Un anemómetro de alambre caliente es un tipo de dispositivo, utilizado para medir la velocidad y la dirección del viento. Estos se utilizan como instrumentos de velocidad del viento en el sector de la meteorología. En el siglo XV, Leon Battista Alberti inventó el primer anemómetro mecánico. Después de varias modificaciones, John Thomas Romney Robinson en 1846, mejoró el diseño mediante el uso de copas y ruedas mecánicas.
Los anemómetros se clasifican en dos tipos, como el tipo de presión y el tipo de velocidad. Los anemómetros de alambre caliente son los anemómetros de tipo de velocidad que se utilizan para medir la dirección y la velocidad instantánea de la corriente de fluido. Este artículo describe el principio de un anemómetro de alambre caliente y su funcionamiento.
¿Qué es el Anemómetro de Alambre Caliente?
Definición: Los anemómetros de alambre caliente son uno de los tipos de anemómetros térmicos utilizados para medir la dirección y velocidad de la corriente de fluido midiendo la pérdida de calor del cable, que se mantiene en una corriente de fluido. Dado que la corriente eléctrica se pasa para calentar el cable. El anemómetro de alambre caliente se utiliza en mecánica de fluidos como herramienta de investigación.
El principio de funcionamiento se basa en el cambio de temperatura del cable, que es de alto a bajo. Determina la relación entre la resistencia del cable y la velocidad del viento. Se utiliza para medir la velocidad del viento colocando el sensor en la corriente de viento que se va a medir. La velocidad instantánea del fluido se puede determinar a partir de las mediciones de tensión.
Los anemómetros de alambre caliente se clasifican en dos categorías. Lo son,
- Anemómetro de corriente constante
- Anemómetro de temperatura constante.
El anemómetro de alambre caliente es delicado con una respuesta de alta frecuencia y una resolución espacial excelente. La medición de la velocidad de enfriamiento del cable se puede realizar en flujos turbulentos o en cualquier flujo de líquido con fluctuaciones de velocidad. En algunos casos, la dirección del viento no se puede determinar a menos que el anemómetro de alambre caliente esté acoplado con la veleta.
Los anemómetros comerciales de alambre caliente están disponibles con una respuesta de frecuencia plana de hasta 17 kHz (<3dB) a una velocidad promedio de 9.1 m/seg
Diagrama de circuito de Anemómetro de alambre caliente
El diagrama de circuito básico de anemómetro de alambre caliente se muestra a continuación.
Diagrama de Circuito del Anemómetro de Alambre Caliente
El alambre de calor / alambre caliente se coloca en una tubería llena de una corriente de gas fluido. Los cables extraídos del cable están conectados al puente de Wheatstone para medir la variación en la resistencia del cable. El indicador de desviación del galvanómetro ayuda a medir el caudal cuando se calibra.
El principio de un anemómetro de alambre caliente se basa en la velocidad de enfriamiento del alambre caliente por la velocidad del viento. Esto se puede determinar utilizando el método de temperatura constante o el método de corriente constante, como se explica a continuación.
El funcionamiento de un anemómetro de alambre caliente es simple. Cuando el cable caliente se mantiene en una corriente de gas líquido, el calor se transfiere del cable al gas. Por lo tanto, la temperatura del cable disminuye y cambia en la resistencia del cable. Esta variación en la resistencia del cable se utiliza en la medición del caudal de la corriente líquida.
Construcción de Anemómetro de alambre caliente
El anemómetro de alambre caliente básico viene con dos sondas con un cable delgado estirado entre ellas. El alambre delgado se calienta por el anemómetro a una cierta temperatura conocida. Cuando el viento pasa a través del cable, comienza a enfriarse. Este instrumento se utiliza para determinar la velocidad del viento midiendo la pérdida de calor del cable. Dado que el sensor se coloca en la corriente de viento, que se va a medir.
Construcción de Anemómetro de alambre Caliente
Las dos partes importantes necesarias para la construcción de un anemómetro de alambre caliente son el puente de Wheatstone y los cables conductores. Los cables conductores están conectados dentro del cuerpo cerámico del anemómetro. Los cables extraídos del cuerpo de cerámica están conectados al puente de Wheatstone, para medir la variación en la resistencia del cable. El diagrama básico del circuito del anemómetro de alambre caliente se muestra a continuación.
Funcionamiento del anemómetro de alambre caliente
El funcionamiento de un anemómetro de alambre caliente se puede explicar de dos maneras para medir el caudal. Lo son,
- Método de corriente constante
- Método de temperatura constante
Método de corriente constante
En este método, el anemómetro se mantiene en la corriente de gas fluido para medir su caudal. Se necesita que la corriente a un nivel de magnitud constante pase a través del cable. El nivel de voltaje del puente Wheatstone debe ser constante. El diagrama de circuito del anemómetro de alambre caliente con el puente de Wheatstone se muestra a continuación.
Método de corriente constante
El calor se transfiere del cable a la corriente de fluido cuando el cable se mantiene en la corriente de fluido. El cambio de calor cambia la resistencia del cable. Eso significa que el calor y la resistencia del cable son directamente proporcionales. Si se reduce el calor, la resistencia del cable disminuye automáticamente.
La variación en la resistencia se mide utilizando el puente de Wheatstone, que es igual al caudal del fluido. El cable utilizado en el funcionamiento del anemómetro de alambre caliente también se conoce como cable de detección. Observe la desviación del galvanómetro para medir el caudal del gas cuando se calibra.
Método de temperatura constante
En este método, el calentamiento del cable se realiza a través de una corriente eléctrica. Cuando el cable caliente se coloca en la corriente de gas líquido, el calor se transfiere del cable al líquido. Luego, el cambio de temperatura del alambre caliente cambia su resistencia. El principio de funcionamiento es que la temperatura y la resistencia del cable deben permanecer a un nivel constante.
Método de temperatura constante
Por lo tanto, la corriente que pasa a través del cable se incrementa para recuperar la resistencia y la temperatura del cable a su posición inicial. La medición del caudal del gas es igual a la corriente total requerida para devolver la resistencia y la temperatura del cable a la condición inicial. El diagrama de circuito de un anemómetro de alambre caliente con un método de temperatura constante se muestra a continuación. El voltímetro está conectado a través del circuito del puente para determinar la variación de resistencia a partir de las mediciones de voltaje.
Ventajas
Las ventajas de un anemómetro de alambre caliente se enumeran a continuación.
- Los componentes electrónicos utilizados en el diseño son a precios asequibles y precisos
- Ofrece una alta sensibilidad
- La resolución espacial del anemómetro de alambre caliente es excelente.
- El proporciona una respuesta de alta frecuencia. Eso es superior a 10 kHz
- Puede funcionar a altas temperaturas
- El instrumento es pequeño y su operación es muy simple porque no hay sensor adicional.
- Tiene capacidades de manejo de datos para recopilar datos significativos.
- La relación de señal a ruido es baja.
- Existe la posibilidad de altos caudales del fluido.
- Es un dispositivo bien establecido, confiable y preciso.
- Puede medir flujos turbulentos y laminares.
Desventajas
Las pocas desventajas del anemómetro de alambre caliente son,
- Es un dispositivo de tipo frágil y solo se puede usar en fluidos de gas limpios.
- La recalibración de un dispositivo es necesaria debido a la acumulación de polvo.
- La intensidad de turbulencia es alta
- Las sondas del instrumento pueden romperse.
- Problemas de contaminación
- Problemas de transferencia de calor entre la sonda y la superficie
- Los problemas de desviación del puntero debido al cambio de temperatura atmosférica.
- La potencia necesaria para operar el dispositivo es mayor.
Ecuación de Anemómetro de alambre caliente
En un anemómetro de alambre caliente, el calor al cable se transfiere eléctricamente cuando se coloca en la corriente de fluido. La temperatura del alambre con resistencia se mide utilizando un puente de Wheatstone. Para medir la corriente de calentamiento, la temperatura del cable debe permanecer constante. En este caso, el puente pasa a una condición equilibrada. Considere el diagrama de circuito del anemómetro de alambre caliente como se muestra arriba para derivar la ecuación de velocidad de flujo de calor.
La resistencia estándar y el cable calefactor están conectados en serie entre sí. A partir del valor de la caída de tensión a través de la resistencia, se obtiene la corriente a través del cable de calentamiento. Sin embargo, el potenciómetro se utiliza para medir el valor de caída de tensión a través de la resistencia.
Para determinar la pérdida de calor del cable de calentamiento, se utiliza la siguiente ecuación.
Es decir, a (vp + b) ^ ½ J/s
Donde ‘v’ es la velocidad de flujo de calor
‘ρ’ es la densidad del fluido
‘a’ & ‘b’ son las constantes, en las que su valor depende de la dimensión y las propiedades físicas del alambre y el fluido.
Sea ‘I’ la corriente del cable calefactor.
‘R’ es la resistencia del cable.
En condiciones equilibradas, el calor generado es igual a la pérdida de calor.
Es decir,
I2R = a (vp + b) ½
v = / ρ
La temperatura y la resistencia del anemómetro de alambre caliente se mantienen constantes para la medición de la velocidad de fluido por medición de corriente I.
Aplicaciones
A continuación se dan algunas de las aplicaciones de los anemómetros de alambre caliente.
- Se utiliza para monitorear y verificar campanas de flujo, sistemas de escape y sistemas HVAC
- Se utiliza para medir la velocidad instantánea del fluido.
- Se utiliza para medir áreas con temperatura ambiente constante y menor velocidad del viento.
- Utilizado en industrias automotrices para monitorear el consumo de aire de un motor.
- Utilizado en electrónica industrial para calcular el flujo de aire, humedad y temperatura en componentes electrónicos, chips de computadora, PCB, carcasas electrónicas, salas de centros de datos y equipos montados
- Utilizado en la industria farmacéutica para monitorear el flujo de aire en cabinas de bioseguridad, humos químicos y campanas de flujo laminar
- Utilizado por los profesionales de HVAC para monitorear y detectar cambios en la velocidad y dirección del flujo de aire para las pruebas de rendimiento y seguridad de los sistemas de ventilación complejos.
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Por lo tanto, se trata de una descripción general de los anemómetros de Hotwire: definición, diagrama de circuito, principio de funcionamiento, construcción, trabajo, derivación de ecuaciones, ventajas, desventajas y aplicaciones. Los anemómetros de hilo caliente también se conocen como sensores de flujo de hilo caliente, que se usan comúnmente para medir la velocidad de flujo de aire al detectar la cantidad de calor que se elimina de la superficie del elemento utilizando una serie de sensores o un solo sensor. He aquí una pregunta para usted, » ¿Cuáles son las aplicaciones de los anemómetros de película caliente? «