En el sector del petróleo y el gas (upstream, midstream, downstream), una medición fiable del caudal es fundamental para la operación, la seguridad y la supervisión del rendimiento de la planta. El tubo de Pitot sigue siendo un elemento básico ampliamente utilizado cuando se requiere una solución robusta basada en presión diferencial (DP), en particular gracias a su muy baja pérdida de carga permanente. En la gama WIKA, los tubos de Pitot FloTec están disponibles en versión extraíble (FLC-APT-E) y fija (FLC-APT-F).
Tubo de Pitot, modelo FLC-APT-E, versión extraíble
Origen y definición (Henri Pitot)
El dispositivo se atribuye a Henri Pitot (1695 1771), ingeniero francés conocido por sus estudios en hidráulica. El principio consiste en utilizar la diferencia entre la presión total (o de estancamiento) y la presión estática para determinar la velocidad del flujo.
Principio de funcionamiento: presión estática, dinámica y total
El tubo de Pitot se inserta en la tubería y se alinea con la dirección del flujo. Presenta una toma de presión total orientada aguas arriba (punto de estancamiento) y una o varias tomas de presión estática.
La diferencia entre estas presiones corresponde al componente dinámico del flujo, que se aprovecha mediante el principio de Bernoulli. Desde el punto de vista instrumental, se obtiene así una señal de presión diferencial (DP) que puede transmitirse y procesarse.
Ecuaciones del tubo de Pitot: cálculo de la velocidad a partir de Δp
Las relaciones fundamentales son:
• Δp = p_total − p_estático
• V = (2·Δp / ρ)^(1/2)
En notación académica:
• V = (2·(pA − pB) / ρ)^(1/2)
donde pA es la presión total, pB la presión estática y ρ la densidad del fluido.
Para el aire en condiciones estándar (1013 hPa, 15 °C), ρ = 1,25 kg/m³.
En algunos contextos didácticos, se emplea una forma abreviada que relaciona la velocidad con la lectura dp (en mmH₂O) de un manómetro de agua, lo que conduce a la aproximación:
• V ≈ 4·(dp)^(1/2) (V en m/s; dp en mmH₂O)
Del tubo de Pitot al caudal: ¿qué calcula realmente la cadena de medición?
El tubo de Pitot proporciona una presión diferencial (DP) relacionada con la velocidad (local o media, según el diseño). En soluciones industriales como FloTec, el caudal volumétrico se calcula a partir de la diferencia entre presión estática y dinámica mediante el principio de Bernoulli, teniendo en cuenta el diámetro interno de la tubería.
La calidad de la medición depende en gran medida de cómo se capture el perfil de velocidades: el uso de cuatro puertos dinámicos permite evaluar un perfil más representativo, mejorando la precisión global.
Tubo de Pitot en el sector del petróleo y el gas: casos de uso típicos y valor operativo
Las aplicaciones típicas incluyen la producción y refinación de petróleo, el tratamiento y transporte de gas, así como la industria química y petroquímica.
Las principales ventajas operativas son su idoneidad para líquidos, gases y vapor, la estabilidad del rendimiento a lo largo del tiempo y, sobre todo, la muy baja pérdida de carga permanente, que contribuye directamente a la eficiencia energética.
Condiciones de medición: cuándo es adecuado utilizar un tubo de Pitot (y cuándo no)
Para aplicaciones exigentes, los límites deben estar claramente definidos. El tubo de Pitot está diseñado para fluidos monofásicos que llenan completamente la sección de la tubería. En el sector del petróleo y el gas, este aspecto es crítico: si el flujo se vuelve multifásico (arrastre de fases, bolsas de gas o líquido, regímenes inestables), la relación Δp velocidad puede perder representatividad.
La geometría del diseño y la instalación también influyen de forma significativa en el resultado: las mediciones con tubo de Pitot son sensibles tanto al diseño de la sonda como a su montaje.
Fuentes de error: perfil de velocidad, desprendimiento de vórtices e instrumentación DP
Perfil de velocidad y perturbaciones aguas arriba:
El principal reto práctico es obtener una velocidad representativa del perfil real. Los modelos Pitot multipuerto mejoran esta representatividad y reducen la sensibilidad a perfiles distorsionados (dentro de ciertos límites).
Desprendimiento de vórtices y vibraciones:
Dependiendo del diámetro interno de la tubería, las propiedades del fluido y el número de Reynolds, puede producirse desprendimiento de vórtices alrededor del tubo de Pitot. Si la frecuencia natural de la sonda coincide con la de los vórtices, puede ser necesario un soporte terminal montado en el lado opuesto, lo que debe evaluarse en la fase de diseño.
Cadena de medición DP (transmisor / indicación local / conmutación):
La señal de DP se conecta normalmente a un transmisor de presión diferencial para generar una señal eléctrica proporcional al caudal. Para operaciones locales, también puede utilizarse un indicador DP o un presostato diferencial.
Tubo de Pitot fijo frente a extraíble: criterios de selección (FLC-APT-F / FLC-APT-E)
Tubo de Pitot, modelo FLC-APT-F, versión fija
Hay dos configuraciones disponibles de los productos WIKA: el modelo FLC-APT-F, versión fija, y el modelo FLC-APT-E, versión extraíble. En el sector del petróleo y el gas, la elección suele depender de las limitaciones operativas (accesibilidad, estrategia de mantenimiento, condiciones del proceso). Los factores clave siguen siendo la facilidad de integración, el mínimo impacto en la pérdida de presión y la compatibilidad de los materiales/procesos.
Preguntas frecuentes: tubo de Pitot: principio, ecuaciones y errores en el sector del petróleo y el gas
¿Qué ecuación relaciona un tubo de Pitot con la velocidad del flujo?
V = (2·Δp / ρ)^(1/2), con Δp = p_total − p_estático.
¿Por qué utilizar varios puertos dinámicos?
Para evaluar un perfil de velocidad más representativo dentro de la tubería y mejorar la precisión.
¿Qué fluidos se pueden medir?
Líquidos, gases y vapor, siempre que el fluido sea monofásico y la tubería esté completamente llena.
¿Por qué mencionar el desprendimiento de vórtices y un soporte terminal?
Porque el desprendimiento de vórtices puede excitar mecánicamente la sonda; si los análisis de diseño indican un riesgo, puede especificarse un soporte en el extremo.
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