Rubrica: Telemetria (sensori per l’aerodinamica)
Titolo o argomento: Tubo di Pitot
Un tubo di pitot è un dispositivo che permette la misura della pressione dinamica di un fluido in movimento, come il flusso di aria che investe la vettura che corre. La pressione dinamica può essere pensata come la pressione frontale vista dalla macchina dovuta al suo movimento attraverso l’aria. Ricordiamo che una pressione è una grandezza data dal rapporto tra la forza e una superficie, ragione per cui si misura molto spesso in N/mm^2 oppure N/m^2 (Newton su millimetro quadro oppure Newton su metro quadro per esempio).
Le prestazioni aerodinamiche di un veicolo sono proporzionali alla pressione dinamica e così la sua misura è importante per capire le variazioni di performance del veicolo lungo il circuito. Un tubo di Pitot statico ha due porte; quella della pressione statica (static pressure port) e quella della pressione totale (total pressure port). La differenza tra queste due pressioni è la pressione dinamica. Collegare un trasduttore di pressione differenziale attraverso le due porte misurerà direttamente la pressione dinamica. Il tubo di pitot ha la sezione ellissoidale modificata per inserire due porte OD da 3mm (0.12″) che permettono il collegamento diretto al sensore di pressione differenziale (singolo canale) o al sensore di pressione ottale (di cui parleremo nel prossimo articolo di questa rubrica) per mezzo di una tubatura interna da 3mm (0,12″).
Come si installa
Il tubo di Pitot dovrebbe di norma essere allineato con il libero flusso d’aria che investe la vettura, ben lontano dalle turbolenze causate dalla macchina stessa. In generale il tubo dovrebbe essere posizionato lontano dalla macchina e più avanti possibile. Le posizioni adatte sono illustrate nella figura sotto.
Il tubo di Pitot è calibrato per rientrare in un errore del ± 0.5% fino ad un disallineamento di massimo 12°. Questo significa che se lo posizioniamo in modo da formare un’angolo fino a 12° tra lo strato limite dell’aria ed il tubo stesso, le misurazioni effettuate sono comunque molto accurate e si può manifestare un errore massimo del ± 0.5%.
Calibratura
Il tubo pitot statico non ha bisogno di essere calibrato dall’utente. Tuttavia, è necessario calibrare il trasduttore di pressione differenziale collegato ad esso, per dare letture di pressione dinamiche che rispettino le unità di misura utilizzate dagli ingegneri. La calibratura per il singolo sensore (canale) aerodinamico viene eseguita facendo riferimento ad un’apposita tabella di valori (che viene data in dotazione con i sensori aerodinamici basati sul Tubo di Pitot e della quale vi è un esempio nella figura sotto).
Dalle misure di pressione dinamica possiamo calcolare la velocità dell’aria. Dall’equazione di Bernoulli abbiamo che la pressione dinamica si ricava come segue:
P dinamica = 1/2 · (ρ · V2)
dove ρ che si legge (rho) è il valore della densità dell’aria e V2 è il valore al quadrato della velocità che ci andremo a ricavare con la ovvia formula inversa. Vedremo in seguito questi calcoli in modo più chiaro ed accurato, nonostante ciò, per la comprensione è necessario una preparazione di base di matematica, fisica ed idraulica.
Note
Nei calcoli vengono assunte la pressione atmosferica di 1 bar e la temperatura ambiente di 15°C. Tuttavia rilevare le condizioni atmosferiche del tracciato volta per volta rende i calcoli nettamente più precisi ma, al tempo stesso, più laboriosi (anche questi verranno mostrati semplificati nei prossimi articoli di questa rubrica).
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Ringrazio vivamente:
Il mio caro amico “Giorgio” per la gentile concessione della sua telemetria.
La PI research per i preziosi dati concessi.
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