Sensori per l’aerodinamica: tubo di Pitot

Rubrica: Telemetria (sensori per l’aerodinamica)
Titolo o argomento: Tubo di Pitot

Un tubo di pitot è un dispositivo che permette la misura della pressione dinamica di un fluido in movimento, come il flusso di aria che investe la vettura che corre. La pressione dinamica può essere pensata come la pressione frontale vista dalla macchina dovuta al suo movimento attraverso l’aria. Ricordiamo che una pressione è una grandezza data dal rapporto tra la forza e una superficie, ragione per cui si misura molto spesso in N/mm^2 oppure N/m^2 (Newton su millimetro quadro oppure Newton su metro quadro per esempio).

Schema del tubo di Pitot

Le prestazioni aerodinamiche di un veicolo sono proporzionali alla pressione dinamica e così la sua misura è importante per capire le variazioni di performance del veicolo lungo il circuito. Un tubo di Pitot statico ha due porte; quella della pressione statica (static pressure port) e quella della pressione totale (total pressure port). La differenza tra queste due pressioni è la pressione dinamica. Collegare un trasduttore di pressione differenziale attraverso le due porte misurerà direttamente la pressione dinamica. Il tubo di pitot ha la sezione ellissoidale modificata per inserire due porte OD da 3mm (0.12″) che permettono il collegamento diretto al sensore di pressione differenziale (singolo canale) o al sensore di pressione ottale (di cui parleremo nel prossimo articolo di questa rubrica) per mezzo di una tubatura interna da 3mm (0,12″).

Come si installa

Il tubo di Pitot dovrebbe di norma essere allineato con il libero  flusso d’aria che investe la vettura, ben lontano dalle turbolenze causate dalla macchina stessa. In generale il tubo dovrebbe essere posizionato lontano dalla macchina e più avanti possibile. Le posizioni adatte sono illustrate nella figura sotto.

Posizionamento del tubo di Pitot

Il tubo di Pitot è calibrato per rientrare in un errore del ± 0.5% fino ad un disallineamento di massimo 12°. Questo significa che se lo posizioniamo in modo da formare un’angolo fino a 12°  tra lo strato limite dell’aria ed il tubo stesso, le misurazioni effettuate sono comunque molto accurate e si può manifestare un errore massimo del ± 0.5%.

Calibratura

Il tubo pitot statico non ha bisogno di essere calibrato dall’utente. Tuttavia, è necessario calibrare il trasduttore di pressione differenziale collegato ad esso, per dare letture di pressione dinamiche che rispettino le unità di misura utilizzate dagli ingegneri. La calibratura per il singolo sensore (canale) aerodinamico viene eseguita facendo riferimento ad un’apposita tabella di valori (che viene data in dotazione con i sensori aerodinamici basati sul Tubo di Pitot e della quale vi è un esempio nella figura sotto).

Tubo di Pitot - Telemetria - Calibrazione

Dalle misure di pressione dinamica possiamo calcolare la velocità dell’aria. Dall’equazione di Bernoulli abbiamo che la pressione dinamica si ricava come segue:

P dinamica = 1/2 · (ρ · V2)

dove ρ che si legge (rho) è il valore della densità dell’aria e V2 è il valore al quadrato della velocità che ci andremo a ricavare con la ovvia formula inversa. Vedremo in seguito questi calcoli in modo più chiaro ed accurato, nonostante ciò, per la comprensione è necessario una preparazione di base di matematica, fisica ed idraulica.

Note

Nei calcoli vengono assunte la pressione atmosferica di 1 bar e la temperatura ambiente di 15°C. Tuttavia rilevare le condizioni atmosferiche del tracciato volta per volta rende i calcoli nettamente più precisi ma, al tempo stesso, più laboriosi (anche questi verranno mostrati semplificati nei prossimi articoli di questa rubrica).

Copyright
La PI Research ha autorizzato il blog www.ralph-dte.eu ed i siti ad esso collegati, alla pubblicazione di parte del materiale messo a disposizione. E’ severamente vietato riprodurre il materiale presente in questa rubrica. Chiunque pubblicasse su altri siti, forum o blog tale materiale, andrà ad incorrere in problemi legali dei quali non siamo responsabili.

Ringrazio vivamente:
Il mio caro amico “Giorgio”  per la gentile concessione della sua telemetria.
La PI research per i preziosi dati concessi.
Link correlati
La curva ideale di apertura del gas – Articolo in modalità PRO
La telemetria delle F1 degli anni ’90
La differenza tra la telemetria ed il rilevamento dati
Sensori di spostamento: Potenziometro lineare
Sensori inerziali: Accelerometro – Giroscopio
Sensori di spostamento: LVDT linear variable differential transformer
Sensori per l’aerodinamica: Tubo di Pitot
Sensori per l’aerodinamica: Calibrare il tubo di Pitot
Sensori di velocità: ABS, controlli trazione, controlli stabilità
Telemetria, accelerazione laterale e qualche dubbio…
Sensori di velocità: Un chiaro esempio
Sensori altezza vettura
Parentesi sui controlli attivi su un volante di Formula1
Sensori di torsione
Sensori di torsione: Un chiaro esempio
Sensori di spostamento: Un chiaro esempio: Estensione/Compressione
Interpretare le prestazioni del differenziale autobloccante tramite la telemetria

Le ali di un’auto da corsa

Rubrica:Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Le ali

Vai a scaricare gli alettoni ma la macchina va più piano. I tempi sul giro si alzano. Blocchi il differenziale ma all’ingresso in curva l’auto rifiuta di inserirsi. La abbassi pensando che con un baricentro più basso percorrerai le curve più velocemente ma in realtà diventa solo più nervosa e reattiva. Le campanature non vanno mai bene e le gomme scaldano troppo oppure non ti accompagnano nella curva.

Cosa succede al tuo setup?

In alcuni brevi articoli a partire da questo (le ali, le campanature, l’altezza da terra, i differenziali, le barre anti rollio ed un rapid resume molto utile) cercheremo di rispondere alle domande dei lettori nel modo più chiaro e semplice possibile evitando di dilungarci troppo. Successivamente ci occuperemo di approfondire via via sempre di più.

Il setup in realtà è fatto di rapporti ovvero andando a toccare un parametro che riguarda l’avantreno, gli effetti del mutamento si ripercuotono anche sul retrotreno. Per tale ragione ogni modifica fatta all’avantreno deve tener conto delle conseguenze che comporterà sul retrotreno e viceversa.

Un esempio?

Solitamente quando la macchina stenta ad inserirsi in curva, si agisce sull’ala anteriore con la volontà di ottenere più aderenza. Il più delle volte si finisce con l’ottenere una vettura che in realtà sovrasterza troppo.

Come mai?

Non bisogna solo considerare l’angolo dell’ala anteriore o posteriore durante una regolazione, bensì anche le percentuali di carico sul fronte sul retro. Se abbiamo un carico aerodinamico del 30% sul fronte e del 70% sul retro e vogliamo più aderenza all’anteriore, aumenteremo sì l’angolo dell’ala anteriore, ma andremo a correggere anche l’ala posteriore affinchè le percentuali di carico rientrino in quel range che mantiene la vettura in equilibrio durante la curva. Questo soprattutto quando andiamo a creare nuovi assetti. Prima ancora di scegliere l’angolo delle ali, sarà opportuno effettuare qualche conto sul bilanciamento del veicolo. Come sono ripartiti i pesi? Ha il motore anteriore o posteriore? Valori numerici ben precisi sono riportati alla pagina info della vostra vettura (sul simulatore lfs). Solo nel caso si facciano leggeri affinamenti correttivi si va a toccare una sola ala. Se invece le prestazioni del vostro mezzo sono da rivedere e la vettura in curva dinamicamente vi piace ma non vi entusiasma nel rettilineo, allora riducendo l’ala al posteriore per avere più velocità, dovrete ricordarvi di agire anche sull’ala anteriore per ricreare quell’equilibrio che avevate prima e che non rendeva la macchina né troppo sottosterzante, né troppo sovrasterzante.

Curiosità

A mano a mano che scarichi gli alettoni, solitamente sono necessarie alcune correzioni anche ad altri parametri del set. Spesso riducendo l’angolo di un’ala, si interviene anche sulle campanature delle relative ruote (anteriori o posteriori in base alla rispettiva ala) aumentandole un pelino. Tuttavia la migliore certezza l’avrai provando questa soluzione ed osservando in che misura ti da vantaggi/svantaggi. Muovi sempre le regolazioni di poco, si tratta di affinamenti. Aumentare un paramentro del 30%-40% ogni volta andando di 10 in 10 non ha senso. L’intervento è troppo esagerato e non ti dirà la verità.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.