El anemómetro de hilo caliente es el tipo más popular de anemómetros de temperatura constante. Consiste en un elemento de alambre fino calentado eléctricamente (0,00016 pulgadas de diámetro y 0,05 pulgadas de largo) sostenido por agujas en sus extremos. Si bien los anemómetros de hilo caliente son los más adecuados para gases limpios a bajas velocidades, los medidores Venturi también pueden considerarse para algunas aplicaciones de flujo de líquidos (incluidos los lodos).
Más información 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 el 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 veleta, anemómetros térmicos, anemómetros térmicos con perfil de velocidad/temperatura y anemómetros de copa. Los anemómetros se clasifican normalmente como anemómetros de temperatura constante o de potencia constante.
Los anemómetros de temperatura constante son populares debido a su respuesta de alta frecuencia, su bajo nivel de ruido electrónico, su inmunidad al agotamiento del sensor cuando el flujo de aire cae repentinamente, su compatibilidad con sensores de película caliente y su aplicabilidad a 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 caudal cero no es estable, la respuesta de temperatura y velocidad es lenta y la compensación de 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 veleta, el anemómetro térmico y el anemómetro de copa (que se utiliza normalmente en estaciones meteorológicas) se utilizan principalmente para medir la velocidad promedio, mientras que los anemómetros de hilo caliente se utilizan normalmente 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 la relación entre la transferencia de calor y la velocidad para determinar la velocidad.
Anemómetros para estaciones meteorológicas
El anemómetro de copas (utilizado en estaciones meteorológicas) mide la velocidad en un plano perpendicular al eje de rotación de sus copas. Si el anemómetro de copas se monta con el eje perpendicular a la horizontal, solo medirá la componente del viento que es paralela al suelo. Otros anemómetros, como los anemómetros de veleta, 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 veleta
Los anemómetros mecánicos rotativos pueden clasificarse en dos tipos: los de veleta y los de hélice. En los anemómetros de veleta, el eje de rotación debe ser paralelo a la dirección del viento y, por lo tanto, normalmente horizontal. En espacios abiertos, el viento varía de dirección y el eje debe seguir sus cambios. En los casos en que la dirección del movimiento del aire es siempre la misma, como en los conductos de ventilación de minas y edificios, por ejemplo, se emplean veletas, conocidas como medidores de aire, que dan resultados muy satisfactorios. Los anemómetros de veleta están disponibles con funciones adicionales, como mediciones de temperatura, humedad y Punto de rocío, conversión volumétrica y capacidad de Registro de datos.
Anemómetros térmicos
Los anemómetros térmicos utilizan un cable muy fino (del orden de varios micrómetros) o un elemento calentado a una temperatura superior a la ambiente. El aire que fluye por encima tiene un efecto refrigerante. Dado que la resistencia eléctrica de la mayoría de los metales depende de la temperatura del metal (el tungsteno es una opción muy utilizada para los hilos calientes), se puede obtener una relación entre la resistencia del hilo y la velocidad del flujo.
Existen varias formas de implementar esto, y los dispositivos de hilo caliente se pueden clasificar además 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). Además, también se utilizan anemómetros PWM (modulación por ancho de pulso), en los que la velocidad se deduce por la duración de un pulso de corriente repetitivo que lleva el hilo a una resistencia específica y luego se detiene hasta que se alcanza un umbral «mínimo», momento en el que se envía de nuevo el pulso.
Los anemómetros de hilo caliente, aunque son extremadamente delicados, tienen una respuesta de frecuencia muy alta y una resolución espacial muy fina en comparación con otros métodos de medición, por lo que se utilizan casi universalmente para el estudio detallado de flujos turbulentos o cualquier flujo en el que sean de interés las fluctuaciones rápidas de velocidad. Los anemómetros térmicos están disponibles con funciones adicionales, como la medición de la temperatura y el Registro de datos.
Anemómetros térmicos con perfilado de velocidad/temperatura
Los sistemas de perfilado con anemómetros térmicos cuentan con 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 anemómetro de copa. Consiste en tres o cuatro copas hemisféricas montadas en cada extremo de unos brazos horizontales, que a su vez están montados en ángulos iguales entre sí sobre un eje vertical. El flujo de aire que pasa por las copas en cualquier dirección horizontal hace girar las copas de manera proporcional a la velocidad del viento. Por lo tanto, el recuento de los giros de las copas durante un periodo de tiempo determinado produce la velocidad media del viento para un amplio rango de velocidades. 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 incide en el hueco de una copa y sopla en la parte posterior de la copa del extremo opuesto de la cruz.
Al diseñar por primera vez su anemómetro, Robinson afirmó de manera incorrecta que, independientemente del tamaño de las copas o de la longitud de los brazos, las copas siempre se movían a un tercio de la velocidad del viento. Al parecer, esto fue confirmado por algunos de los primeros experimentos independientes, pero estaba muy lejos de la realidad. Más tarde se descubrió que la relación real entre la velocidad del viento y la de las copas, denominada factor del anemómetro, dependía de las dimensiones de las copas y los brazos, y podía tener un valor entre dos y poco más de tres. Todos los experimentos con anemómetros tuvieron que repetirse.
El anemómetro de tres copas desarrollado por el canadiense John Patterson en 1926 y las posteriores mejoras de las copas realizadas por Brevoort & Joiner de EE. UU. en 1935 dieron lugar a un diseño de rueda de copas que era lineal y tenía un error inferior al 3 % hasta 60 mph. Patterson descubrió que cada copa producía un par máximo al encontrarse a 45 grados 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 posteriormente por el australiano Derek Weston en 1991 para medir tanto la dirección como la velocidad del viento. Weston añadió una etiqueta a una copa, lo que hace que la velocidad de la rueda de copas 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 copas, mientras que la velocidad del viento se determina, como es habitual, a partir de la velocidad media de la rueda de copas.
Los anemómetros de tres copas se utilizan actualmente como estándar industrial para los estudios de evaluación de los recursos eólicos. El NRG Systems #40C es el anemómetro de copa más utilizado para este fin. Por razones históricas, el tamaño de los anemómetros se mide en crows.
Three cup anemometers are currently used as the industry standard for wind resource assessment studies. The NRG Systems #40C is the most commonly used cup anemometer for this purpose. For historical reasons, anemometer sizes are measured in crows.
Frequently Asked Questions
Hot Wire or Vane Anemometer?
Sometimes called wind speed or air speed meters, anemometers are generally classified as hot wire or vane. The hot wire anemometer is best for accurately measuring air flow at very low velocities (eg., under 2000 ft/min). Some models are designed to measure velocities as high as 15,000 ft/min but still have very accurate measuring capability down to much lower speeds. The vane anemometer relies in a rotating impeller to sense air velocity. Vane anemometers are the best choice for measuring wind speed. Many have user selectable units of measure: ft/min, m/s, MPH, km/h and knots to accommodate a wide variety of applications. A thermoanemometer is any hot wire or vane anemometer having the added feature of air temperature measurement. Hygro-thermometer anemometers include the features of a thermo anemometer and a humidity sensor giving customer's complete environmental information. A data logging anemometer is designed to store measurements for later review. Some will download logged air velocity readings to your computer for review, graphing, and further analysis.
¿Cómo se utilizan los anemómetros en los conductos de aire?
Los anemómetros se utilizan ampliamente para equilibrar los conductos de aire. Esto se consigue colocando varios anemómetros en una sección transversal del conducto o tubo de gas y realizando las mediciones de velocidad manualmente en numerosos puntos. El caudal másico se obtiene calculando la velocidad media y multiplicándola por la densidad y por la medida del área transversal del conducto. En el caso de los conductos cilíndricos, el método logarítmico lineal de travesía proporciona la mayor precisión, ya que tiene en cuenta los efectos de la fricción a lo largo de las paredes del conducto. Debido al número de mediciones, la travesía de conductos de aire es una tarea que requiere mucho tiempo. Existen anemómetros basados en microprocesadores que automatizan este procedimiento.
Debido al pequeño tamaño y la fragilidad del cable, los anemómetros de hilo caliente son susceptibles a la acumulación de suciedad y a romperse. Una consecuencia positiva de su pequeña masa es su rápida velocidad de respuesta. Se utilizan ampliamente en aplicaciones de climatización y ventilación. También hay disponibles anemómetros más grandes y con mayor resistencia para aplicaciones industriales más exigentes. Para garantizar la formación adecuada del perfil de velocidad, se suele proporcionar una sección recta del conducto aguas arriba de la estación del anemómetro (normalmente con una longitud de 10 diámetros). Se utiliza una boquilla de acondicionamiento para eliminar los efectos de la capa límite. Si no hay espacio para la sección recta del conducto, se puede incorporar un enderezador de flujo en forma de panal al conjunto del sensor.
FIGURA 5-12A: ESTACIÓN DE MEDICIÓN CIRCULAR 
FIGURA 5-12B: ESTACIÓN DE MEDICIÓN RECTANGULAR
