senzori de masurare a vitezei vantului

8/12/2019 Senzori de Masurare a Vitezei Vantului

1/12

SENZORI PENTRU MASURAREA DIRECTIEI SIVITEZEI VANTULUI

2013


2/12

SENZORI PENTRU MSURAREA DIRECIEI I VITEZEI VNTULUI

VNTUL

Circulatia atmosferei implica deplasari ale maselor de aer pe distante mari, sub directainfluente a nucleelor barice permanente. Ea sufera si modificari determinate de neomogenitateareliefului, de repartitia diferita a suprafetelor de uscat si apa, de miscarea de rotatie etc.

Reprezint cea mai frecvent form de micare a aerului n plan orizontal in condiiile ncare atmosfera este alcatuit din volume de aer cu caracteristici diferite din punct de vedere

termic i ca presiune, existand permanent tendina spre echilibrare prin deplasri ale aerului pevertical sau pe orizontal);Intensitatea i durata vntului depind de diferena de presiune existent ntre doua puncteextreme; deplasarea aerului ca vant se face de la presiune atmosferic mare spre cea mica;micarease face pe aceast direcie, care sufer modificri ns din cauza micrii de rotaie(fora Coriolis),ce impune abateri spre dreapta n emisfera nordic si spre stanga n cea sudic;fora de frecare amaselor de aer cu suprafaa terestr determin micorarea vitezei ct i local,modificarea direcieide propagare;

CARACTERISTICILE VNTULUIa. Viteza - se msoar instrumental cu ajutorul giruetelor, anemometrelor, anemografelor

- se exprim n m/s sau km/h (raportul este de 1m/s = 3,6 km/h sau 1 km/h = 0,28 m/s)- este mic la contactul cu solul (datorit frecarii) i creste cu altitudinea (la 25-30 m este dublfa de valoarea la sol).-sufer o variaie diurn (ex. regiunile temperate: maxim la amiaz, minim n a 2-a parte a nopii)i o variaie anual (n funcie de zona de clim i caracteristicile regionale)

b. Direcia - se stabilete prin raportarea sensului micarii la punctele cardinale si intercardinale- se determin cu ajutorul giruetei- n stratul inferior al troposferei, depinde de condiiile locale ale reliefului (ex. o vale adnc concentreaz mase de aer n deplasare).

c. Durata - situaiile de calm sunt puine, ntruct diferenele de presiune impun deplasri ale aerului cu viteze diferite.- este raportat la direcie i la vitez.c)Intensitatea sau tria vntului se apreciaz vizual, indirect cu ajutorul scrii Beaufort(conceput de amiralul francez n anul 1805 i modificat ulterior pentru a putea fi aplicat ipe uscat), dup efectele mecanice pe care le produce vntul asupra vegetaiei, construciilor


3/12

etc. cea mai mica valoare, (0) corespunde strii de calm atmosferic, iar 13 furtunilor n careviteza depaseste 50m/s

Scara Beaufort pentru evaluarea vizual aintensitii vntului(echivalent vitezei la inlime de 10 m)


4/12

e. Structura - se aprecieaz n funcie de caracteristicile principalilor parametri: vitez idirecie.


5/12

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR VNTULUI

a. Viteza vntului reprezint distana parcurs de aerul care se deplaseaz pe orizontal nunitatea de timp. Ea se exprim n metri pe secund sau n kilometri pe or, ntre cele douunitai demasur existnd urmatoarele relaii:1m /s = 3,6 km /h; 1km /h = 0,278 /s.n navigaia maritim, viteza vntului se exprim i n noduri (1 nod = 1,852 km /h). Variaia diurn a vitezei vntului n straturile de aer din troposfera inferioar prezint un maxim dup-amiaza, n jurul orei 13, i un minim noaptea, ca rezultat al micrilor convective i al schimbului turbulent.

Viteza medie anual este direct influenat de orografie si de stratificarea termic aaerului, care o pot intensifica sau atenua. n zona montan sunt caracateristice viteze mediianuale care scad cu altitudinea de la 8-10 m/s pe nlimile carpatice (2000-2500 m) pn la 6m/s n zonele cu altitudini de 1800-2000 m, pe versanii adpostii vitezele anuale scad la 2-3m/s, iar n depresiunile intramontane acestea sunt de 1-2 m/s. n interiorul arcului carpatic,vitezele medii anuale oscileaza ntre 2-3 m/s, iar la exteriorul Carpailor, n Moldova, acesteasunt de 4-5 m/s, mediile anuale cele mai mari remarcandu-se n partea de est a rii, n CmpiaSiretului inferior (5-6 m/s), pe litoralul Mrii Negre (6-7 m/s), n Dobrogea si Brgan (4-5 m/s).Cele mai mici valori medii anuale (1-2 m/s) se remarc n depresiunile intracarpatice nchise.

Dac valorile termice i de presiune ar fi repartizate uniform pe suprafaa terestr, deplasareaaerului nu ar mai avea loc. Inegala repartiie a presiunii n sens orizontal se datoreaz aciuniicombinate a unor cauze de ordin termic si dinamic i, determin o micare advectiv numitvnt.

Diferenele de temperatur ale aerului creeaz densiti diferite, ceea ce atrage dup sine

diferene depresiune - maxime i minime barometrice. Vntul ca element meteorologic tinde segalizeze diferenele de temperatur, presiune i umezeal existente n atmosfer n sensorizontal. Aceastegalizare ns, nu se realizeaz dect pentru intervale foarte scurte de timp,cnd apare un calm atmosferic. n rest, aprnd noi diferene, reapare vntul, care menine o staremedie a acestor diferene, deci este un element meteorologic important i un factor compensatorn atmosfer.Caracteristicile regimului dinamic al aerului prezint interes att din punct de vedere teoreticct i aplicativ. Astfel, frecvena vntului din anumite direcii permite aprecierea caracteristicilormaselor de aer care se deplaseaza ntr-o anumit regiune, fapt care permite stabilirea influeneipe care o are asupra proceselor climatice locale.Vntul influeneaz toate domeniile transporturilor (n special, cele aeriene), dar i unele

procese i elemente meteorologice (umezeala, nebulozitatea, precipitaiile lichide si solide,evaporaia, temperatura aerului i solului etc.).

Diversitatea fenomenelor meteorologice depinde de existena n atmosfer a curenilor de aer,att a celor verticali ct i a celor orizontali. Lipsa acestora n atmosfer ar duce la inexisentaschimbrilor brute ale vreniii i s-ar observa o trecere lent de la iarn la var i invers, dup variaia nalimii Soarelui. Fiind un element meteorologic dinamic, vntul se caracterizeaz prindirecie,vitez i trie sau intensitate.


6/12

Vitezele maxime ale vntului

Cele mai mari valori, de peste 40 m/s, se nregistreaz n toate zonele montane nalte, nPodiul Modovenesc, nord-estul Brganului i n munii Dobrogei, ca urmare a circulaieiintense din nord i nord-est, pe litoralul Mrii Negre, ca urmare a rugozitii reduse, precum i n

partea central-sudic a Cmpiei Romne, ntre valea Jiului si Vedea.Zonele cu viteze maxime ale vntului cuprinse ntre 30-40 m/s, nconjoar toate arealele cuviteze de peste 40 m/s, ele ocupand prile joase ale Podiului Moldovei, nord-estul CmpieiRomne, Dobrogea de nord i zonele pericarpatice. Partea vestica si de est a Cmpiei Romnecentrul si sudul Dobrogei si cea mai mare parte a Deltei Dunarii se caracterizeaz prin vitezemaxime anuale ale vntului cuprinse ntre 20 si 30 m/s. Aceleai viteze se nregistreaz i n ceamai mare parte a Podiului Transilvaniei, n centrul i nordul Cmpiei de Vest i pe CuloarulMureului.Cele mai sczute valori ale vitezelor maxime anuale, sub 20 m/s, se nregistreaz insular (pezone foarte restranse) n Podiul Mehedini, Depresiunea Petroani i defileul Jiului, zone situatela adpostul masivelor muntoase. La o examinare mai atent a distribuiei acestor valori pot fi

scoase n eviden i anumite legitai. Astfel, vitezele maximeabsolute sunt sensibil mai mari pedireciile dominante specifice fiecarei staii n parte. De asemenea, se observ cre terea vitezelormaxime absolute n raport cu altitudinea reliefului, n condiiile n care staiile sunt amplasate nlocuri degajate. Tot ca o regul se nscrie i creterea vitezelor maxime absolute n cazul unorvnturi.Astfel, vntul ,,Cosava" a depait la Oravia 40 m/s pe direciile est si est-sud-est. De asemenea,la Boia, curentul de aer dinspre defileul Oltului poate atinge i depai frecvent 40 m/s dinsectorul sudic.Trebuie subliniat faptul ca, n cadrul fiecrei zone menionate, pe vrfuri i peculmile degajate valorile maxime anuale ale vitezei vntului pot fi mult mai mari decat celespecifice zoneirespective, n timp ce, n prile joase, adpostite, acestea se pot reduce substanial..La staiile meteorologice din Romnia, observaiile asupra direciei i vitezei vntului nperioada 1961-2000 (perioad luat n calcul pentru analiza regimului vntului) au fost efectuatecu girueta.Vild la nlimea de 10 m, aceasta putnd msura viteze maxime de pn la 40 m/s.

b. Direcia vntului reprezint sensul din care bate vntul ntr-un punct sau ntr-o regiuneoarecare. Ea se stabilete n raport cu punctul cardinal dinspre care bate. n scopul indicriidireciei vntului, se uziteaz roza vnturilor cu cele patru puncte cardinale si cu cele patru saudousprezece direcii intercardinale numite rumburi.Deoarece acest mod de notare nu este foarte precis, n aeronautic i ntransporturile marine sefolosete azimutul vntului, adic unghiul pe care l face vectorul vnt cu direcia norduluigeografic.Acesta se exprim n grade sexagesimale de la 0 la 360, n sensul deplasrii acelor de ceas.Astfel, nordul corespunde la 360. estul la 90, sudul la 180 iar vestul la 270. Celelalte direciiau valori intermediare.

Variaia diurn a direciei vntului se schimb foarte mult n funcie de condiiile orografice i amodului diferit de repartiie a presiunii aerului ntre acestea.


7/12

c. Durata - situaiile de calm sunt puine, ntruct diferenele de presiune impun deplasri ale aerului cu viteze diferite.- este raportat la direcie i la vitez.

d. Intensitatea sau tria vntului se exprim prin presiunea exercitat de aerul deplasat devnt asupra obiectelor ntlnite n cale. Presiunea exercitat pe o suprafaa de 1 m2, aezatperpendicular pe direcia vntului, este egal cu: P = av2n care: P - presiunea vntului in kg /m2; a - constant pentru densitatea aerului egala cu 0,0625;v- viteza vntului n m /s.La staiile meteorologice se fac aprecieri notndu-se intervalul de timp de la nceperea vntuluipn la ncetarea lui.

e. Structura vntului este o alt caracteristic a vntului. n funcie de regimul vitezei vntuluii caracterul micrii sale, vntul poate avea structura laminar, turbulent i n rafale. Acesteaspecte se determin uzitnd nregistrrile anemografice. Structura se aprecieaz n funcie de

caracteristicile principalilor parametri: vitez i direcie.- se disting astfel 3 categorii majore:1). vntul laminar - ntalnit rar, presupune vitez mica, direcie constana i o deplasare pesuprafee netede.2). vntul turbulent - se caracterizeaz prin variaii n timp ale vitezei i direciei, dezvoltarea devrtejuri impuse de neuniformitatea reliefului-procesul este foarte activ dup-amiaza, cnd se mbin deosebit de activturbulena dinamic cu cea termic.3). vntul in rafale - rezult n condiiile n care turbulena dinamic este accentuat de ceatermic- este un vnt care prezint secvene brute cu vitez mare, care au caracter pulsatoriu.

Instrumente cu citire direct pentru msurarea direciei si vitezei vntuluiPentru cunoaterea variaiilor direciei i vitezei vntului la staiile meteorologice seutilizeaz aparatele nregistratoare pentru vnt de tipul:- anemometrului, anemografului, anemocinemografului, electrocinemografului ce nregistreazaviteza vntului;- giruetelor nregistratoare cu rezistene electrice ce nregistreaz direcia vntului;- anemogiruetelor i anemorumbarografelor ce nregistreaz att direcia ct i viteza vntului;Indiferent de tipul aparatului un nregistrator pentru vnt este alcatuit dintr-o parte receptoare,care are rol i de transmitor io parte nregistratoare. Cel mai cunoscut, la staiilemeteorologice dinRomnia, este anemograful cu contact electric. Pe diagrama acestui anemograf, divizat de la 0la 100km, se nregistreaz numrul de kilometrii parcuri de vnt n 24 de ore,adic viteza medie avntului.1)Girueta


8/12

Instrument metrologic utilizat pentru determinarea direciei i msurarea vitezei i intensitiivntului, girueta este compus dintr-un cadran circular gradat pe care se mic indicatorulpunctelor cardinale i o placu de metal care capt o anumit nclinare fat de vertical subaciunea vntului, indicndu-i intensitatea.Girueta cu plac uoar (care indic valori ale vitezei vntului de pn la 20 m/s), girueta cuplac grea (care indic valori de pn la 40 m/s) i diferite tipuri de anemometre. La staiilemeteorologice din ara noastr se utilizeaz giruetele de tip Vild.Girueta Vild este alcatuit dintr-un ax metalic vertical fix i unul mobil. Partea mobil a giruetei cuprinde indicatoruldirecieivntului i indicatorul vitezei vntului.Indicatorul direciei vntului (ampenajul giruetei) este o vergea metalic, orizontal prevazut la

unul din capete cu o sfer de plumb sau font, iar la captul opus cu un dispozitiv format dindou plci confecionate din tabl (pan de vnt), ce se orienteaz cu sfera de plumb spre direciade unde bate vntul. Indicatorul vitezei vntului are n componen o plac metalicdreptunghiular, cu o greutate de 200 g pentru girueta cu plac uoar sau 800 g pentru giruetacu plac grea. In funcie de liniile de for ale vntului, placa metalic de form dreptunghiularpenduleaz n faa unei rame in form de arc, prevazute cu opt dini inegali (tabelul 2). Prinurmare, placa va fi deviat de la poziia vertical in funcie de viteza si intensitatea vntului.Efectuarea observaiilor const n determinarea direciei i apoi a vitezei vntului n urmtoareaordine:a) observatorul va aprecia, timp de doua minute, direcia mediat a vntului i caracteristicadireciei (variabil sau constant), adic va urmri oscilaiile sferei de plumb care indic punctele

cardinale i intercardinale.b) se msoar viteza mediat a vntului i caracteristica vitezei (uniform sau n rafale).n acest caz, observatorul va urmri timp de dou minute, oscilaiile plcii dreptunghiulare ndreptuldinilor de pe rama arcuit. Dac viteza vntului este cuprins ntre 0 si 9 m/s observaiile seefectucaz la girueta cu plac uoar, iar pentru cele mai mari de 9 m/s.ANEMOMETRE


9/12

Anemometrelesunt instrumente precise care msoar numai viteza vntului aerului natmosfer sau a unui avion n zbor n raport cu aerul, exprimate n metri pe secund,kilometripe or sau noduri, iar n funcie de principiul care st la baza construciei ifunionrii lor, se mpart n:-anemometre mecanice;- anemometre magnetice;- anemometre termice.

Anemometrele mecanice folosesc ca pies receptoare pentru vnt fie unsistem de cupeanemometrice, fie o moric cu palete fine de aluminiu. Viteza vntului se determin prinmprirea

numrului de metri parcuri de aerul aflat in micare, citit pe un contor (socotitor), la timpul ct a funcionat instrumentul.La staiilemeteorologice din Romnia se utilizeaz anemometre mecanice cu cupe tip J.Richard; anemometre de mna cu cupe si contor tip R. Fuess; anemometre mecanice cu moriccu palete tip J. Richard.Piesa receptoare pentru vnt poate fi constituit dintr-un sistem de cupe Patterson sauRobinson. Sistemul Patterson este format din trei cupe fixate perpendicular pe un ax verticalmobil, la intervale de 120 una de cealalt, iar sistemul Robinson este format din patru cupedispuse intr-un mod asemntor, la intervale de 90. Toate cupele unui sistem sunt orientate cuprile convexe n aceeai direcie. i se rotesc n acelai sens, indiferent de direcia vntului,deoarece presiunea acestuia pe prile lor concave este mai mare dect pe cele convexe.

Anemometrele magnetice msoar cu precizie, viteza vntului, pe principiul inductieimagnetice (mrime vectorial care, mpreun cu intensitatea. caracterizeaz local componenamagnetic a cmpului electromagnetic). Exist mai multe tipuri (Richard, Rosenmuller), dar nmod obinuit, piesa receptoare este constituit dintr-un sistem de cupe Patterson sau Robinson.Pentru a afla viteza vntului se declaneaz un buton care fixeaz scara anemometric exact ndreptul diviziunii care marcheaz viteza vntului din acel moment. Sub aciunea vntului cupeleanemometrice se rotesc si angreneaz n micarea lor i magnetul inductor, care antreneazindusul pe care se afl scara anemometric.


10/12

Anemometrele termice determin viteza vntului pe principiul rcirii sub influena vntuluia unui fir ncalzit. Cel mai cunoscut anemomelru termic este catatermometrul.

Anemometrul cu cupe este cel mai rspndit tip fiind compus din patru cupe emisfericemontate pe un ax,acionnd la cel mai mic curent de aer, prin nregistrarea numrului de rotaiintr-un interval de timp se poate calcula viteza medie a curentului.

Anemometrul cu palete are piesa receptoare format dintr-un numr de palete fixate radialpe ax.Potrivit clasificrii ntocmite de Beaufort, curenii de aer care se mic cu viteze sub 3 m/ssunt vnturi foarte slabe care sufl n adieri abia simite i mic uor frunzele arborilor; cele maifrecvente vnturi sunt cele care bat cu viteza medie ntre 3 i 10 m/s, ndoind copacii i ridicndvaluri nspumate. Micrile de aer cu viteze peste 10 m/s dezlnuie furtuni puternice care smulgacoperiuri de case, rup arborii, produc distrugeri, iar cele cu peste 15-20 m/s declaneaz vijelii,care cauzeaz distrugeri grele, inundaii, naufragii, pierderide viei omeneti etc.Un om care nainteaz contra unui vnt ce bate cu 20 m/s ntmpin o rezisten deaproximativ 30 kg/m2. Un vnt cu viteza de peste 30 m/s dezlnuie o presiune de 200-250kg/m2,

ceea ce ar echivala cu viteza unui uragan n stare sdezrdcineze copacii, s distrug cldiri iscauzeze deraieri trenurilor.Cunoaterea direciei i vitezei vntului este de mare nsemntate pentru navigaia marin iaerian, pentru agricultur i, n general, pentru folosirea lui ca surs de energie.

MNEC DE VNTMneca de vnt este un dispozitiv pentru indicarea direciei i a intensitaii vntului, formatdintr-un sac de pnz tronconic, montat pe un cadru metalic care se poate roti n jurul unui axvertical. Mneca de vnt se instaleaz pe aeroporturi la un loc vizibil i ct mai nalt. Esteindispensabil n probele de precizia aterizrii.Aceste instrumente sunt montate de obicei pe acoperiurile staiunilor meteorologice i pe aleaerodromurilor i funcioneaz pe principiul rotirii unui dispozitiv n jurul unui ax metalic.Mneca de vnt pentru aerodroame, lungime 3,60 m, diametru ntrare 0,90 m, diametruieire 0,30 m. Aceast mrime respect STAS-ul internaional al aerodroamelor: culoare alb curou, material poliester 90g/m2peliculizat rezistent la deirare, ranforsat cu ching pe poriuneade ataare la cadru.

CONCLUZIICunoaterea direciei i vitezei vntului este de mare nsemnatate pentru navigaia marin iaerian, pentru agricultur i, n general, pentru folosirea lui ca surs de energie.Odat cu deplasarea aerului, vntul antreneaz n drumul sau i vaporii din atmosfer,favoriznd producerea precipitaiilor. Totodat, el mpinge apa de la suprafaa mrilor ioceanelor,crend curenii maritimi. Circulaia aerului se nfrete cu aceea a apei din atmosfer, dndnaterela fronturile calde sau reci care influeneaz zonalitatea ploilor i a secetelor i, n ultiminstan, varietatea climatelor.Msurrile recente atest un potenial energetic eolian favorabil pentru o larg exploatare.


11/12

Distribuiile diurne i anuale ale vitezei vntului corespund, ntr-o mare msur, diagramelorconsumurilor respective de energie electric. O investiie n domeniul eolian se face doar pe bazamsuratorilor i nu a estimrilor. Toate aceste calcule sunt utile pentru a determina locul n cares se nceap o campanie anemometrica, precum i pentru a lua decizia la un moment dat dac sse continue sau nu adunarea de date. Estimrile sunt utile pentru a face economie de timp i de

bani.

Bibliografie:

http://www.leslietryon.com/science/anemometer.gif


12/12

Ahrens, D.C.,Meteorology today, West Publishing Company, New York, 1988.Rumeny, G.R.,Climatology and the worlds climates, St. Martins Press, Inc., NewYork, 1971.Mhra, G., Meteorologie, Ed. Universitii din Oradea, 2001.Hufty, A.,Introduction a la climatologie, De Boeck Universite, 2001.

senzori de masurare a vitezei vantului

Documents