Guia Anemometro

ANEMOMETRO ¿Qué es el Anemómetro?

Anemómetro (del griego, anemos = viento; metron = medida), instrumento que mide la velocidad del viento. El tipo más común de anemómetro consiste en tres o cuatro semiesferas unidas a unas varillas cortas conectadas a su vez a un eje vertical en ángulos rectos. El viento, al soplar, empuja las semiesferas y estas hacen girar el eje. El número de vueltas por minuto se traduce en la velocidad del viento.

¿Y que es el Viento? El aire es una mezcla de gases que constituyen la atmósfera. Es un fluido incoloro e inoloro, constituido por nitrógeno (78% del volumen total del aire), oxígeno (21%), argón (0.93%), y anhídrido carbónico (0.03%) entre otros. Además de estos componentes tiene vapor de agua. Todo lo anterior constituye la atmósfera que es una capa gaseosa que rodea el globo terráqueo. Uno de los fenómenos interesantes que podemos encontrar en la atmósfera es el viento. El VIENTO es el aire en movimiento, que se origina como consecuencia de un calentamiento desigual de las diferentes zonas de la superficie terrestre. Los vientos pueden clasificarse en cuatro clases principales:

Dominantes Estaciónales Locales Ciclónicos y Anticiclónicos

¿Dónde lo Utilizan? Meteorología es el estudio científico de la atmósfera de la Tierra. Incluye el estudio de las variaciones diarias de las condiciones atmosféricas (meteorología sinóptica), el estudio de las propiedades eléctricas, ópticas y otras de la atmósfera (meteorología física); el estudio del clima, las condiciones medias y extremas durante largos periodos de tiempo (climatología), la variación de los elementos meteorológicos cerca del suelo en un área pequeña (micrometeorología) y muchos otros fenómenos.

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.

Un seguimiento continuo de la dirección del viento puede ser indicativo de las condiciones futuras del tiempo atmosférico. Existen circulaciones globales y locales de vientos que afectan el clima de un lugar sobre tierra. Colombia está influenciada por vientos provenientes de circulaciones de gran escala como: los vientos alisios del noreste y sureste, la circulación amazónica y la influencia del océano Pacífico.

¿Que escala usa? El almirante inglés Francis Beaufort publicó en 1806 la célebre escala compuesta de 12 grados para expresar la velocidad del viento. Para conseguir con exactitud el grado o velocidad del viento, deberíamos tomar la velocidad media durante diez minutos a una altura de 10 metros sobre la superficie del mar. La escala fue adaptada para uso no naval a partir de los 1850s, cuando los números de Beaufort se asociaron con el número de rotaciones de un anemómetro. Esta relación sólo se estandarizó en 1923, y la medida fue ligeramente alterada algunas décadas más tarde para mejorar su utilidad para los meteorólogos. Hoy se numera usualmente a los huracanes con valores entre 12 y 16 utilizando la Escala de Huracanes de Saffir-Simpson, donde un huracán de categoría 1 lleva un número de Beaufort de 12, uno de categoría 2, Beaufort 13, etc

Escala de Beaufort

Grado Metros/seg. Nudos Km./h Español Inglés Efecto en la mar Símbolo

0 0 - 0.2 < de 1 0 - 2 Calma Calm La mar está como un espejo.

1 0.3 - 1.5 1 - 3 2 - 6 Ventolina Light air La mar empieza a rizarse.

2 1.6 - 3.3 4 - 6 7 - 11 Brisa muy débil

Light breeze

Olas pequeñas que no llegan a romper.

3 3.4 - 5.4 7 - 10 12 - 19

Brisa débil, flojo

Gentle breeze

Olas cuyas crestas empiezan a romper. Borreguillos dispersos.

4 5.5 - 7.9 11 - 16 20 - 29

Bonacible, brisa moderada

Moderate breeze

Olas un poco largas. Numerosos borreguillos.

5 8.0 - 10.7 17 - 21 30 - 39

Brisa fresca, fresquito

Fresh breeze

Olas moderadas y alargadas. Gran abundancia de borreguillos y eventualmente algunos rociones.

6 10.8 - 13.8 22 - 27 40 - 50

Fresco, Brisa fuerte, moderado

Strong breeze

Comienza la formación de olas grandes. Las crestas de espuma blanca se ven por doquier. Aumentan los rociones y la navegación es peligrosa para embarcaciones menores.

7 13.9 - 17.1 28 - 33 51 - 61

Frescachón, viento fuerte

Near gale

La espuma es arrastrada en dirección del viento. La mar es gruesa.

8 17.2 - 20.7 34 - 40 62 - 74

Temporal, viento duro

Gale

Olas altas con rompientes. La espuma es arrastrada en nubes blancas.

9 20.8 - 24.4 41 - 47 75 - 87

Temporal fuerte, viento muy duro

Strong Gale

Olas muy gruesas. La espuma es arrastrada en capas espesas. La mar empieza a rugir. Los rociones dificultan la visibilidad.

10 24.5 - 28.4 48 - 55 88 - 101

Temporal duro

Storm

Olas muy gruesas con crestas empenachadas. La superficie de la mar parece blanca. Visibilidad reducida. La mar ruge.

11 28.5 - 32.6 56 - 63 102 - 117

Temporal muy duro, borrasca

Violent Storm

Olas excepcionalmente grandes (los buques de mediano tonelaje se pierden de vista). Mar completamente blanca. Visibilidad muy reducida. La navegación se hace imposible.

12 > de 32.7 > de 64

> de 118

Temporal huracanado

Hurricane

El aire está lleno de espuma y de rociones. La visibilidad es casi nula. Se imposibilita toda navegación.

Construcción del Anemómetro Materiales

1. Lamina de Termoplástico 8,5cm x 3,5cm 2. Sensor LM35 3. Perilla de Potenciómetro 4. Espiga de Termoplástico 5. Rodamiento con plástico 6. Sensores opto acoplados de ranura 7. Potenciómetro cabeza plástica 10K - 5K 8. Palos de Balso 9. Bolas de Ping-Pong

1

5

4

3

7

6

2

8

9

Procedimiento

1. Taladre la lamina de termoplástico con una broca de (15 / 64)”, centrado en el lado mas delgado aproximadamente a 1 centímetro del borde.

2. Inserte la espiga de termoplástico en una ranura del plástico del rodamiento con plástico y adhiera con silicona. Nota: Tenga en cuenta que la parte mas plana de la espiga de termoplástico debe quedar hacia fuera.

3. Ahora se construirá tres cazoletas, una cazoleta se le llama al conjunto entre la mitad de una bola de ping-pong y una porción de palo de balso con una medida específica que en este caso se llamara Radio.

Divida por la mitad dos bolas de ping-pong

Corte 3 trozos de palo de balso con una medida especifica de 10 cm,

Parte plana de la espiga de

termoplástico

1 cm.

Perforación

15/64”

1 0 cm.

Perfore la mitad de la bola de ping-pong en un extremo, con el mismo diámetro que el palo de balso y adhiera con silicona.

Finalmente para unir las tres cazoletas se realiza tres perforaciones a la perilla de potenciómetro a un Angulo de 120º con respecto a las otras y en cada una de ellas se adhiera una cazoleta.

ENSAMBLE DE LAS CAZOLETAS

Perforación para adherir el palo de

balso

Perforaciones para adherir la

cazoleta

120º 120º

4. Para terminar debemos ensamblar cada una de las partes hechas, así:

En la perforación hecha inicialmente en la lámina de termoplástico inserte

el eje del rodamiento del plástico de rodamiento con la espiga de termoplástico ya adherida.

Una vez realizado el ensamble anterior adhiera la perilla de potenciómetro con las cazoletas adheridas, sobre el plástico del plástico de rodamiento.

Ubicar en el lugar adecuado y adherir con silicona el sensor opto acoplado de ranura, de acuerdo a la espiga de termoplástico.

ENSAMBLE FINAL SIN LAS CAZOLETAS

NOTA: Observe en la imagen la distancia en donde se encuentra adherido el sensor opto acoplado de ranura, tenga en cuenta que la parte mas plana de la espiga de termoplástico debe pasar libremente dentro de esta ranura.

TRABAJO CON LA ESTACION EDERA 1. Trabajo con la Interfase Nota: El objetivo del trabajo en esta etapa es verificar y aclarar el funcionamiento

Ejecute en el computador el programa que genera la interfaz Conecte a cualquier entrada digital el sensor optoacoplado de ranura Nota: Recuerde la configuración de terminales del sensor

1. V+ alimentación DC positiva. 2. V- alimentación DC negativa o Tierra. 3. Salida de señal sensada.

Observe el correcto funcionamiento del sensor debe cambiar de estado la entrada cada vez que pasa la espiga por la ranura del sensor.

Nota: En esta etapa se debe recordar el funcionamiento del sensor optoacoplado de ranura expuesto en la guía inicial de sistemas y lógica, además de aclarar conceptos como pulsos, resolución entre otros expuestos en la guía glosario. 2. Trabajo con BASIC Nota: El objetivo del trabajo en esta etapa es relacionar el modulo contador de la tarjeta (Hardware) y el sensor optoacoplado de ranura con el lenguaje de programación QBASIC

Cierre todo programa anterior que tenga el computador en ese momento debido a que puede interferir en el funcionamiento de la práctica.

Revise las conexiones del puerto paralelo y serial con la tarjeta. Nota: Rectifique una buena conexión en el puerto serie, debido a que por medio de este puerto se toma el valor del contador. Conecte el sensor optoacoplado de ranura a la entrada contador Nota: La entrada contador se encuentra al lado de las entradas digitales y esta marcada como cont Desarrolle un programa que use el contador y lo visualice en pantalla por medio de

QBasic Nota: PROGRAMA PARA VISUALIZAR EL CONTADOR (COM1) Al ejecutar el programa se desplegara en la pantalla el valor del contador recuerde que es un contador de 8 bits por lo que llegara hasta 255 y se reinicia, para borrar el contador se usa el BIT 16 del puerto paralelo con dirección 37Ah o 890 en decimal. CLS

PRINT “PRESIONE LA TECLA ESC PARA SALIR”

OUT (890),4

OPEN “COM1:1200,N,8,1,CD0,CS0,DS0,OP0,RS,TB16384,RB16384” FOR RANDOM AS #1

COM(1) ON

ON COM(1) GOSUB RXDATO

X = 0

PRINT “COM1 OK”

OUT(890),0

L$ = “ ”

DO

PRINT #1, CHR$(67)

LOCATE 13, 15

PRINT “EL VALOR DE CONTADOR ES =”;X;

IF X = 255 THEN

LOCATE 13, 15

PRINT L$

END IF

LOOP UNTIL INKEY$ = CHR$(27)

COM(1) OFF

OUT(890), 4

END

RXDATO: X = INP(&H3F8)

RETURN

PROGRAMA PARA VISUALIZAR EL CONTADOR (COM2) CLS


OUT (890),4


COM(2) ON


X = 0

PRINT “COM2 OK”

OUT(890),0

L$ = “ ”

DO

PRINT #1, CHR$(67)

LOCATE 13, 15

PRINT “EL VALOR DE CONTADOR ES =”;X;

IF X = 255 THEN

LOCATE 13, 15

PRINT L$

END IF


COM(2) OFF

OUT(890), 4

END


RETURN

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA CONTADOR

3. Trabajo Con FISICA Y BASIC Nota: El objetivo de esta última etapa del trabajo es explicar los fenómenos físicos que se presentan en el anemómetro y realizar un programa que mida la velocidad del viento.

Explique el principio físico del movimiento que se encuentra en las cazoletas y su relación con la velocidad del viento.

Nota: Para calcular la velocidad del viento

Determine el numero de revoluciones por minuto (RPM) y halle la frecuencia angular Luego determine el perímetro de la circunferencia en metros Multiplique el valor de la frecuencia angular por el perímetro de la circunferencia y tenemos la

velocidad en [m/s] Cambie de unidades a [Km./h]

Nota: Otras fuerzas como la fricción y el coeficiente de arrastre se ignoran 1. ¿Cuales son las RPM? Para medir las RPM, el estudiante primero debe determinar el numero de revoluciones por minuto, es decir el numero de veces que gira una cazoleta en cada 60 segundos.

Numero de RevolucionesRPM

1 minuto

Luego debemos hallar la frecuencia angular es decir radianes por segundo.

60

RPM radianes

segundo

2. ¿Cual es el perímetro de la circunferencia que forman las cazoletas? La ecuación del perímetro de la circunferencia es

2Perimetro metros Radio metros

Perimetro metros Diametro metros

Recuerde que la medida del radio o del diámetro debe estar en metros. 3. ¿Como puedo encontrar la velocidad del viento de acuerdo a mi anemómetro?

La formula de la velocidad es:

metrosVelocidad Perimetro

segundo

4. ¿Como convierto las unidades a [Km. /h]? Se debe multiplicar la velocidad inicial por un factor de conversión así:

3600 1

1 1000

3,6

Km metros s KmVelocidad Velocidad

h s h m

Km metrosVelocidad Velocidad

h s

Elabore el programa en Qbasic que determine la velocidad del viento

Nota: Programa en Qbasic para determinar la velocidad del viento PUERTO COM1 CLS


OUT (890),4


COM(1) ON


X = 0

VELOCIDAD = 0

RADIO = 0.1 ‘DEBE ESTAR EL RADIO EN METROS

PRINT “COM1 OK”

OUT(890),0

L$ = “ ”

DO

SLEEP 1 ‘TIEMPO EN QUE SE CUENTAN LOS PULSOS

PRINT #1, CHR$(67)

LOCATE 13, 15

VELOCIDAD = (X * 2 * 3.1416 * RADIO * 3,6) / 60 ‘ECUACION COMPLETA

PRINT “LA VELOCIDAD DEL VIENTO ES = ”;VELOCIDAD;” [Km./h]”;

OUT(890),0

FOR N = 1 TO 500: NEXT N

OUT(890),4

FOR N = 1 TO 500: NEXT N

OUT(890),0


COM(1) OFF

OUT(890), 4

END


RETURN

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA ANEMOMETRO

ANALISIS FISICO COMPLETO DEL ANEMOMETRO

REFERENCIAS Seminario de Mecánica de Fluidos Anemómetros http://www.uniovi.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos/07_08/S7%20anemometro.pdf Manual Tecnico Tarjeta Interfaz Robotica y Automatica para PC Ing. Jaimes Diego Enciclopedia Encarta http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761555776/Anem%C3%B3metro.html Escala de Beaufort http://www.diccionario-nautico.com.ar/escala-de-beaufort.php

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