Anemómetro de hilo caliente

Los dispositivos para medir la velocidad y el caudal del aire se les denomina anemómetros. Se dividen según su principio de medición en las siguientes categorías: anemómetro de hilo caliente, anemómetro de rueda alada y anemómetro de tubo de Pitot. El anemómetro de hilo caliente utiliza la relación entre la velocidad del caudal y la disipación de calor, por lo que también se le conoce como anemómetro térmico. El hecho de que el calor se libera de forma más rápida en un entorno más frío es algo que saben hasta los niños. Por ejemplo, cuando una comida está muy caliente soplamos para que esta se enfríe.
En el anemómetro de hilo térmico se calienta eléctricamente un hilo fino. Cuanto más aire circule alrededor de este hilo caliente, más rápido se enfirará. La resistencia eléctrica del hilo caliente disminuye con el descenso de la temperatura. Se trata, por tanto, de resistencias PTC (siglas en inglés de Positive Temperature Coefficient). Gracias a su principio de funcionamiento, el anemómetro de hilo caliente es muy apto para medir velocidades de viento muy bajas, ya que tiene una mayor sensibilidad en rango de medición bajos. Ahora bien, el anemómetro de hilo caliente también pueden diseñarse para medir altas velocidades, incluso supersónicas. Un anemómetro de hilo caliente puede utilizarse adicionalmente como termómetro con una respuesta muy rápida con una potencia de calentamiento mínima.

Gracias a su respuesta sensible el anemómetro de hilo termico es sobre todo apto para detectar caudales en un rango bajo. Es por ello que se utiliza para medir flujos de aire no deseados en casas particulares y puestos de trabajo. La forma compacta del sensor del anemómetro de hilo caliente permite comprobar bien las condiciones de flujo en pozos o tuberías estrechas, así como para encontrar fugas.

Un anemómetro de hilo caliente también puede utilizarse para comprobar la eficacia de los sistemas de ventilación o los dispositivos de extracción en clínicas, oficinas colectivas, zonas de montaje o instalaciones de producción. En la producción de motores diesel y componentes de sistemas de ventilación se utiliza el anemómetro de hilo caliente para comprobar la entrada o salida de aire de diferentes dispositivos. Tanto en la agricultura como también en la desinfección, es útil utilizar un anemómetro de hilo caliente para comprobar las condiciones de flujo antes de aplicar polvos o aerosoles en una determinada zona. Si el flujo es demasiado fuerte, el aerosol o la solución pulverizada podría distribuirse involuntariamente en otros lugares.

Para los anemómetros de hilo caliente se suelen utilizar termistores o hilos de platino, níquel, tungsteno u otros metales, que tienen un grosor de sólo 2,5 a 10 μm y una longitud de mínimo 200 veces el espesor. La velocidad del aire es captada principalmente de forma perpendicular al termistor o hilo térmico. El diámetro del hilo calientes determina de forma decisiva las frecuencias detectables. Cuanto más pequeño sea el diámetro del hilo caliente mejor será el tiempo de respuesta.

Como el hilo térmico es muy sensible en el aspecto mecánico, con frecuencia se protege contra daños accidentales mediante una tapa protectora especial. Dependiendo del diseño de la resistencia térmica y de la tapa de protección, es importante tener en cuenta si el sensor depende de la dirección del aire. Los sensores que dependen de la dirección del aire suelen integrar una flecha en el sensor para indicar la dirección del flujo. Para que el anemómetro de hilo térmico detecte correctamente la velocidad del aire, el sensor debe dirigirse para que el sentido de la flecha y la dirección del flujo coincidan.

Para obtener mediciones precisas, el hilo caliente debe estar libre de cualquier adhererencia. El polvo u otros depósitos influyen en la emisión de calor al ambiente y, por tanto, en el resultado de la medición. Con frecuencia el sensor suele integrar una sonda telescópica. Esto permite usar el anemómetro de hilo caliente en lugares de difícil acceso. Los cables de conexión entre el sensor y el dispositivo pasan por el interior de la varilla.

Para determinar la pérdida de calor del anemómetro de hilo caliente y, a partir de ahí, calcular la velocidad del aire, se suelen utilizar dos métodos. Se utiliza la medición de corriente constante (CCA - Constant Current Anemometry, siglas en inglés) o la medición de temperatura constante (CTA - Constant Temperture Anemometry, siglas en inglés).

El anemómetro de hilo caliente CCA funcionan con una corriente de calentamiento constante. Si la temperatura en el hilo caliente cambia, la resistencia también cambia y se puede medir un cambio de tensión. Si el hilo caliente se enfría más debido a la alta velocidad del flujo, la tensión medida es menor. Sin embargo, la sensibilidad disminuye al aumentar la velocidad del flujo. Este tipo de anemómetro de hilo caliente CCA tiene un diseño sencillo y son muy aptos para medir velocidades bajas.

El anemómetro de hilo caliente CTA mantienen constante la temperatura del hilo caliente. Para que esa temperatura esté constantemente por encima de la temperatura ambiente, se mide la temperatura ambiente. Si el hilo caliente se enfría por el flujo de aire, el anemómetro de hilo caliente aumenta la corriente de calentamiento para alcanzar de nuevo la temperatura nominal. Si la velocidad del flujo es mayor, el hilo caliente se enfría más rápido y hay que utilizar más corriente de calentamiento. Se mide la corriente de calentamiento consumida y a partir de ella se determina la velocidad de flujo. El anemómetro de hilo caliente CTA compensa la dependencia de la temperatura de la convección midiendo la temperatura ambiental. Como la velocidad del flujo también depende de la presión del aire, algunos anemómetros de hilo caliente CTA tienen un sensor adicional para registrar la presión del aire. Aunque el anemómetro de hilo caliente CTA es técnicamente más complejo que el anemómetro de hilo caliente CCA, puede funcionar en un rango de medición mayor y compensar las influencias de la temperatura. Y los modelos más avanzado también compensan la influencia de la presión atmosférica.

Las mediciones que requieren determinar la dirección del flujo necesitan sensores con varias resistencias térmicas. Las resistencias están dispuestas de tal manera que el anemómetro de hilo térmico puede determinar la dirección del flujo a partir de las diferentes emisiones de calor. La dirección del flujo puede detectarse en dos o tres dimensiones, según el número y la disposición de los hilos calientes. Las veletas en los tejados de las casas, que indican la dirección del viento son bidimensionales. En la medición tridimensional también se tiene en cuenta el plano perpendicular a la dirección cardinal.

El anemómetro de hilo caliente cuya sonda tiene tres hilos calientes convenientemente dispuestos también puede registrar los ángulos de flujo y las turbulencias. Esto también permite realizar mediciones de alta resolución en la propulsión a chorro o en procesos con flujos inestables.