Pe scurt, anemometrele sunt instrumente utilizate pentru a măsura viteza fluxului de aer și puterea vântului. Acestea sunt utilizate în mod obișnuit în meteorologie, în lucrări de instalare și service și în multe alte domenii în care este importantă monitorizarea condițiilor atmosferice și a fluxurilor de gaze.
Prezentare generală a principalelor tipuri de anemometre
Anemometrele sunt importante în multe domenii ale vieții, ajutând, printre altele, la monitorizarea și înțelegerea condițiilor atmosferice, ceea ce este relevant în contextul diferitelor activități umane. Aceste dispozitive ajută oamenii să îmbunătățească siguranța zborurilor sau să controleze sistemele de ventilație, precum și să producă energie verde bazată pe vânt.
Anemometrele pot fi împărțite, în linii mari, în mai multe tipuri diferite, fiecare având propria sa aplicație.
Cele mai frecvent utilizate tipuri sunt:
• Anemometre de torsiune: constau dintr-un rotor care se rotește ca urmare a forței vântului, viteza rotorului fiind proporțională cu viteza vântului, permițând astfel efectuarea unei măsurători. Rotorul este de obicei poziționat perpendicular pe direcția vântului pentru a măsura cel mai eficient viteza acestuia. Astfel de dispozitive pot fi oarecum predispuse la erori de măsurare în condiții de schimbare a direcției vântului sau atunci când există obstacole în jurul rotorului. Prin urmare, precizia lor depinde de un număr destul de mare de factori, inclusiv de proiectarea instrumentului în sine, de caracteristicile vântului, de condițiile ambientale și de obiectele plasate în jurul punctului de măsurare.
• Anemometre direcționale: ajută la determinarea nu numai a vitezei vântului, ci și a direcției acestuia, deoarece elementul lor cheie este un rotor care se rotește nu numai în jurul propriei axe, ci și în plan vertical. Contorul direcțional poate lua forma unui rotor suplimentar sau a unui fanion pe o platformă rotativă, dar funcția poate fi realizată și prin plasarea rotorului de bază însuși pe un plan rotativ (o soluție întâlnită, de exemplu, în coșurile de fum care sprijină funcționarea ventilației în clădiri).
• Anemometre pentru ultrasunete: utilizează fenomenul de propagare a undelor ultrasonice în vânt. În acest tip de anemometru, viteza vântului se măsoară pe baza timpului necesar pentru ca unda ultrasonică să parcurgă distanța dintre emițătorul și receptorul aflat la o anumită distanță. Întregul secret al funcționării anemometrului cu ultrasunete constă în faptul că aici se folosesc cel puțin două emițătoare și două receptoare de unde ultrasonice. Un set format dintr-un emițător și un receptor este poziționat împotriva vântului, în timp ce celălalt set este poziționat în direcția opusă, în funcție de direcția vântului. Atunci când dispozitivul este activat, sunt trimise două semnale: unul în direcția opusă vântului și celălalt în conformitate cu direcția de mișcare a aerului. Anemometrul măsoară timpul de zbor al celor două semnale între emițătoarele și receptoarele corespunzătoare, deoarece timpul nu este identic. Dacă vântul suflă în direcția undei, atunci timpul de tranzit al semnalului este redus, în timp ce dacă vântul acționează în direcția opusă, atunci semnalul are nevoie de ceva mai mult timp pentru a parcurge aceeași distanță între emițător și receptor. Pe baza acestei diferențe în timpul de zbor al fiecărui semnal, anemometrul calculează viteza reală a vântului.
Anemometrele sunt relativ precise, dar acuratețea lor poate fi ușor afectată de factori atmosferici, cum ar fi temperatura și umiditatea. În schimb, există mai multe avantaje în favoarea utilizării lor, printre care absența pieselor mecanice în mișcare (mai puțină uzură și rată de defecțiune) și costuri de întreținere mai mici.
• Anemometre de temperatură: se bazează pe diferența de temperatură dintre senzorii de pe o bază fixă și cei de pe o bază mobilă. Acest al doilea senzor este expus la vânt, ceea ce îl face să se răcească. Diferența de temperatură măsurată între cei doi senzori este convertită în viteza vântului printr-un algoritm adecvat.
• Anemometru Doppler: un anemometru Doppler, cunoscut și sub numele de anemometru radar, utilizează principiul efectului Doppler pentru a măsura viteza particulelor care se deplasează printr-un gaz sau un amestec de gaze, cum ar fi aerul. Este adesea utilizat în meteorologie, în special pentru a măsura viteza vântului în atmosferă. Funcționarea sa se bazează pe efectul Doppler, care se referă la modificarea frecvenței undei emise de sursă atunci când atât sursa, cât și observatorul se deplasează unul față de celălalt. Cu un anemometru Doppler, o undă electromagnetică (de obicei radar) este trimisă spre particulele din aer (aerosoli, picături de apă etc.). Apoi este reflectată de aceste particule și se întoarce la detector. Viteza de întoarcere a valurilor variază în funcție de viteza particulelor, ceea ce corespunde proporțional cu viteza instantanee a vântului și permite determinarea acesteia. Întregul proces se desfășoară în mai multe etape:
- o emiterea de unde: anemometrul Doppler trimite o undă electromagnetică (de obicei în domeniul radio sau al microundei) către zona în care se măsoară viteza vântului,
- o reflecția undelor: o undă electromagnetică se reflectă pe particulele suspendate într-un gaz care se deplasează sub influența vântului,
- o modificarea frecvenței: dacă particulele se deplasează cu o anumită viteză spre sau în afara direcției undei, ele modifică frecvența undei reflectate (efect Doppler),
- o detecția variației de frecvență: anemometrul măsoară variația de frecvență a undei reflectate de particule, care este proporțională cu viteza lor radială,
- o calcularea vitezei vântului: pe baza modificării frecvenței, anemometrul calculează viteza radială a particulelor, din care se obține direct viteza vântului în zonă. Anemometrele Doppler sunt utilizate în meteorologie și în cercetarea atmosferică (în cercetarea vântului la altitudini mari, controlul traficului aerian etc.). Acestea sunt capabile să furnizeze informații atât despre viteza, cât și despre direcția vântului. Spre deosebire de anemometrele tradiționale, anemometrele Doppler pot funcționa pe distanțe lungi și sunt mai precise decât alte tipuri de anemometre în anumite condiții atmosferice.
• Anemometru cu aripi: un anemometru cu aripi este un tip simplu și popular de anemometru utilizat pentru a măsura viteza vântului. Acesta constă în plăci plate care se intersectează, plasate pe un braț circular. Plăcile plate sunt așezate la un anumit unghi față de direcția vântului, ceea ce le face să se rotească.
Principiile de bază ale anemometrului cu aripi sunt următoarele:
• plăci cu aripi: un anemometru are trei sau mai multe plăci plate (uneori numite aripi) care sunt atașate la un braț circular. Acestea sunt poziționate la un anumit unghi față de direcția vântului, iar acest unghi este de obicei ales pentru a asigura o sensibilitate adecvată la diferențele de viteză a vântului,
• mișcare de rotație: sub influența vântului, plăcile plate sunt ridicate și încep să se rotească în jurul axei brațului,
• măsurarea vitezei: viteza paletelor este proporțională cu viteza vântului, ceea ce face posibilă măsurarea și determinarea vitezei vântului într-un anumit loc.
Anemometrele cu aripi sunt relativ ieftine și ușor de utilizat, ceea ce le face populare pentru utilizarea în condiții generale de teren (câmp). Cu toate acestea, ele au unele limitări, cum ar fi o precizie mai mică în comparație cu anemometrele mai avansate și limitarea utilității lor mai degrabă la determinarea vitezei vântului, cu excepția direcției.
Cele mai frecvente caracteristici și funcții suplimentare ale anemometrelor moderne
Anemometrele moderne sunt dispozitive avansate bazate pe sisteme de calcul digitale. Acestea oferă o gamă largă de funcționalități, având în prim plan măsurarea precisă a vitezei vântului în diferite condiții. Această măsurătoare poate fi afișată în diferite unități, cum ar fi noduri, kilometri pe oră sau metri pe secundă. Cu toate acestea, ele îndeplinesc mai multe funcții suplimentare, dintre care cele de mai jos sunt cele mai frecvent disponibile.
1. Măsurarea direcției vântului: unele anemometre au încorporată o busolă sau un senzor adecvat pentru a măsura direcția din care suflă vântul. Această funcție este deosebit de utilă în meteorologie, navigație sau controlul traficului aerian.
2. Funcția de determinare a vitezei medii: anemometrele moderne pot oferi funcția de calcul al vitezei medii a vântului pe un anumit interval de timp, ceea ce poate fi util pentru cercetarea științifică sau pentru monitorizarea condițiilor atmosferice.
3. Înregistrarea datelor și statistici: unele anemometre moderne au o funcție de înregistrare a datelor, care permite înregistrarea rezultatelor măsurătorilor pe un interval de timp specificat și chiar extragerea parametrilor statistici de bază (medie, mediană, tendințe) din acestea. Aceasta este o funcționalitate extrem de utilă pentru măsurarea și monitorizarea pe termen lung, inclusiv pentru cercetarea științifică.
4. Conectare fără fir și transmitere de date: anemometrele actuale oferă din ce în ce mai mult posibilitatea transmiterii fără fir a datelor, ceea ce permite monitorizarea de la distanță a vitezei vântului sau transmiterea datelor către alte dispozitive, cum ar fi PC-uri cu software de analiză.
5. Funcționalități suplimentare: în funcție de model, anemometrele pot avea diverse funcționalități suplimentare, cum ar fi un afișaj LCD, alarme cu prag, măsurare precisă a temperaturii, compensarea temperaturii, un modul GPS încorporat sau un higrometru pentru măsurarea umidității. Vom scrie mai multe despre funcționalitate mai târziu în acest text.
6. Funcția windchill: această funcționalitate este, în termeni simpli, capacitatea dispozitivului de a calcula un parametru care determină modul în care viteza vântului afectează temperatura percepută a aerului. Funcția windchill se bazează pe fenomenul conform căruia vântul face ca temperatura percepută de om să fie mai scăzută decât temperatura reală a aerului. Prin urmare, putem traduce termenul „windchill” în sine prin „temperatură perceptibilă”, care este aparent un parametru foarte subiectiv. Cu toate acestea, este doar o aparență, deoarece anemometrele care măsoară temperatura utilizează informații despre viteza vântului măsurată, iar aceste date (temperatura și viteza vântului) sunt cele mai obiective informații posibile. Rămâne întrebarea cum se calculează parametrul windchill – dispozitivele utilizează algoritmi adecvați, adică formule matematice dezvoltate în colaborare cu numeroase centre de cercetare, datorită multor ani de cercetare a efectelor vântului asupra corpului uman. În timp ce în urmă cu doar două decenii existau două sau trei formule standardizate pentru întreaga lume, în prezent se folosesc formule diferite în funcție de regiune și de standardele meteorologice acceptate la nivel local, toate acestea deoarece parametrul windchill este deosebit de important în ceea ce privește siguranța și sănătatea pentru multe sporturi. Vitezele mari ale vântului la temperaturi scăzute pot crește riscul de degerături și hipotermie, iar acestea sunt probleme pentru schiori sau pentru alpiniștii din Himalaya, care le afectează în mod semnificativ sănătatea și siguranța. Mai mult, rezidenții din zonele temperate sau cei care locuiesc pur și simplu deasupra paralelei 50 (atât în emisfera nordică, cât și în cea sudică) trebuie să ia în considerare și factorul windchill în activitățile lor zilnice în condiții de iarnă. Prin urmare, avertizările meteorologice la aceste latitudini iau în general în considerare atât temperaturile obiective, cât și temperaturile windchill, adică cele resimțite subiectiv de corpul uman atunci când este expus la temperaturi scăzute și la vânt.
7. Durabilitate și rezistență la intemperii: anemometrele moderne sunt proiectate cu gândul la durabilitate și rezistență la intemperii, ceea ce le permite să fie utilizate într-o varietate de medii, de la terenuri muntoase la zone marine. Prin urmare, acestea utilizează adesea materiale rezistente la impact sau fețe din plastic moale care absorb energia. De asemenea, este de remarcat etanșeitatea la aer (clasificare IP), deoarece precipitațiile sunt adesea asociate cu vânturi puternice, pe care anemometrele sunt utilizate pentru a le măsura.
Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.