Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España en los últimos 80 años. Clasificación Internacional de Patentes CIP 2013.

APARATO DE MEDICION DE LA VELOCIDAD Y LA DIRECCION DEL VIENTO.

Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen:

Dispositivo de medición de la velocidad y la dirección del viento que incluye un sensor expuesto al viento

(2), que produce unas señales eléctricas dependiendo de la velocidad y la dirección del viento (42, 43) y una unidad de cálculo electrónico adaptada para calcular la velocidad y la dirección del viento sobre la base de dichas señales, estando soportado dicho sensor expuesto al viento (2) por una base (8), y estando cubierto por una cubierta (9), estando globalmente sostenida dicha cubierta por dicha base (8), en el que una pluralidad de elementos de soporte (10) soportan dicha cubierta (9) en dicha base (8) alrededor de dicho sensor expuesto al viento (2), extendiéndose dichos elementos de soporte (10) desde dicha base hasta dicha cubierta, caracterizado porque dichos elementos de soporte (10) están dispuestos entre dicha base (8) y dicha cubierta (9) en una dirección diferente de la perpendicular entre la base (8) y la cubierta (9), preferentemente de una manera inclinada.

Solicitante: IRDAM INSTITUT DE RECHERCHES ET DEVELOPPEMENTS AEROLOGIQUES MARKETING SA.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: RUE DES UTTINS 38 1401 YVERDON-LES-BAINS SUIZA.

Inventor/es: PERAUDIN,MICHEL.

Fecha de Publicación de la Concesión: 14 de Diciembre de 2010.

Fecha Solicitud PCT: 27 de Marzo de 2008.

Fecha Concesión Europea: 21 de Julio de 2010.

Clasificación PCT: G01P13/00 (Indicación o registro de la existencia, ausencia o de la dirección de un movimiento (contado de objetos en movimiento G 06 M 7/00; conmutadores eléctricos H 01 H)), G01P5/10 (.midiendo variables térmicas).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.

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APARATO DE MEDICION DE LA VELOCIDAD Y LA DIRECCION DEL VIENTO.
Descripción:

Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de medición de la velocidad y la dirección del viento que incluye un sensor expuesto al viento, que produce unas señales eléctricas que dependen de la velocidad y la dirección del viento y una unidad de cálculo electrónico adaptada para calcular la velocidad y la dirección del viento sobre la base de dichas señales, estando sostenido dicho sensor expuesto al viento por una base, que presenta una primera orientación principal y que está cubierto por una cubierta que tiene una segunda orientación principal, estando globalmente sostenida dicha cubierta por dicha base, en el que una pluralidad de elementos de soporte sostienen dicha cubierta en dicha base alrededor de dicho sensor expuesto al viento, que se extienden desde dicha base hasta dicha cubierta.

Técnica anterior

Los dispositivos de medición de la velocidad y la dirección del viento son conocidos por ejemplo a partir de la patente US nº 4.905.513, en la cual se describe un dispositivo que comprende un cilindro de cerámica calentado, alrededor del cual están instalados una pluralidad de sensores de temperatura, tal como por ejemplo ocho, los cuales están expuestos al viento.

La superficie exterior del cilindro de cerámica es enfriada por el viento y el efecto de refrigeración es diferente en cada uno de los sensores de temperatura, de modo que la dirección y también la velocidad del viento se pueden calcular sobre la base de por ejemplo el sensor de temperatura que está más frío y sus dos vecinos a la derecha y a la izquierda.

Otros tipos de dispositivos para la medición de la velocidad y la dirección del viento conocidos comprenden uno, dos o más cables calentados, los cuales están instalados en una dirección perpendicular entre sí y los cuales son enfriados de modo diferente por el viento, por lo que la diferencia del efecto de refrigeración de los diferentes cables proporciona una indicación de la dirección del viento y el efecto de refrigeración total proporciona una indicación de la velocidad del viento.

Son conocidos otros tipos de dispositivos electrónicos de medición de la velocidad y la dirección del viento, sin que se haga referencia, en la presente memoria, en detalle, ya que la naturaleza de la producción de la señal y los efectos físicos que se van a medir no son el sujeto de la presente invención.

El objeto de la presente invención en cambio se refiere a una mejora de las propiedades fluido-dinámicas de un dispositivo de medición de la velocidad y de la dirección del viento de un tipo tal como el que se ha descrito anteriormente, o más generalmente del tipo en y en el que el viento choca en los sensores de una manera no completamente libre.

Tradicionalmente, los sensores de temperatura están instalados de una manera abierta al viento, en la parte superior o en la proximidad de un alojamiento, el cual incluye las partes electrónicas del aparato, mientras la parte del alojamiento más cerca del sensor típicamente forma la base para los sensores.

Por razones de protección contra la lluvia, la suciedad, el impacto mecánico o similares, el sensor está protegido por una cubierta y la cubierta típicamente está sostenida por una serie de elementos de soporte en forma de barra en la base. Un ejemplo de un dispositivo de este tipo es conocido a partir del documento JP 04 295 768.

Naturalmente, los elementos de soporte en forma de barra rodean a los sensores y por lo menos uno de ellos está en la trayectoria del viento, de modo que crea una perturbación o por lo menos una diferencia en el efecto de refrigeración, dependiendo de la posición angular de dicha barra con respecto a la orientación del viento.

Estos efectos son predecibles y sus influencias, por lo tanto, deben ser compensadas a través de unos medios de cálculo apropiados.

Sin embargo, los algoritmos de compensación dependen de la geometría del sistema y necesitan ser adaptados cada vez que se realiza una modificación a la forma geométrica de la base, la cubierta, el cilindro cerámico, las barras de soporte y similares, lo cual es extremadamente engorroso.

Objetivo y sumario de la invención

Por lo tanto, el propósito y el objetivo de la invención es eliminar la necesidad de adaptar el algoritmo de compensación cuando se realice una modificación de la geometría de los componentes mecánicos expuestos al viento de un aparato para la medición de la velocidad y la dirección del viento.

Este objetivo se alcanza con una modificación particular de la estructura de soporte que incluye dichos elementos de soporte los cuales transportan la cubierta en la base, en el que dichos elementos de soporte están instalados entre dicha base y dicha cubierta en una dirección diferente de la perpendicular entre la base y la cubierta, preferentemente de una manera inclinada.

Según una forma de realización de la invención, el dispositivo de medición de la velocidad y la dirección del viento tiene un sensor expuesto al viento, el cual comprende un cilindro que es calentado hasta una temperatura por encima de la temperatura ambiental y están dispuestos sensores de temperatura alrededor de la periferia de dicho cilindro, mientras el viento selectivamente enfría por lo menos algunos de dichos sensores de temperatura alrededor de dicho cilindro de una manera que depende de la velocidad y la dirección del viento.

En esta forma de realización, dicha base y dicha cubierta son globalmente horizontales y dichos elementos de soporte están instalados a un ángulo diferente de la vertical entre la base y la cubierta.

Se ha comprobado que se pueden obtener resultados satisfactorios cuando dicho ángulo entre la orientación de dichos elementos de soporte y dicha base está comprendido entre 30º y 60º.

En una forma de realización preferida, el ángulo entre los elementos de soporte y la base es aproximadamente 45º.

En el aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento, dichos elementos de soporte entre dicha base y dicha cubierta pueden ser barras las cuales están enrolladas helicoidalmente en el interior de una superficie cilíndrica que se extiende entre bordes exteriores apropiados de dicha base y dicha cubierta.

Estas barras pueden tener una sección transversal rectangular o cuadrada.

La totalidad de los elementos de soporte pueden estar fabricados a partir de un cilindro hueco en el interior del cual se han tallado ranuras inclinadas, paralelas entre sí, alrededor de su periferia.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una sección transversal del medidor del viento de la técnica anterior de la figura 2.

La figura 2 es una vista en perspectiva del medidor del viento de la técnica anterior de la figura 1.

Las figuras 3a y 3b son una vista frontal y una sección a lo largo de III-III de la figura 3a de un medidor del viento de la técnica anterior que incluye una cubierta protectora y sus elementos de soporte.

Las figuras 4a y 4b son unas simulaciones de canales de viento de una geometría según la figura 3.

Las figuras 5a y 5b son dos diagramas los cuales muestran las señales de temperatura de todos los sensores de temperatura cuando están, uno detrás de otro, instalados exactamente en la dirección del viento, la figura 5a para un medidor del viento con barras de soporte y la figura 5b sin barras de soporte.

La figura 6 es una vista esquemática de un medidor del viento según la presente invención.

Las figuras 7a y 7b ilustran dos situaciones teóricas de un medidor de la velocidad del viento según la invención.

Descripción detallada de la invención

Volviendo a continuación a la figura 1, un medidor electrónico tradicional del viento comprende un alojamiento para sus componentes electrónicos, tales como los medios de cálculo, etcétera, así como para su suministro de energía.

La unidad de medición comprende un cilindro cerámico 2, en el interior del cual está prevista una bobina calefactora 4, por medio de la cual se calienta la superficie exterior del cilindro cerámico hasta una temperatura muy por encima de la temperatura ambiental, tal como por ejemplo, a 100ºC, si el medidor del viento se utiliza en un clima moderado.

Cuando el medidor del viento se vaya a utilizar en climas extremos tales como por ejemplo zonas polares o zonas desérticas, la temperatura exterior del cilindro cerámico debe variar.

En la superficie exterior del cilindro cerámico y en el exterior de la bobina calefactora, están dispuestos unos sensores de temperatura 5 y 6 alrededor del cilindro, de modo que miden la temperatura de la superficie del cilindro en las respectivas zonas angulares representadas por la posición angular de cada sensor de temperatura.

La figura 2 muestra un medidor del viento similar en una vista en perspectiva, en el que se puede ver la colocación angular de los sensores de temperatura 6 alrededor del cilindro.

El sensor 5, el cual es una banda integral alrededor del cilindro, ha sido propuesto previamente a fin de medir y calcular la velocidad del viento, considerando que los sensores individuales 6 fueron utilizados para extraer la dirección del viento a partir de los valores medidos mediante tres únicamente de los típicamente ocho sensores.

En esta configuración, el medidor del viento se expuso al viento y el sensor el cual estaba angularmente orientado más cerca contra el viento, era el más refrigerado, mientras los otros sensores estaban menos refrigerados según sus posiciones.

Los tres sensores, que comprenden el más refrigerado, así como sus vecinos a derecha e izquierda, fueron utilizados para calcular la dirección del viento y las señales de todos los sensores juntos fueron utilizadas para calcular la velocidad del viento.

Los medidores del viento de este tipo eran normalmente utilizados para una variedad de aplicaciones, en las que era importante conocer la velocidad y la dirección del viento.

En la mayor parte de estas aplicaciones rápidamente resultó que el cilindro cerámico del medidor necesitaba protección contra la lluvia, la suciedad, el impacto mecánico etc., de modo que fue necesario proporcionar una cubierta sobre la parte superior del cilindro, pero por razones de estabilidad mecánica, esta cubierta no podía estar simplemente anclada en la parte superior de cilindro, sino que necesitaba estar sostenida por barras de soporte las cuales se extendían desde la base hacia arriba hasta la cubierta, tal como se ilustra en la figura 3a. En esta figura, se puede observar el alojamiento 3 en la parte superior del cual está colocado el cilindro cerámico 2 con sus sensores de temperatura 6.

Por encima de un cilindro cerámico 2, está instalada una cubierta protectora 9, la cual está sostenida por unas barras de soporte 10, la sección transversal de las cuales se puede ver mejor en la figura 3b provistas de un perfil fluido-dinámico. Las barras 10 están instaladas fuera tan alejadas como sea posible del cilindro cerámico 2 el cual está colocado en el centro de la base circular 8, por lo que los extremos superior e inferior de las barras están unidos a los bordes exteriores 12 de la base y la cubierta respectivamente.

Al principio, estos elementos de soporte eran barras redondas, pero se tiene que comprender que las barras redondas perturban el flujo laminar del viento y crean turbulencias sustanciales.

En un intento por resolver este problema, las barras han sido fabricadas con una forma de perfil fluido-dinámico, el cual reduce los efectos de las turbulencias de cualquier modo creadas.

Las figuras 4a y 4b muestran dos simulaciones de los efectos del viento de la geometría discutida en un canal de viento, en las que la figura 4a muestra la situación de un medidor del viento según las figuras 1 ó 2, mientras la figura 5b muestra la situación en el caso de un medidor de viento según la figura 3, que incluye las barras de soporte fluido- dinámicas.

En la figura 4a, se puede observar el círculo 40, el cual representa el cilindro cerámico y la barra de soporte perfilada 41.

En la figura 4a, el viento sopla desde la dirección 42, esto es exactamente alineado con la barra 41 y el cilindro 40, y se pueden observar las turbulencias creadas en el perfil del viento inmediatamente por detrás de la barra 41.

En la figura 4b, la dirección del viento viene según la dirección 43 y se pueden ver las turbulencias que sigue la misma dirección por detrás de la barra 43, de modo que dejan el cilindro 40 sin perturbar.

En ese momento, los inventores se enfrentaron con el fenómeno de que el efecto de refrigeración del viento era más fuerte si un viento turbulento chocaba en la superficie del cilindro que en el caso en el que el viento tenía un modelo de flujo laminar, lo cual significa que en el caso de la figura 4a, el área del cilindro encarada al viento estaba sometida a un efecto de refrigeración más fuerte que el área del cilindro encarada hacia el viento en la figura 5b, ambos para la misma velocidad del viento.

La figura 5a es un diagrama que muestra, superpuestas para los diversos sensores la señal de un sensor particular, cuando el viento rola alrededor de por ejemplo -180º hasta +360º.

Se puede observar que cada sensor, una vez que el viento gira de -22,5º a +22,5º alrededor de la posición cero del sensor particular en la cual está exactamente encarado al viento, los valores eléctricos medidos del sensor de temperatura particular van desde aproximadamente 3,2 hasta 3,8 (en la posición cero) y de vuelta a 3,2.

Todos los otros sensores sufren la misma variación durante la misma variación de la dirección del viento.

La figura 5b representa las mismas bendiciones que la figura 5a pero con un medidor del viento del cual no tiene barras de soporte alrededor del cilindro cerámico.

Resulta evidente que las curvas de los sensores individuales varían muy suavemente con la variación de la dirección del viento.

Volviendo a continuación a la figura 6, existe un alojamiento 3 que incluye todos los elementos electrónicos del medidor del viento y este alojamiento está cerrado en su lado superior con una placa 8 que forma la base para un cilindro cerámico, similar al cilindro cerámico de la figura 3.

Alrededor del cilindro cerámico 2 y esencialmente a una distancia máxima del último, está prevista una estructura 15 la cual sirve como soporte mecánico de la cubierta 9 sobre la base 8.

Esta estructura de soporte 15 comprende unos elementos de soporte en forma de barra 10, los cuales están inclinados con respecto a la dirección del cilindro cerámico 2 o con respecto a la base 8 y la cubierta 9.

Según la forma de realización representada en la figura 6, la estructura de soporte 15 comprende un cilindro hueco, en el interior del cual han sido talladas ranuras longitudinales, en relación de paralelismo entre sí y las barras 10 constituyen los restos del cilindro entre cada dos ranuras paralelas.

La estructura de soporte o el cilindro de soporte 15 está fijada a la base y a la cubierta por ejemplo mediante soldadura.

Las ranuras en el cilindro de soporte 15 permiten que el viento entre dentro del mismo y refrigere el cilindro de cerámica 2 del mismo modo que en la técnica anterior, con la única excepción de que el efecto de refrigeración es ampliamente independiente de la dirección angular desde la cual proviene el viento, porque el modelo de flujo fluido-dinámico del aire en la trayectoria desde las barras de soporte 10 hasta el cilindro cerámico 2 es idéntico en cualquier dirección, la única cosa que cambia con la dirección es la altura del cilindro 2 a la cual choca el aire de refrigeración en el cilindro 2, pero esto no cambia los valores medidos de los sensores de temperatura.

Volviendo a continuación a la figura 7, se explicará que el efecto de la dirección del viento en la refrigeración del sensor en una instalación según la presente invención se minimiza e incluso se puede eliminar completamente.

Típicamente, en la técnica anterior, comprende un sensor, el cual está protegido por una estructura abierta provista de un soporte superior 9' y uno inferior 8', como se ha descrito en relación con las figuras 3a y 3b.

Los problemas que se encuentran con este tipo de medidas de la velocidad del viento tienen su origen en el hecho de que la superficie sensible del sensor, estaba tanto enteramente dentro, como enteramente fuera o parcialmente en el interior del flujo trasero por detrás de una barra de soporte.

La particularidad de la presente invención era encontrar un medio, que obtuviera una geometría que proporcionara una clase de modelo de flujo promedio por detrás de las barras de soporte que fuera independiente de la orientación del viento.

Por lo tanto, en la superficie del sensor se obtiene una perturbación "promedio" del flujo, la cual es independiente de la dirección del viento. En un prototipo, las barras de soporte se enrollaron alrededor del sensor, de modo que la superficie del sensor sobre la cual chocaba este flujo "promedio" del aire era invariable ante cualquier cambio de orientación y respondía únicamente en su orientación general a la dirección del viento, pero retenía el mismo modelo.

Las figuras 7a y 7b muestran dos orientaciones angulares diferentes bajo las cuales el viento puede "ver" el sensor 2. En la figura 7a, una barra de soporte 10' cruza el sensor en el centro y en la figura 7b dos barras de soporte 10'' cruzan el sensor en los finales extremos.

Estas dos posibilidades extremas prácticamente obtienen el mismo efecto refrigerante en el sensor, porque se puede considerar que, en ambos casos, la misma cantidad de superficie de sensor está escondida por las barras de soporte, de modo que la misma relación total de flujo perturbado con respecto al flujo sin perturbar choca en el sensor. En la técnica anterior, es fácilmente imaginable que la misma orientación que en las figuras 7a y 7b produciría una situación en la que el sensor estuviera completamente cubierto, respectivamente completamente libre de la sombra de las barras de soporte.

Efectos similares a los obtenidos por las barras inclinadas se pueden obtener, por ejemplo, con una lámina corrugada o una malla, considerando que la orientación de los elementos individuales está inclinada con respecto al eje general del sensor.

La invención ha sido descrita por medio de un ejemplo, sin embargo, se debe comprender que el ámbito de la invención va más allá de este ejemplo e incluye cualquier tipo de estructura de soporte inclinada, capaz de producir el modelo de flujo fluido-dinámico del viento entre las barras de soporte y el cilindro cerámico, o cualquier otro tipo de sensor del viento, independiente de la dirección del viento.




Reivindicaciones:

1. Dispositivo de medición de la velocidad y la dirección del viento que incluye un sensor expuesto al viento (2), que produce unas señales eléctricas dependiendo de la velocidad y la dirección del viento (42, 43) y una unidad de cálculo electrónico adaptada para calcular la velocidad y la dirección del viento sobre la base de dichas señales, estando soportado dicho sensor expuesto al viento (2) por una base (8), y estando cubierto por una cubierta (9), estando globalmente sostenida dicha cubierta por dicha base (8), en el que una pluralidad de elementos de soporte (10) soportan dicha cubierta (9) en dicha base (8) alrededor de dicho sensor expuesto al viento (2), extendiéndose dichos elementos de soporte (10) desde dicha base hasta dicha cubierta, caracterizado porque dichos elementos de soporte (10) están dispuestos entre dicha base (8) y dicha cubierta (9) en una dirección diferente de la perpendicular entre la base (8) y la cubierta (9), preferentemente de una manera inclinada.

2. Dispositivo de medición de la velocidad y la dirección del viento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sensor expuesto al viento (2) comprende un cilindro (2), el cual se calienta a una temperatura por encima de la temperatura ambiental y unos sensores de temperatura (6) están dispuestos alrededor de la periferia de dicho cilindro, mientras que el viento refrigera selectivamente por lo menos algunos de dicho sensores de temperatura (6) alrededor de dicho cilindro (2) de una manera que depende de la velocidad y la dirección del viento.

3. Dispositivo de medición de la velocidad y la dirección del viento según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha base (8) y dicha cubierta (9) son globalmente horizontales, y porque dichos elementos de soporte (10) están dispuestos a un ángulo diferente de la vertical entre la base y la cubierta.

4. Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho ángulo entre la orientación de dichos elementos de soporte (10) y dicha base (8) se escoge tan pequeño como sea posible, proporcionando estabilidad a la cubierta (9).

5. Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho ángulo entre la orientación de dichos elementos de soporte (10) y dicha base (8) está comprendido entre 30º y 60º.

6. Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho ángulo entre la orientación de dichos elementos de soporte (10) y dicha base (8) es de aproximadamente 45º.

7. Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos elementos de soporte (10) entre dicha base (8) y dicha cubierta (9) son unas barras, las cuales están helicoidalmente enrolladas en el interior de una superficie cilíndrica que se extiende entre unos bordes exteriores (15) de dicha base y dicha cubierta.

8. Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos elementos de soporte (10) presentan una sección transversal rectangular.

9. Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos elementos de soporte (10) presentan una sección transversal cuadrada.

10. Aparato de medición de la velocidad y la dirección del viento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos elementos de soporte (10) están dispuestos para formar una estructura de soporte (15) la cual forma un cilindro hueco, estando formados los elementos de soporte (10) entre unas ranuras (13) cortadas en dicho cilindro hueco (15).






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