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Anemómetros de copa: cómo ha cambiado la precisión a lo largo de los años

El anemómetro de copa es el estándar más utilizado en la medición de la velocidad del viento en todo el mundo. Es económico de fabricar y funciona con una calificación de precisión muy superior al 90%, incluso en los ejemplos más baratos. Determinar el nivel de precisión requerido en un anemómetro de copa realmente depende del tipo de aplicación para la que está destinado. Algunos de los modelos producidos en masa y mal calibrados que se encuentran instalados en una turbina eólica o utilizados para ciertos fines meteorológicos pueden funcionar de manera eficiente con un margen de error que oscila alrededor del 10%. En una turbina, por ejemplo, todo lo que se necesita es algún tipo de indicador de si valdría la pena usar la turbina en absoluto dada la velocidad del viento presente. Sin embargo, en un parque eólico, un anemómetro de copa que funciona con ese tipo de relación de error significaría una ruina financiera para la empresa. Con un margen de error del 10%, es probable que uno estimar el potencial de energía del viento que sopla en cualquier momento dado en un tercio de lo que podría ser de otra manera. Utilizado en otras circunstancias para aerogeneradores de alturas de instalación dramáticamente diferentes, esto podría dar como resultado una relación de error del 75%. Sin embargo, el anemómetro de copa moderno funciona con una tasa de precisión del 99% y puede costar menos de $ 1000 para comprar. ¿Cómo se inventó el anemómetro de copa ya en 1846, con tanta precisión?

El anemómetro original era un diseño de cuatro tazas; Las copas se colocaron en los cuatro brazos de una cruz giratoria, y el factor de conversión aproximado utilizado para calcular la velocidad del viento fue 1: 3. La velocidad a la que giraban las copas se calculaba a un tercio de la velocidad del viento. Este cálculo se mantuvo como el estándar durante aproximadamente medio siglo antes de que un investigador llamado Patterson hiciera una investigación científica exhaustiva sobre el anemómetro de copa en 1926. La investigación realizada por Patterson sacó muchas revelaciones. Las velocidades del viento medidas en los anemómetros de copa diferían no solo de un instrumento a otro, sino que también diferían en el mismo instrumento dependiendo de qué tan rápido soplara el viento. En ese momento se descubrió que el anemómetro de copa no era inherentemente lineal en la forma en que respondía a las velocidades del viento, lo que significa que giraban a velocidades desproporcionadamente diferentes para diferentes velocidades del viento. También descubrió que los diseños de tres copas eran más precisos en la forma en que respondían a los cambios en la velocidad del viento, y también que para una longitud de brazo dada, las copas más grandes eran mejores para la precisión que las copas más pequeñas. De hecho, datando de esta investigación, el diseño de tres tazas es el estándar en el mundo de hoy.

Sin embargo, todavía había áreas que no se entendían correctamente en la forma en que funcionaba el anemómetro. Por ejemplo, en condiciones de viento turbulento donde las ráfagas de viento tendían a cambiar de velocidad de un momento a otro, se descubrió que el anemómetro de copa exageraba los resultados o, en otras palabras, generaba una lectura superior a la esperada, en comparación con la lectura. se mostraría en condiciones estándar de túnel de viento. Llamaron a este fenómeno Sobrevelocidad, la respuesta no lineal de un anemómetro de copa cuando se presentan los cambios en la velocidad del viento.

El anemómetro de copa, por su propio diseño, reacciona inherentemente más fácilmente a los aumentos en la velocidad del viento que a las disminuciones en ellos. El diseño requiere esto, como una forma de permitir que funcione en absoluto. Sin embargo, esto termina en el hecho de que el anemómetro de copa generalmente produce lecturas desproporcionadamente más altas a velocidades de viento más altas. Schrenk en 1929 fue el primer investigador en publicar hallazgos que podrían ayudar a explicar la dinámica del movimiento en un rotor de anemómetro de copa, lo que podría explicar esta no linealidad. Las técnicas de medición no estaban disponibles en el momento que pudieran estimar con precisión la dinámica del viento alrededor de las copas, y hubo una gran cantidad de teorización de las posibles causas involucradas. Se pensó que el rendimiento impredecible del anemómetro de copa en vientos racheados era el resultado de la forma en que los lados cóncavos de las copas presentaban un coeficiente de arrastre mayor que los lados convexos. Esto todavía no fue una explicación satisfactoria del fenómeno. La investigación realizada hace unos 15 años finalmente resultó en una comprensión real por primera vez. Ahora se ve que el exceso de velocidad es causado por los efectos adicionales del sesgo de viento medio en vientos racheados. Los vientos no solo viajan horizontalmente; También tienden a moverse verticalmente. Se encontró que estas corrientes verticales explicaban las variaciones adecuadamente.

También se ha encontrado a través de esta investigación que el anemómetro de copa puede ser un instrumento que también se puede usar para medir la intensidad de la turbulencia del viento. Esto ciertamente lo convierte en uno de los diseños más exitosos y rentables.

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