Anemómetros: qué son, para qué sirven y cómo están construidos
Anemómetros: qué son, para qué sirven y cómo están construidos
Anemómetros: qué son, para qué sirven y cómo están construidos
En resumen, los anemómetros son dispositivos que se utilizan para medir la velocidad del flujo de aire y la fuerza del viento. Se utilizan comúnmente en meteorología, trabajos de instalación y servicio, y muchas otras áreas donde es importante monitorear las condiciones atmosféricas y los flujos de gas.
- Tipos de anemómetros y mecanismo de funcionamiento.
- Funcionalidades y características adicionales
- Tubo de Pitot y Prandtl
- Anemómetros y escala de Beaufort
- Aplicaciones de los anemómetros
- ¿Qué anemómetro elegir?
Descripción general de los tipos clave de anemómetros
Los anemómetros son importantes en muchos ámbitos de la vida, ayudando, entre otros: en el seguimiento y la comprensión de las condiciones atmosféricas, lo cual es importante en el contexto de diversas actividades humanas. Estos dispositivos ayudan a las personas a mejorar la seguridad de los vuelos o controlar los sistemas de ventilación, así como a producir energía verde a partir del viento.
Los anemómetros se pueden dividir en varios tipos diferentes, cada uno de los cuales tiene su propio uso. Sus tipos más utilizados son:
- Anemómetros de rotor: Consisten en un rotor que gira debido a la acción del viento, siendo la velocidad de rotación del rotor proporcional a la velocidad del viento, lo que permite la medición. El rotor generalmente se coloca perpendicular a la dirección del viento, lo que le permite medir la velocidad del viento de manera más efectiva. Dichos dispositivos pueden mostrar cierta tendencia a errores de medición en condiciones de cambio de dirección del viento o en presencia de obstáculos en las proximidades del rotor. Por lo tanto, su precisión depende de muchos factores, incluido el diseño del propio dispositivo, las características del viento y las condiciones ambientales y los objetos ubicados alrededor del punto de medición.
- Anemómetros direccionales: ayudan a determinar no sólo la velocidad del viento, sino también su dirección, porque su elemento clave es un rotor que gira no sólo alrededor de su propio eje, sino también en el plano vertical. El indicador de dirección puede tomar la forma de un rotor adicional o una bandera sobre una plataforma giratoria, pero la función también se puede implementar colocando el propio rotor básico en un plano giratorio (una solución que se encuentra, por ejemplo, en las chimeneas que apoyan la ventilación en los edificios).
- Anemómetros ultrasónicos: Utilizan el fenómeno de las ondas ultrasónicas que se propagan con el viento. En este tipo de anemómetros la velocidad del viento se mide en función del tiempo necesario para que una onda ultrasónica recorra la distancia entre un transmisor y un receptor ubicado a una distancia específica. Todo el secreto del funcionamiento de un anemómetro ultrasónico radica en el hecho de que se utilizan al menos dos transmisores y dos receptores de ondas ultrasónicas. Un conjunto compuesto por transmisor y receptor está orientado contra el viento y el otro contra el viento. Cuando se activa el dispositivo, se envían dos señales: una en dirección opuesta al viento y otra en dirección al movimiento del aire. El anemómetro mide el tiempo de vuelo de ambas señales entre sus correspondientes transmisores y receptores, porque este tiempo no es idéntico. Si el viento sopla en la dirección de la onda, el tiempo de viaje de la señal se acorta, y si el viento sopla en la dirección opuesta, la señal necesita un poco más de tiempo para recorrer la misma distancia entre el transmisor y el receptor. En base a esta diferencia en el tiempo de vuelo de cada señal, el anemómetro calcula la velocidad real del viento.Los anemómetros son relativamente precisos, pero su precisión puede verse ligeramente afectada por factores atmosféricos como la temperatura y la humedad del aire. Sin embargo, su uso tiene varios beneficios, incluida la falta de piezas mecánicas móviles (menor desgaste y fallas) y menores costos de mantenimiento.
- Anemómetros térmicos: se basan en la diferencia de temperatura entre sensores sobre una base fija y móvil. Este segundo sensor está expuesto al viento, lo que provoca que se enfríe. La diferencia de temperatura medida entre ambos sensores se convierte en velocidad del viento mediante un algoritmo adecuado.
- Anemómetro Doppler: Un anemómetro Doppler, también conocido como anemómetro de radar, utiliza el principio del efecto Doppler para medir la velocidad de las partículas que se mueven en un gas o una mezcla de gases como el aire. Se utiliza a menudo en meteorología, especialmente para medir la velocidad del viento en la atmósfera. Su funcionamiento se basa en el efecto Doppler, que establece que la frecuencia de una onda emitida por una fuente cambia cuando tanto la fuente como el observador se mueven entre sí. En el caso de un anemómetro Doppler, se envía una onda electromagnética (normalmente radar) hacia partículas suspendidas en el aire (aerosoles, gotas de agua, etc.). Luego se refleja en estas partículas y regresa al detector. La velocidad de retorno de la onda varía en función de la velocidad de las partículas, que corresponde proporcionalmente a la velocidad instantánea del viento y permite determinarla. Todo el proceso se desarrolla en varios pasos:
- envío de ondas: un anemómetro Doppler envía una onda electromagnética (generalmente en el rango de radio o microondas) hacia el área donde se mide la velocidad del viento,
- reflexión de la onda: la onda electromagnética se refleja en partículas suspendidas en el gas que se mueven bajo la influencia del viento,
- cambio de frecuencia: si las partículas se mueven con cierta velocidad hacia o en contra de la dirección de la onda, cambian la frecuencia de la onda reflejada (efecto Doppler),
- detección de cambio de frecuencia: el anemómetro mide el cambio en la frecuencia de la onda reflejada por las partículas, que es proporcional a su velocidad radial,
- cálculo de la velocidad del viento: basándose en el cambio de frecuencia, el anemómetro calcula la velocidad radial de las partículas, lo que resulta directamente en la velocidad del viento en un área determinada. Los anemómetros Doppler se utilizan en meteorología y en investigaciones atmosféricas (en investigaciones del viento en altitudes más altas, control del tráfico aéreo, etc.). Son capaces de proporcionar información tanto sobre la velocidad como sobre la dirección del viento. A diferencia de los anemómetros tradicionales, los anemómetros Doppler pueden funcionar a largas distancias y son más precisos que otros tipos de anemómetros en algunas condiciones atmosféricas.
- Anemómetro de ala: Un anemómetro de ala es un tipo de anemómetro simple y popular que se utiliza para medir la velocidad del viento. Consiste en placas planas que se cruzan colocadas sobre un brazo circular. Las palas planas están colocadas en un cierto ángulo con respecto a la dirección del viento, lo que las hace girar.
Los principios básicos de funcionamiento de un anemómetro de paletas son los siguientes:
- placas de ala: el anemómetro tiene tres o más palas planas (a veces llamadas alas) que están montadas en un brazo circular. Se colocan en ángulo con la dirección del viento, y este ángulo generalmente se elige para proporcionar una sensibilidad adecuada a las diferencias en la velocidad del viento.
- movimiento rotacional: bajo la influencia del viento, las placas planas se levantan y comienzan a girar alrededor del eje del brazo,
- medición de velocidad: la velocidad de rotación de las palas es proporcional a la velocidad del viento, lo que permite medir y determinar la velocidad del viento en un lugar determinado.
Los anemómetros de paletas son relativamente baratos y fáciles de usar, lo que los hace populares en condiciones de campo generalmente entendidas. Sin embargo, tienen algunas limitaciones, como una menor precisión en comparación con los anemómetros más avanzados y su utilidad se limita a determinar la velocidad del viento sin importar la dirección.
Las funciones y características adicionales más comunes de los anemómetros modernos
Los anemómetros modernos son dispositivos avanzados basados en sistemas informáticos digitales. Ofrecen una serie de funcionalidades, entre las que destaca la medición precisa de la velocidad del viento en diversas condiciones. Esta medida se puede mostrar en varias unidades como nudos, kilómetros por hora o metros por segundo. Sin embargo, realizan varias funciones adicionales, de las cuales las siguientes son las más frecuentemente disponibles.
- Medición de la dirección del viento: algunos anemómetros llevan incorporada una brújula o un sensor adecuado que permite medir la dirección desde la que sopla el viento. Esta función es particularmente útil en meteorología, navegación y control del tráfico aéreo.
- Función de velocidad media: los anemómetros modernos pueden ofrecer la función para calcular la velocidad media del viento. dentro de un período de tiempo específico, lo que puede ser útil en investigaciones científicas o en el seguimiento de las condiciones atmosféricas.
- Registro de datos y estadísticas: algunos anemómetros modernos tienen una función de registro de datos que le permite registrar los resultados de las mediciones en un intervalo de tiempo específico e incluso extraer de ellos parámetros estadísticos básicos (promedio, mediana, tendencias). Esta funcionalidad es extremadamente útil cuando se realizan mediciones y monitoreo a largo plazo, que incluyen: con fines de investigación científica.
- Conexión inalámbrica y transmisión de datos: los anemómetros modernos ofrecen cada vez más la posibilidad de la transmisión de datos inalámbrica, lo que permite monitorear la velocidad del viento de forma remota o enviar datos a otros dispositivos, como PC con software analítico.
- Funciones adicionales: dependiendo del modelo, los anemómetros pueden tener varias funciones adicionales, como pantalla LCD retroiluminada, alarmas de umbral, medición precisa de la temperatura, compensación de temperatura, módulo GPS integrado o higrómetro para la medición de humedad. Escribiremos más sobre la función más adelante en el texto.
- Función Windchill: esta función, en pocas palabras, es la capacidad del dispositivo para calcular un parámetro que determina cómo la velocidad del viento afecta la temperatura del aire percibida. La función Windchill se basa en el fenómeno según el cual el viento hace que la temperatura percibida por el ser humano sea inferior a la temperatura real del aire. Por lo tanto, el propio término "sensación térmica" puede traducirse como "temperatura percibida", lo que parece ser un parámetro muy subjetivo. Sin embargo, esto es sólo una apariencia, porque los anemómetros que miden la temperatura utilizan información sobre la velocidad del viento medida, y estos datos (temperatura y velocidad del viento) son la información más objetiva posible. La pregunta sigue siendo cómo calcular el parámetro de sensación térmica: los dispositivos utilizan algoritmos apropiados, es decir, fórmulas matemáticas desarrolladas en cooperación con muchos centros de investigación, gracias a muchos años de investigación sobre el impacto del viento en el cuerpo humano. Mientras que hace dos décadas había dos o tres fórmulas estandarizadas para todo el mundo, actualmente se utilizan diferentes fórmulas dependiendo de la región y de los estándares meteorológicos adoptados localmente, todo porque el parámetro de sensación térmica es particularmente importante en el contexto de la seguridad y la salud en muchas disciplinas deportivas. Las altas velocidades del viento a bajas temperaturas pueden aumentar el riesgo de congelación e hipotermia, y para los saltadores de esquí y montañeros, estos son problemas que afectan significativamente su salud y seguridad. Además, los habitantes de zonas templadas o simplemente los que viven por encima del paralelo 50 (para el hemisferio norte y sur) deben tener en cuenta el factor sensación térmica en sus actividades diarias en condiciones invernales. Por lo tanto, los avisos meteorológicos en estas latitudes suelen tener en cuenta tanto la temperatura objetiva como la sensación térmica, es decir, la temperatura que siente subjetivamente el cuerpo humano expuesto a las bajas temperaturas y al viento.
- Durabilidad y resistencia a las condiciones climáticas: los anemómetros modernos están diseñados para ser duraderos y resistentes a las condiciones climáticas, lo que permite su uso en diversos entornos, desde zonas montañosas hasta zonas marinas. Por ello, suelen utilizar materiales resistentes a los impactos o revestimientos absorbentes de energía hechos de materiales blandos. También merece atención la estanqueidad (clasificación IP), puesto que las precipitaciones suelen ir asociadas a fuertes vientos, que se miden mediante anemómetros.
Las funciones y características descritas anteriormente hacen de los anemómetros modernos herramientas versátiles que pueden utilizarse en muchos campos diferentes, como la meteorología o la navegación, pero también en deportes (incluidos los saltos de esquí y muchos otros deportes extremos no olímpicos) o en parques eólicos. supervisión.
Tubo de Pitot y Prandtl: dispositivos que juntos constituyen una alternativa a los anemómetros
Para empezar, cabe señalar que ninguno de estos sencillos dispositivos puede sustituir a un anemómetro, porque cada uno de ellos realiza diferentes mediciones y en diferentes condiciones: un tubo mide la velocidad del aire (o del agua), el otro, la presión, y estos Las mediciones se realizan mediante dispositivos colocados sobre un objeto en movimiento, que se mueve rápidamente (avión o barco). Sin embargo, cuando se acoplan y forman un sistema Pitot/Prandel específico, permiten calcular con bastante precisión la velocidad del viento indicada por un anemómetro estacionario.
El principio de funcionamiento de un tubo de Pitot, que permite medir con precisión la velocidad, se basa en el cálculo de la diferencia de presión entre dos zonas del tubo. Se hacen dos orificios en el tubo en forma de "L": uno de ellos está dirigido perpendicular al flujo (orificio dinámico) y el otro es un orificio estático dirigido a lo largo del flujo de aire. La diferencia de presión entre estas dos áreas es proporcional al cuadrado de la velocidad de movimiento del gas o líquido (aire o agua) y es a partir de esta fórmula que es fácil calcular el parámetro necesario. El tubo de Pitot es ampliamente utilizado en la aviación. Por lo general, se coloca en la superficie ex erior de la aeronave, donde puede uedar expuesto directamente al flujo de aire durante el vuelo. La diferencia de presión entre el canal estático y la apertura dinámica del tubo Pitot permite medir la velocidad relativa del aire.
El tubo de Prandtl, llamado tubo estático, también utilizado en aeronáutica y meteorología; su finalidad es medir la presión estática en un gas en movimiento, por ejemplo, en el aire durante un vuelo. El principio de su funcionamiento se basa en la suposición de presión estática desde un orificio dirigido perpendicular al flujo, por lo que se monta de tal manera que se evite la influencia de la presión dinámica (causada por el movimiento del aire) en la medición de la presión estática.
Los usos principales del tubo Prandtl incluyen la medición de la presión estática en la aviación (el tubo se monta en la superficie exterior del avión, por ejemplo en el ala o el fuselaje del avión). Permite, por ejemplo, la calibración de mediciones de presión dinámica obtenidas mediante el tubo de Pitot descrito anteriormente y la medición de parámetros atmosféricos (meteorología), incluida la medición de la presión atmosférica a diversas altitudes.
El uso de ambos tubos al mismo tiempo (sistema Pitot/Prandtl) ofrece posibilidades mucho más amplias. Al tener dos parámetros medidos (presión dinámica (tubo de Pitot) y presión estática (tubo de Prandtl), se pueden calcular otros parámetros, como la velocidad del aire y la altitud, y esta información es crucial en el control de vuelo, la navegación y la meteorología.
Anemómetros y escala de Beaufort
Los anemómetros por sí solos no determinan la escala de Beaufort, desarrollada en el siglo XIX por Sir Francis Beaufort (oficial naval británico), que es un sistema de clasificación de la velocidad del viento y describe diferentes grados de velocidad del viento en función de su efecto en el mar, que se manifiesta. en un momento muy tormentoso. Los anemómetros se utilizan para medir directamente la velocidad del viento, pero aunque no asignan los resultados a una escala de Beaufort específica, los parámetros que miden se pueden comparar posteriormente con los grados correspondientes de la escala de Beaufort para determinar qué efecto tendría el viento en un nivel determinado. tener en los alrededores (agua) velocidad. También vale la pena señalar que muchos anemómetros modernos proporcionan resultados en unidades como nudos, kilómetros por hora o metros por segundo, lo que en realidad hace que sea más fácil referirlos posteriormente a la escala de Beaufort según sus necesidades.
¿Dónde se utilizan con más frecuencia los anemómetros?
Los anemómetros se utilizan ampliamente en diversos campos, algunos de los cuales ya se han comentado.
- Meteorología: los anemómetros son instrumentos fundamentales en meteorología. Se utilizan para controlar la velocidad y dirección del viento, lo cual es clave para comprender y pronosticar las condiciones atmosféricas. Estos datos se utilizan para crear pronósticos meteorológicos, análisis climáticos y estudiar el cambio climático a diversas escalas.
- Seguridad e industria: en algunos casos, los anemómetros se utilizan en la industria, especialmente en sectores donde la velocidad del viento puede afectar la seguridad laboral, por ejemplo, en la industria de la construcción o en plataformas petrolíferas en los mares y océanos. Estos dispositivos también se utilizan ampliamente en la inspección de instalaciones de ventilación y aire acondicionado en naves industriales, almacenes y edificios de oficinas.
- Investigación: los anemómetros se utilizan ampliamente en diversos campos de investigación científica, como la física atmosférica, la ingeniería ambiental, la geofísica y la ingeniería aerodinámica. Ayudan en la investigación sobre el movimiento del aire, los procesos atmosféricos dinámicos y el impacto del viento en diversas estructuras y estructuras.
- Energía eólica: En la industria de la energía eólica, los anemómetros se utilizan para medir la velocidad del viento en áreas donde se planea construir nuevos parques eólicos. Estas mediciones son importantes para evaluar el potencial energético de un área determinada y la ubicación óptima de las turbinas eólicas y el posterior seguimiento de dicha ubicación. Los anemómetros también se utilizan para medir instalaciones de recuperación de calor.
- Aviación: en la aviación, los anemómetros se utilizan para medir la velocidad del viento en los aeropuertos, pero también son útiles para monitorear las condiciones atmosféricas por motivos de seguridad durante los despegues y aterrizajes de los aviones.
- Oceanografía: los anemómetros ayudan a controlar la velocidad del viento en mares y océanos. Estos datos son importantes para la navegación marítima y para comprender el clima marino.
- Deportes extremos: en deportes extremos como windsurf, vela, esquí y parapente, se utilizan anemómetros para medir la velocidad del viento, lo que ayuda a los deportistas a adaptar sus actividades a las condiciones climáticas.
Operar anemómetros correctamente y obtener lecturas precisas
Para obtener lecturas precisas, es importante seguir los procedimientos operativos adecuados y tener en cuenta ciertos factores que afectan las mediciones. Hay algunos consejos importantes que le ayudarán a obtener lecturas fiables y a mantener sus anemómetros en buen estado de funcionamiento. La siguiente lista incluye los más importantes.
- Calibración: la calibración periódica del anemómetro es crucial para mantener la precisión de su medición. Por lo tanto, debe comprobar periódicamente si el dispositivo está calibrado de acuerdo con las recomendaciones del fabricante y según los intervalos de tiempo especificados por el fabricante.
- Obstáculos en el medio ambiente: los objetos en el entorno pueden afectar las lecturas del anemómetro. Por lo tanto, asegúrese de que no haya obstáculos en el entorno que puedan perturbar el flujo de aire y afectar la precisión de las mediciones.
- Altura de instalación adecuada: en meteorología y aviación existen normas que especifican la altura de instalación a 10 metros sobre el nivel del suelo o plataforma del aeropuerto. Esto le permite evitar perturbaciones causadas por obstáculos en el terreno (por ejemplo, edificios locales).
- Medición del viento perpendicular: la dirección desde la que sopla el viento puede influir, y normalmente influye, en los resultados de las mediciones de velocidad. Por lo tanto, los anemómetros deben sostenerse (montarse) perpendiculares a la dirección del flujo de aire. Esto es especialmente importante en los sistemas de ventilación, donde pequeñas desviaciones pueden cambiar significativamente las lecturas. Vale la pena recordar que existen accesorios disponibles en el mercado en forma de collares específicos que ayudan a realizar mediciones precisas.
- Mantener el dispositivo limpio: antes de realizar la medición, asegúrese siempre de que los sensores y el propio anemómetro estén limpios. Suciedad, salpicaduras y polvo, hielo y escarcha: todos estos factores pueden afectar los resultados de las mediciones y provocar que sean incorrectos.
Anemómetros en la oferta de TME
Los anemómetros son dispositivos presentes en la oferta de TME y representados por varias decenas de modelos con distintos grados de avance tecnológico. Los principales productores de este grupo son, entre otros, Extech, Beha-Amprobe, Tenmars, Fluke, Testo y Uni-T. De estos aproximadamente 60 modelos, la gran mayoría son anemómetros con función de medición de temperatura, llamados abreviadamente termoanemómetros, con un rango de medición de 0°C-70°C. También cabe mencionar que muchos de ellos tienen la función de pasar de grados Celsius a grados Fahrenheit. Sin embargo, el rango típico de medición de la velocidad del flujo de aire para la gran mayoría de estos modelos es de 0 a 25-32 metros por segundo. Algunos de ellos están equipados además con un higrómetro para medir la humedad del aire y un módulo para medir la presión atmosférica o cuantitativa del flujo de aire, y la gran mayoría tiene una memoria de mediciones registradas que van desde 8 a 100 resultados individuales. Predominan los modelos con pantalla LCD digital, con retroiluminación útil cuando se toman mediciones por la tarde o por la noche. Algunos de ellos pueden comunicarse de forma cableada o inalámbrica con ordenadores, tablets o smartphones utilizando, entre otros: Interfaz RS232 o Bluetooth, o mediante conexión por cable USB. Todos ellos son dispositivos pequeños y manejables, alimentados por pilas o acumuladores incorporados.