INSTRUMENTOS METEOROLOGICOS

Velocidad del viento

Si bien el viento es una cantidad vectorial y se puede considerar una variable primaria por naturaleza, por lo general en velocidad (la magnitud del vector) y dirección (la orientación del vector) se consideran variables independientes. La velocidad del viento determina la cantidad de dilución inicial que experimenta una pluma. Por lo tanto, la concentración de contaminantes en una pluma está directamente relacionada con la velocidad del viento. Esta también influye en la altura de la elevación de la pluma después de ser emitida. A medida que la velocidad del viento aumenta, la elevación de la pluma disminuye al ser deformada por el viento. Esto hace que disminuya la altura de la pluma, que se mantiene más cerca del suelo y puede causar un impacto a distancias más cortas a sotavento. Por lo general, la velocidad del viento se usa junto con otras variables para derivar las categorías de la estabilidad atmosférica usadas en las aplicaciones de los modelos de la calidad del aire.

Los dos principales tipos de instrumentos usados para medir la velocidad del viento son el anemómetro rotativo de cubeta y el anemómetro de hélice (ilustrado en la figura 5-1). Ambos tipos de anemómetros constan de dos subconjuntos; el sensor y el transductor. El sensor es el dispositivo que rota por acción de la fuerza del viento. El transductor es el que genera la señal que se grabará. Un paquete completo de instrumentos también puede incluir un sistema electrónico para captar y grabar las señales electrónicas que genera el transductor. Por ejemplo, es probable que se necesite acondicionar la señal de modo que produzca una cantidad reportable. Para ello se debe usar un acondicionador de señal. Por último, para usar la señal acondicionada, esta deberá ser registrada y/o grabada a través de grabadores y registradores.

Figura 5-1. Dos tipos de anemómetros

Anemómetros rotativos de cubetas

El anemómetro rotativo de cubetas generalmente consta de tres cubetas cónicas o hemisféricas montadas simétricamente sobre un eje vertical de rotación. La tasa de rotación de las cubetas generalmente es lineal sobre el rango normal de medidas, con una velocidad lineal del viento de aproximadamente 2 a 3 veces la velocidad lineal de un punto en el centro de una cubeta, según sea su ensamblaje.

Anemómetros con paletas de orientación y hélices con montura fija

El anemómetro con paletas de orientación [figura 5-1 (b)] consta generalmente de una hélice de dos, tres o cuatro paletas radiales que rota sobre un eje de giro horizontal frente al viento. Existen varios anemómetros de hélice que emplean moldes ligeros de plástico o de espuma de poliestireno para que las paletas de la hélice alcancen bajas velocidades umbrales al inicio. Algunos anemómetros de hélice no tienen paletas móviles (véase la figura 5-2). En cambio, para determinar los componentes vectoriales (esto es, la velocidad y la dirección) del viento horizontal se usan hélices ortogonales de montura. Para determinar el componente vertical del viento, se puede emplear una tercera hélice con una montura fija que gira sobre un eje vertical.

Figura 5-2. Anemómetro (uvw) con montura fija

Transductores de velocidad del viento

Existen varios mecanismos para convertir la tasa de rotación de las cubetas o hélices en una señal eléctrica adecuada para el registro y/o procesamiento. La selección de un transductor depende de la naturaleza del programa de monitoreo -es decir, del grado de sensibilidad requerido y del tipo de registro o lectura de datos que se necesita. Los cuatro transductores más utilizados son: el generador DC, el AC, el contacto eléctrico y el rayo luminoso interrumpido. Muchos tipos de generadores DC y AC de uso frecuente tienen algunas limitaciones para lograr un nivel umbral bajo y respuestas rápidas. Es importante usar instrumentos con bajos niveles umbrales al inicio como los anemómetros que emplean generadores DC miniaturizados. Los transductores con generadores AC eliminan la fricción de la escobilla pero se debe diseñar cuidadosamente el circuito de acondicionamiento de la señal para evitar la alteración de las oscilaciones en la señal de salida que se puede producir ante velocidades bajas del viento.

Los transductores de contacto eléctrico se usan para medir el pasaje total del viento (flujo continuo del viento) en lugar de velocidades instantáneas, y se pueden emplear para determinar la velocidad promedio del viento en un determinado período. En general, no se recomienda usar estos dispositivos en los estudios sobre dispersión de contaminantes del aire. El transductor de rayo luminoso interrumpido (troceador de luz) generalmente se usa en aplicaciones de calidad del aire porque presenta menos fricción y, por lo tanto, es más sensible a velocidades menores del viento. Este tipo de transductor usa un eje o disco ranurado, un emisor y un detector de imágenes. El ensamblaje de la cubeta o hélice hace rotar el eje o disco ranurado, con lo que crea un pulso cada vez que la luz pasa a través de una ranura y llega al detector de imágenes.

La frecuencia de salida de un generador AC o transductor troceador de luz se puede transmitir a través de un acondicionador de señal y convertirse en una señal analógica para diversos dispositivos de registro, tales como el registrador continuo de banda de papel o de multipuntos, o de un convertidor analógico digital (A/D) a un registro digital con microprocesador. Varios registradores modernos de datos pueden aceptar directamente la señal por el tipo de frecuencia y, de este modo es posible eliminar la necesidad de un acondicionamiento adicional de la señal. El diseño de un programa de monitoreo debe incluir el registro y el procesamiento de datos.