica é determinar o volume de ar que está sendo fornecido a um espaço condicionado.
A taxa de fluxo de fluido em um duto pode então ser estimada a partir de:
- Taxa de fluxo de volume (pés cúbicos por minuto) = área do duto (pés quadrados) × velocidade do fluxo (pés por minuto)
- Taxa de fluxo de volume (metros cúbicos por segundo) = área do duto (metros quadrados) × velocidade do fluxo (metros por segundo)
Na aviação, a velocidade do ar é normalmente medida em nós .
Em estações meteorológicas com ventos de alta velocidade, o tubo pitot é modificado para criar um tipo especial de anemômetro chamado anemômetro estático de tubo pitot .
Veja também
Referências
Notas
Bibliografia
- Kermode, AC (1996) [1972]. Mecânica de vôo . Barnard, RH (Ed.) E Philpott, DR (Ed.) (10ª ed.). Prentice Hall. pp. 63–67. ISBN 0-582-23740-8.
- Pratt, Jeremy M. (2005) [1997]. O Curso de Licença de Piloto Privado: Princípios de Voo, Conhecimento Geral de Aeronaves, Desempenho de Voo e Planejamento (3ª ed.). gen108 – gen111. ISBN 1-874783-23-3.
- Tietjens, OG (1934). Aplicada hidráulico e aeromecânica, com base em leituras de L. Prandtl, Ph.D . Dove Publications, Inc. pp. 226–239. ISBN 0-486-60375-X.
- Saleh, JM (2002). Manual de fluxo de fluido . McGraw-Hill Professional.