Este artículo se publica con la intención de compartir una recopilación estudiantil que necesariamente está sujeta a correcciones ortográficas, gramaticales, de forma  y de contenido.  Por este motivo debe considerarse como material en proceso de elaboración, aún no terminado.


Desde una simple ventisca matutina, hasta descomunales ciclones, bien reconocemos el enorme poder de los vientos pero, ¿de qué instrumentos disponemos para estudiarlos y medir su fuerza? ...

EL ANEMÓMETRO, CUESTIÓN DE SOPLAR

EL AIRE

De todos los elementos, el aire es el más inaprensible y el más espiritual. Entre los pensadores griegos del siglo VI a. de C., Anaxímenes de Mileto fue quien más estudió el tema del aire. Desarrolló el antiguo concepto de que la respiración es el espíritu de la vida, pensando que el aire es el elemento fundamental de la tierra: «Lo mismo que el alma, que es aire, mantiene unido al cuerpo, el viento y el aire envuelven el mundo entero». El resto de los elementos, afirmaba Anaxímenes, provienen del aire densificado o enrarecido.

Sin embargo, en el siglo XVII, científicos como el francés Pascal y el italiano Torricelli descubrieron cómo medir la presión del aire, convirtiendo el elemento espiritual y fundamental del filósofo griego en una sustancia física tangible. Un siglo después, los químicos descubrieron que el aire es una mezcla de gases, e identificaron el nitrógeno y el oxígeno como sus elementos principales.

El hombre y los vientos

Durante miles de años el hombre ha dependido de los vientos: ellos traían la lluvia a la tierra e impulsaban los barcos por los mares. Así, hace siglos que conocemos los cinturones de vientos del oeste, los vientos alisios y los monzones del sistema general de circulación. Incluso en el presente siglo, los barcos árabes navegaban de África oriental a la India con los monzones del sureste, regresando con los monzones del noreste, sin necesidad de brújula. Bastaba únicamente con los vientos.

Sin embargo, hasta la aparición del globo, a finales del siglo XVIII, no fue posible estudiar las condiciones meteorológicas a grandes alturas. El globo sigue siendo un importante medio de investigación, si bien en la actualidad, en lugar de transportar personalmente a los científicos, lleva un reflector de radar o un equipo de instrumentos y un transmisor de radio.

La ciencia de la meteorología se desarrolló en el siglo XIX y fue sustituyendo paulatinamente los viejos métodos empíricos del campesino y del navegante por predicciones meteorológicas más seguras.

Observación del clima

La mejora en las observaciones de los vientos a gran altitud durante y después de la II Guerra Mundial suministró la base para la elaboración de nuevas teorías sobre la predicción del tiempo y reveló la necesidad de cambiar viejos conceptos generales sobre la circulación atmosférica. Durante este periodo las principales contribuciones a la ciencia meteorológica son del meteorólogo de origen sueco Carl-Gustav Rossby y sus colaboradores de Estados Unidos. Descubrieron la llamada corriente en chorro, una corriente de aire de alta velocidad que rodea el planeta a gran altitud.

Observaciones desde la superficie

Las observaciones hechas a nivel del suelo son más numerosas que las realizadas a altitudes superiores. Incluyen la medición de la presión atmosférica, la temperatura, la humedad, la dirección y velocidad del viento, la cantidad y altura de las nubes, la visibilidad y las precipitaciones (la cantidad de lluvia o nieve que haya caído).

El instrumento más utilizado para medir la dirección del viento es la veleta común, que indica de dónde procede el viento y está conectada a un dial o a una serie de conmutadores electrónicos que encienden pequeñas bombillas (focos) en la estación de observación para indicarlo. Por otra parte, La velocidad del viento se mide por medio de un instrumento llamado anemómetro.

EL VIENTO

El viento es una corriente de aire que se produce en la atmósfera por diversas causas naturales. Es causado por las diferencias de temperatura existentes al producirse un desigual calentamiento de las diversas zonas de la Tierra y de la atmósfera. Las masas de aire más caliente tienden a ascender, y su lugar es ocupado entonces por las masas de aire circundante, más frío y, por tanto, más denso.

Dibujo japonés representando a Futen, dios de los vientos

Se denomina propiamente "viento" a la corriente de aire que se desplaza en sentido horizontal, reservándose la denominación de "corriente de convección" para los movimientos de aire en sentido vertical.

La dirección del viento depende de la distribución y evolución de los centros isobáricos; se desplaza de los centros de alta presión (anticiclones) hacia los de baja presión (depresiones) y su fuerza es tanto mayor cuanto mayor es el gradiente de presiones.

 

 

Medición de la velocidad del viento:

ANEMÓMETROS

Del griego, anemos, viento; metron, medida, el anemómetro es un instrumento que mide tanto la velocidad y la dirección del viento como su persistencia. Los anemómetros miden la velocidad instantánea del viento, pero las ráfagas (fluctuaciones habituales del viento) se producen con tal frecuencia que restan interés a dicha medición, por lo que se toma siempre un valor medio en intervalos de 10 minutos.

Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un anemómetro de cazoletas, similar al del dibujo de la izquierda. El anemómetro de cazoletas tiene un eje vertical y tres cazoletas que capturan el viento. El número de revoluciones por segundo son registradas electrónicamente.


Normalmente, el anemómetro está provisto de una veleta para detectar la dirección del viento. En lugar de cazoletas el anemómetro puede estar equipado con hélices, aunque no es lo habitual. Otros tipos de anemómetros incluyen ultrasonidos o anemómetros provistos de láser que detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moléculas de aire.


Los anemómetros de hilo electrocalentado detectan la velocidad del viento mediante pequeñas diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento (cara a sotavento).


La ventaja de los anemómetros no mecánicos es que son menos sensibles a la formación de hielo. Sin embargo en la práctica los anemómetros de cazoletas son ampliamente utilizados, y modelos especiales con ejes y cazoletas eléctricamente calentados pueden ser usados en las zonas árticas.

Existe gran diversidad de anemómetros.

  1. Los de empuje están formados por una esfera hueca y ligera (Daloz) o una pala (Wild), cuya posición respecto a un punto de suspensión varía con la fuerza del viento, lo cual se mide en un cuadrante.
  2. El anemómetro de rotación está dotado de cazoletas (Robinson) o hélices unidas a un eje central cuyo giro, proporcional a la velocidad del viento, es registrado convenientemente; en los anemómetros magnéticos, dicho giro activa un diminuto generador eléctrico que facilita una medida precisa.
  3. El anemómetro de compresión se basa en el tubo de Pitot (un tubo con forma de L, con un extremo abierto hacia la corriente de aire y el otro conectado a un dispositivo medidor de presión), y está formado por dos pequeños tubos, uno de ellos con orificio frontal (que mide la presión dinámica) y lateral (que mide la presión estática), y el otro sólo con un orificio lateral. La diferencia entre las presiones medidas permite determinar la velocidad del viento.

Sensor de viento ~ Anemómetro y veleta

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Los anemómetros de calidad son una necesidad para las mediciones de energía eólica


Cuando compra algo, a menudo obtendrá un producto acorde a lo que ha pagado por él. Esto también se aplica a los anemómetros. Se pueden comprar anemómetros sorprendentemente baratos de algunos de los principales vendedores del mercado que, cuando realmente no se necesita una gran precisión, pueden ser adecuados para aplicaciones meteorológicas, y lo son también para ser montados sobre aerogeneradores.


Sin embargo, los anemómetros económicos no resultan de utilidad en las mediciones de la velocidad de viento que se llevan a cabo en la industria eólica, dado que pueden ser muy imprecisos y estar pobremente calibrados, con errores en la medición de quizás el 5 por ciento, e incluso del 10 por ciento.

EL VIENTO: RECURSO APROVECHABLE

De un tiempo acá, la contaminación tanto atmosférica como de mares y ríos, la lluvia ácida, los riesgos nucleares, el adelgazamiento de la capa de ozono y, por ende, el calentamiento del globo terráqueo han obligado a la humanidad a buscar fuentes alternativas de energía.

El viento es un recurso muy particular de cada sitio. Por ejemplo, en las distintas laderas de un valle suele presentar diversas características. Así, en la generación de energía eléctrica con viento hay que considerar factores topográficos, orográficos y climáticos. La localización de sitios para el aprovechamiento de la energía del viento es un trabajo de prospección similar al que requiere la ubicación de recursos minerales. Por lo general se necesitan promedios anuales de velocidad del viento superiores a los 5 metros por segundo, o sea, 18 kilómetros por hora, lo cual se visualiza cuando las hojas y las ramitas de los árboles susurran (para el bombeo de agua, el promedio requerido es de 3 metros por segundo, o sea, 10.8 kilómetros por hora, lo cual se percibe cuando el humo se inclina levemente en la dirección del viento).

De acuerdo con la norma para la medición, se coloca el anemómetro a 10 metros de altura (la velocidad del viento es mayor conforme se desplaza a mayor altura; a baja altura lo frena la "rugosidad" del terreno: los árboles, las edificaciones..., es decir, todos los accidentes topográficos). De manera adicional se realizan mediciones a 20, 30 ó 40 metros. Las torres más altas para máquinas que funcionan con el viento suelen alcanzar los 60 metros (rebasar esta altura no es económico).


Se puede comprar un anemómetro profesional y bien calibrado, con un error de medición alrededor del 1%, por unos 700-900 dólares americanos, lo que no es nada comparado con el riesgo de cometer un error económico potencialmente desastroso. Naturalmente, el precio puede no resultar siempre un indicador fiable de la calidad, por lo que deberá informarse de cuáles son los institutos de investigación en energía eólica bien reputados y pedirles consejo en la compra de anemómetros.

Mediciones de la velocidad del viento en la práctica

La mejor forma de medir la velocidad del viento en una futura localización de una turbina eólica es situar un anemómetro en el extremo superior de un mástil que tenga la misma altura que la altura de buje esperada de la turbina que se va a utilizar. Esto evita la incertidumbre que conlleva el recalcular la velocidad del viento a una altura diferente.

Colocando el anemómetro en la parte superior del mástil se minimizan las perturbaciones de las corrientes de aire creadas por el propio mástil. Si el anemómetro está situado en la parte lateral del mástil es fundamental enfocarlos en la dirección de viento dominante para minimizar el abrigo del viento de la torre.

¿Qué mástil elegir?


Para evitar el abrigo de viento, en lugar de utilizar torres de celosía, normalmente se utilizan postes cilíndricos delgados, tensados con vientos, en los que se colocan los mecanismos de medición del viento.


Los postes son suministrados en kits de fácil ensamblaje, por lo que usted puede instalar un mástil para mediciones de viento en la altura del buje de una (futura) turbina sin necesidad de una grúa.

El anemómetro, el poste y el registrador de datos (de los que se hace mención) suele costar alrededor de 5.000 dólares americanos.

El registrador de datos ('data logger')

Logger Fotografía © 1998 Søren Krohn.

Los datos de las velocidades y direcciones del viento obtenidos por el anemómetro son recogidos en un chip electrónico en una pequeña computadora, el registrador de datos ('data logger'), que puede funcionar con batería durante un largo período de tiempo.


La fotografía muestra un ejemplo de un registrador de datos. Es posible que una vez al mes sea necesario ir hasta el registrador a recoger el chip y remplazarlo por otro virgen que recoja los datos del mes siguiente (cuidado: el error más común de la gente que realiza mediciones de viento es mezclar los chips y volver de nuevo con el chip virgen).


Condiciones árticas

Si hay muchas lluvias heladas en la zona o escarcha en las montañas, puede necesitar un anemómetro calentado, que requiere una conexión a la red eléctrica para hacer funcionar el calentador.

Medias de 10 minutos

Las velocidades del viento son medidas en medias de 10 minutos para que sea compatible con la mayoría de programas estándar (y con la bibliografía sobre el tema). Los resultados en las velocidades del viento son diferentes si se utilizan diferentes periodos de tiempo para calcular las medias, como se verá posteriormente.

APLICACIONES DEL ANEMÓMETRO

image634.gif (953 bytes) Agricultura - verificación de las condiciones para regar por aspersión los cultivos o quemar rastrojos, verificación de las condiciones para el ganado.

image634.gif (953 bytes) Automóviles - mediciones de calefacción y aire acondicionado.

image634.gif (953 bytes) Aviación -, planeador, ala delta, parapente, ultraligero, paracaídas, vuelo en globo.

image634.gif (953 bytes) Ingeniería civil - seguridad del emplazamiento, condiciones de trabajo, seguridad de la obra, operación segura de grúas, medición del esfuerzo del viento.

image634.gif (953 bytes) Guardacostas - evaluación de condiciones para supervivencia o seguridad.

image634.gif (953 bytes) Formación - mediciones y experimentos con el flujo de aire, evaluación de condiciones exteriores para la práctica de deportes escolares, estudios medioambientales.

image634.gif (953 bytes) Extinción de incendios - indicación sobre el peligro de propagación del fuego.

image634.gif (953 bytes) Calefacción y ventilación - mediciones del flujo y la temperatura del aire, verificación del estado de los filtros.

image634.gif (953 bytes) Aficiones - aeromodelismo, modelismo de barcos, vuelo de cometas.

image634.gif (953 bytes) Industria - mediciones del flujo y la temperatura del aire, control de la contaminación.

image634.gif (953 bytes) Policía - mediciones de vientos de costado en carreteras.

image634.gif (953 bytes) Actividades al exterior - tiro con arco, ciclismo, tiro, pesca, golf, vela, atletismo, camping, senderismo, montañismo.

image634.gif (953 bytes) Trabajos al exterior - evaluación de condiciones.

image634.gif (953 bytes) Ciencia - aerodinámica, ciencia medioambiental, meteorología.

 

GLOSARIO

image635.gif (923 bytes) Anemómetro de molinete

(anemómetro de Byram)

Anemómetro para medir la velocidad del viento en función de la velocidad de rotación de un molinete de aspas que gira alrededor de un eje vertical u horizontal.

image635.gif (923 bytes) Anemómetro de contactos

Anemómetro en que la frecuencia de contactos eléctricos es proporcional a la velocidad del viento. Estos contactos pueden ser transformados en señales sonoras, luminosas, etc.

image635.gif (923 bytes)  Anemómetro diferencial de presión

(anemómetro de Dines)

Instrumento en el que el incremento de la presión y la succión asociados a la acción del viento sobre los orificios del tubo se combinan para accionar el flotador de un manómetro.

image635.gif (923 bytes)  Anemómetro de filamento caliente

Anemómetro para medir la velocidad del viento basado en las variaciones de temperatura y resistencia eléctrica de un filamento metálico calentado por una corriente eléctrica y que pierde más calor a medida que aumenta el viento.

image635.gif (923 bytes)  Anemómetro de mano

Anemómetro sostenido por un observador con su brazo extendido.

image635.gif (923 bytes) Anemómetro de placa

(anemómetro de placa movible)

Instrumento en que el viento actúa sobre una placa suspendida en un eje horizontal cuya inclinación, con respecto a la vertical, es función de la velocidad del viento.

image635.gif (923 bytes)  Anemómetro de presión

Anemómetro que utiliza un tubo de Pitot.

image635.gif (923 bytes)  Anemómetro de termistor

Instrumento para medir la velocidad (o fuerza) del viento por medio de un termistor.

image635.gif (923 bytes)  Termistor

Dispositivo semiconductor cuya resistencia eléctrica cambia con temperatura.

image635.gif (923 bytes)  Anemógrafo

(anemómetro registrador)

Anemómetro que da un registro continuo de la velocidad del viento.

 

Sitios recomendados en Internet, vínculos:

 

Dos sitios en especial, resultan de gran interés en la web para el complemento de el tema tratado, debido en primer lugar a su amplio tratamiento del tema de la industria eólica y por otra parte, debido a los vínculos tan selectos que ofrecen, que además sirvieron en gran parte para obtener información muy valiosa en la elaboración del presente artículo.

Una de ellas es la página oficial de la Asociación danesa de la industria eólica, sitio web www.windpower.dk que trata de manera muy llamativa y pedagógica todo lo referente al recurso eólico, producto de una profunda investigación de dicho recurso y la gran experiencia a nivel nacional, en cuanto a la fabricación, instalación y desarrollo de modernos aerogeneradores (en parques eólicos y en zonas marinas).

Ofrece además, una sección dedicada exclusivamente al tratamiento del tema energía eólica y medio ambiente, junto con un apartado que trata los aspectos económicos y la historia de los aerogeneradores modernos.

Por otra parte, otra muy buena fuente de consulta se encuentra en la página de la Northern Alternative Energy (NAE), sitio web www.windpower.com que intenta compilar una lista de sitios de www y servidores, dedicados a proporcionar información útil sobre energía del viento. Presenta entonces una serie de vínculos de asociaciones, grupos de investigación, laboratorios y universidades, que ofrecen una gama amplia de documentos públicamente disponibles y recursos en energía del viento: desarrollo histórico, tecnologías, los datos en la eficacia económica de energía del viento y las comparaciones directas a las fuentes de energía convencionales.

Finalmente también podría sugerir la página del Servicio Vasco de Meteorología, http://vppx134.vp.ehu.es/met/html/indice/ind_gen.htm, con un lenguaje sencillo presenta un esquema general del trabajo con los diferentes tipos de instrumentación en este campo, incluido el anemómetro y permite establecer contactos para la adquisición de los productos KESTREL http://www.r-p-r.com/index.html que ofrecen una amplia variedad de equipos, en especial los llamados anemómetros de bolsillo (medidores ambientales, termo-anemómetros, etc).

 

Esteban Jiménez Roldán.


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