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martedì 29 dicembre 2020

#26 - LA CHIMICA

-CHEMISTRY-

Come abbiamo detto nell'approfondimento "Emissioni a camino ed industria" il tubo di Pitot viene utilizzato per misurare la portata di diversi composti, ma chimicamente cosa sono?

-Impianto a gas combustibile-

-COMBUSTIBILE GASSOSO: è un gas (per esempio metano) che viene ossidato, cioè subisce una sottrazione di elettroni nel processo di combustione, reazione che produce calore e radiazioni elettromagnetiche. I gas naturali in generale hanno potere calorifico piuttosto elevato, cioè producono un'ingente quantità di calore dato un kg di combustibile.

- ARIA COMBURENTE: sostanza che agisce come agente ossidante di un combustibile in una reazione di combustione. Il più comune è l'ossigeno dell'aria.

-ARIA COMPRESSA: l'aria compressa consiste, a livello di componenti, nell'aria atmosferica, dunque composta da 78% di N2 (azoto), 21% di O2 (ossigeno), 0.93% di (argon) ed il restante di CO2 (anidride carbonica) più altri componenti. Quest'ultima viene però compressa, cioè tramite un compressore viene diminuito il volume affinché abbia una pressione maggiore rispetto a quella esterna (1 atm). Essa viene utilizzata per esempio per pulire o ventilare macchine o serbatoi contenenti gas pericolosi.

-BIOGAS: il biogas è uno delle fonti alternative più utilizzate per la produzione di energia rinnovabile, si tratta della digestione anaerobica (in assenza di O2) di un composto organico da parte di microorganismi. E' composto dal 40 al 70% da CH4 (metano) e il restante da CO2 e H2 (idrogeno). Le discariche di rifiuti urbani possono diventarne grandi produttori. E potendo garantire l'autonomia energetica viene considerata ora una delle principali risorse ecosostenibili.

-Descrive il funzionamento di un impianto Biogas-

Fonti: https://www.iesbiogas.it/cose-il-biogas/

https://www.treccani.it/enciclopedia/combustione/

lunedì 2 novembre 2020

#EXTRA - APPLICAZIONI

MOUNT WASHINGTON OBSERVATORY

Il Mount Washington Observatory è una stazione metereologica situata sul monte Washington nel New Hampshire. Essa svolge ricerche per avanzare nella conoscenza in campo meteorologico e climatico (per saperne di più..).

In questo centro utilizzano il tubo di Pitot, come si può vedere nell'immagine a destra, per misurare la velocità del vento. Infatti, tale strumento non ha la possibilità di ruotare o muoversi, a dispetto delle normali eliche, e quindi viene prediletto poiché non sorge il problema che si inceppi, causa gelo dovuto alle basse temperature, o che addirittura si stacchi.

Leggere: https://www.mountwashington.org/experience-the-weather/observer-comments.aspx?id=48773

#14 - TASSONOMIA

-TAXONOMY-

A questo punto possiamo analizzare il ruolo del tubo di Pitot nella famiglia degli strumenti fluidodinamici attraverso una breve tassonomia:

lunedì 26 ottobre 2020

#9.2 - INVENTORI

Darcy Parc a Dijon

HENRY DARCY

Henry Darcy

Henry Philibert Gaspard Darcy nasce a Dijon, in Francia, il 10 Giugno 1803. Egli diventa ingegnere idraulico frequentando l'École Polytechnique di Parigi, ma subito dopo torna nella sua città natale dove si occupa della progettazione dell'acquedotto.

Egli, infatti, si specializza nell'idraulica e diventa celebre per la scoperta, nel 1853, della Darcy's low, che descrive il moto di un fluido in un mezzo poroso.

Tra il 1848 e il 1855, periodo nel quale vive a Parigi, realizza le modifiche e il disegno del tubo di Pitot, che verranno mantenute pressoché uguali fino al giorno d'oggi.

Fonti: https://www.britannica.com/biography/Henri-Philibert-Gaspard-Darcy

https://en.wikipedia.org/wiki/Henry_Darcy

#9.1 - INVENTORI

Acadèmie des Sciences, 1667

HENRI PITOT

Henri Pitot

Henri Pitot nacque il 3 Maggio 1695 ad Aramon, in Francia. Egli iniziò la sua carriera come matematico ed astronomo; nel 1724 divenne membro dell'Acadèmie des Sciences (per saperne di più..). Cominciò poi ad interessarsi al problema del flusso delle acque nei canali e nei fiumi fino ad inventare poi il tubo di Pitot. Morì il 27 Dicembre 1771 sempre ad Aramon.

Pitot nasce nel pieno periodo della Rivoluzione scientifica, Newton non aveva ancora pubblicato "I principi matematici della filosofia naturale". Un'epoca in cui Matematica, Fisica e le altre scienze cambiarono la visione della società riguardo alla natura.

Fonti: https://www.britannica.com/biography/Henri-Pitot

giovedì 22 ottobre 2020

#8 - MATERIALI

ACCIAIO INOX

-STAINLESS STEEL-

Il principale elemento costituente il tubo di Pitot è l'acciaio inox ( "stainless steel": acciao "immacolato", o meglio inossidato).

Esso è un metallo caratterizzato da una particolare resistenza all'ossidazione e alla corrosione, necessaria per esposizioni quotidiane all'ambiente esterno. Questo materiale è inoltre un cattivo conduttore di elettricità e calore.

A destra Brearley a Portland dopo la scoperta

La scoperta dell'acciaio inossidabile è arrivata durante le sperimentazioni in campo bellico: all'inizio del '900 il chimico inglese Brearley era alla ricerca di un nuovo acciaio per le canne dei fucili.

Fonti: https://www.gpinossidabile.com/info/000007/2019/_40.htm

lunedì 19 ottobre 2020

#5 - FISICA

PRINCIPIO FISICO

-PHYSICAL PRINCIPLE-

Immergendo il tubo nel getto da misurare avviene che il fluido si scontra con l’ingresso del tubo stesso, creando una sovrappressione (punto di ristagno), detta pressione di Pitot (o pressione totale Ptot) e la sua energia cinetica si trasforma così in energia potenziale.

Vi sono poi altri due forellini, questa volta posti non in punta, ma ai lati del tubo, in corrispondenza dei quali si crea una pressione detta statica (Pst).

I due canali convergono verso due manometri che misurano le due pressioni e si ricava poi, tramite le scoperte di Bernoulli, la pressione dinamica (Pdin).

-Equazione di Bernoulli: pressione totale = pressione statica +pressione dinamica

-Teorema di Bernoulli:

p+\rho gh+{1 \over 2}\rho u^{2}={\mathrm {costante}}

(p è la pressione, ρ è la densità del fluido, u è la velocità di deriva, g è l'accelerazione gravitazionale, h è l'altezza)

Questo teorema ci dice come con un fluido ideale su cui non viene applicato un lavoro, per ogni incremento della velocità di deriva si ha simultaneamente una diminuzione della pressione o un cambiamento nell'energia potenziale del fluido ().

Applicandole ai due fori si ottiene:

v1 = 0 nel punto di ristagno, v2= v = velocità del flusso, h1 = h2 = altezza dei due fori

Si ottiene alla fine:

p_{tot}=p_{st}+{\frac {1}{2}}\rho \left|\langle v\rangle \right|^{2}

v={\sqrt {\frac {2(p_{tot}-p_{st})}{\rho }}}

Questa velocità finale è quella del fluido in cui è stato immerso il tubo di Pitot.

NOTA: queste equazioni possono essere applicati su fluidi incomprimibili (i liquidi sono incomprimibili, i gas lo sono sotto certe condizioni).

Fonti: https://www.grc.nasa.gov/www/k12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/pitot.html

http://www.roseke.com/what-is-a-pitot-tube-and-how-does-it-work/

http://pcfarina.eng.unipr.it/Dispense02/022.pdf

https://it.wikipedia.org/wiki/Tubo_di_Pitot

#4 - SCIENZA

FLUIDODINAMICA

-FLUID DYNAMICS-

La scienza strettamente collegata al Tubo di Pitot è la Fluidodinamica.

La fluidodinamica è la branca della fisica che studia il comportamento dei fluidi in movimento.

Le scienze da lei derivate sono: aereodinamica (gas), idrostatica e idrodinamica (liquidi), idraulica (studia l'utilizzo dei liquidi, in particolare l'acqua).

Questa branca si fonda sulla definizione newtoniana di fluido (XVII secolo) e viene studiata da numerosi scienziati, vale la pena citare Castelli (1578 - 1643), Torricelli (1608 - 1647), Bernoulli (1700 -1782) e Venturi (1746 - 1822), i quali ne hanno definito le leggi più importanti.

Essa ha numerose applicazioni tra le quali il calcolo delle forze e dei momenti di superfici esposte all'azione di fluidi, studi di comfort ambientale, diffusione di sostanze inquinanti e meteorologia.

Fonti: https://www.treccani.it/enciclopedia/fluidodinamica_%28XXI-Secolo%29/

https://it.wikipedia.org/wiki/Fluidodinamica#Tecniche_di_misura