Anemómetro

anemómetros de Copa

Un tipo simple de anemómetro fue inventado en 1845 por el Rev Dr. John Thomas Romney Robinson, del Observatorio Armagh. Consistía en cuatro copas semiesféricas montadas en brazos horizontales, que se montaban en un eje vertical. El flujo de aire más allá de las copas en cualquier dirección horizontal giró el eje a una velocidad que era aproximadamente proporcional a la velocidad del viento., Por lo tanto, contar las vueltas del eje durante un intervalo de tiempo establecido produjo un valor proporcional a la velocidad promedio del viento para un amplio rango de velocidades. También se llama anemómetro rotacional.

en un anemómetro con cuatro Copas, es fácil ver que dado que las copas están dispuestas simétricamente en el extremo de los brazos, el viento siempre tiene el hueco de una copa presentada y sopla en la parte posterior de la copa en el extremo opuesto de la Cruz. Dado que un hemisferio hueco tiene un coeficiente de arrastre de .38 en el lado esférico y 1.,42 en el lado hueco, se genera más fuerza en la copa que está presentando su lado hueco al viento. Debido a esta fuerza asimétrica, el par se genera en el eje del anemómetro, haciendo que gire.

teóricamente, la velocidad de rotación del anemómetro debe ser proporcional a la velocidad del viento porque la fuerza producida en un objeto es proporcional a la velocidad del fluido que fluye más allá de él., Sin embargo, en la práctica otros factores influyen en la velocidad de rotación, incluyendo la turbulencia producida por el aparato, el aumento de la resistencia en oposición al par que se produce por las copas y los brazos de soporte, y la fricción del punto de montaje. Cuando Robinson diseñó por primera vez su anemómetro, afirmó que las copas movían un tercio de la velocidad del viento, sin verse afectadas por el tamaño de la copa o la longitud del brazo. Esto fue aparentemente confirmado por algunos primeros experimentos independientes, pero era incorrecto., En cambio, la relación entre la velocidad del viento y la de las copas, el factor anemómetro, depende de las dimensiones de las copas y los brazos, y puede tener un valor entre dos y un poco más de tres. Cada experimento previo que involucraba un anemómetro tenía que repetirse después de que se descubriera el error.

el anemómetro de tres copas desarrollado por el canadiense John Patterson en 1926 y las posteriores mejoras de copa por Brevoort & Joiner de los Estados Unidos en 1935 llevó a un diseño de cupwheel con una respuesta casi lineal y tenía un error de menos del 3% hasta 60 mph (97 km/h)., Patterson descubrió que cada copa producía el par máximo cuando estaba a 45° con respecto al flujo del viento. El anemómetro de tres copas también tenía un par más constante y respondía más rápidamente a las ráfagas que el anemómetro de cuatro copas.

el anemómetro de tres copas fue modificado por el australiano Dr. Derek Weston en 1991 para medir tanto la dirección como la velocidad del viento. Weston agregó una etiqueta a una taza, lo que hace que la velocidad del cupwheel aumente y disminuya a medida que la etiqueta se mueve alternativamente con y contra el viento., La dirección del viento se calcula a partir de estos cambios cíclicos en la velocidad del cupwheel, mientras que la velocidad del viento se determina a partir de la velocidad promedio del cupwheel.

los anemómetros de tres copas se utilizan actualmente como el estándar de la industria para estudios de evaluación de recursos eólicos & práctica.

anemómetros de paletas

Una de las otras formas de anemómetro de velocidad mecánica es el anemómetro de paletas. Puede ser descrito como un molino de viento o un anemómetro de hélice., A diferencia del anemómetro Robinson, cuyo eje de rotación es vertical, el anemómetro de paletas debe tener su eje paralelo a la dirección del viento y por lo tanto horizontal. Además, dado que el viento varía en dirección y el eje tiene que seguir sus cambios, se debe emplear una veleta o algún otro dispositivo para cumplir el mismo propósito.

un anemómetro de paletas combina una hélice y una cola en el mismo eje para obtener mediciones precisas y precisas de la velocidad y la dirección del viento desde el mismo instrumento., La velocidad del ventilador se mide mediante un cuentarrevoluciones y se convierte en velocidad del viento mediante un chip electrónico. Por lo tanto, el caudal volumétrico puede calcularse si se conoce el área de la sección transversal.

en los casos en que la dirección del movimiento del aire es siempre la misma, como en la ventilación de pozos de minas y edificios, se emplean paletas de viento conocidas como medidores de aire, y dan resultados satisfactorios.,

• Vane anemometers

• Vane style of anemometer

• Helicoid propeller anemometer incorporating a wind vane for orientation

• Hand-held low-speed vane anemometer

• Hand-held digital anemometer or Byram anenometer.,

anemómetros de alambre caliente

los anemómetros de alambre caliente utilizan un alambre fino (del orden de varios micrómetros) calentado eléctricamente a cierta temperatura por encima del ambiente. El aire que pasa por el cable enfría el cable. Como la resistencia eléctrica de la mayoría de los metales depende de la temperatura del metal (tungsteno es una opción popular para los alambres calientes), se puede obtener una relación entre la resistencia del alambre y la velocidad del aire., En la mayoría de los casos, no se pueden usar para medir la dirección del flujo de aire, a menos que se acoplen con una veleta de viento.

Existen varias formas de implementar esto, y los dispositivos de cable caliente pueden clasificarse como CCA (anemómetro de corriente constante), CVA (anemómetro de voltaje constante) y CTA (anemómetro de temperatura constante). La salida de voltaje de estos anemómetros es, por lo tanto, el resultado de algún tipo de circuito dentro del dispositivo que intenta mantener constante la variable específica (Corriente, voltaje o temperatura), siguiendo la Ley de Ohm.,

Además, también se utilizan anemómetros PWM (modulación de ancho de pulso), en los que la velocidad se infiere por la longitud de tiempo de un pulso repetido de corriente que eleva el cable a una resistencia especificada y luego se detiene hasta que se alcanza un umbral «piso», en cuyo momento el pulso se envía de nuevo.,

los anemómetros de alambre caliente, aunque extremadamente delicados, tienen una respuesta de frecuencia extremadamente alta y una resolución espacial fina en comparación con otros métodos de medición, y como tales se emplean casi universalmente para el estudio detallado de flujos turbulentos, o cualquier flujo en el que las fluctuaciones rápidas de velocidad sean de interés.

una versión industrial del anemómetro de alambre fino es el medidor de flujo térmico, que sigue el mismo concepto, pero utiliza dos pines o cuerdas para monitorear la variación de temperatura., Las cuerdas contienen cables finos, pero el revestimiento de los cables los hace mucho más duraderos y capaces de medir con precisión el flujo de aire, gas y emisiones en tuberías, conductos y pilas. Las aplicaciones industriales a menudo contienen suciedad que dañará el anemómetro clásico de alambre caliente.

anemómetros Doppler láser

en la velocimetría Doppler láser, los anemómetros Doppler láser utilizan un haz de luz de un láser que se divide en dos haces, con uno propagado fuera del anemómetro. Las partículas (o material de semilla introducido deliberadamente) que fluyen junto con las moléculas de aire cerca de donde sale el haz reflejan, o retrodispersan, la luz de nuevo en un detector, donde se mide en relación con el haz láser original., Cuando las partículas están en gran movimiento, producen un desplazamiento Doppler para medir la velocidad del viento en la luz láser, que se utiliza para calcular la velocidad de las partículas y, por lo tanto, el aire alrededor del anemómetro.

anemómetros Ultrasónicos

Los anemómetros ultrasónicos, desarrollado por primera vez en la década de 1950, el uso de ondas de sonido ultrasónicas para medir la velocidad del viento., Miden la velocidad del viento en función del tiempo de vuelo de los pulsos sónicos entre pares de transductores. Las mediciones de pares de transductores se pueden combinar para obtener una medición de la velocidad en un flujo de 1, 2 o 3 dimensiones. La resolución espacial viene dada por la longitud del camino entre los transductores, que es típicamente de 10 a 20 cm. Los anemómetros ultrasónicos pueden tomar mediciones con una resolución temporal muy fina, 20 Hz o mejor, lo que los hace muy adecuados para mediciones de turbulencia., La falta de piezas móviles los hace apropiados para su uso a largo plazo en estaciones meteorológicas automatizadas expuestas y boyas meteorológicas donde la precisión y fiabilidad de los anemómetros tradicionales de copa y paleta se ven afectados negativamente por el aire salado o el polvo. Su principal desventaja es la distorsión del flujo de aire por la estructura que soporta los transductores, lo que requiere una corrección basada en las mediciones del túnel de viento para minimizar el efecto., Un estándar internacional para este proceso, ISO 16622 Meteorología-anemómetros/termómetros ultrasónicos – Métodos de prueba de aceptación para mediciones medias de viento está en circulación general. Otra desventaja es la menor precisión debido a la precipitación, donde las gotas de lluvia pueden variar la velocidad del sonido.

dado que la velocidad del sonido varía con la temperatura, y es prácticamente estable con el cambio de presión, los anemómetros ultrasónicos también se utilizan como termómetros.,

los anemómetros sónicos bidimensionales (velocidad y dirección del viento) se utilizan en aplicaciones como estaciones meteorológicas, navegación de barcos, aviación, boyas meteorológicas y turbinas eólicas. El monitoreo de turbinas eólicas generalmente requiere una frecuencia de actualización de las mediciones de velocidad del viento de 3 Hz, que se logra fácilmente con anemómetros sónicos. Los anemómetros sónicos tridimensionales se utilizan ampliamente para medir emisiones de gases y flujos de ecosistemas utilizando el método de covarianza de eddy cuando se usan con analizadores de gases infrarrojos de respuesta rápida o analizadores basados en láser.,

Los sensores de viento bidimensionales son de dos tipos:

• dos rutas de ultrasonidos: estos sensores tienen cuatro brazos. La desventaja de este tipo de sensor es que cuando el viento viene en la dirección de una trayectoria de ultrasonido, los brazos perturban el flujo de aire, reduciendo la precisión de la medición resultante.
• tres rutas de ultrasonidos: estos sensores tienen tres brazos. Proporcionan una redundancia de trayectoria de la medición que mejora la precisión del sensor y reduce la turbulencia aerodinámica.,

resonancia Acústica anemómetros

resonancia Acústica anemómetros la más reciente variante de sonic radar. La tecnología fue inventada por Savvas Kapartis y patentada en 1999. Mientras que los anemómetros sónicos convencionales se basan en la medición del tiempo de vuelo, los sensores de resonancia acústica utilizan ondas acústicas de resonancia (ultrasónicas) dentro de una pequeña cavidad especialmente diseñada para realizar su medición.,

Construido en la cavidad es una matriz de transductores de ultrasonidos, que se utilizan para crear el independiente-patrones de onda a frecuencias ultrasónicas. A medida que el viento pasa a través de la cavidad, se produce un cambio en la propiedad de la onda (cambio de fase). Al medir la cantidad de desplazamiento de fase en las señales recibidas por cada transductor, y luego al procesar matemáticamente los datos, el sensor puede proporcionar una medición horizontal precisa de la velocidad y la dirección del viento.,

la tecnología de resonancia acústica permite la medición dentro de una cavidad pequeña, por lo tanto, los sensores tienden a ser típicamente más pequeños en tamaño que otros sensores ultrasónicos. El pequeño tamaño de los anemómetros de resonancia acústica los hace físicamente fuertes y fáciles de calentar y, por lo tanto, resistentes a la formación de hielo. Esta combinación de características significa que alcanzan altos niveles de disponibilidad de datos y son muy adecuados para el control de turbinas eólicas y para otros usos que requieren sensores pequeños y robustos, como la meteorología del campo de batalla., Un problema con este tipo de sensor es la precisión de la medición en comparación con un sensor mecánico calibrado. Para muchos usos finales, esta debilidad se compensa por la longevidad del sensor y el hecho de que no requiere recalibración una vez instalado.

anemómetros de pelota de Ping-pong

un anemómetro común para uso básico se construye a partir de una pelota de ping-pong unida a una cuerda. Cuando el viento sopla horizontalmente, presiona y mueve la pelota; debido a que las pelotas de ping-pong son muy livianas, se mueven fácilmente en vientos ligeros., La medición del ángulo entre el aparato string-ball y la vertical da una estimación de la velocidad del viento.

este tipo de anemómetro se utiliza principalmente para la instrucción de nivel de escuela media, que la mayoría de los estudiantes hacen por su cuenta, pero un dispositivo similar también se voló en el módulo de aterrizaje Phoenix Mars.