El tubo de Pitot fue inventado en el siglo XVIII por el ingeniero francés Henri Pitot para medir la velocidad de las corrientes de agua. Gracias a su sencillez y bajo coste, este instrumento se sigue utilizando hoy en día en diversas aplicaciones industriales. Principalmente para medir el caudal volumétrico en las tuberías y para determinar la velocidad de crucero de los aviones. Pero también hay aplicaciones más avanzadas. De hecho, este versátil instrumento se utiliza en la optimización aerodinámica de los coches de Fórmula 1 y otros casos sorprendentes
Conceptualmente, este sencillo sensor consiste en un tubo con un orificio en la parte delantera que debe alinearse con la dirección del movimiento y un orificio en el lateral del tubo. Midiendo la diferencia de presión entre los dos agujeros, es posible, como veremos, conocer la velocidad con la que se mueve un cuerpo en un fluido.
Ecuación de Bernoulli aplicada al tubo de Pitot
Antes de pasar a las matemáticas, debemos intentar comprender cómo se comporta un fluido cerca de un obstáculo fijo como el tubo de Pitot. En general, un fluido ideal sigue la ecuación de Bernoulli y, por tanto, al fluir tiene tres tipos de energía. En un momento determinado, el fluido, que fluye más o menos horizontalmente a lo largo de las líneas de corriente, llega a la cavidad del tubo donde se detiene bruscamente en lo que se llama el punto de estancamiento. La parada repentina del fluido, provoca una transformación de la energía cinética en energía de presión. Esto hace que la columna de agua en la parte vertical de la tubería se eleve.
El mismo acontecimiento puede expresarse en términos matemáticos utilizando la ecuación de Bernoulli para obtener la velocidad del fluido en el punto 1. Para ello se calcula la ecuación de Bernoulli en el punto 1 y se impone en el punto de estancamiento (punto 2) debido a la conservación de la energía a lo largo de la línea de corriente.
Con un poco de manipulación algebraica, llegamos a la conclusión de que la velocidad puede medirse como la diferencia de presión entre las entradas estáticas y dinámicas.
Hoy en día, los tubos de Pitot funcionan con sensores de presión que sustituyen a los rudimentarios tubos graduados diseñados originalmente. Sin embargo, dado que la electrónica no existía aún en el siglo XVIII, es interesante comprender cómo el ingeniero francés pudo calcular la velocidad utilizando únicamente tubos graduados.
Suponiendo que los tubos están sometidos a la presión atmosférica (en términos de presión relativa), la diferencia de presión entre los puntos 1 y 2 puede calcularse simplemente utilizando la ecuación de la estática de los fluidos.
De esta última relación se puede deducir que la velocidad con la que se mueve el fluido viene dada simplemente por la diferencia de altura de la superficie libre en los dos tubos pequeños. La elevación de la superficie libre en la entrada estática viene dada únicamente por la presión estática del fluido, es decir, la presión normal (termodinámica).
