Misura di portata mediante tubo di Pitot, Guide, Progetti e Ricerche di Meccanica

Scarica Misura di portata mediante tubo di Pitot e più Guide, Progetti e Ricerche in PDF di Meccanica solo su Docsity! Tommaso  Rampon                 05.11.2021         Titolo:       Rilievo  di  misura  di  portata  mediante  tubo  di  Pitot     Obiettivo:   Effettuare  la  misurazione  di  portata  di  un  fluido  forzato  all’interno  di  una  condotta       Materiali:   tubo  di  Pitot   6  diaframmi  ortogonali  di  diversi  diametri       2  masse  da  1,145  Kg       un  supporto  da  0,450  Kg     Strumenti:   Micromanometro  differenziale  (±0,1  mmCa)         Asta  del  motore  (±  5  mm)     Richiami  teorici:     Tubo  di  Pitot   Il  tubo  di  Pitot,  ideato  nel  XVIII  secolo  dallo  scienziato  Henri  Pitot,  è  uno  strumento  utilizzato  per   misurare  la  velocità  di  un  fluido;  l’uso  più  comune  è  nella  misura  della  velocità  relativa  tra  un   corpo  in  movimento  (per  esempio,  velivolo  o  auto)  e  l’aria.  In  realtà  lo  strumento,  costituito  da  un   tratto  di  tubo  collegato  a  un  manometro  differenziale,  misura  la  cosiddetta  pressione  dinamica,   differenza  tra  la  pressione  totale  e  la  pressione  statica;  con  l’applicazione  del  teorema  di  Bernoulli   da  tale  misura  si  risale  alla  determinazione  della  velocità.   •  il  tubo  a  L  ha  un’estremità  immersa  nel  fluido  con  l’asse  allineato  ai  filetti  fluidi  e  l’imboccatura   posta  contro  corrente;     •  il  tubo  rettilineo  è  posizionato  verticalmente.     Entrambi  sono  in  comunicazione  con  l’atmosfera  e  sono  dotati  di  una  scala  graduata,  con  la  quale   è  possibile  misurare  la  colonna  di  fluido  presente  all’interno.       1VOLUME 1 – CAP. 21 Idrodinamica Approfondimento Tubo di Pitot G. Cagliero, Meccanica, macchine ed energia © Zanichelli 2012 Il tubo di Pitot, ideato nel XVIII secolo dallo scienziato Henri Pitot, è uno strumento utilizzato per misurare la velocità di un fluido; l’uso più comune è nella misura della velocità relativa tra un corpo in movimento (per esem- pio, velivolo o auto) e l’aria. In realtà lo strumento, costituito da un tratto di tubo collegato a un ma- nometro differenziale, misura la cosiddetta pressione dinamica, differenza tra la pressione totale e la pressione statica; con l’applicazione del teorema di Bernoulli da tale misura si risale alla determinazione della velocità. Consideriamo la situazione rappresentata nella figura sottostante: • il tubo a L ha un’estremità immersa nel fluido con l’asse allineato ai filetti fluidi e l’imboccatura posta contro corrente; • il tubo rettilineo (piezometro) è posizionato verticalmente. Entrambi sono in comunicazione con l’atmosfera e sono dotati di una scala graduata, con la quale è possibile misurare la colonna di fluido presente all’interno. Trascurando la presenza delle inevitabili perdite di carico, l’innalzamen- to nel tubo verticale è dov to alla differenza di pressione tra l’interno e l’esterno (pressione statica); se all’esterno è presente la pressione atmosfe- rica, h è l’innalzamento dovuto alla pressione relativa del fluido: Nel tubo a L l’innalzamento H + h è dovuto sia alla differenza di pressione sia al carico cinetico della corrente all’imbocco: La differenza H tra i due innalzamenti è quindi in relazione con la velocità del fluido: V h H + h h p g = ! H h p g v g + = + ! 2 2 H v g = 2 2 La  sonda  o  tubo  di  Pitot  è  costituita  da  un  corpo  cilindrico,  la  cui  estremità  anteriore  è  arrotondata   e  nel  quale  sono  state  praticate  due  aperture,  una  nella  parte  anteriore  l’altra  sulla  superficie   laterale,  che  realizzano  le  prese  di  pressione  e  sono  collegate  a  un  manometro  differenziale  (vedi   la  figura  sottostante).  L’asse  dello  strumento  è  posizionato  parallelo  alla  direzione  della  corrente   fluida,  in  modo  che  sulla  presa  di  pressione  anteriore  agisca  la  pressione  totale,  mentre  sulla  presa   di  pressione  laterale  agisce  la  pressione  statica.       Il  tubo  di  Pitot  è  utilizzato  sugli  aeroplani  e  nel  settore  automobilistico  da  competizione  come   sensore  per  la  determinazione  della  velocità  rispetto  all’aria  o  nelle  gallerie  del  vento  per  la   misurazione  della  velocità  della  corrente  d’aria.     Pressione     Pressione  statica  (Ps):  E’  la  pressione  esercitata  dal  fluido  sulle  pareti  della  condotta  o  del   recipiente  in  cui  è  contenuto.  Agisce  ugualmente  in  tutte  le  direzioni  ed  è  indipendente  dalla   velocità  del  fluido.  La  pressione  statica  fornisce  l'energia  necessaria  per  accelerare  l'aria  dalla   quiete  alla  velocità  richiesta  e  per  mantenerla  in  movimento  ovvero  per  vincere  le  resistenze   dovute  all'attrito  e  alle  turbolenze  (perdite  di  carico  continue  e  localizzate).     Pressione  dinamica  (Pd):  E’  la  pressione  posseduta  dall'unità  di  massa  del  fluido  a  causa  della  sua   velocità  (energia  cinetica).  La  pressione  dinamica  si  crea  a  spese  della  pressione  statica  ed  è  la   pressione  che  l'aria  esercita  per  effetto  del  suo  movimento.  Essa  agisce  nella  stessa  direzione  del   moto  del  fluido  ed  è  in  funzione  della  velocità  e  della  densità  del  fluido.     La  pressione  di  Pitot,  che  è  ottenuta  dal  tubo  di  Pitot,  è  una  misura  della  pressione  dinamica   dell'aria  a  cui  è  sommata  la  pressione  statica.     Portata   La  portata  è  una  grandezza  fisica  essenziale  per  la  meccanica  dei  fluidi,  definita  come   volume/tempo  (unità  base  SI:  m3/s),  ma  legata  anche  alla  area  S  della  sezione  attraversata  e  alla   velocità  media  v  del  fluido  in  quella  sezione  dalla  relazione:  Q  =  v  *  S       2 VOLUME 1 – CAP. 21 Idrodinamica G. Cagliero, Meccanica, macchine ed energia © Zanichelli 2012 La velocità è esprimibile con la relazione: in cui il coefficiente K tiene conto delle perdite di carico e della geometria dello strumento. La sonda o tubo di Pitot è costituita da un corpo cilindrico, la cui estre- mità anteriore è arrotondata e nel quale sono state praticate due aperture, una nella parte anteriore l’altra sulla superficie laterale, che realizzano le prese di pressione e sono collegate a un manometro differenziale (vedi la figura sottostante). L’asse dello strumento è posizionato parallelo alla direzione della corrente fluida, in modo che sulla presa di pressione anteriore agisca la pressione to- tale, mentre sulla presa di pressione laterale agisce la pressione statica. Teoricamente le due pressioni, statica e totale, dovrebbero essere misu- rate nello stesso punto e nello stesso istante di tempo; perché l’approssi- mazione della misura sia accettabile, lo strumento è costruito in modo da perturbare al minimo il campo di moto intorno alle prese stesse. Per migliorare le precisione si procede al tracciamento di una curva di taratura, operazione effettuata immettendo il tubo in una corrente di flui- do di cui sono note le proprietà e la velocità e registrando le corrispondenti differenze di pressione tra le due prese del tubo di Pitot; disponendo di un numero sufficiente di valori di velocità si ottiene una successione di punti che rappresentano la funzi ne di trasferimento dello strumento. In fase di uti izzo del tubo di Pitot invece della formula si potrà utiliz- zare questa curva per associare a ogni valore di !p la velocità corretta; con un’opportuna strumentazione elettronica si può implementare una fun- zione di inter olaz automatica della curva di tar tura. Il tubo di Pitot è utilizzato sugli aeroplani nel settore automobilistico da com etizione come sensore per la d terminazione della velocità rispet- to all’aria o nelle gallerie del vento per la misurazione della elocità della c rrente d’aria. v = K g H2 ⋅ ⋅ Presa di pressione anteriore (pressione totale) Presa di pressione laterale (pressione statica) Manometro differenziale