Introduzione
Seppur il metodo di misura della portata attuato per mezzo di un tubo di Pitot sia noto da centinaia di anni, solo nel diciottesimo secolo Henri Pitot ne ha formalizzato il suo uso, dando il suo nome a questa particolare tecnica. Da allora si sono susseguiti diversi sviluppi e perfezionamenti progettuali del tubo di Pitot, ma nessuno così rivoluzionario come il principio Annubar che fu lanciato su uno scettico mercato industriale circa 30 anni fa dalla Dieterich Standard Corporation of America. L’Annubar fu infatti il primo vero tubo di Pitot automediante, che nel corso degli anni divenne uno standard di misura per la portata, universalmente riconosciuto ed accettato. Quale ulteriore evoluzione dell'originario concetto di misura, più recentemente sono apparsi altri dispositivi caratterizzati dall'apporto di significative migliorie rispetto all'originario Annubar, e che oggi hanno definitivamente acquisito una loro precisa collocazione tra le diverse tecniche di misura disponibili, ove il tubo di Pitot automediante é meritevolmente considerato quale economica ed affidabile tecnica per le misure di portata.
 

Sviluppo
Nella sua forma più semplice, il tubo di Pitot è costituito da un tubo ad L con estremità aperte, ove un'estremità viene immersa nel fluido in misura (con l'asse allineato parallelamente ai filetti fluidi e l'imboccatura posta contro corrente al flusso), mentre l’altra é posizionata verticalmente, in comunicazione con l'atmosfera. La parte verticale del tubo é dotata di una scala graduata, con la quale è possibile misurare la colonna di fluido che si crea al suo interno, al di sopra della superficie libera del fluido stesso (riferirsi alla Fig.1). Trascurando per semplicità espositiva la valutazione di coefficienti imputabili ad inevitabili perdite di carico, è possibile ricondurre questo innalzamento entro il Pitot, alla velocità del fluido:

Infatti si può dimostrare che la velocità del flusso é data dalla formula: 

ove K é una costante dipendente dalla geometria del Pitot, H é l’altezza del fluido nel tubo rispetto alla superficie libera, e g = 9,81 m/sec².

Trasferendo ora tali considerazioni ad un fluido rinchiuso in una condotta sotto pressione (riferirsi alla Fig.2), l’innalzamento del fluido nel tubo di Pitot sarà dovuto alla somma del valore statico (altezza h) e dalla velocità rilevata all'ingresso del Pitot (altezza H). 
 

Avvalendosi di un secondo tubo di misura inserito nella parete della condotta in esame (in modo che risulti appena affacciato sulla condotta stessa), sarà possibile misurare l’innalzamento imputabile alla sola spinta statica (altezza h), e che viene pertanto definito innalzamento statico. Collegando al Pitot e al tubo di rilievo statico un sistema di misura della pressione differenziale, sarà possibile rilevare una grandezza direttamente proporzionale alla velocità del fluido in misura.

Profilo delle velocità del flusso
Nei casi in cui sia richiesta una accurata valutazione del profilo delle velocità entro una condotta, l'adozione di un singolo tubo di Pitot inserito in una posizione fissa della sezione di flusso in verifica, risulterà insufficiente, in quanto il profilo delle velocità considerato nella sezione trasversale della condotta, é notoriamente irregolare e mutevole con il cambiare della velocità del fluido. Questo effetto risulta ancor più evidente quando il flusso venga disturbato da un gomito, da una valvola o da altri dispositivi posti a monte del punto di inserzione del Pitot, ed il tratto rettilineo della condotta sia di lunghezza insufficiente per ristabilire completamente il flusso laminare. A conferma di quanto esposto, la Fig. 3 riporta un tipico set di profili di velocità (rilevati con differenti regimi di portata), entro una condotta da 18 centimetri, in cui la sezione di misura è collocata a 16 diametri a valle di un gomito sul percorso.
 

Per quanto analizzato, e pensando di avvalersi di un singolo dispositivo Pitot, si renderebbe necessario attuare un set di misure (con condizioni di esercizio costanti), ad intervalli tanto più ristretti quanto più si desideri migliorare la precisione della lettura globale; i rilievi dovrebbero essere compiuti attraversando completamente la condotta, in misura, dalla quale il Pitot verrebbe poi progressivamente estratto. Standards di riferimento internazionali, definiscono dettagliatamente le modalità di misura, la configurazione del Pitot, gli intervalli da considerare e i calcoli da effettuarsi (ad esempio BS 1042 part 2). In alternativa al metodo descritto, si potrebbe attuare la misura tramite diversi tubi di Pitot (di poco tra loro intercalati entro la sezione della condotta), con i quali poter effettuare simultaneamente più misure, permettendo così un rilievo estremamente fedele al profilo delle velocità, ed una misura media di elevata precisione. In entrambi i casi gli equipaggiamenti richiesti sono però piuttosto complessi e costosi, ed in ultimo, la valutazione della portata risulta essere lunga, con conseguenti perdite di tempo.

Dalle migliorie apportate all'idea iniziale.....
Onde minimizzare i problemi tipici di un profilo delle velocità irregolare, sono state ideate diverse forme alternative di tubi di Pitot denominati automedianti, ove la pressione dovuta alla velocità del fluido, viene determinata tramite una versione modificata della parte esposta al fluido (tubo di impatto), costituita da un tubo che si estende attraverso tutta la lunghezza della condotta in misura (riferirsi alla Fig. 4).
 

Il tubo di impatto esterno è dotato di un determinato numero di forellini (prese di pressione), disposte strategicamente lungo la sua lunghezza, in modo che le pressioni generate da ognuno di essi (imputabili alle diverse velocità componenti il profilo), vengano ad essere mescolate dentro il tubo di impatto, determinando così una pressione mediata per la misura. Il valore statico viene rilevato da un foro disposto a valle del senso di flusso (PL). Purtroppo, è stato accertato che questa tecnica funziona in modo soddisfacente, quando il flusso sia completamente sviluppato e sostanzialmente simmetrico rispetto all’asse del tubo; tanto più il profilo sarà irregolare e asimmetrico, tanto più gli errori di misura assumeranno maggiore rilevanza.

....Al perfezionamento della tecnica automediante
Considerando che con un flusso asimmetrico, la media potrà risultare non corretta (per la possibile prevalenza o meno di una sola parte del profilo delle velocità), alcuni tubi di Pitot automedianti sono stati dotati di un'ulteriore tubo di media interno, dotato di uno o più fori, grazie al quale è possibile ridurre in modo drastico l’irregolarità e l'asimmetria del profilo del flusso. Il principio di funzionamento del dispositivo Torbar é schematizzato in Fig. 5.
 

Le velocità V0, V1, V2, e V3 considerate nella porzione r1 della sezione della condotta, producono le rispettive pressioni P0, P1, P2, e P3, rilevate dai fori del tubo di impatto. La spaziatura di questi fori (e dei fori relativi alle pressioni P4, P5, e P6) é definita secondo il metodo di media logaritmico-lineare, secondo British Standards BS1042 part 2. La velocità media relativa alla porzione r1 del profilo, viene quindi a determinare una pressione media P7 entro il tubo di impatto esterno, successivamente rilevata dal foro nel tubo di media interno.

Analogamente, la velocità media dovuta a V0, V4, V5, e V6 (porzione del profilo r2), produrrà la pressione media P8. Seppur le pressioni P7 e P8 risultino intuitivamente diverse nel loro modulo, queste vengono ad integrarsi nel tubo di media interno, determinando la componente di alta pressione finale, utile per la misura differenziale in uscita al Torbar. La componente di bassa pressione (PL) imputabile alla pressione statica, viene rilevata attraverso un singolo foro localizzato nel lato verso corrente del tubo di impatto (riferirsi alle Figg. 5 e 6). Per quanto analizzato precedentemente, la pressione differenziale così generata é quindi proporzionale alla portata ed é legata ad essa dalla consueta legge quadratica. La tipica equazione che lega la portata alla pressione differenziale (DP) ad essa imputabile é la seguente: 

dove Q é la portata espressa in chilogrammi/ora, K é un coefficiente legato alla costruzione del Torbar, A é la sezione della condotta in cm² e D é la densità in chilogrammi/metri³ del fluido in misura. Questa pressione differenziale é tipicamente maggiore di quella ottenibile da un singolo tubo di Pitot, poiché la pressione statica rilevata è normalmente inferiore a quella reale, a causa dell’effetto risucchio che il fluido produce attorno all'imboccatura del forellino disposto verso il senso del flusso. Avvalendosi di una particolare conformazione della zona di rilievo della pressione statica (atta ad una corretta separazione dei flussi), è comunque possibile mantenere una zona di misura costante, anche per variati regimi di portata (riferirsi alla Fig. 6). Nel caso in cui l'applicazione preveda la misura in un fluido caratterizzato da elevate velocità, e con lo scopo di evitare l'eccessiva depressione nella zona di rilievo della pressione statica, la pressione PL viene rilevata sulla periferia del flusso, in prossimità della parete della condotta. Seppur la pressione differenziale misurabile in uscita risulterà evidentemente inferiore (in quanto il modulo della pressione statica risulta più veritiero), questo accorgimento assicura che l’accuratezza finale della misura risulti attendibile e non affetta da possibili cambiamenti del punto di separazione del flusso. Nell’ambito dell'intera gamma di tubi di Pitot automedianti disponibili sul mercato, vengono piuttosto comunemente dichiarate incertezze sulla misura della portata pari al ±2%, con un livello di attendibilità del 95% (quando i dispositivi di misura siano stati correttamente installati), mentre la tipica ripetibilità della misura si aggira nell'intorno dello 0,1%. Questo ordine di precisione e ripetibilità, già favorevolmente comparabile con altri tipi di rilevatori primari di portata (quali ad esempio gli orifizi tarati), viene ancor più valorizzato dall'impiego della tecnica Torbar, capace di offrire accuratezze di misura fino al ±1%. Considerando che l'orifizio tarato è attualmente il dispositivo primario comunemente più impiegato nelle misure di portata industriali, non è sbagliato riferirsi a questa importante tecnica per compiere alcune ulteriori valutazioni. Un orifizio tarato nuovo, pulito, con spigoli acuminati e correttamente installato può fornire incertezze nella portata tipicamente migliori dell’ ±1% (95% di attendibilità) ma una installazione difettosa ed un progressivo smussamento degli spigoli (la progressiva usura determina un'alterazione della sezione di misura), può ridurre drasticamente tale accuratezza determinando una imprecisione sul lungo termine decisamente rilevante (è dimostrabile che un'usura del coltello di una flangia pari a 5 decimi di mm, può determinare un'errore complessivo del 5% del FS, mentre l'usura di 1 mm determina errori fino al 15% FS).

I Pitot auto-medianti sono stati sottoposti a condizioni provocate e reali di usura e hanno dimostrato di mantenere le loro prestazioni per lunghi periodi; usura di superfici, graffiature o smussamento dei forellini di rilevo della pressione, hanno un effetto trascurabile sulla precisione globale della soluzione. Inoltre, ai fini di una corretta installazione, i segmenti di condotta rettilinei che devono essere considerati a monte e a valle di un'installazione di un Pitot automediante, sono considerabilmente più corti (mediamente circa quattro volte) di quelli normalmente richiesti da un orifizio tarato; ciò consente più facili ed economiche installazioni, specialmente nelle situazioni in cui il piping di impianto sia stato già realizzato, e la necessità di un punto di misura si sia verificata soltanto in un secondo tempo (diverse versioni sono infatti installabili senza richiedere l'interruzione della condotta).

Design non restrittivo
Una delle caratteristiche più significative del Pitot automediante é il suo design non restrittivo, tale da determinare una perdita di pressione a causa della misura, molto più ridotta e stabile. Infatti, differentemente dai sistemi menzionati, tale tecnica non richiede una significativa restrizione della condotta onde determinare una variazione di velocità del fluido, e questo evidentemente si traduce in una drastica riduzione delle perdite di pressione che avvengono per ogni punto di misura. I costi energetici di esercizio vengono quindi apprezzabilmente ridotti poiché minori sono le perdite di carico da compensare da pompe o compressori (problematica ancor più evidente nei fluidi viscosi e densi). L'entità di questa perdita dipende dal diametro della barra del Pitot automediante, e dal diametro della condotta sotto analisi, ma tipicamente essa é inferiore al 10% della pressione differenziale generata, contro una perdita tipica del 50% della pressione differenziale generata tramite orifizi tarati.

Una soluzione completa
L'installazione semplificata ed operabile in assenza di drastici interventi sul punto di misura (nella quasi totalità delle installazioni, la condotta viene forata sulla parete, dove viene fissato il supporto, e su questo viene direttamente inserito il Pitot automediante), La limitata manutenzione, la disponibilità di soluzioni con prezzi decisamente convenienti (specialmente quando comparati con altre tecnologie), l'offerta del prodotto realizzato con diversi materiali (onde garantire sempre la massima compatibilità con il fluido in misura), e la possibilità di versioni dotate di manifolds, DP elettronici di misura e valvole di intercetto (oppure versioni che possono essere ritirate ed inserite nella condotta), hanno affermato l'uso e l'impiego di questi dispositivi in diverse industrie e diverse applicazioni. La tecnologia vanta ormai quasi trent'anni di impiego, differenziato in diverse situazioni applicative in tutto il mondo, con decine di migliaia di dispositivi installati; seppur essa non abbia la pretesa di porsi quale risposta ideale per qualsiasi situazione applicativa, questo metodo di misura della portata dovrebbe essere sempre considerato in ogni circostanza quantomeno per i suoi meriti tecnici e di costo.