Anemómetro

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Anemómetro

Por definicion es un instrumento el cual se encarga de medir la velocidad del viento, la dirección y la intesidad del mismo para luego transformarla en una señal acorde a los requerimientos de cada usuario, como son una señal análogica o digital.

Los anemómetros miden la velocidad instantánea del viento, pero las ráfagas de viento desvirtúan la medida, de manera que la medida más acertada es el valor medio de medidas que se tomen a intervalos de 10 minutos.

Por otro lado, el anemómetro nos permite medir inmediatamente la velocidad pico de una ráfaga de viento. Por lo que en actividades deportivas a vela es muy indicado.

Existe gran diversidad de anemómetros:

Los de empuje están formados por una esfera hueca y ligera (Daloz) o una pala (Wild), cuya posición respecto a un punto de suspensión varía con la fuerza del viento, lo cual se mide en un cuadrante.

El anemómetro de rotación está dotado de cazoletas (Robinson) o hélices unidas a un eje central cuyo giro, proporcional a la velocidad del viento, es registrado convenientemente; en los anemómetros magnéticos, dicho giro activa un diminuto generador eléctrico que facilita una medida precisa.

El anemómetro de compresión se basa en el tubo de Pitot y está formado por dos pequeños tubos, uno de ellos con orificio frontal (que mide la presión dinámica) y lateral (que mide la presión estática), y el otro sólo con un orificio lateral. La diferencia entre las presiones medidas permite determinar la velocidad del viento. Anemómetro de Hilo Caliente

El más común consiste de un hilo de Platino o Tungsteno, muy fino (Aprox. 4 mm a 10 mm de diámetro y 1 mm de longitud), que se calienta algunos grados sobre la temperatura ambiente. Al pasar el flujo de aire se genera un efecto de enfriamiento por convección, que varía la resistencia del hilo. Debido a que ésta depende de la temperatura, es posible relacionar la resistencia del hilo con la velocidad del flujo, a partir de la potencia eléctrica suministrada.

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Dependiendo del arreglo electrónico utilizado para translucir la velocidad, existen tres tipos comunes, según la variable a mantener constante:

CCA: Anemómetro de corriente constante CVA: Anemómetro de voltaje constante CTA: Anemómetro de temperatura constante.

Este tipo de anemómetro posee una respuesta rápida y permite evaluar pequeños cambios de velocidad, por lo que es muy utilizado a nivel de investigación para evaluación de efectos de turbulencia. Sus desventajas radican en lo delicado que es el hilo, debido a sus pequeñas dimensiones, y la alta sensibilidad al material articulado, que puede contaminar el sensor, y generar desviaciones en su indicación.

En la configuración estándar de los sensores, el hilo se ubica perpendicular al flujo, situación que los hace sensibles al desalineamiento, pero que ha sido parcialmente solucionada con la implementación de hilos en los tres ejes coordenados.

Existen variaciones en la forma (bi y triaxiales) y el tipo de sensor, tales como las fibras de cuarzo o microformas recubiertas de níquel, las cuales son más robustas que los sensores tipo hilo, pero poseen una respuesta más tardía.

Matemáticamente, bajo condiciones estables y despreciando efectos de conducción y radiación, la velocidad del fluido se puede aproximar al considerar que la potencia eléctrica suministrada es igual a la energía disipada por efecto de convección en el hilo.

(( ( )

) )

V: Velocidad del gas [m/s] I: Corriente Eléctrica

R0: Resistencia eléctrica del cable a condiciones de referencia a: Coeficiente lineal de resistencia térmica

Ac: Área transversal del cable Tc: Temperatura del cable Tref: Temperatura de referencia a,b,c: Constantes

Anemómetro de temperatura constante (CTA)

El principio de funcionamiento de los anemómetros a temperatura constante (CTA) está basado en que la corriente del sensor sufre variaciones de acuerdo con la velocidad del flujo, con el objetivo de mantener su resistencia a temperatura constante.

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Estos anemómetros emplean un lazo de control que mantiene constante la diferencia de temperatura entre el elemento sobrecalentado y el flujo. La potencia que se consume para mantener el sensor sobrecalentado a una temperatura constante es proporcional a la velocidad del flujo de aire.

El instrumento es compuesto básicamente por un pequeño sensor y por un circuito controlador o de realimentación. Una corriente eléctrica controlada es impuesta a este filamento, y el calor generado por efecto Joule es expuesto al flujo. El circuito eléctrico más utilizado para evaluar las variaciones de la resistencia eléctrica es el llamado puente de Wheatstone, compuesto por cuatro resistencias eléctricas en forma de un cuadrilátero, siendo dos fijas, una de referencia y la otra es la resistencia del elemento sensor (Rw)

El puente de Wheatstone opera con una resistencia de sobrecalentamiento constante, cuyo valor es calculado por el propio puente.

El circuito de retroalimentación es el responsable de producir la corriente necesaria para balancear el puente de Wheatstone a través de un aumento de la resistencia del sensor. Esto ocurre debido a que el filamento (hilo) posee un coeficiente térmico positivo de resistividad, lo que significa que cuando la temperatura del filamento varía lo mismo ocurre con el valor de su resistencia. En condiciones de operación el circuito de retroalimentación aplica una corriente eléctrica al puente de Wheatstone, y promueve así el aumento de la temperatura y de la resistencia del hilo caliente hasta un valor predeterminado, que por lo general es en torno de 250°C. En esa condición de equilibrio se dice que el puente está balanceado.

Un pequeño aumento de la velocidad del fluido provoca el enfriamiento del sensor, disminuyendo su resistencia y consecuentemente desbalanceando el puente de Wheatstone. Eso hace que el circuito de retroalimentación aumente la corriente que alimenta al puente, calentando el sensor para llevar nuevamente el puente a la condición de equilibrio.

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Como la respuesta del circuito es muy rápida la temperatura del sensor permanece virtualmente constante durante la variación de la velocidad del flujo. Luego, la diferencia de tensión entre los extremos del puente es proporcional a la velocidad medida.

Anemómetro de película caliente

La película caliente se utiliza en las regiones donde una sonda de hilo caliente rápidamente se partiría como en las mediciones del flujo de agua.

El sensor de película caliente es esencialmente una película conductora sobre un sustrato de cerámica. El sensor

que se muestra en la figura es una varilla de cuarzo con una película de platino en la superficie. Chapado en oro en los extremos de la varilla, aísla el área sensible y proporciona un contacto metal pesado para el sensor a los soportes de fijación. Cuando se compara con los alambres calientes el sensor de película caliente cilíndrico tiene las siguientes ventajas:

 Mejor respuesta de frecuencia (cuando están electrónicamente

controlados) que un alambre caliente del mismo diámetro porque la parte sensible del sensor se distribuye en la superficie en lugar de incluir la sección representativa entera como con un alambre. Aunque los alambres calientes son típicamente mucho más pequeños en diámetro.

 Baja conducción de calor a los soportes (pérdida final) para una longitud

dada al cociente del diámetro debido a la baja conductividad térmica del material del sustrato. Por lo tanto puede utilizarse una longitud más corta de la teledetección.

 Más flexibilidad en la configuración del sensor. Cuña, formas cónicas,

parabólicas y superficies plana están disponibles.

 Menos susceptibles a la suciedad y fácil de limpiar. Una capa delgada de

cuarzo en la superficie resiste la acumulación de materiales extraños. Suciedad tiende a ser una función directa del tamaño.

El espesor de película metálica en un sensor de película típica es inferior a 1000 Angstrom unidades, causando la fuerza física y la conductividad térmica efectiva sea determinado casi en su totalidad por el material del sustrato. La mayoría de las películas están hechas de platino debido a su buena resistencia de oxidación y

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la estabilidad a largo plazo resultante. La robustez y estabilidad de los sensores de la película han llevado a su utilización para muchas medidas que previamente han sido muy difíciles con los alambres calientes más frágiles y menos estables.

Debido a que las sondas de película caliente suelen ser de un diámetro mucho mayor que los cables, ellos no responderán tan rápidamente como un cable típico y por lo tanto no mide las fluctuaciones turbulentas tan alto como una frecuencia de alambres calientes.

Referencias

Infoagro Systems. (2013). Qué es un anemómetro. Recuperado el 15 de Febrero

de 2014 de

http://www.infoagro.com/instrumentos_medida/doc_anemometro_velocidad_viento .asp?k=80

Martín, P., Martín, E., Mércio, A. & Camano, E. (2013). Utilización de anemómetro de hilo caliente a temperatura constante para mediciones de velocidad de aire en túnel de viento. Recuperado el 15 de Febrero de 2014 de http://rielac.cujae.edu.cu/index.php/rieac/article/viewFile/227/pdf

Anónimo. (2012). Hot-wire and hot-film anemometry. Recuperado el 15 de Febrero de 2014 de http://www.dept.aoe.vt.edu/~simpson/aoe4154/hotwirelab.pdf

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