في عالم ديناميكيات الموائع والتحكم في العمليات الصناعية، يعد القياس الدقيق للتدفق أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الكفاءة وضمان السلامة وتقليل التكاليف التشغيلية. ومن بين الأدوات العديدة المتاحة، فإن مقياس التدفق الأنبوبي البيتوتي يتميز ببساطته وموثوقيته وفعاليته من حيث التكلفة. تم اختراع هذا الجهاز في الأصل في القرن الثامن عشر على يد المهندس الفرنسي هنري بيتو، ولا يزال يستخدم على نطاق واسع في الطيران وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتطبيقات الصناعية.
جدول المحتويات
ما هو مقياس التدفق الأنبوبي البيتوتي؟
مقياس التدفق الأنبوبي Pitot هو جهاز يقيس سرعة تدفق السوائل عن طريق مقارنة الضغط الساكن و الضغط الديناميكي في مجرى مائع. ويتكون من مكونين أساسيين:
- منفذ الضغط الساكن: يقيس ضغط السائل عندما يكون في حالة سكون.
- منفذ الضغط الديناميكي (أنبوب بيتوت): يلتقط ضغط المائع أثناء الحركة.
الفرق بين هذين الضغطين، والمعروف باسم ضغط الركود أو الضغط الكليتُستخدم لحساب سرعة التدفق. أنابيب بيتوت فعالة بشكل خاص لقياس تدفق الهواء في الطيران وتدفق الغاز/البخار في الأنظمة الصناعية.
مبادئ مقاييس التدفق الأنبوبي البيتوتي
معادلة برنولي الأساس
يعمل أنبوب بيتوت على مبدأ برنوليوالتي تنص على أنه في حالة السريان المستقر غير القابل للانضغاط، تظل الطاقة الكلية (مجموع الضغط السكوني والضغط الديناميكي وطاقة وضع الجاذبية) ثابتة. بالنسبة للسريان الأفقي، يمكن تبسيط المعادلة إلى:
أين:
- Ptotal: الضغط الكلي (يقاس بواسطة أنبوب بيتوت).
- الضغط الساكن الضغط الساكن.
- ρ: كثافة المائع.
- v: سرعة التدفق.
بإعادة ترتيب المعادلة، تكون السرعة المتجهة vv يمكن حسابها على النحو التالي:
كيف تعمل
- يتم إدخال أنبوب Pitot في مجرى المائع، بحيث تكون فتحته بمحاذاة اتجاه السريان.
- يقيس منفذ الضغط الديناميكي الضغط الكلي (Ptotal)، بينما يقيس المنفذ الساكن الضغط المحيط (Pstatic).
- يحسب مستشعر الضغط التفاضلي الفرق (ΔP).
- تُشتق سرعة التدفق باستخدام معادلة برنولي.
مقياس تدفق الغاز بأنابيب بيتوت الأنبوبية لأدوات ميتلان
الميزات:
- لا يتأثر باهتزاز خط الأنابيب
- قابل للتطبيق على قياس الهواء المتسخ والرطب
- تقلل المعايرة التلقائية عبر الإنترنت من انحراف البيانات
- حساسية عالية، الحد الأدنى يصل إلى 5 نيوتن متر/ثانية
- نسبة دوران عريض 1:60
- قياس التدفق ثنائي الاتجاه
- يدمج مستشعرات الضغط ودرجة الحرارة لمراقبة ضغط الغاز ودرجة الحرارة عبر الإنترنت
- لا توجد أجزاء متحركة، انخفاض ضغط منخفض
الوسائط المناسبة لمقاييس التدفق الأنبوبي البيتوتي
تتفوق أنابيب بيتوت في ظروف السوائل المحددة:
السوائل المثالية
- الغازات النظيفة:
- الهواء والنيتروجين والأكسجين والبخار.
- يمنع الحد الأدنى من الجسيمات انسداد منافذ الضغط.
- السوائل منخفضة اللزوجة:
- الماء والزيوت الخفيفة والمواد الكيميائية.
- التدفق المضطرب المستقر والمضطرب:
- يكون التدفق الصفحي (حركة سلسة ومنظمة) أقل ملاءمة بسبب قراءات الضغط غير المتسقة.
السوائل غير المناسبة
- السوائل عالية اللزوجة: العسل، والزيوت الثقيلة (تسبب تأخر الضغط).
- السوائل القذرة أو الطينية: يمكن للجسيمات أن تسد الأنبوب.
- التدفقات متعددة المراحل: مخاليط الغاز والسائل (مثل البخار الرطب).
تطبيقات عدادات التدفق الأنبوبية البيتوتية
1. الطيران
- قياس سرعة الهواء: أنابيب بيتوت الموجودة على أجنحة الطائرات تقيس سرعة الهواء من خلال مقارنة الضغوط الجوية والديناميكية.
- دور السلامة الحرج: يمكن أن تؤدي الأعطال (على سبيل المثال، الانسدادات الناتجة عن الجليد) إلى قراءات خاطئة، مما يؤكد الحاجة إلى أنظمة التدفئة في الطائرات الحديثة.
2. أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
- مراقبة تدفق الهواء المجاري الهوائية: يضمن التوزيع المتوازن للهواء في المباني التجارية.
- كفاءة الطاقة: يكتشف التسريبات أو أوجه القصور في أنظمة التهوية.
3. التحكم في العمليات الصناعية
- قياس تدفق البخار: مراقبة إنتاج الغلايات في محطات توليد الطاقة.
- مراقبة خط أنابيب الغاز: تتبع تدفق الغاز الطبيعي في خطوط النقل.
4. الهندسة البيئية
- اختبار نفق الرياح: يقيس سرعة تدفق الهواء في الأبحاث الديناميكية الهوائية.
- مراقبة التلوث: تقييم انبعاثات غازات المداخن في المصانع.
5. إدارة المياه
- تدفق القناة المفتوحة: أنابيب بيتوت المعدلة لقياس معدلات تدفق النهر أو القناة.
كيفية اختيار مقياس التدفق الأنبوبي البيتوتي
1. توافق السوائل
- تأكد من أن مادة الأنبوب (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس الأصفر) تقاوم التآكل من السائل.
2. ملف التدفق
- الاستخدام حساب متوسط أنابيب بيتوت (مثل Annubar®) للتدفق غير المنتظم في الأنابيب الكبيرة.
3. نطاق الضغط
- اختر مستشعر قادر على التعامل مع أقصى ضغط للنظام.
4. ظروف درجة الحرارة
- قد تتطلب التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية تجميعات تبريد.
5. متطلبات المخرجات
- اختر مخرجات تناظرية (4-20 مللي أمبير) أو رقمية (Modbus، HART) للتكامل مع أنظمة التحكم.
على الرغم من أصوله التي تعود للقرن الثامن عشر، لا يزال مقياس التدفق الأنبوبي Pitot حجر الزاوية في قياس سرعة السوائل. إن بساطته ومتانته وتكلفته المنخفضة تجعله لا غنى عنه في الطيران والتكييف والتبريد والتكييف والإعدادات الصناعية. بينما توفر التقنيات الأحدث دقة أعلى للتدفقات المعقدة، فإن موثوقية أنبوب بيتوت في البيئات النظيفة والثابتة تضمن استمرار أهميته.
من خلال فهم مبادئها وقيودها وتطبيقاتها المثالية، يمكن للمهندسين الاستفادة من هذه الأداة الخالدة لتعزيز أداء النظام واستدامته.
