Nel settore oil&gas (upstream, midstream, downstream), una misura affidabile della portata è fondamentale per il funzionamento, la sicurezza e il monitoraggio delle prestazioni dell’impianto. Il tubo di Pitot rimane un elemento primario ampiamente utilizzato quando è richiesta una soluzione robusta basata sulla pressione differenziale (DP), in particolare grazie alla sua bassissima perdita di carico permanente. Nella gamma WIKA, i tubi di Pitot FloTec sono disponibili in versione estraibile (FLC-APT-E) e fissa (FLC-APT-F).
Tubo di Pitot, modello FLC-APT-E, versione estraibile
Origine e definizione (Henri Pitot)
Il dispositivo è attribuito a Henri Pitot (1695-1771), ingegnere francese noto per i suoi studi sull’idraulica. Il principio consiste nell’utilizzare la differenza tra la pressione totale (di ristagno) e la pressione statica per determinare la velocità del flusso.
Principio di funzionamento: pressione statica, dinamica e totale
Il tubo di Pitot viene inserito nella tubazione e allineato con la direzione del flusso. Presenta una presa di pressione totale rivolta a monte (punto di ristagno) e una o più prese di pressione statica. La differenza tra queste pressioni corrisponde alla componente dinamica del flusso, sfruttata tramite il principio di Bernoulli. Dal punto di vista strumentale, si ottiene così un segnale di pressione differenziale (DP) trasmissibile ed elaborabile.
Equazioni del tubo di Pitot: calcolo della velocità da Δp
Le relazioni fondamentali sono:
• Δp = p_totale − p_statico
• V = (2*Δp/ρ)^(1/2)
Nella notazione accademica:
• V = (2*(pA − pB)/ρ)^(1/2)
dove pA è la pressione totale, pB la pressione statica e ρ la densità del fluido.
Per l’aria in condizioni standard (1013 hPa, 15 °C), ρ = 1,25 kg/m³.
Una scorciatoia didattica collega talvolta la velocità alla lettura dp (in mmH2O) di un manometro ad acqua, portando all’approssimazione:
• V ≈ 4*(dp)^(1/2) (V in m/s; dp in mmH2O)
Dal tubo di Pitot alla portata: cosa calcola effettivamente la catena di misura
Il tubo di Pitot fornisce una pressione differenziale (DP) legata alla velocità (locale o media, a seconda del modello). Per soluzioni industriali come FloTec, la portata volumetrica viene calcolata dalla differenza tra pressione statica e dinamica tramite il principio di Bernoulli, considerando il diametro interno della tubazione. La qualità della misurazione dipende fortemente dal modo in cui viene acquisito il profilo di velocità: l’utilizzo di quattro porte dinamiche consente di valutare un profilo più rappresentativo, migliorando la precisione complessiva.
Tubo di Pitot nell’oil&gas: casi d’uso tipici e valore operativo
Le applicazioni tipiche includono produzione e raffinazione del petrolio, trattamento e trasporto del gas, industria chimica e petrolchimica. I principali vantaggi operativi sono l’idoneità per liquidi, gas e vapore, la stabilità delle prestazioni nel tempo e, soprattutto, la bassissima perdita di carico permanente, che favorisce direttamente l’efficienza energetica.
Condizioni di misura: quando è opportuno utilizzare un tubo di Pitot (e quando no)
Per applicazioni rigorose, i limiti devono essere chiari. Il tubo di Pitot è destinato a fluidi monofase che riempiono completamente la sezione della tubazione. Nel settore oil&gas questo è fondamentale: se la portata diventa multifase (trascinamento, sacche, regimi instabili), la relazione Δp-velocità può perdere rappresentatività. Anche la geometria di progettazione e l’installazione influenzano fortemente il risultato: le misurazioni Pitot sono sensibili sia al design della sonda che al montaggio.
Fonti di errore: profilo di velocità, distacco di vortici e strumentazione DP
Profilo di velocità e disturbi a monte:
La principale sfida pratica è ottenere una velocità rappresentativa del profilo reale. I modelli Pitot multiport migliorano la rappresentatività e riducono la sensibilità ai profili distorti (entro certi limiti).
Distacco di vortici e vibrazioni:
A seconda del diametro interno della tubazione, delle proprietà del fluido e del numero di Reynolds, può verificarsi il distacco di vortici attorno al tubo di Pitot. Se la frequenza naturale della sonda coincide con quella dei vortici, può essere necessario un supporto terminale montato sul lato opposto, da valutare in fase di progettazione.
Catena di misura DP (trasmettitore / indicazione locale / commutazione):
L’uscita DP è normalmente collegata a un trasmettitore di pressione differenziale per generare un segnale elettrico proporzionale alla portata. Per operazioni locali, si può utilizzare anche un indicatore DP o un pressostato differenziale DP.
Tubo di Pitot fisso vs estraibile: criteri di selezione (FLC-APT-F / FLC-APT-E)
Tubo di Pitot, modello FLC-APT-F, versione fissa
Sono disponibili due configurazioni di prodotti WIKA: modello FLC-APT-F, versione fissa e il modello FLC-APT-E, versione estraibile. Nel settore oil&gas, la scelta dipende spesso da vincoli operativi (accessibilità, strategia di manutenzione, condizioni di processo). I fattori chiave restano la facilità di integrazione, il minimo impatto sulla perdita di pressione e la compatibilità dei materiali/processi
FAQ – Tubo di Pitot: principio, equazioni ed errori nel settore petrolifero e del gas
Quale equazione collega un tubo di Pitot alla velocità del flusso?
V = (2*Δp/ρ)^(1/2) con Δp = p_totale − p_statico.
Perché utilizzare più porte dinamiche?
Per valutare un profilo di velocità più rappresentativo all’interno del tubo e migliorare la precisione.
Quali fluidi possono essere misurati?
Liquidi, gas e vapore, a condizione che il fluido sia monofase e il tubo sia pieno.
Perché menzionare il distacco di vortici e un supporto terminale?
Perché il distacco di vortici può eccitare meccanicamente la sonda; se i controlli di progettazione indicano un rischio è possibile specificare un supporto all’estremità.
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