Appunti sul Tubo di Pitot, Laboratorio di Sperimentazione sulle Macchine e Sistemi Energetici

RELAZIONE DI LABORATORIO DI

SPERIMENTAZIONE SULLE MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI L

prof. Giulio Cazzoli

TUBO DI PITOT

Henri Pitot (1695-1771) ingegnere e fisico francese, cominciò la sua carriera come astronomo e matematico

per poi essere eletto membro dell'egregia Accademia Francese delle Scienze nel 1724. Cominciò ad

interessarsi al problema del flusso delle acque nei canali e nei fiumi francesi e nel 1732 inventò un

dispositivo, più tardi noto con il nome di tubo di Pitot, che è in uso anche oggi, sia per la misura delle

velocità dei liquidi che degli aeriformi(tipicamente un gas).

Il dispositivo è generalmente costituito da due tubi concentrici e coassiali sagomati a L, con dimensioni

dell’ordine del cm e

caratteristiche in base al diametro esterno (regolate da normativa), solitamente costruito

in materiale inalterabile nelle condizioni di impiego, quale per esempio acciaio inossidabile austenitico.

L’estremità “naso” o “testa”

chiamata che viene immersa nel fluido in misura, puntato in direzione opposta

al moto del fluido, porta il foro di presa di pressione totale, perpendicolarmente alla corrente, per il

rilevamento della pressione di ristagno e della pressione statica (la sezione 1 nel disegno).

Invece la presa di pressione statica ,disposta tangenzialmente al flusso, si trova sul corpo del tubo (la

sezione 2 nel disegno). all’inizio del “gambo”

La presa di pressione totale fa riempire di fluido il tubo, e (estremità opposta alla

testa) il tubo è chiuso frontalmente e una volta riempiti gambo e testa del tubo il fluido non può più occupare

lo spazio, dovendo così girare intorno alla punta della testa.

e di velocità nulla all’imboccatura

Si viene a formare quindi un punto di massima pressione della testa detto

punto di pressione di ristagno (punto P nel disegno); vi è pressione di ristagno solo in quel punto mentre in

tutto il resto del tubo troviamo la pressione statica che viene misurata ad una distanza dalla punta di circa 5-8

diametri, in corrispondenza dei fori laterali, dove il fluido ha riacquistato la velocità che aveva all'inizio,

prima di arrivare alla testa. Particolare “Naso”

Schema Tubo di Pitot l’equilibrio

Il principio del tubo di Pitot è la legge di Bernoulli, che sancisce tra la pressione di ristagno

(totale) misurata in un fluido e la somma tra pressione statica e dinamica.

Pressione di ristagno = Pressione statica + Pressione dinamica

La differenza tra queste due pressioni (la pressione dinamica, ottenibile con l'utilizzo di un manometro

differenziale opportunamente collegato alle due prese) risulta proporzionale al quadrato del modulo della

velocità del fluido. Il tubo di Pitot serve quindi per la misurazione della velocità e la portata dei flussi

gassosi convogliati all’interno.

υ ρ la densità del fluido

dove: è la velocità da calcolare; p la pressione di ristagno; p la pressione statica;

tot st

Prese di pressione nel Tubo di Pitot

Esistono anche altri misuratori di portata, oltre al tubo di Pitot, e di esempi pratici ne abbiamo anche in casa

come i contatori dell’acqua e del gas. Ma per avere una misura di portata molto precisa bisogna usare

nostra,

i misuratori di portata a strozzamento, quali il Diaframma, il Boccaglio e il Tubo di Venturi.

Tutti e tre si basano sostanzialmente sul far passare il fluido incomprimibile nel tubo, attraverso una

appropriata ostruzione, che provoca contrazioni della vena fluida e riduzioni di diametro.

Si hanno anche qui due prese di misura di pressione, cha provocano una perdita di carico, riconducibile a una

Δp di pressione; nel Diaframma, l’accidentalità che provoca questa perdita di carico è dovuta ad un

perdita

disco forato, invece nel Boccaglio abbiamo un convergente a forma di campana nel verso del moto.

Nel Tubo di Venturi non si ha una vera e propria ostruzione ma una parte convergente seguita da una parte

divergente, e appositi manometri montati nelle sezioni di gola del tubo forniscono la differenza di pressione

che si viene a creare all’interno e quindi la velocità media del fluido.

La differenza sostanziale che sussiste è che passando dal Diaframma, al Boccaglio (che è ritenuto

l’evoluzione del precedente) al Tubo di Venturi le perdite di carico che si formano sono sempre meno

accentuate, tanto che quelle nel Venturi possono essere anche non considerate (l’ultimo manometro non è di

utilità diretta nella misura della velocità, in quanto serve per controllare che la pressione sia ritornata al

valore iniziale).

E' chiaro che dalla prima metà del '700, quando l'ingegner Pitot teorizzò il suo sistema, ad oggi molte cose

sono cambiate, e un sistema inizialmente concepito per misurare la velocità di una corrente d'acqua (e quindi

delle navi) è oggi deputato ad un compito ben più arduo.

Infatti tutt’oggi il tubo di Pitot è utilizzato su gli aeroplani e in automobilismo, tipicamente Formula Uno,

come sensore per la determinazione della velocità rispetto all'aria e nelle gallerie del vento per la

misurazione della velocità della corrente d'aria.

Particolare Ferrari F1 Tubo di Pitot Tubi di Pitot montati sulla carlinga di un aereo

Risulta molto importante l’attendibilità di questi misuratori di velocità, come spiega bene il rapporto

provvisorio diffuso dal BEA (Bureau d'Enquêtes et d'Analyses pour la securité de l' aviation civile) del

dell’Airbus

dicembre scorso, che pone un'interessante interrogativo su essa, a fronte A330 di Air France

scomparso nell'oceano Atlantico nella notte del 1° giugno 2009.

In particolare bisogna cercare di capire come in un sistema altamente automatizzato, il momentaneo

malfunzionamento di un rilevatore di dati possa avere conseguenze drammatiche; in quel volo di fatti il

passaggio all’interno di alcune nuvole causò la formazione di accumuli di ghiaccio capaci di otturare (anche

solo parzialmente) le stesse sonde, portando purtroppo alla morte di 228 persone.