Un anemómetro es un instrumento utilizado para medir la velocidad de los gases, ya sea en un flujo contenido, como el flujo de aire en un conducto, o en flujos no confinados, como el viento atmosférico. Para determinar la velocidad, un anemómetro detecta el cambio de alguna propiedad física del fluido o el efecto de éste sobre un dispositivo mecánico insertado en el flujo.
El anemómetro de hilo caliente es el tipo más popular de anemómetros de temperatura constante. Consiste en un elemento de hilo fino calentado eléctricamente (0,00016 pulgadas de diámetro y 0,05 pulgadas de longitud) soportado por agujas en sus extremos. Aunque los anemómetros de hilo caliente son más adecuados para gases limpios a bajas velocidades, los medidores venturi también pueden considerarse para algunas aplicaciones de flujo de líquidos (incluidos los lodos).
Aprenda más sobre los anemómetros
¿Para qué se utilizan los anemómetros?
Un anemómetro puede medir la magnitud de la velocidad total, la magnitud de la velocidad en un plano horizontal o la componente de la velocidad en una dirección concreta.
Tipos de anemómetros
Existe una amplia gama de modelos de anemómetros para medir directamente la velocidad del viento y del aire. Los cuatro modelos de anemómetros más populares son: Anemómetros de paletas, Anemómetros térmicos, Anemómetros térmicos con perfil de velocidad/temperatura y Anemómetros de copa. Los anemómetros suelen clasificarse en anemómetros de temperatura constante o de potencia constante.
Los anemómetros de temperatura constante son populares por su respuesta de alta frecuencia, su bajo nivel de ruido electrónico, su inmunidad a la quema del sensor cuando el flujo de aire cae repentinamente, su compatibilidad con los sensores de película caliente y su aplicabilidad a los flujos de líquidos o gases.
Los anemómetros de potencia constante no tienen un sistema de retroalimentación. La temperatura es simplemente proporcional al caudal. Son menos populares porque su lectura de flujo cero no es estable, la respuesta de la temperatura y la velocidad es lenta y la compensación de la temperatura es limitada.
Aplicaciones más comunes de los anemómetros
Un anemómetro suele medir flujos de gas que se encuentran en condiciones de flujo turbulento. El anemómetro de paletas, el anemómetro térmico y el anemómetro de cazoleta (típicamente utilizados en las estaciones meteorológicas) se utilizan sobre todo para medir la velocidad media, mientras que los anemómetros de hilo caliente se suelen utilizar cuando se miden las características de la turbulencia, como las mediciones transversales en una sección transversal. El término «anemómetro térmico» se utiliza a menudo para referirse a cualquier anemómetro que utilice una relación entre la transferencia de calor y la velocidad para determinar la velocidad.
Historia del origen de los anemómetrosEl término anemómetro se derivó de las palabras griegas anemos, «viento», y metron, «medida». Los anemómetros mecánicos se desarrollaron por primera vez en el siglo XV para medir la velocidad del viento.
Anemómetros para estaciones meteorológicas
El anemómetro de cazoleta (utilizado en las estaciones meteorológicas) mide la velocidad en un plano perpendicular al eje de sus cazoletas de rotación. Si el anemómetro de cazoleta se monta con el eje perpendicular a la horizontal, sólo medirá la componente del viento que es paralela al suelo. Otros anemómetros, como los de paletas, se utilizan con la punta alineada con el vector de velocidad total. Antes de utilizar un anemómetro, es importante determinar cómo debe colocarse y qué componente de la velocidad total representa su medición.
Elija el anemómetro adecuado
Anemómetros de paletas
Las formas de anemómetros de velocidad mecánica rotativa pueden describirse como pertenecientes a la clase de paletas o hélices. Con este estilo de anemómetro, el eje de rotación debe ser paralelo a la dirección del viento y, por tanto, típicamente horizontal. En espacios abiertos el viento varía de dirección y el eje tiene que seguir sus cambios. En los casos en los que la dirección del movimiento del aire es siempre la misma, como en los pozos de ventilación de las minas y los edificios, por ejemplo, se emplean paletas de viento, conocidas como medidores de aire, que dan resultados muy satisfactorios. Los anemómetros de paletas están disponibles con funciones adicionales como mediciones de temperatura, humedad y punto de rocío, conversión volumétrica y capacidad de registro de datos.
Más información
Los anemómetros térmicos
Los anemómetros térmicos utilizan un alambre muy fino (del orden de varios micrómetros) o un elemento calentado a una temperatura superior a la del ambiente. El aire que pasa por encima tiene un efecto de enfriamiento. Como la resistencia eléctrica de la mayoría de los metales depende de la temperatura del metal (el tungsteno es una opción popular para los alambres calientes), se puede obtener una relación entre la resistencia del alambre y la velocidad del flujo.
Existen varias formas de implementar esto, y los dispositivos de hilo caliente pueden clasificarse como CCA (Anemómetro de Corriente Constante), CVA (Anemómetro de Tensión Constante) y CTA (Anemómetro de Temperatura Constante). La salida de tensión de estos anemómetros es, por tanto, el resultado de algún tipo de circuito dentro del dispositivo que intenta mantener constante la variable específica (corriente, tensión o temperatura). Además, también se utilizan anemómetros PWM (Pulse Width Modulation), en los que la velocidad se infiere por la duración de un pulso repetitivo de corriente que lleva al cable hasta una resistencia especificada y luego se detiene hasta que se alcanza un umbral «mínimo», momento en el que se vuelve a enviar el pulso.
Los anemómetros de hilo caliente, aunque son 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 los flujos turbulentos, o cualquier flujo en el que las fluctuaciones rápidas de la velocidad son de interés. Los anemómetros térmicos están disponibles con funciones adicionales como la medición de la temperatura y la capacidad de registro de datos.
Anemómetros térmicos con perfilado de velocidad/temperatura
Los sistemas de perfilado de anemómetros térmicos tienen el sensor más pequeño disponible. Los sensores miden tanto la velocidad como la temperatura. El sistema de registro de datos multipunto permite al usuario perfilar las características del flujo en la aplicación y analizar los datos gráficamente. Se utilizan habitualmente en túneles de viento para el análisis de placas de circuitos y disipadores de calor.
Anemómetros de copa
Un tipo sencillo de anemómetro es el de copa. Consistía en tres o cuatro copas semiesféricas montadas cada una en un extremo de brazos horizontales, que a su vez estaban montados en ángulos iguales entre sí en un eje vertical. El flujo de aire que pasaba por las copas en cualquier dirección horizontal hacía girar las copas de forma proporcional a la velocidad del viento. Por lo tanto, el recuento de los giros de las cazoletas durante un periodo de tiempo determinado permitía obtener la velocidad media del viento para una amplia gama de velocidades. En un anemómetro con cuatro cazoletas es fácil ver que, como las cazoletas están dispuestas simétricamente en el extremo de los brazos, el viento siempre tiene el hueco de una cazoleta presentado y está soplando en la parte posterior de la cazoleta del extremo opuesto de la cruz.
Cuando Robinson diseñó por primera vez su anemómetro, afirmó erróneamente que no importaba el tamaño de las copas o la longitud de los brazos, las copas siempre se movían con un tercio de la velocidad del viento. Esto fue aparentemente confirmado por algunos de los primeros experimentos independientes, pero estaba muy lejos de la verdad. Más tarde se descubrió que la relación real entre la velocidad del viento y la de las copas, llamada factor anemómetro, dependía de las dimensiones de las copas y los brazos, y podía tener un valor entre dos y un poco más de tres. Cada uno de los experimentos en los que se utilizaba un anemómetro tenía que hacerse de nuevo.
El anemómetro de tres cazoletas desarrollado por el canadiense John Patterson en 1926 y las subsiguientes mejoras de las cazoletas realizadas por Brevoort & Joiner, de EE.UU., en 1935, condujeron a un diseño de rueda de cazoletas que era lineal y tenía un error de menos del 3% hasta 60 mph. Patterson descubrió que cada copa producía un par máximo cuando estaba a 45 grados del 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 Derek Weston en 1991 para medir tanto la dirección como la velocidad del viento. Weston añadió una etiqueta a una de las cazoletas, lo que hace que la velocidad de la rueda de la cazoleta 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 de la rueda de la copa, mientras que la velocidad del viento se determina, como es habitual, a partir de la velocidad media de la rueda de la copa.
Actualmente se utilizan tres anemómetros de cazoleta como estándar de la industria para los estudios de evaluación de recursos eólicos. El NRG Systems #40C es el anemómetro de copa más utilizado para este fin. Por razones históricas, los tamaños de los anemómetros se miden en cuervos.
Preguntas frecuentes
¿Anemómetro de hilo caliente o de paletas?
A veces llamados medidores de velocidad del viento o del aire, los anemómetros se clasifican generalmente como de hilo caliente o de paletas. El anemómetro de hilo caliente es el mejor para medir con precisión el flujo de aire a velocidades muy bajas (por ejemplo, menos de 2000 pies/min). Algunos modelos están diseñados para medir velocidades de hasta 15.000 pies/min, pero siguen teniendo una capacidad de medición muy precisa hasta velocidades mucho más bajas. El anemómetro de paletas se basa en un impulsor giratorio para detectar la velocidad del aire. Los anemómetros de paletas son la mejor opción para medir la velocidad del viento. Muchos tienen unidades de medida seleccionables por el usuario: pies/min, m/s, MPH, km/h y nudos para adaptarse a una amplia variedad de aplicaciones. Un termoanemómetro es cualquier anemómetro de hilo caliente o de paletas que tiene la característica añadida de medir la temperatura del aire. Los anemómetros higrotermométricos incluyen las características de un termoanemómetro y un sensor de humedad, proporcionando al cliente una información ambiental completa. Un anemómetro con registro de datos está diseñado para almacenar las mediciones para su posterior revisión. Algunos descargan las lecturas de la velocidad del aire registradas en su ordenador para su revisión, elaboración de gráficos y posterior análisis.
¿Cómo se utilizan los anemómetros en el recorrido de los conductos de aire?
Los anemómetros se utilizan ampliamente para el equilibrado de los conductos de aire. Esto se consigue colocando varios anemómetros en una sección transversal del conducto o tubería de gas y registrando manualmente las lecturas de velocidad en numerosos puntos. El caudal másico se obtiene calculando la velocidad media y multiplicándola por la densidad y por la medición de la sección transversal del conducto. En el caso de los conductos cilíndricos, el método logarítmico-lineal de recorrido proporciona la mayor precisión porque tiene en cuenta los efectos de la fricción a lo largo de las paredes del conducto. Debido al número de mediciones, el recorrido de los conductos de aire es una tarea que requiere mucho tiempo. Existen anemómetros basados en microprocesadores que permiten automatizar este procedimiento.
Debido al pequeño tamaño y a la fragilidad del cable, los anemómetros de hilo caliente son susceptibles de acumularse y romperse. Una consecuencia positiva de su pequeña masa es la rapidez de respuesta. Se utilizan mucho en aplicaciones de climatización y ventilación. También existen anemómetros más grandes y resistentes para aplicaciones industriales más exigentes. Para garantizar la formación adecuada del perfil de velocidad, se suele prever una sección de conducto recto aguas arriba de la estación del anemómetro (normalmente de 10 diámetros de longitud). Se utiliza una boquilla de acondicionamiento para eliminar los efectos de la capa límite. Si no hay espacio para la sección de conducto recto, se puede incorporar un enderezador de flujo en forma de panal en el conjunto del sensor.
Figura 5-12A: ESTACIÓN DE MEDICIÓN CIRCULAR
Figura 5-12B: ESTACIÓN DE MEDICIÓN RECTANGULAR
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- Preguntas sobre anemómetros
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