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Medidor de la velocidad del aire por movimiento parabólico y procedimiento de medición
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Palomo Alvarez, Adrian Eduardo
Alvarez-Merino, José Carlos M.
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Instrument for measuring air speed by means of parabolic movement and measuring method
Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC)
Iinvento consiste en un medidor de velocidad del aire por movimiento parabólico y procedimiento de medición, donde el medidor está compuesto por una estructura cubica [1] que sostiene a un recipiente enroscable y flexible [2] que - donde requiere medirse la velocidad del aire - deja caer una gota de líquido, la que incidirá sobre uno de los círculos concéntricos situados en una placa intercambiable [3], ubicada sobre la base plana [4] del dispositivo y perpendicular al extremo axial de salida de la gota del líquido. Al depender - de la altura - el movimiento con el que cae la gota, la velocidad del aire se puede determinar a través del alcance horizontal del movimiento parabólico seguido por la gota de líquido, y evaluado mediante la distancia entre el punto de impacto de la gota en la superficie con respecto al centro. Igualmente podrá ser determinada la dirección de la velocidad del aire a partir del ángulo formado por la proyección del plano vertical sobre la cual se desplaza con relación al eje x del plano x-y el cual se encuentra sobre la placa intercambiable [3].
Medidor de la velocidad del aire por movimiento parabólico y procedimiento de medición    CAMPO TÉCNICO    Esta patente está relacionada con el campo de los instrumentos y procedimientos de medición de la velocidad del aire para aplicaciones en aire acondicionado, ventilación y calidad del aire en interiores. Básicamente orientada a bajas velocidades entre 1 m/s y 5 m/s.    ESTADO DE LA TÉCNICA (O ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN)    Las técnicas habituales de la medición de la velocidad del aire "puede ser determinada usando un tubo de Pitot - con salida electrónica o usando un sensor de dispersión térmica - con salida electrónica".(US 20030205094 A1)    En relación a la medición usando tubo de Pitot, Klopfenstein Jr. (1998) sostiene que: "Si el tubo de Pitot es apropiadamente diseñado y la densidad del aire pasando por el tubo de Pitot es conocida, la velocidad del aire que pasa por el tubo de Pitot puede ser calculada usando una formula standard".    Así, la patente de invención US 6 71 1 959 B2 "Air velocity measurement instrument" consta de un tubo de Pitot, paralelo y centrado a un adaptador en línea, y de un tubo de presión estática. La diferencia de presiones entre los extremos finales del tubo de Pitot y el tubo de presión estática representa la medida de la velocidad del flujo de aire en el cuerpo del instrumento del flujo de aire. Esta patente está orientada a medir la velocidad del aire en lugares (subsistemas) que requieren un rango particular para la velocidad del flujo de aire.    Otro antecedente técnico de la invención sería un aparato de medición de la velocidad del aire con tobera que "incluye dos cámaras separadas por una tobera de flujo. Hay una entrada a la cámara upstream a la tobera. El subsistema de manejo de aire es adjuntado a la cámara downstream de la tobera tal que el aire entrando al subsistema pasa primero a través de la cámara upstream, luego a la tobera, y finalmente a la cámara downstream antes de ingresar al subsistema. La tobera presenta una obstrucción al flujo que causa una diferencia de presiones alrededor de la obstrucción. La presión estática es medida en cualquiera de los lados de la tobera y la medición es calibrada para correlacionar la diferencia de la presión estática con la velocidad del flujo de aire... Medidores de tobera de flujo son precisos y efectivos para medir velocidades de flujo. Sin embargo, debido a su gran tamaño, el subsistema del manejo de aire se debe tener afuera".    La técnica de medición usando un tubo de Pitot hace uso del principio de Bernoulli y es utilizada principalmente para medición de velocidades de aire en ductos y tuberías. Ya nuestra invención, orientada a medir velocidades, en cuartos y cámaras hace uso del principio del movimiento parabólico que integra las velocidades en el sentido vertical y horizontal en una sola que sigue una trayectoria parabólica.    Los sensores de dispersión térmica son otra tecnología utilizada para la medición de la velocidad del aire. Específicamente y tal como se describe en el site http://www.tecnicasandinas.com/assets/catalogo-fci-.pdf: "La tecnología de dispersión térmica coloca dos sensores de temperatura RTD de platino protegidos con termopozo en la línea del proceso. Un RTD se activa mientras el otro detecta la temperatura real del proceso. Se mide la diferencia de temperatura entre ambos, la cual es directamente proporcional a la velocidad del flujo másico del fluido".    La técnica de medición de la velocidad del aire por sensores de dispersión térmica relaciona directa y proporcionalmente la velocidad del aire con la diferencia de temperaturas. Ya en la patente que nosotros presentamos se establece proporcionalidad entre la distancia alcanzada en el sentido horizontal por la gota de fluido - siguiendo una trayectoria parabólica - y la velocidad del aire al cual la gota de fluido se ha incorporado.    Como un método de medición alternativo, la patente US 2665538 describe un anemómetro de empuje, el cual comprende un cuerpo en forma de tetraedro con tres parantes, un miembro pivotante, el cual tiene su punto de giro en el vértice superior, dicho miembro pivotante además cuenta en su extremo libre superior con un elemento esférico expuesto a las corrientes de aire, mientras que su extremo libre inferior se mueve sobre un elemento cóncavo con trazos circulares concéntricos, con lo cual se logra indicar la velocidad del aire en cada círculo al ser deflectado el miembro pivotante por efecto de la fuerza de arrastre sobre el cuerpo esférico, este efecto es reflejado en cada circunferencia mediante una señal luminosa.    Esta patente sin embargo, muestra el inconveniente que la velocidad del aire tiene que ser tal que sea capaz de vencer la inercia de los dispositivos mecánicos que serán orientados e inclinados según la dirección y magnitud de la misma, lo que lo torna inapropiado para medir bajas velocidades, tal como lo realiza nuestra invención donde no habría mayor inercia a vencer y solo se trata de incorporar la gota del fluido a la corriente de aire para determinar su velocidad y direccionalidad.    Otros métodos, en particular para medir la velocidad del viento, se encuentran en los anemómetros, como el de cuatro copas p.e, donde las cuatro copas aparecen equidistantes en un plano perpendicular a un eje donde confluyen cuatro soportes de las mismas. Al girar, el número de vueltas del eje será proporcional a la velocidad del viento. La relación entre la velocidad del viento y la de las copas se conoce como "factor anemométrico". Pero estos dispositivos están orientados a medianas y altas velocidades y en exteriores. En tanto que nuestro invento a bajas velocidades y en ambientes interiores.    La correlación entre la velocidad del aire en el desvío de partículas líquidas puede percibirse cuando el viento sopla cerca de una pileta de agua orientando el flujo de agua en una determinada dirección. Esta correlación fue también notificada en el documento "Agricultural Tailgate Safety Training" donde a la letra se dice que "vientos fuertes pueden causar que las gotas grandes (durante el riego) se desvíen del sitio requerido". Sin embargo, a pesar de que perciben el efecto, no existe ningún antecedente donde se lo utilice para la medición de la velocidad del aire.    De lo que se puede concluir que nuestro invento se basa en principios físicos y técnicos totalmente diferentes a los antecedentes aquí presentados; tal como se detallará en la invención. Además de ser aplicado en un dispositivo de pequeño porte que puede ser transportado al lugar donde se realizará la medición de la velocidad del aire.    DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN    Como una alternativa de medición de la velocidad del aire en interiores se desarrolló un dispositivo y procedimiento, ambos basados en el movimiento parabólico de un fluido cuya velocidad y trayectoria viene determinada por la velocidad del aire incidente.    Ello supone una mejora en el estado de la técnica pues a los dos métodos más difundidos que son mediante el tubo de Pitot o mediante un sensor de dispersión térmica, y aun al menos conocido con empuje pivotante, se agrega este cuarto método original basado en el movimiento parabólico de un fluido adyacente.    Por otro lado, el invento propuesto, que posee un recipiente enroscable y flexible [2] para dejar caer gotas de líquido, es totalmente diferente al invento correspondiente a la patente    2665538 que consta de elementos mecánicos que al ser accionados adquieren una posición deflectada que acciona a una señal luminosa que determina la dirección y la magnitud de la velocidad del aire en una placa intercambiable [3] de círculos concéntricos.    Es importante señalar que la única coincidencia sería en la similitud en el uso de círculos concéntricos - en la placa intercambiable [3] - pero el principio de medición es totalmente diferente, pues en nuestro caso se trata de una aplicación del movimiento parabólico de un fluido que adopta la velocidad del aire.    Comparativamente, nuestro invento, ofrece una más simple medición de la velocidad del aire que todos los anteriores mencionados en los antecedentes. Además su carácter portátil y modular, le permite ser transportado y manipulado con facilidad.    El invento consta de una estructura cúbica [1] que sostiene en el centro de su plano superior a un recipiente enroscable y flexible [2] similar a un gotero - lleno de un fluido líquido - que al ser presionado manual o mecánicamente deja caer una gota de un líquido colorido que sale por su extremo cónico axial.    La disposición del recipiente enroscable y flexible [2] es perpendicular al flujo de aire cuya velocidad requiere medirse. Siendo de esta manera la velocidad del aire perpendicular al componente vertical de caída libre de la gota del líquido colorido.    El vector de la velocidad del aire al incidir sobre la gota del fluido colorido la inducirá a seguir una trayectoria parabólica en un plano perpendicular a la placa intercambiable [3] y a la base plana [4].    El plano perpendicular que contiene a la trayectoria de la gota móvil, al orientarse en relación al eje de coordenadas x (E,0); y (N,S), y z (vertical), determinará la dirección de la velocidad del aire.    En el plano x-y se tiene una placa intercambiable [3] de material absorbente con múltiples circunferencias concéntricas. Donde cada distancia radial representa una magnitud de la velocidad del aire, determinada a través del punto de llegada luego del movimiento parabólico seguido por la gota de fluido colorido.    La velocidad del aire es función del espacio recorrido, pues la gravedad y la altura de la estructura cúbica [1] estarían pre-definidas.    Por lo que al retirar la placa intercambiable [3] concéntrica se tendrá una lectura de la magnitud de la velocidad del aire, así como la orientación de la misma.    Si bien es cierto que en la invención propuesta se requiere retirar la placa intercambiable [3] con los círculos concéntricos para leer la velocidad del aire, esta acción podría también ser llevada a cabo por medios electrónicos mediante una placa alternativa con sensores de contacto del fluido y mediante una lectura digital, lo cual se convertiría en una característica adicional de la invención propuesta.    BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS    Fig. 1    Vista isométrica del medidor de velocidad del aire por movimiento parabólico con sus elementos principales: estructura cúbica [1], recipiente enroscable y flexible [2], placa intercambiable [3] con circunferencias concéntricas, y base plana [4].    Fig. 2    Vista frontal del medidor de velocidad del aire por movimiento parabólico.    Fig. 3    Vista en planta del medidor de velocidad del aire por movimiento parabólico en la que se aprecia la placa intercambiable [3] con circunferencias concéntricas distribuidas radialmente, donde se observa una estructura de forma cúbica [1] que sostiene en el centro de su plano superior a un recipiente enroscable y flexible [2] similar a un gotero, que posee un extremo cónico axial.    EJEMPLOS PREFERIDOS (O REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN)    Se describe a continuación un modo de realización preferida de la invención, no siendo ésta sino uno de los múltiples modos de construcción que se pueden llevar a cabo para el desarrollo de la técnica y configuración descrita previamente.    Una realización preferida según lo mencionado anteriormente, consta de una estructura cúbica [1] que se coloca en el lugar donde se requiere realizar la medición de la velocidad del aire. El recipiente enroscable y flexible [2] que contiene el fluido colorido, estará colocado perpendicularmente al flujo de aire a ser medido. Por ejemplo, puede querer medirse la velocidad del aire a la salida de un equipo de aire acondicionado.    Se deja caer - por accionamiento manual o mecánico - una gota de líquido colorido, la cual por acción del aire es orientada y direccionada cayendo sobre la superficie de la placa intercambiable [3] según una dirección angular y alcanzando una posición radial determinada.    Se retira a continuación la placa intercambiable [3] de material absorbente evaluando la velocidad que es marcada por la lectura, sobre una de las circunferencias concéntricas, de un punto colorido donde ha incidido la gota de fluido.    Otro modo de realización es la misma estructura cúbica [1] pero adaptando la placa intercambiable [3] circular conformada de tal material con sensores superficiales para medir de manera digital y directa según la posición de la gota de líquido incidente en dicha placa intercambiable [3].
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