Tecnología Acu-Res®

Principio de funcionamiento

La tecnología Acu-Res® consta de tres componentes:

1. Sistema de medición por resonancia acústica

El siguiente esquema simplificado muestra la disposición básica de los elementos del sensor.

El dispositivo consiste en un par de pequeñas placas paralelas denominadas reflectores superior e inferior. El aire fluye horizontalmente entre las placas sin limitaciones mecánicas. En la dirección vertical el flujo está limitado por los reflectores y la velocidad del aire en esa dirección es poco significativa. Las ondas acústicas (ultrasónicas) se transmiten y reciben mediante tres diafragmas vibrantes, cada uno de los cuales se encuentra a su vez acoplado a una serie de elementos piezoeléctricos. Los diafragmas están dispuestos en triángulo, tal y como se muestra en el diagrama.

Uno de los diafragmas está excitado eléctricamente y las ondas ultrasónicas que emite se propagan hacia el exterior hasta impactar contra el reflector inferior, donde se reflejan casi totalmente. Las ondas resultantes se propagan en dirección ascendente hasta impactar contra el reflector superior donde se reflejan de nuevo y así sucesivamente. Las ondas se continúan propagando entre los reflectores hasta verse lo suficientemente atenuadas por la propia pérdida de energía y por la sucesión de reflexiones imperfectas. En la práctica, el proceso implica cerca de 200 reflexiones.
En una pequeña banda de frecuencia, las distintas reflexiones se combinan en fase y ello conlleva que la amplitud de la señal aumente de forma significativa produciéndose la resonancia. Aunque la distribución de la señal neta resultante es compleja, puede considerarse una onda cuasi-vertical que, en el plano horizontal, se comporta como una onda progresiva radial bidimensional. Este carácter dual del campo acústico se aprovecha de la siguiente manera:

La medición del flujo de aire se basa en el comportamiento de las ondas progresivas

La diferencia de fase de las señales entre cualquiera de los pares de diafragmas proporciona una indicación del flujo de aire a lo largo del eje de dicho par. Utilizando como referencia las medidas de los tres pares, se calculan los vectores de los componentes del flujo de aire a lo largo de los lados del triángulo (formado por los diafragmas). Posteriormente, dichos vectores se combinan para obtener la resultante de dirección y velocidad.

La compensación automática se basa en el comportamiento de las ondas estacionarias

La velocidad del sonido en el aire varía en función de la temperatura, la humedad y, en menor medida, de la presión. Acu-Res® ofrece una compensación automática de dicha variación sin que sea necesario utilizar sensores adicionales. El sensor ajusta la frecuencia con el fin de maximizar la respuesta y mantener la resonancia. En estas condiciones, las mediciones pueden realizarse sin necesidad de tener en cuenta la velocidad del sonido.

Por otra parte, la resonancia reduce significativamente la influencia de posibles reflejos acústicos no deseados provenientes del entorno o de efectos aerodinámicos, como por ejemplo las turbulencias o la falta de uniformidad en el flujo de aire. La proximidad de los diafragmas vibrantes entre sí permite su funcionamiento a velocidades del aire elevadas y la propia construcción del sensor mejora la precisión de sus mediciones. La relación entre la velocidad del aire y la fase medida es lineal. Además, la respuesta selectiva en resonancia forma un "filtro sintonizado frontal" que mejora significativamente la relación señal-a-ruido. La potencia de la señal se mantiene en niveles extremadamente bajos (por lo general de décimas de microvatios) y la potencia consumida por el sensor en funcionamiento normal es igualmente poco significativa. Acu-Res® plantea muchas ventajas sobre otras tecnologías alternativas, entre ellas:

  • Intervalo dinámico amplio y escalable
  • Respuesta lineal de fase frente a velocidad del aire
  • Precisión en la indicación de la velocidad y dirección del viento
  • Precisión en la dirección del viento con independencia de la velocidad
  • Compensación intrínseca frente a fluctuaciones de presión, temperatura y humedad
  • Construcción robusta y completamente hermética que posibilita su funcionamiento en cualquier clima y garantiza una alta disponibilidad
  • Construcción de estado sólido (sin partes móviles) de gran fiabilidad
  • Pequeño, ligero y fácilmente calefactable
  • Bajo consumo de energía

2. Software Acu-Res®

Todos los sensores de viento de FT Technologies incorporan un avanzado software Acu-Res®.

Este software permite realizar las complejas operaciones necesarias para el cálculo de la velocidad del viento y su dirección, entre ellas:

  • El ajuste constante de la frecuencia de la señal de los transductores para mantener la resonancia
  • La supervisión de la calidad de los datos y la comunicación de posibles problemas al sistema de control o ‘data logger’
  • El control continuado del estado de los subsistemas y sistemas operativos redundantes del sensor
  • El control dinámico de la alimentación del calefactor para prevenir la formación de hielo con un consumo de energía mínimo
  • La aplicación de parámetros de usuario para configurar el sensor conforme a las necesidades específicas del cliente, como por ejemplo filtración de datos y otros ajustes de salida

El software Acu-Res® ha sido desarrollado específicamente para el sector eólico y está optimizado para ofrecer el mejor rendimiento en cualquier aplicación de medida de viento.

3. Sistema de protección medioambiental (EPS)

El sistema de protección medioambiental Acu-Res® (EPS, por sus siglas en inglés) ha sido diseñado para permitir al sensor operar con fiabilidad en las condiciones climáticas más extremas.

Los cambios en la densidad y las partículas presentes en el aire pueden afectar a la precisión de los anemómetros de cazoletas convencionales. Por su parte, las precipitaciones y el polvo pueden reducir la precisión de los instrumentos en otras tecnologías ultrasónicas que calculan la diferencia de tiempo entre señales (a diferencia de Acu-Res que calcula la diferencia de fase) ya que tanto las precipitaciones como el polvo pueden distorsionar la trayectoria efectiva de las señales.

La velocidad del sonido en el aire varía en función de la temperatura y, en menor medida, de la humedad y la presión. Los sensores basados en la tecnología Acu-Res® adaptan su frecuencia de transmisión para mantener la resonancia compensando de manera automática cualquier cambio ambiental que se produzca. La fiabilidad de las mediciones está garantizada debido a que el propio software Acu-Res® controla la capacidad del sensor para mantener la resonancia.

El EPS ayuda a garantizar una disponibilidad de datos elevada en cualquier condición climática y ha sido optimizado para minimizar los efectos de:

  • Rayos y MEC
  • Polvo y arena
  • Radiación solar
  • Lluvias intensas
  • Agua salada
  • Nieve, lluvia engelante y hielo
  • Granizo
  • Impactos físicos
  • Vibraciones
  • Corrosión
  • Erosión y envejecimiento

El EPS asegura altos niveles de disponibilidad al incorporar:

  • Una robusta estructura de aleación anodizada que proporciona solidez y resistencia frente a la corrosión y transmite el calor de manera sencilla y homogénea.
  • Un sistema de sellado en la estructura y entorno del conector que protege al conjunto frente a la entrada de arena, polvo y agua
  • Circuitos electrónicos de protección frente a sobretensiones para incrementar la inmunidad del sensor a tensiones elevadas y transitorios de corriente provocados por rayos
  • Tres calefactores que mantienen el sensor a temperatura constante y lo protegen frente a la formación de capas de hielo
  • Revestimientos extremadamente hidrofóbicos que ayudan a mantener el sensor limpio y seco
  • Ensayos de vida útil acelerada que garantizan que los sensores son capaces de soportar condiciones climáticas y vibraciones extremas

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Las ventajas combinadas de la tecnología Acu-Res® descritas anteriormente convierten a los sensores de viento de la serie FT7 en los más resistentes del mundo.

N.º de patente europea: EP 0 801 311. N.º de patente estadounidense: 5.877.416.

Sensores de viento con tecnología Acu-Res®

Acu-Res® es una tecnología de estado sólido (sin partes móviles) para medición de la velocidad y la dirección del viento en un solo sensor y cuyo principio de funcionamiento se basa en la resonancia de una onda acústica (ultrasónica) en el interior de una pequeña cavidad por donde circula el viento. Fue inventada en 1997 por nuestro director ejecutivo, el Dr. Savvas Kapartis, y fue patentada posteriormente.

El uso de una potente onda resonante en el interior de una pequeña cavidad proporciona una relación señal-a-ruido de más de 40 dB, valor muy por encima de la ofrecida por otras tecnologías ultrasónicas.

Acu-Res® es exclusiva de FT Technologies y permite a nuestros sensores medir la velocidad y la dirección del viento de forma más sólida y fiable que los sensores de viento mecánicos o sensores ultrasónicos basados en otras tecnologías.

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