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TUBO DE PITOT ESTÁTICO


 

Desenvolvido entre 1952 e 1954 pelo Laboratório Nacional de Física da Inglaterra e fabricado desde 1955 pela Airflow Developments Limited, o Tubo de Pitot Estático de ponta elipsoidal modificada, distribuído pela Skilltech, é recomendado pela Norma BS1042 Parte 2. 1:1983  para medição do fluxo do ar em dutos pelo método transversal. 

Quando inserido em um duto, com a ponta em oposição direta ao fluxo do ar, o Tubo de Pitot Estático possibilitará a determinação da velocidade do ar naquele exato local através da conjunção da Pressão Estática com o desvio da Pressão Total para lados opostos de um manômetro diferencial sensível (veja diagrama da Fig.1).  O manômetro indicará a diferença entre as duas pressões.  Esta diferença será a Pressão de Velocidade, através da qual a VELOCIDADE do ar poderá ser calculada.

  • O formato da Ponta Elipsoidal Modificada proporciona coeficiente de fator 1.

  •  Dispensa calibração, ao contrário de outros tipos de dispositivos.

  • A ponta mais curta facilita a inserção em dutos.

  • Menor susceptibilidade a erros direcionais em comparação com outros modelos.

  • Fabricado inteiramente em aço inoxidável.

  • A soldagem em Argônio assegura uma construção robusta, à prova de vazamento e de aquecimento. 

  • Ponteira de direção para assegurar alinhamento correto.

  • Conectores apropriados para adaptação em tubos de pvc.

  • Grampos marcadores espiralados para indicar a profundidade da ponta no interior do duto.

  • Pode ser usado em posição permanente quando equipado com anel de vedação.

DESCRIÇÃO

O Tubo de Pitot Estático, distribuído pela Skilltech,  é um instrumento universalmente aceito para medir a velocidade do ar em dutos não equipados com dispositivos de monitoração permanente de fluxo do ar e, quando usado com um manômetro de alta qualidade, a exatidão e a confiabilidade dos resultados  são extremamente maiores do que com métodos não convencionais. 

Uma importante vantagem do Tubo de Pitot Estático é o fato de ser necessário apenas perfurar pequenos orifícios de acesso no duto, no ponto onde se deseja efetuar a medição da velocidade do fluxo de ar, e esta característica torna este método a escolha inquestionável para trabalhos in loco tais como inspeção e detecção de erros, situações nas quais o tempo é vital pois diversas medições no interior dos dutos precisam ser feitas no sistema.

Comparando  com outros dispositivos de indicação de velocidade, o Tubo de Pitot Estático em conjunto com um manômetro apresenta grande vantagem, uma vez que nenhum fluxo de ar passa pelo instrumento.  Isto elimina preocupações com o manômetro indicador quanto à queda de pressão nos tubos e, para fins práticos, não há limite para a distância entre o tubo de Pitot e o manômetro.  A ausência de fluxo através do equipamento também elimina a possibilidade de entrada de poeira nas linhas de pressão, permitindo que o equipamento seja usado para medir a velocidade do ar em ambientes extremamente hostis tais como chaminés, onde temperatura elevada, poeira e corrosão representam, sem dúvida, um problema.

O uso do tubo de Pitot para medições precisas do fluxo de ar é elaborado pelas Normas BS 1042  “medições de fluxo de fluidos em dutos fechados”  e BS 848 “ventiladores para propósitos gerais”. 

 

OPERAÇÃO

 

Se a pressão estática no interior de um duto fosse igual à pressão atmosférica no exterior do duto, seria necessário apenas obter uma amostra da pressão interior, através de um tubo de amostragem, permitindo que a pressão de velocidade (devido ao efeito ram) fosse medida com um manômetro sensível.  A leitura obtida permitiria um cálculo preciso da velocidade do ar.  Infelizmente este não é o caso, pois a pressão estática no interior do duto é super imposta à pressão de velocidade, distorcendo a medição.   Portanto, é preciso encontrar meios para superar estes efeitos, e o diagrama (Fig.1) mostra como isto pode ser conseguido com o uso do tubo de Pitot, obtendo-se amostras separadas da pressão estática do interior do duto, aplicando-as na outra extremidade do manômetro inclinado.  O manômetro, então, vai indicar apenas a diferença entre as duas pressões, ou seja, a pressão de velocidade.   Não importa se a pressão no interior do duto é superior ou inferior à pressão atmosférica, o efeito de anulação será o mesmo em ambos os casos.

 

DESEMPENHO

 

O formato da ponta, o tamanho, a quantidade e a posição dos orifícios de pressão etc, são todos elementos críticos ao se determinar as características de acabamento do tubo de Pitot a ser usado.   O formato da ponta elipsoidal modificada do Tubo de Pitot Estático fabricado pela Airflow e distribuído pela Skilltech, é recomendado pela Norma BS 1042. Seu projeto foi originalmente desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Física da Inglaterra, sendo notável pela sua combinação de alta precisão com a capacidade de desconsiderar erros de alinhamento.   O fator de calibração é muito próximo da unidade (0,997).  A Fig.2 mostra que as leituras diferenciais do Tubo de Pitot Estático se alteram em menos do que 0,5% em uma angulação com inclinação de ±12°.

 

CONVERSÕES ÚTEIS

 

Pressão:  250 Pascal = 250 N/m² = 2,5 mbar = 25,5 mm H2O = 1,004” CA = 0,036 lb/pol²

Volume:  100 m³/h = 58,8 pés³/min = 27,78 l/seg

Velocidade:    1 m/seg = 197 pés/min = 2,24 milhas/hora

 

CONSTRUÇÃO

 

O Tubo de Pitot Estático consiste basicamente de dois tubos concêntricos, com a extremidade formando uma curvatura para à direita, de tal forma que a ponta possa ficar em oposição direta ao fluxo de ar quando inserido no interior de um duto.  A curvatura do ângulo é arredondada para facilitar a entrada no duto.  O formato da ponta elipsoidal modificada possui um único orifício frontal para sentir a Pressão Total e uma cerca de orifícios laterais para sentir a Pressão Estática.  Estas duas admissões são conectadas individualmente às saídas na extremidade traseira do dispositivo (veja Fig. 3).   Uma ponteira direcional permite que o tubo de Pitot seja corretamente alinhado dentro do duto.

Construído inteiramente em aço inoxidável, obedecendo às Normas BS 3605-321S18,  com as juntas soldadas, o tubo pode ser exposto com segurança a temperaturas até 680°C (1.256°F) e , por curtos períodos de tempo, até 800°C (1.472°F).  Há exceções a este padrão, com tubos de Pitot com diâmetros de 2,3 mm e 4 mm com juntas soldadas em Prata.  Esses tipos são adequados apenas para temperaturas até 550°C (1.022°F).  Grampos marcadores com molas deslizantes para indicar a profundidade da inserção são apropriados para tubos de Pitot providos de hastes com  diâmetro de 4 mm, 8mm e 9,5 mm, os quais podem ser usados a temperaturas de até 276°C (529°F). Esses grampos não servem para tubos de Pitot com dispositivo de vedação.

A combinação das características de grampos marcadores com a ponteira de direcionamento simplifica enormemente o posicionamento correto do tubo ao se efetuar medições transversais em dutos.

Para instalação permanente alguns modelos menores podem ser fornecidos com um dispositivo de vedação na haste.  Após adaptar o dispositivo de vedação ao orifício feito na parede do duto, o tubo de Pitot pode ser deslizado através do dispositivo para a posição adequada no interior do duto e fixado no lugar pelo aperto de uma porca.

 

TUBOS DE PITOT ACOPLADOS

 

Tubos de Pitot com comprimento superior a 3 metros são acoplados no meio (com juntas de compressão) para facilitar a portabilidade.  O projeto das juntas permite um acoplamento tão perfeito  que o diâmetro externo não é interrompido pela junção.  (Veja Fig.4).

Se a portabilidade não for necessária, podem ser fornecidos tubos de Pitot com uma única seção de tubo.

 

TUBOS DE PITOT ESPECIAIS

 

Variações como tubos retos, comprimentos diferentes, sensores contra ou a favor do fluxo etc, também estão disponíveis. Entre em contato com a Skilltech caso a faixa de dimensões padrão dos Tubos de Pitot Estáticos não atenda às suas necessidades específicas . 

MEDIÇÕES EM LOCO

O método mais comumente usado para determinar com precisão a velocidade do fluxo do ar em dutos é através da inserção transversal do Tubo de Pitot Estático conectado a um transdutor sensível de pressão diferencial, como um manômetro de coluna inclinado, ou conectado a um transdutor eletrônico de pressão diferencial. 

Para se efetuar essa medição, seleciona-se um trecho convenientemente accessível do duto, preferivelmente com lados retos e paralelos, contra ou a favor da corrente de ar, com extensão não inferior a seis vezes o diâmetro ou largura do duto a cada lado.

O duto deve então ser perfurado com orifícios de tamanho suficiente para permitir a inserção do Tubo de Pitot Estático.                 

As leituras da velocidade do fluxo do ar devem ser feitas nos pontos prescritos como está demonstrado nas Figuras 5 e 6.  É conveniente ajustar ao tubo de Pitot os grampos marcadores de indicação da profundidade para garantir o padrão correto da medição transversal.

Recomenda-se que o teor do fluxo permaneça constante durante o procedimento da medição para que não haja mudança na velocidade média. Ao calcular a velocidade média do fluxo de ar em um duto, deve-se apurar as médias das raízes quadradas individuais das pressões de velocidade.  Na prática, entretanto, não haverá risco de erro significante se for apurada a raiz quadrada apenas da média das pressões de velocidade quando a maioria das leituras não variar mais do que ±25%. 

Quando houver necessidade de um monitoramento contínuo de velocidade do fluxo de ar, um Wilson Flow Grid fornecido pela Skilltech proporcionará um sinal de pressão proporcional ao quadrado da velocidade.  Esta saída pode ser conectada tanto a um manômetro diferencial sensível, para indicação visual, quanto a um transdutor de pressão diferencial eletrônico, quando se fizer necessário um sinal elétrico ou um display digital.

Para obter informações quanto aos manômetros adequados para uso com o Tubo de Pitot Estático, entre em contato com a Skilltech.

 

CÁLCULO DA VELOCIDADE DO AR USANDO UNIDADES S.I. DE MEDIDA  

A fórmula padrão para se calcular a velocidade do ar a partir da pressão de velocidade é a seguinte:

V = 1,291 

Esta fórmula só se aplica para densidade padrão do ar a 16°C e pressão atmosférica de 1.000 mbar.

 

Para condições não-padrão do ar, a equação será a seguinte:    

 V = 1,291

V = velocidade em metros por segundo

B = pressão barométrica em milibar

T = temperatura absoluta em °K   (= t ºC + 273 onde t é a temperatura do fluxo do ar)

Ps = pressão estática em  Pascal

Pv = pressão de velocidade em Pascal

 

A expressão  é uma correção da pressão estática no interior do duto e pode ser desprezada se Ps for inferior
a 2500 Pa.

 

CÁLCULO DA VELOCIDADE DO AR USANDO UNIDADES MÉTRICAS DE MEDIDA

A fórmula padrão para se calcular a velocidade do ar a partir da pressão de velocidade é a seguinte:   

V = 

Esta fórmula só se aplica para densidade padrão do ar a 20°C e pressão atmosférica de 760 mm Hg.

 

Para condições não-padrão do ar, a equação será a seguinte:

  V = 4,05 x 

 

V = velocidade em metros por segundo

B = pressão barométrica em milímetros de Mercúrio

T = temperatura absoluta em °K (= t ºC + 273 onde t é a temperatura do fluxo do ar)

Ps = pressão estática em mm H2O

Pv = pressão de velocidade em mm H2O

 

 

A expressão  é uma correção da pressão estática no interior do duto e pode ser desprezada se Ps for inferior a 
250 mm H2O.

                  

   PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO DO TUBO DE PITOT ESTÁTICO  

   FIGURA 01

              

 

EFEITO DO ÂNGULO DE  INCLINAÇÃO (YAW ANGLE) SOBRE A SAÍDA DE PRESSÃO NO  TUBO DE PITOT ESTÁTICO COM PONTA ELIPSOIDAL MODIFICADA  

                                                                           

                                                                          FIGURA 02

                                                                         

 

CONSTRUÇÃO DO TUBO DE PITOT ESTÁTICO

FIGURA 03

 

 

 

 

MONTAGEM  DO TUBO DE PITOT ESTÁTICO ACOPLADO  

FIGURA 04

 

 

 

PONTOS EM QUE DEVERÃO SER REALIZADAS AS TOMADAS DE Pv EM DUTOS CIRCULARES.

FIGURA 05

 

 

 

 

PONTOS EM QUE DEVERÃO SER REALIZADAS AS TOMADAS DE Pv EM DUTOS RETANGULARES

FIGURA 06

 

 

Número de pontos ou linhas transversais

Posição relativa à parede interna do duto

        5

0,074;   0,288;   0,5;   0,712;   0,926

        6

0,061;   0,235;   0,437;   0,563;   0,765;   0,939

        7

0,053;   0,203;   0,366;   0,5;   0,634;   0,797;   0,949

Regra Logarítmica Tchebycheff para dutos retangulares

Obs.: A distância entre os pontos de medição não deve exceder 200 mm

 


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