Mejoras introducidas en la patente de invención ES2342242 "dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire";

en donde dichas mejoras se caracterizan porque comprenden un disco (10) soportado por un brazo (20) estando formado el disco (10) por dos placas muy finas entre las que se inserta una resistencia (30) eléctrica envuelta una película de kapton, que proporciona un calentamiento uniforme al disco (10) en cuyo centro se aloja un primer termopar (40) que mide la temperatura del disco (10), mientras que el brazo (20) de soporte tiene alojado un segundo termopar (50), que mide su temperatura en equilibrio con el medio ambiente.

Mejoras introducidas en la patente de invención ES2342242: "Dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire".

La presente patente de adición está referida a las mejoras introducidas en el objeto principal de la presente invención con número de publicación ES2342242, y que presenta un "dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire", y donde la mejora introducida consiste en la simplificación del proceso de fabricación y la robustez del sensor.

Antecedentes de la invención 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 funcionamientoyala 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 ≈ 0ms-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 adimensionales 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 limite 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 limite 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, median 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 limite de las hojas de los cultivos en los campos.

Explicación de la invención La mejora introducida respecto de la patente ES2342242 "dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire" permite determinar en tiempo real la velocidad del aire en espacios cerrados, en los que dicha velocidad es muy baja, siendo de fácil manejo y de sencilla instalación.

En el documento ES2342242 se describe un dispositivo para medir la velocidad del aire que comprende dos discos metálicos, uno calentado y el otro a la temperatura de equilibrio con el ambiente, y se mide con termopares la diferencia de temperatura entre los dos discos. Un tratamiento adecuado de la señal permite calcular: (i) la conductancia de capa límite del disco y (ii) la velocidad del aire en su alrededor.

Así pues, en el documento principal, los dos discos son de la misma forma, material y tamaño, y el soporte tiene que tener la forma de "T" para facilitar el manejo manual del dispositivo y la correcta colocación de los discos en el ambiente en el que se desea medir la velocidad del aire. También se proponía alojar la resistencia del disco calentado dentro de una ranura circular.

No obstante, en las mejoras introducidas mediante la presente patente de adición: (a) se elimina el disco no calentado, el cual se sustituye por un brazo-soporte; (b) no es necesario realizar una ranura para ubicar la resistencia eléctrica; y (c) la potencia eléctrica Pe (W m-2) que se suministra al disco se realiza a una tensión normalizada de 12 Vcc. Posteriormente, se mide la diferencia de temperatura ΔT entre el disco y el brazo soporte. Considerando que la temperatura del brazo soporte es igual a la temperatura del aire ambiente, se determina la conductancia de la capa límite y la velocidad del aire con el mismo procedimiento que en la patente principal ES2342242.

Con estas mejoras se consiguen un sensor más compacto y fácil de manejar, reduciendo el coste de fabricación igualmente.

Breve descripción de las figuras

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

Fig. 1 muestra una vista esquemática del sensor.

Referencias 10: Disco.

20: Brazo.

30: Resistencia eléctrica.

40: Primer termopar.

50: Segundo termopar.

Realización preferente de la invención Las mejoras introducidas en la patente ES2342242: "dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire" se muestran en la figura adjunta y se caracterizan por comprender un solo disco (10) soportado por un brazo (20) , ambos fabricados, en su realización preferida, con el mismo material (preferiblemente aluminio) , sin que haya contacto directo entre ellos, y estando térmicamente aislados por un material de baja transmisión térmica, como puede ser, por ejemplo, un plástico.

El disco (10) está formado por dos placas muy finas, que en este ejemplo concreto de realización, son de 1 mm de espesor, del mismo material y con la misma forma y tamaño. Entre las placas se inserta una resistencia eléctrica (30) envuelta en una película de kapton que proporciona un calentamiento uniforme al disco. La resistencia está conectada a una fuente de energía eléctrica a tensión constante (12 Vcc) .

En el centro del disco se inserta un primer termopar (40) que mide la temperatura del disco (10) . El brazo (20) soporte tiene alojado un segundo termopar (50) que mide su temperatura...

1. Mejoras introducidas en la patente de invención ES2342242 "dispositivo y procedimiento para medir la velocidad del aire"; que se caracterizan por comprender un disco (10) soportado por un brazo (20) , estando el disco (10) formado por dos placas, entre las que se inserta una resistencia (30) eléctrica envuelta con una película de kapton, que proporciona un calentamiento uniforme al disco (10) en cuyo centro se aloja un primer termopar (40) que mide la temperatura del disco (10) , mientras que el brazo (20) de soporte tiene alojado un segundo termopar (50) , que mide su temperatura en equilibrio con el medio ambiente.

2. Mejoras introducidas en la patente de invención ES2342242, según reivindicación 1, caracterizadas porque entre el disco (10) y el soporte (20) hay un aislante térmico.

3. Mejoras introducidas en la patente de invención ES2342242, según reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque el disco (10) se calienta aplicando una tensión constante a la resistencia eléctrica (30) y la temperatura del brazo (20) varia en función de la temperatura del entorno.

4. Mejoras introducidas en la patente de invención ES2342242, según reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque el dispositivo proporciona los valores instantáneos de la conductancia de capa limite y de la velocidad del aire utilizando un algoritmo de cálculo de la conductancia de capa limite del disco (10) , estando dicho algoritmo basado en la resolución del balance de energía del disco (10) utilizando la medida de la diferencia de temperatura ΔT entre el disco (10) y el brazo (20) , y una curva de calibración, específica del sensor, que proporciona la velocidad del aire a partir de la medida de la diferencia ΔT.