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Articulo de referencia

Registro del pitómetro

Figura 1: Fotografía de un pitómetro de submarino de la Armada de los Estados Unidos de la Segunda Guerra Mundial . Esta unidad utiliza un manómetro de mercurio para medir la di...

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Figura 1: Fotografía de un pitómetro de submarino de la Armada de los Estados Unidos de la Segunda Guerra Mundial . Esta unidad utiliza un manómetro de mercurio para medir la diferencia entre la presión estática y dinámica del agua.

Los pitómetros (también conocidos como correderas de fondo) son dispositivos que se utilizan para medir la velocidad de un buque con respecto al agua. Se emplean tanto en buques de superficie como en submarinos. Los datos del pitómetro se suelen introducir directamente en el sistema de navegación del buque.

Historia

Todos los instrumentos náuticos diseñados para medir la velocidad de un barco a través del agua se conocen como correderas. [ 1 ] Esta nomenclatura se remonta a la época de la navegación a vela, cuando los marineros lanzaban una corredera atada a una cuerda anudada a intervalos regulares desde la popa del barco. Los marineros contaban el número de nudos que pasaban por sus manos en un período de tiempo determinado. Hoy en día, los marineros siguen utilizando la unidad de nudos para expresar la velocidad de un barco. La velocidad del barco era necesaria para navegar por estima , que era la práctica habitual antes de los instrumentos de navegación modernos como el GPS .

Durante la Segunda Guerra Mundial , los registros de pitómetros a menudo se conectaban directamente a los sistemas de control de tiro de los buques de guerra . Esta conexión era necesaria para que los sistemas de control de tiro de artillería y torpedos pudieran rastrear automáticamente los objetivos.

El pitómetro fue patentado [ 2 ] en 1899 por Edward Smith Cole.

Tecnología

Principios de funcionamiento

Figura 2: Ilustración de un registro de pitómetro basado en un manómetro de mercurio.

La tecnología básica del pitómetro es similar a la del tubo Pitot de un avión. Generalmente, el pitómetro tiene un tubo largo que penetra el casco del barco cerca de la quilla. La parte del pitómetro que sobresale del barco se conoce a veces como varilla de medición o tubo de medición. Este tubo suele tener dos aberturas: una orientada en la dirección del movimiento del agua de mar , que se utiliza para medir la presión total del agua, y otra perpendicular a dicha dirección, que se utiliza para medir la presión estática del agua de mar. La presión dinámica del agua de mar depende de la profundidad del agua y de la velocidad del buque, y se obtiene restando la presión estática a la dinámica.

En las primeras versiones del pitómetro, se utilizaron manómetros de mercurio [ 3 ] para medir las diferencias de presión (véase la Figura 1). [ 2 ] En versiones posteriores se emplearon métodos que generaban presiones de igualación dentro del pitómetro para equilibrar la presión dinámica. Esto eliminó la necesidad de manómetros de mercurio. [ 4 ]

Análisis

Mediante el principio de Bernoulli , se puede obtener una expresión para la velocidad del agua que incide sobre el buque en función de la diferencia entre la presión dinámica y estática del agua. La presión total del agua en el tubo con agua de mar en movimiento se puede describir mediante la ecuación 1.

dónde
  • p Total es la presión total del fluido.
  • p Estática es la presión estática, que depende estrictamente de la profundidad.
  • La presión dinámica es la presión del fluido causada por el movimiento del fluido.

Dado que el agua es un fluido incompresible, el componente de presión dinámica de la presión total se puede expresar en términos de la densidad del agua y la velocidad del agua como se muestra en la ecuación 2.

dónde
  • v El agua es la velocidad del flujo del fluido.
  • ρ es la densidad del fluido.

La ecuación 2 permite calcular la velocidad del agua en función de la diferencia de presión entre las dos ramas del manómetro. La ecuación 3 muestra que la velocidad es función de la raíz cuadrada de la diferencia de presión.

Debido a que la velocidad calculada por el pitómetro es función de la diferencia entre las lecturas de presión, el pitómetro no produce un resultado preciso cuando la velocidad del barco es baja y las dos lecturas de presión son casi iguales.

Alternativas al pitómetro

Si bien el bitácora de pitómetro es muy común hoy en día, existen otros bitácoras que también se utilizan. Estas bitácoras incluyen:

  • Corredera de impulsor : Una variante de este método se conoce como corredera patentada, que se remolca desde la popa de un barco. La corredera patentada incluye un registrador mecánico que cuenta las rotaciones de la corredera mientras se remolca. La corredera patentada fue inventada en 1688 por el fabricante de instrumentos inglés Humphry Cole . También se la conoce como corredera de tornillo o corredera de popa . [ 5 ]
  • RPM de la hélice : La velocidad de un barco es aproximadamente proporcional a la velocidad de rotación de la hélice. Este método es más útil cuando la hélice tiene paso constante. Es menos útil en barcos con hélices de paso variable o sin hélice (como los veleros ). Una variante de este método fue utilizada por los submarinos durante la Segunda Guerra Mundial para determinar la velocidad de los objetivos. El operador del sonar escuchaba el sonido de la hélice del objetivo y determinaba su velocidad de rotación o "número de palas". Conociendo la velocidad de rotación de la hélice e identificando visualmente el tipo de barco, se podía estimar la velocidad del objetivo.
  • Las mediciones GPS solo proporcionan la posición, sin indicar la velocidad ni la dirección del movimiento. Sin embargo, la mayoría de los receptores GPS pueden calcular automáticamente la velocidad y la dirección a partir de dos o más mediciones de posición. La desventaja de este principio es que los cambios de velocidad o dirección solo se pueden calcular con cierto retraso, y que la dirección calculada se vuelve imprecisa cuando la distancia recorrida entre dos mediciones de posición cae por debajo o cerca del margen de error aleatorio de la medición de posición. Para contrarrestar este efecto, los sistemas de navegación más avanzados utilizan sensores adicionales, como una brújula o un sistema de navegación inercial, para complementar el GPS.
  • Registrador de velocidad Doppler (DVL): Algunos buques están equipados con instrumentos de sonar que pueden medir el desplazamiento Doppler en un pulso de sonido generado por el movimiento del buque al reflejarse en el fondo marino o en las partículas del agua. Por lo tanto, las mediciones de velocidad de un instrumento Doppler pueden ser relativas al fondo marino o al agua.
  • Registrador de velocidad por correlación (CVL): Un CVL consta de un transmisor de sonido y varios receptores. Estos dispositivos, de alto costo, miden la velocidad respecto al suelo del buque mediante el procesamiento de correlación entre las señales recibidas por los distintos receptores en diferentes momentos. Esta correlación permite relacionarla con la distancia recorrida por el buque. [ 6 ] Los CVL se utilizan principalmente en buques que requieren una medición muy precisa de bajas velocidades, que un pitómetro tiene dificultades para medir con exactitud.

Referencias

  1. ↑ "Ciencias Navales 203: Navegación y Operaciones Navales I" . Cuerpo de Entrenamiento de Oficiales de la Reserva Naval de Penn State. Archivado del original el 5 de septiembre de 2006. Consultado el 26 de agosto de 2006 .
  2. 1 2 "El fotopitómetro: un instrumento para medir la velocidad en las tuberías de agua" . Artefactos estadounidenses: antigüedades científicas, médicas y mecánicas . Consultado el 26 de agosto de 2006 .
  3. ↑ "Sistemas de registro submarino, NAVPERS 16168" . División de Normas y Currículo, Capacitación, Oficina de Personal Naval. 11 de julio de 2000. Consultado el 26 de agosto de 2006 .
  4. ↑ "Sistemas de registro submarino" . Museo y parque del submarino USS Bowfin. 2002. Archivado del original el 25 de agosto de 2006. Consultado el 26 de agosto de 2006 .
  5. ↑ "Arctic Corsair - Registro de reenvío o registro de patente" . Consultado el 28 de agosto de 2006 .
  6. ↑ "Simulación del registro de velocidad de correlación mediante un modelo acústico basado en computadora" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 23 de septiembre de 2006. Consultado el 26 de agosto de 2006 .