Anemometro

Anemometri a paletta
Gli anemometri meccanici rotanti possono essere classificati in due tipi: a paletta o a elica. In questo tipo di anemometri, l'asse di rotazione deve essere parallelo alla direzione del vento e quindi tipicamente orizzontale. Negli spazi aperti il vento varia di direzione e l'asse deve seguire i suoi cambiamenti. Nei casi in cui la direzione del movimento dell'aria è sempre la stessa, come ad esempio nei pozzi di ventilazione delle miniere e degli edifici, vengono utilizzate delle banderuole, note come misuratori d'aria, che danno risultati molto soddisfacenti. Gli anemometri a paletta sono disponibili con funzioni aggiuntive quali la misurazione della temperatura, dell'umidità e del dew-point, la conversione volumetrica e la registrazione dati.

Anemometri termici
Gli anemometri termici utilizzano un filo molto sottile (dell'ordine di alcuni micrometri) o un elemento riscaldato a una temperatura superiore a quella ambiente. L'aria che scorre sopra di esso ha un effetto raffreddante. Poiché la resistenza elettrica della maggior parte dei metalli dipende dalla temperatura del metallo stesso (il tungsteno è una scelta popolare per i fili caldi), è possibile ottenere una relazione tra la resistenza del filo e la velocità del flusso.

Esistono diversi modi per implementare questo sistema e i dispositivi a filo caldo possono essere ulteriormente classificati come CCA (anemometro a corrente costante), CVA (anemometro a tensione costante) e CTA (anemometro a temperatura costante). La tensione in uscita da questi anemometri è quindi il risultato di un qualche tipo di circuito all'interno del dispositivo che cerca di mantenere costante la variabile specifica (corrente, tensione o temperatura). Inoltre, vengono utilizzati anche anemometri PWM (Pulse Width Modulation), in cui la velocità viene dedotta dalla durata di un impulso di corrente ripetuto che porta il cavo a una resistenza specificata e poi si interrompe fino al raggiungimento di una soglia "minima", momento in cui l'impulso viene inviato nuovamente.

Gli anemometri a filo caldo, sebbene estremamente delicati, hanno una risposta in frequenza estremamente elevata e una risoluzione spaziale fine rispetto ad altri metodi di misurazione e, come tali, sono quasi universalmente impiegati per lo studio dettagliato dei flussi turbolenti o di qualsiasi flusso in cui siano interessanti le rapide fluttuazioni di velocità. Gli anemometri termici sono disponibili con funzioni aggiuntive quali la misurazione della temperatura e la Registrazione dati.

Anemometri termici con profilatura della velocità/temperatura
I sistemi di profilatura con anemometri termici sono dotati dei sensori più piccoli disponibili sul mercato. I sensori misurano sia la velocità che la temperatura. Il sistema di registrazione dati multipunto consente all'utente di profilare le caratteristiche del flusso nell'applicazione e analizzare i dati graficamente. Questi strumenti sono comunemente utilizzati nelle gallerie del vento per l'analisi dei circuiti stampati e dei dissipatori di calore.

Anemometri a coppa
Un tipo semplice di anemometro è l'anemometro a coppa. È costituito da tre o quattro coppe emisferiche montate ciascuna su un'estremità di bracci orizzontali, a loro volta montati ad angoli uguali l'uno rispetto all'altro su un albero verticale. Il flusso d'aria che passa davanti alle coppe in qualsiasi direzione orizzontale fa ruotare le coppe in modo proporzionale alla velocità del vento. Pertanto, il conteggio dei giri delle coppe in un determinato periodo di tempo fornisce la velocità media del vento per un ampio intervallo di velocità. Su un anemometro a quattro coppe è facile vedere che, poiché le coppe sono disposte simmetricamente all'estremità dei bracci, il vento ha sempre davanti la cavità di una coppa e soffia sul retro della coppa all'estremità opposta della croce.

In occasione del primo progetto del suo anemometro, Robinson affermò erroneamente che, indipendentemente dalle dimensioni delle coppe o dalla lunghezza dei bracci, le coppe si muovevano sempre a un terzo della velocità del vento. Ciò fu apparentemente confermato da alcuni primi esperimenti indipendenti, ma era molto lontano dalla verità. Successivamente si scoprì che il rapporto effettivo tra la velocità del vento e quella delle coppe, chiamato fattore anemometrico, dipendeva dalle dimensioni delle coppe e dei bracci e poteva avere un valore compreso tra due e poco più di tre. Ogni singolo esperimento che coinvolgeva un anemometro doveva essere ripetuto da capo.

L'anemometro a tre coppe sviluppato dal canadese John Patterson nel 1926 e i successivi miglioramenti apportati alle coppe da Brevoort & Joiner degli Stati Uniti nel 1935 portarono a un design della ruota a coppe che era lineare e aveva un errore inferiore al 3% fino a 60 mph. Patterson scoprì che ogni coppa produceva la coppia massima quando era posizionata a 45 gradi rispetto al flusso del vento. L'anemometro a tre coppe aveva anche una coppia più costante e rispondeva più rapidamente alle raffiche rispetto all'anemometro a quattro coppe.

L'anemometro a tre coppe fu ulteriormente modificato dall'australiano Derek Weston nel 1991 per misurare sia la direzione che la velocità del vento. Weston ha aggiunto un'etichetta a una coppa, che fa aumentare e diminuire la velocità della ruota a coppa quando l'etichetta si muove alternativamente con e contro il vento. La direzione del vento viene calcolata da questi cambiamenti ciclici nella velocità della ruota a coppa, mentre la velocità del vento viene determinata come di consueto dalla velocità media della ruota a coppa.

Gli anemometri a tre coppe sono attualmente utilizzati come standard industriale per gli studi di valutazione delle risorse eoliche. Il modello NRG Systems #40C è l'anemometro a coppe più comunemente utilizzato per questo scopo. Per motivi storici, le dimensioni degli anemometri sono misurate in corvi.