Dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire.Dispositivo para medir la velocidad del aire que comprende dos discos metálicos (10,

20) que se utilizan para medir la conductancia de capa límite del aire en su superficie, de manera que en funcionamiento se aporta controladamente calor a uno de los discos mientras que el otro se deja interaccionar libremente con el entorno, y un soporte manual (30) provisto de un mango y dos brazos, en forma de "T", de manera que los discos se disponen sobre dichos brazos. El dispositivo funciona de acuerdo con un procedimiento que comprende una etapa de cálculo de la conductancia de capa límite del aire en la superficie de los discos, a partir del balance de energía de los mismos y de la diferencia de temperatura entre ellos, y una etapa de determinación empírica de la velocidad del aire en función de la conductancia de capa límite en la superficie de los discos

Dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire.

La presente invención se refiere a un dispositivo para medir la velocidad del aire que comprende dos placas metálicas que se utilizan para medir la conductancia de capa límite del aire en su superficie, de manera que en funcionamiento se aporta controladamente calor a una de las placas mientras que la otra placa se deja interaccionar libremente con el entorno. La invención también se refiere a un procedimiento para medir la velocidad del aire, cuando esta velocidad es muy baja.

La medida de la conductancia de capa límite se emplea para determinar la velocidad del aire.

Estado de la técnica anterior

Los intercambios de energía en la superficie de un organismo (planta, animal, ser humano) rigen el nivel al que se establece su temperatura. El balance energético en la superficie implica varios flujos de energía, que se descomponen en flujos de tipo radiante (radiación solar y de longitud de onda larga), convectivo (convección de calor sensible y de calor latente), conductivo y metabólico (p.e. fotosíntesis de una hoja).

La temperatura de superficie del organismo es la resultante del balance de energía, y se trata de una variable clave en lo que se refiere al funcionamiento y a la respuesta fisiológica del mismo (termorregulación). Es conocido que la fotosíntesis y la transpiración de una hoja vegetal, o la transpiración del ser humano o de un animal, dependen en gran parte de su temperatura superficial.

La velocidad del aire (V) tiene una influencia determinante en el nivel en el que se establecen los flujos de convección y, por tanto, en la temperatura de superficie del cuerpo considerado. En espacios cerrados o poco ventilados la velocidad del aire es muy baja (en el intervalo 0,05 a 0,50 m s^-1), y su medida es muy difícil, lo que impide tener un control óptimo de los intercambios de energía en espacios como invernaderos o granjas. Sin embargo, conocer esta velocidad permite precisar el balance de energía del cuerpo, así como su estado de estrés fisiológico, en un ambiente determinado.

Son conocidos sistemas para medir la velocidad del aire que se basan en medir un gradiente de temperatura sobre una superficie caliente, pero estos métodos no son lo suficientemente precisos para medir velocidades muy bajas.

También son conocidos medidores térmicos de flujo provistos de una varilla que incorpora un sensor de temperatura y un calentador, de manera que la varilla se sumerge en una corriente de fluido y un circuito detecta la respuesta del sensor a la temperatura como función del caudal del fluido, pero la medida que proporcionan tiene más interés cualitativo que exactitud cuantitativa.

Por otra parte, en 1990 Leuning y Foster (Agricultural and Forest Metereology, 51, pg. 63-86) describieron, en el campo de la investigación agronómica, la utilización de un par de réplicas metálicas de hojas vegetales, una de ellas calentada artificialmente, para obtener una solución del balance de energía para la conductancia de capa límite del aire en la superficie de las hojas. La conductancia de capa límite (g) se define como la inversa de la resistencia a la transferencia de calor en la capa límite.

Los regímenes de convección se clasifican clásicamente en los de convección (i) natural (V approx 0 m s^-1) (ii) mixta (combinación de convección libre y forzada, V < 0.2 m s^-1) y (iii) forzada (V > 0.2 m s^-1). La intensidad de los flujos de convección sensible en los diferentes regímenes se caracteriza generalmente por fórmulas que involucran números adímensionales como los de Nusselt, Reynolds y Grashoff. Existen ecuaciones empíricas que relacionan estos números, para diferentes formas de cuerpos (placa plana, cilindro, esfera, etc). Estas ecuaciones indican que la intensidad de los intercambios de calor depende del valor de la conductancia de capa limite y del gradiente de temperatura.

La conductancia de capa límite se considera generalmente como una función:

• en régimen de convección natural, del gradiente de temperatura.

• en régimen de convección mixta, de la velocidad del aire y del gradiente de temperatura.

• en régimen de convección forzada, de la velocidad del aire.

En 1995, Brenner y Jarvis (Agricultural and Forest Metereology, 72, pg. 261-275), describieron un procedimiento para la estimación de la conductancia de capa límite de hojas de mijo en el campo a base de medir la diferencia de temperatura entre una réplica metálica de una hoja de mijo que es calentada con una corriente eléctrica y una réplica idéntica pero sin calentar. Las réplicas consistían en un par de tiras de latón montadas en un bastidor metálico, y sobre una de ellas se había adherido un cable a modo de resistencia calefactora. Varios termopares, sujetos a la parte inferior de las tiras, medían la diferencia de temperatura entre ellas. El propósito de la investigación de Brenner y Jarvis era obtener un sistema fiable para medir las conductancias de capa límite de las hojas de los cultivos en los campos.

Descripción de la invención

Un objetivo de la presente invención es el de proporcionar un sistema para determinar en tiempo real la velocidad del aire en espacios cerrados, en los que dicha velocidad es muy baja, que sea de fácil manejo y no requiera una instalación complicada.

Conocer la velocidad del aire en tiempo real, a modo por ejemplo de señal en continuo, permite efectuar un control en tiempo real de, por ejemplo, la tasa de renovación del aire en un espacio cerrado, como puede ser un invernadero.

Según un aspecto de la invención, un dispositivo sensor de la conductancia de capa limite comprende un soporte manual provisto de un mango y dos brazos, de manera que las placas se disponen sobre dichos brazos, una placa en cada brazo, y en funcionamiento se sitúa el soporte en un ambiente donde se desee medir la velocidad del aire.

Al ser portátil y de pequeño tamaño, el sensor de la invención se puede colocar, por ejemplo, entre las filas de cultivo de un invernadero, cuyo espacio es reducido. Además, como el calentamiento de la placa que se calienta es rápido y homogéneo, se puede medir continuamente la diferencia de temperatura entre las dos placas.

Preferiblemente, las dos placas son sustancialmente de la misma forma, material y tamaño, lo cual hace más fiable la comparación de sus temperaturas.

En una realización, el soporte tiene forma de "T", lo cual facilita simultáneamente el manejo manual del sensor y la correcta colocación de las placas en el ambiente en el que se desea medir la velocidad del aire.

Preferiblemente las placas se disponen en el plano de la "T", y en el procedimiento de medida se colocan en posición horizontal, ya que así se minimiza la influencia de la placa caliente sobre la placa fría.

Ventajosamente las placas tienen forma de disco. Esta forma favorece la uniformidad y la homogeneidad en el calentamiento del disco, y además presenta un perímetro mínimo para un área determinada, lo que reduce los efectos de borde.

Como se ha mencionado, uno de los discos recibe calor en forma de energía eléctrica; dicho disco incorpora un termopar y una resistencia eléctrica, estando el termopar alojado en una ranura radial del disco y la resistencia alojada en una ranura circular del disco, de manera que la conexión con el exterior del termopar y de la resistencia se produce en la misma zona del disco.

El otro disco, al que no se aporta calor, incorpora únicamente un termopar alojado en una ranura radial.

Ventajosamente, cada disco se tapa con otro disco igual pero homogéneo, sin ranuras, de manera que la unión de los discos se produce por adhesión. El disco adicional sirve de apoyo y refuerzo del disco principal.

La resistencia eléctrica del disco que se calienta se conecta a una fuente de energía eléctrica, y los termopares se conectan a un circuito de control.

En una realización el material de las placas es aluminio, cuya combinación de propiedades térmicas (por ejemplo conductividad), mecánicas (rigidez y resistencia) y económicas (precio y disponibilidad) es particularmente atractiva.

Según otro aspecto de la invención, en un procedimiento para medir la velocidad del aire se utiliza un dispositivo para medir...

1. Dispositivo para medir la velocidad del aire que comprende dos placas metálicas (10, 20) que se utilizan para medir la conductancia de capa límite del aire en su superficie, de manera que en funcionamiento se aporta controladamente calor a una de las placas (10), caracterizado por el hecho de que también comprende un soporte manual (30) provisto de un mango y dos brazos, de manera que las placas se disponen sobre dichos brazos, una placa en cada brazo, y en donde, además, la primera placa (10) al que se aporta calor incorpora un termopar y una resistencia eléctrica, mientras que la segunda placa (20) al que no se aporta calor incorpora un termopar; estando además, la resistencia eléctrica conectada a una fuente de energía eléctrica y los termopares conectados a un circuito de control.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las dos placas (10, 20) son sustancialmente de la misma forma, material y tamaño.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el soporte (30) tiene forma de "T".

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que las placas (10, 20) se disponen en el plano de la "T".

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las placas (10, 20) tienen forma de disco.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que, el termopar del disco (10) está alojado en una ranura radial (11) del disco y la resistencia alojada en una ranura circular (12) del disco, de manera que la conexión con el exterior del termopar y de la resistencia se produce en la misma zona del disco.

7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado por el hecho el termopar del disco (20) está alojado en una ranura radial (21).

8. Dispositivo según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado por el hecho de que cada disco (10, 20) se tapa con otro disco igual pero homogéneo.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las dos placas (10, 20) son de aluminio.

10. Procedimiento para medir la velocidad del aire, que utiliza un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque comprende