El vent i la seva mesura

 

— PUBLICADA EL 29/05/2013 —

  • Definició

Segons l’Organització Meteorològica Mundial (OMM) es pot definir el vent com una magnitud vectorial tridimensional amb fluctuacions aleatòries de petita escala en l’espai i el temps, que se superposen a un flux organitzat de major escala. No obstant, el vent en superfície serà considerat principalment com una quantitat vectorial bidimensional definida per dos números que representen la direcció i la velocitat.

En meteorologia ens interesserà mesurar el major impacte causat pel vent,  motiu pel qual preferentment s’acostuma a calcular-ne la seva velocitat fent la mitjana escalar dels valors mesurats, independentment de la direcció.

 

  • Ratxa de vent

Per conveni, es considera una ratxa màxima com la mitjana de com a mínim tres valors de vent mesurats cada segon, de manera que s’aconsegueixi l’extensió d’aire horitzontal mínima perquè aquest causi tot el seu efecte. Per tant, una ratxa no és un valor puntual, únic, sinó una mitjana obtinguda en tres segons.

 

  • Com es mesura?

Per a la mesura del vent en superfície s’utilitzen majoritàriament penells i anemòmetres d’hèlixs o de culleres. També les diverses formes combinades d’anemopenells.

penell1Fig. 1. Anemopenell d’hèlixs Young (Font: Campbell Scientific)

Aquests instruments comprenen dos subsistemes: el rotor i el generador de senyal. En els sistemes ben dissenyats, la velocitat angular del rotor de culleres o d’hèlixs és directament proporcional a la velocitat del vent, o més precisament, en el cas del rotor d’hèlix, a la component de la velocitat del vent paral·lela a l’eix de rotació. Malgrat tot, quan la velocitat del vent s’apropa al llindar d’arrencada de l’instrument pot succeir que els senyals no es transmetin en absolut de manera lineal.

penell2Fig. 2. Anemòmetre de culleres Vaisala (Font: Vaisala)

A la vegada, amb l’avenç progressiu de la tecnologia es va estenent cada vegada més l’ús d’anemòmetres i penells (normalment anemopenells) d’ultrasons. Aquests es basen en el temps emprat per un impuls ultrasònic en viatjar des d’un transductor situat en un extrem del sensor fins a un altre transductor situat en un altre extrem. Aquest temps es compara amb l’emprat per una altra parella de transductors i s’obté la velocitat i la direcció del vent.

Penell3Fig. 3. Fotografia d’un sensor de vent d’ultrasons (Font: Vaisala)

 Avantatges i inconvenients de les diverses tecnologies de mesura

 

  • Sensors mecànics de culleres o d’hèlixs

Aquests tipus d’anemòmetres tenen l’avantatge de presentar una resposta lineal independent de la densitat de l’aire, un bon zero i una gran estabilitat, i es poden fabricar fàcilment en sèrie.

En general, els anemòmetres mecànics tenen problemes amb els llindars d’arrencada i de frenada per la seva pròpia naturalesa. A l’hora de fabricar un aparell d’aquestes característiques el que habitualment s’intentarà és obtenir uns llindars d’arrencada i de frenada el més petits possibles; ja sigui per a poder mesurar velocitats del vent horitzontal ben baixes quan aquest comenci a bufar, com per aconseguir que l’anemòmetre deixi de marcar així que el vent pari. Lògicament, el llindar d’arrencada serà major que no pas el de frenada, ja que quan el rotor es pari amb una certa velocitat del vent ja portarà associada una inèrcia i, en canvi, perquè engegui haurem de proporcionar-li una energia extra perquè partirà d’un estat de repòs.

Com sempre, serà qüestió d’intentar arribar a un equilibri, un consens, entre les dues característiques desitjades i valorar en cada ocasió què és el que més ens interessa obtenir.

En general, els anemòmetres de culleres tendeixen a sobreestimar el vent degut a la seva resposta no lineal (el seu llindar d’acceleració acostuma a ser més petit que el de desacceleració, per culpa, principalment, de la inèrcia) i a la seva sensibilitat parcial a la component vertical del vent. Els anemòmetres d’hèlixs, en canvi, no sobreestimen tant el vent, ja que pràcticament no es veuen afectats per la component vertical del vent, però només operen quan apunten directament en la direcció del vent, raó per la qual quasi sempre van units a un penell.

 

  • Sensors d’ultrasons

Una de les principals avantatges dels sensors d’ultrasons és que no tenen parts mòbils que es puguin deteriorar o canviar la seva resposta amb el temps, a la vegada que el seu llindar d’arrencada és virtualment zero i no presenten els problemes d’inèrcia dels sensors mecànics. Contràriament, és difícil detectar-ne mal funcionaments, malgrat que cada vegada més ja incorporen sistemes per verificar si les lectures del vent es poden considerar com a bones o no. A més a més, les seves prestacions disminueixen en presència de precipitació.

Data d'actualització: 20.02.2018