A Rika Sensor é uma fabricante de sensores meteorológicos e fornecedora de soluções de monitoramento ambiental com mais de 10 anos de experiência no setor.
Quais são as diferenças entre sensores de vento mecânicos e ultrassônicos?
Você sabia que os sensores de vento ultrassônicos podem detectar rajadas de vento com duração de apenas 1 segundo? O mundo está migrando para sensores de vento ultrassônicos mais modernos, tornando os sensores de vento mecânicos obsoletos. Os sensores de vento ultrassônicos são confiáveis, exigem pouca manutenção e são mais precisos do que os sensores de vento mecânicos. Mesmo em condições climáticas extremas, os sensores de vento ultrassônicos fornecem resultados confiáveis com excelente repetibilidade.
Esses sensores de vento são compostos principalmente por componentes eletrônicos semicondutores sem partes móveis. Como não há movimento físico, não exigem manutenção frequente. Contêm um conjunto de transdutores que produzem ondas sonoras que se propagam pelo ar e são detectadas na outra extremidade. O tempo que essas ondas sonoras levam para viajar de uma extremidade à outra varia de acordo com a velocidade e a direção do vento.
Além da sua excepcional precisão, os sensores de velocidade ultrassônicos podem obter dados online em velocidades de vento extremamente baixas, sem limites mínimos, e realizar medições em pequenos ângulos sem restrições. Está preparado para abandonar os sensores de vento mecânicos? Continue a leitura para uma comparação detalhada.
Principais diferenças entre sensores de vento em resumo
O design do mecanismo de funcionamento, a técnica de detecção e os sensores de vento mecânicos e ultrassônicos diferem drasticamente. Aqui estão os pontos críticos a serem considerados entre os sensores de vento mecânicos e ultrassônicos:
Sensor de velocidade mecânico
➢ Funcionamento: Baseia-se na interação de componentes físicos com o vento para medir a velocidade e a direção.
➢ Custo: Geralmente mais acessível
➢ Limitações: Requer uma velocidade mínima de vento para gerar dados e está sujeito a desgaste, o que pode afetar a precisão ao longo do tempo.
➢ Manutenção: Alta necessidade de manutenção e calibração frequente.
➢ Aplicação: Requisitos de baixa precisão, como na agricultura.
Sensor de velocidade ultrassônico
➢ Funcionamento: Utiliza ondas sonoras para determinar a velocidade e a direção do vento sem componentes físicos.
➢ Desempenho: Oferece alta precisão, repetibilidade e a capacidade de medir em velocidades de vento extremamente baixas.
➢ Custo: Normalmente, o investimento inicial é maior em comparação com sensores mecânicos.
➢ Manutenção: Não requer reparos ou lubrificação, com calibração pouco frequente.
➢ Aplicação: Alta precisão, como em pesquisas e uso industrial.
Sensor de vento mecânico
Os sensores mecânicos de vento utilizam a técnica antiga de mover e girar peças para medir a velocidade e a direção do vento . Pode haver um gerador dentro do conjunto do sensor que gera corrente proporcional à velocidade do vento, ou componentes eletrônicos podem desempenhar uma função semelhante.
Por possuírem partes móveis, exigem manutenção frequente. Sensores mecânicos de vento são utilizados na agricultura e em instalações meteorológicas porque, nessas aplicações, não é necessária alta precisão. O custo de instalação dos sensores mecânicos de vento os torna relativamente acessíveis .
Tipos de sensores mecânicos de vento
1. Anemômetros de hélice
Consiste em uma hélice que mede a velocidade do vento e uma palheta que mede a direção do vento. Tem formato semelhante ao de um moinho de vento, porém em tamanho menor. Gera energia proporcional à velocidade de rotação da hélice. O vento faz com que a hélice mude de direção, portanto, velocidade e direção são medidas simultaneamente.
2. Anemômetros de placa de pressão
Esses sensores de vento funcionam convertendo a pressão em velocidade do vento por meio de deflexão mecânica. São ideais para aplicações científicas onde a precisão é fundamental. No entanto, carecem de repetibilidade e exigem calibração frequente.
3. Anemômetros de copo
O sensor de vento é uma estrutura rotativa com três ou quatro pás. A rotação das pás converte o sinal em um sinal elétrico, que mede a velocidade do vento. Ele detecta mudanças na direção do vento por meio de uma biruta mecânica. A direção do vento é detectada pela rotação da biruta.
4. Anemômetros de pás
Este tipo de aerobarco possui hélices ou turbinas que giram para medir a velocidade do vento, e a pá garante o alinhamento com a direção do vento. A pá também indica a direção do vento.
5. Anemômetros de fio quente
Consiste em um fio aquecido por uma corrente elétrica. Quando o ar flui, o fio esfria, e a taxa de resfriamento é medida e convertida em velocidade do vento.
Saída do sensor mecânico de vento
O sensor mecânico de velocidade do vento fornece uma tensão ou corrente proporcional à velocidade do vento. Para a direção, utilizamos um potenciômetro. A direção do vento é determinada pela saída do potenciômetro.
Sensor ultrassônico de vento
Os sensores ultrassônicos de vento não possuem partes mecânicas. Consistem em um receptor e um emissor de ondas sonoras ultrassônicas que medem a velocidade e a direção do vento. São conhecidos por sua alta precisão e confiabilidade.
Tipos de sensores ultrassônicos de vento
1. Sensores ultrassônicos de vento 2D
Este tipo de anemômetro mede a velocidade do vento em duas dimensões, utilizando dois transdutores para enviar e receber sinais. A velocidade e a direção do vento influenciam o tempo de duração dos pulsos; esta técnica calcula a velocidade e a direção.
2. Vento ultrassônico 3D
Semelhante ao modelo 2D, este tipo utiliza o mesmo princípio para detectar a velocidade e a direção do vento, mas é mais complexo, possuindo múltiplos transdutores. Ele fornece informações detalhadas sobre a velocidade do vento nas direções vertical e horizontal, além de informações sobre turbulências.
3. Sensores ultrassônicos compactos para vento
Esses dispositivos são muito pequenos e compactos em comparação com os modelos normais, mas utilizam princípios essenciais de medição de velocidade e direção, semelhantes aos de dispositivos ultrassônicos de medição da velocidade do vento. Além disso, têm a vantagem de serem leves e energeticamente eficientes.
4. Sensores de vento ultrassônicos aquecidos
Os elementos aquecidos nesses sensores mantêm uma temperatura específica para medições precisas e para protegê-los da neve, que pode causar leituras imprecisas devido à obstrução dos pulsos sonoros. Em climas frios
5. Sensores ultrassônicos de vento de alta precisão
Esses sensores de vento medem a velocidade e a direção com alta precisão e resolução. Possuem transdutores de alta qualidade e algoritmos avançados para cálculo; os princípios de funcionamento desses sensores são semelhantes aos discutidos anteriormente em sensores de vento 2D ou 3D.
6. Sensores ultrassônicos de vento alimentados por energia solar
Os sensores ultrassônicos de vento alimentados por energia solar são a melhor opção se você precisar instalar um sensor de vento em um local remoto sem eletricidade. Esses sensores vêm com painéis solares e baterias. O princípio de funcionamento é o mesmo, pois são os mesmos sensores ultrassônicos de vento, apenas alimentados por energia solar.
Mecanismo de funcionamento do sensor ultrassônico de vento
Os sensores ultrassônicos de vento utilizam o princípio da diferença de tempo ultrassônica para calcular e medir a velocidade e a direção do vento. A velocidade das ondas sonoras ultrassônicas aumenta se a direção do vento for a mesma que a das ondas sonoras, e diminui se a direção do vento for oposta à das ondas sonoras.
Esses sensores representam uma aplicação valiosa da tecnologia de detecção ultrassônica em meios gasosos. Eles possuem quatro sondas que emitem e recebem ondas sonoras ultrassônicas que se propagam pelo ar para medir a velocidade e a direção do vento. Esses sensores também calculam a temperatura do vento.
Saída do sensor ultrassônico de vento
O sensor ultrassônico de vento possui uma saída digital para velocidade e direção, seja em dados seriais (metros por segundo) ou em pulsos. A velocidade do vento é proporcional à frequência dos pulsos. O sensor calcula a velocidade com uma precisão de ±1-2% e a direção com uma precisão de ±2°.
Alguns sensores de vento também fornecem dados relacionados à temperatura. O sistema utiliza esses dados para corrigir erros na velocidade e direção do vento. Como os sensores de vento ultrassônicos são uma tecnologia recente, eles permitem monitoramento em tempo real, registro de dados e visualização gráfica.
Diferenças no formato tabular
| MECHANICAL WIND SENSOR | ULTRASONIC WIND SENSOR |
|---|---|
| Peças mecânicas móveis | Componentes estáticos com classificação IP |
| Acessível | Preço mais elevado |
| Atividades de alta manutenção | Projetos que não exigem manutenção |
| Resposta mais lenta | Resposta precisa e rápida |
| Desempenho dependente das condições climáticas | Desempenho independente das condições climáticas |
| Baixo consumo de energia para operação | Requer energia para os componentes eletrônicos. |
Utilizado principalmente onde são necessários dados menos precisos (agricultura, estações meteorológicas). | Utilize onde forem necessários alta precisão e baixa manutenção. |
Como você pode ver, os sensores de vento ultrassônicos são muito melhores do que os sensores de vento mecânicos em todos os aspectos.
Razões para a superioridade dos sensores de vento ultrassônicos em relação aos mecânicos
Diversos fatores tornam os sensores de vento ultrassônicos superiores aos sensores de vento mecânicos. O próximo passo é construir os mais importantes, conforme discutido abaixo.
➔ Precisão e exatidão
O sensor ultrassônico de vento não possui partes móveis, o que elimina o atrito, tornando-o mais preciso, com medições de velocidade entre ±0,1 e ±0,5 metros por segundo (m/s) e de direção entre ±1 e ±2 graus, mesmo em condições de vento fraco. Essa medição repetitiva e precisa é crucial em aplicações industriais. Esses sensores também são sensíveis a variações na velocidade e direção do vento. A maioria deles compensa fatores ambientais e fornece dados precisos em tempo real.
➔ Durabilidade e confiabilidade
A durabilidade dos sensores de vento ultrassônicos é excelente, pois não possuem partes móveis, eliminando assim a possibilidade de falhas mecânicas. Mesmo em ambientes agressivos, eles apresentam maior durabilidade do que os sensores de vento mecânicos, graças à escolha de materiais resistentes a raios UV, ferrugem e temperaturas extremas. Para aumentar ainda mais sua resistência, suportam choques e vibrações. Esses sensores são equipados com transdutores redundantes, de forma que, caso um falhe, outro assume a função, aumentando a confiabilidade. As ferramentas de diagnóstico integradas permitem a análise dos dados. Esses sensores contam com processamento digital de sinal, o que os torna capazes de cancelar ruídos e aprimorar a confiabilidade geral.
➔ Segurança
O mercúrio é um elemento tóxico. A utilização de ligas metálicas e materiais leves na construção de sensores ultrassônicos de vento garante a ausência de mercúrio, tornando-os ecologicamente corretos e inofensivos à saúde. O sensor também é leve, reduzindo as chances de queda em condições de vento forte.
➔ Qualidade dos dados
Os dados fornecidos pelos sensores ultrassônicos de vento são de alta qualidade, com alta precisão (0,1 a ±0,5 m/s para velocidade e ±1 a ±2 graus para direção), processamento digital de sinal, tempo de resposta rápido e recursos de redução de ruído, tornando-os a melhor escolha para uso industrial.
➔ Acessibilidade
O uso de sensores de vento ultrassônicos é economicamente viável, mas seu custo inicial é muito maior do que o de sensores de vento mecânicos. No entanto, certas vantagens tornam esses sensores mais acessíveis e com maior durabilidade.
● Menor necessidade de manutenção, resultando em tempo de inatividade reduzido.
● Durabilidade
● Eficiência energética
● Pode ser integrado com sistemas de aquisição de dados mais antigos.
Com todos esses benefícios, os sensores ultrassônicos de vento são economicamente vantajosos mesmo tendo um custo inicial mais elevado, pois o custo total de propriedade é baixo.
Aplicações de sensores ultrassônicos de vento
● Chaminés industriais
A utilização de sensores ultrassônicos de vento em chaminés industriais permite monitorar a dispersão de poluentes e controlar o fluxo de ar proveniente da chaminé, protegendo assim o meio ambiente. Os dados em tempo real fornecidos pelos sensores ultrassônicos de vento são cruciais para o controle do fluxo de ar da chaminé para o ambiente.
● Detecção e previsão do tempo
Os dados de sensores ultrassônicos são fornecidos a modelos de previsão numérica do tempo (PNT) para prever o clima futuro. Como os dados são muito precisos, a previsão também é exata. Eles também são úteis na previsão de condições climáticas severas. Os dados obtidos de sensores ultrassônicos de vento também são benéficos na coleta de dados de longo prazo para estudos climáticos e de impacto ambiental.
● Energia renovável
Os sensores ultrassônicos de vento podem desempenhar um papel essencial no setor de energia eólica. São ideais para avaliação de locais, planejamento a longo prazo e monitoramento, sendo parte integrante dos parques eólicos. Os dados online disponíveis a partir dos sensores de vento são essenciais para otimizar o desempenho das turbinas eólicas.
● Transporte
Sensores ultrassônicos de vento são utilizados em quase todos os meios de transporte para garantir a segurança, especialmente na aviação e no setor marítimo. Também são usados no projeto de estradas e pontes em regiões onde a velocidade do vento é muito alta. No setor ferroviário, são utilizados para verificar se as condições climáticas podem afetar a operação e o cronograma dos trens.
● Pesquisar
Os sensores ultrassônicos de vento têm aplicações em diversas áreas de pesquisa. Algumas delas estão listadas abaixo.
● Estudos de Meteorologia e Clima
● Pesquisa Atmosférica
● Avaliação do recurso eólico
● Estudos de dispersão de poluentes
● Pesquisa Ecológica
● Pesquisa Marítima
Manutenção de sensores ultrassônicos
❖ Limpeza fácil
Antes de começar a limpeza, verifique o sensor visualmente. Se precisar de limpeza, use um pano macio. Nunca use um pano abrasivo. Como não possui partes mecânicas, é fácil de limpar.
❖ Atualizações de software
Por ser um dispositivo eletrônico, ele sempre opera com o firmware mais recente para melhor desempenho e segurança. Antes de cada calibração, é essencial realizar atualizações regulares de software seguindo o procedimento recomendado pelo fabricante.
❖ Calibração
Os sensores ultrassônicos são pré-calibrados pelo fabricante na fábrica. Após essa pré-calibração, o usuário deve realizar a calibração programada conforme as instruções do fabricante. Testar o desempenho do sensor em comparação com equipamentos padronizados é fundamental para garantir a precisão. A calibração dos equipamentos padronizados deve ser realizada pela equipe de manutenção, seguindo normas e procedimentos internacionais.
❖ Verificação da fonte de alimentação
Garantir uma alimentação elétrica estável é fundamental para o funcionamento dos sensores de vento. A verificação periódica da fonte de alimentação, por meio de inspeção visual e medição de corrente e tensão, deve sempre garantir que os valores estejam dentro dos limites especificados. Flutuações de energia podem danificar o sensor. Portanto, a instalação de supressores de surto antes da fonte de alimentação é essencial. Componentes defeituosos devem sempre ser substituídos por peças originais. A verificação adequada da fonte de alimentação pode prolongar a vida útil do sensor de vento.
Palavras finais
Considerando as enormes vantagens que os sensores de vento ultrassônicos apresentam em relação aos seus equivalentes mecânicos, eles são a escolha ideal para a maioria dos usuários. O mecanismo de detecção ultrassônica é superior em repetibilidade, precisão, baixa manutenção e calibração. Uma entrada de energia limpa é suficiente para que os sensores de vento ultrassônicos funcionem com o máximo desempenho. Os tempos de lubrificação de rolamentos e aplicação de graxa já ficaram para trás. Basta limpeza ou calibração para manter o equipamento funcionando corretamente.
Considere sensores de vento ultrassônicos para aplicações que exigem precisão. Para aplicações de baixa sensibilidade e não críticas, os sensores de vento mecânicos ainda são opções viáveis. Os sensores de vento mecânicos modernos apresentam melhorias de design que reduzem suas desvantagens. A escolha é sua!
LEAVE A MESSAGE