IINSTRUMENTOS METEOROLOGICOS

IINSTRUMENTOS METEOROLOGICOS
ESTACIONES METEOROLOGICAS
El lugar en donde se realiza la evaluación de uno o varios elementos meteorológicos se denomina
regularmente Estación Meteorológica.
Las estaciones meteorológicas se clasifican en varios tipos según los objetivos y los parámetros que se desee
medir, entre las principales podemos citar las siguientes:
Climatológicas
Agrometeorológicas
Sinópticas (de superficie y en altitud)
Aeronáuticas
Especiales
Las estaciones meteorológicas se establecen en la superficie de la tierra, el mar y deben estar espaciadas de
tal manera que sea representativa del sector y garantice una cobertura meteorológica adecuada. Por ejemplo la
distancia entre estaciones sinópticas principales en la superficie no debe ser superior a los 150 km., entre
estaciones de altitud no debe sobrepasar los 300 Km. El espaciamiento óptimo de las estaciones de
observación es aquel por el cual el costo ha sido tomado en consideración, en función al objetivo para el que
los datos deben utilizarse, la variabilidad temporal y espacial del elemento meteorológico observado y la
naturaleza de la topografía de la región donde debe establecerse.
Medición de las variables del Clima o meteorológicas
La medición de las variables meteorológicas que en la mayor parte son variables físicas
Con el objeto de obtener resultados comparables de los puntos de observación de la red meteorológica,
además de un programa unificado de observación, es necesario procurar un cierto grado de uniformidad con
respecto a los parámetros de los instrumentos de medición. Deben utilizarse instrumentos con características
operacionales y exactitud análogas con enfoques uniformes en lo referente al mantenimiento y calibración.
Los programas de observaciones deben ser los mismos en todo el globo terrestre usando una sola escala de
tiempo ( Tiempo Medio de Greenwich, GTM). Razón por la cual existe un Organismo que norma y
reglamenta las actividades meteorológicas que es la Organización Meteorológica Mundial OMM.
Todos los instrumentos de medición directos, según su forma en que indican la información se clasifican en :
a) Instrumentos de medición analógica
b) Instrumentos de medición digital
a)
SENSOR
CONVERTIDOR
DE SEÑALES
INDICADOR O
REGISTRADOR
ANALOGICO
El instrumento meteorológico digital proporciona una representación del valor de la cantidad de medida en
una forma numérica discreta.
b)
SENSOR
CONVERTIDOR
ANALOGICO /
DIGITAL
REPRESENTACION
O IMPRESION
DIGITAL
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TERMOMETROS
El termómetro es el instrumento que mide la temperatura según una escala térmica previamente determinada.
Existen varias escalas y tipos de termómetros.
Entre las escalas térmicas tenemos:
CELSIUS O CENTIGRADA
Está determinada por dos temperaturas básicas de referencia que son: El punto de fusión del hielo como el 0
° C y el punto de ebullición del agua como 100 ° C en condiciones normales. P = 1013.25 Hpa; g = 980.625
cm / s ; H = 0 m sobre el nivel del mar.
ESCALA ABSOLUTA O KELVIN
La unidad termodinámica de la temperatura en el Sistema Internacional SI está determinada por la escala
Kelvin y como punto de referencia tiene la temperatura del punto triple del agua pura, es decir la temperatura
a la cual el agua esta en equilibrio simultáneo en sus tres estados: Sólido, Líquido y Gaseoso y es igual a
273.16 ° K, es decir 0,01 ° K más que el punto de fusión.
K = t ° C + 273.16
Además de estas escalas existen otras como la FARENHEIT
F = 9/5 t ° C + 32
y la REAMUR
R = 4/9 ( t ° F - 32)
que son muy poca usadas en la actualidad.
TIPO DE TERMOMETROS
Termómetros Líquidos
Termómetros Gaseosos
Termómetros Eléctricos
Termómetros de Deformación
TERMOMETROS LIQUIDOS
Todos los cuerpos líquidos, sólidos y gaseosos se dilatan o cambian de volumen con las variaciones de
temperatura y gracias a estas propiedades físicas de los cuerpos, en meteorología se utilizan según las
necesidades, termómetros de alcohol o mercurio. Estos termómetros hacen uso de la dilatación diferencial de
un líquido puro con respecto al tubo de vidrio que lo contiene.
Para que la dilatación sea más visible el cuerpo térmico esta formado por un bulbo o depósito unido con el
tubo capilar muy delgado en el que se refleja con gran sensibilidad las variaciones de volumen.
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las variaciones de volumen del líquido son indicados por los cambios de longitud del líquido en el interior del
capilar.
La escala térmica se graba mediante la calibración con respecto a un termómetro patrón nacional o regional.
Si los termómetros van a prestar servicio en una Red de Estaciones Meteorológicas estos deberán ser
contrastados con referencia a un termómetro patrón en una Cámara Termométrica y llevar consigo una tarjeta
de contraste, el error no deberá ser mayor a ± 0.3° C.
El tipo de líquido termométrico que se utilice en la construcción de los diferentes termómetros va ha depender
del tipo de temperatura que vaya ha medir.
En la construcción de termómetros para fines meteorológicos los líquidos que se utilizan son: El mercurio, el
alcohol etílico, el pentano, el tolueno, y mercurio - talio.
El mercurio generalmente se utiliza en la construcción de termómetros con fines meteorológicos por:
a) Se puede obtener la pureza perfecta
b) Su punto de ebullición es de 360 ° C, de congelación - 38.8° C. Encontrándose entre estos márgenes la
mayoría de temperaturas que se registran en la naturaleza.
c) El mercurio por ser un metal líquido adquiere rápidamente la temperatura del medio ambiente que lo rodea.
El alcohol etílico se utiliza en la construcción de termómetros para la medición de temperaturas mínimas, ya
que su punto de congelación es de -130 ° C y de ebullición 79 ° C, aunque con bajas temperaturas pierde
fluidez. El tolueno se utiliza con los mismos fines, con una ventaja que con temperaturas de - 70 ° C conserva
su fluidez, su punto de ebullición es de 110 ° C.
El vidrio que se utiliza en la construcción de los termómetros debe tener un pequeño coeficiente de dilatación
para evitar y disminuir los errores por instrumental.
En meteorología los termómetros líquidos se dividen en :
- Termómetros Normales (psicrómetro seco y húmedo)
- Termómetros de Máxima
- Termómetros de Mínima
- Geotermómetros o termómetros de subsuelo
- Termómetros de temperaturas extremas de la superficie
- Termómetros tipo Six
TERMOMETROS NORMALES
Estos termómetros son mercuriales, se utilizan en los psicrómetros para medir la temperatura ambiental
(
fig. 1) deben ir acompañados de un certificado de calibración, que especifique una precisión de + 0.1° C al
menos para seis puntos equidistantes en toda la gama de temperaturas. En las estaciones sinópticas los
termómetros deben ser contrastados cada uno o dos años con un termómetro patrón. Cuando los termómetros
psicrométricos se utilizan en forma de pares deben elegirse de modo que las diferencias se reduzcan al
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mínimo entre los dos termómetros. Las tolerancias recomendadas para estas diferencias son ± 0.2 ° C para
temperaturas positivas y de ± 0.1° C para temperaturas negativas.
( fig. 1 )
a) Termómetro Seco
b) Termómetro Húmedo
c) Ventilador de cuerda ( aspirador psicrométrico)
d) Termómetro de Máxima
c) Termómetro de Mínima
El psicrómetro tipo AUGUST esta constituido por un par de termómetros psicrométricos: un termómetro de
bulbo seco y un termómetro de bulbo húmedo el mismo que se halla recubierto de muselina. Mediante tablas
psicrométricas previamente calculadas, según la presión de la estación o lugar de medición, podemos
obtener valores de la humedad relativa ( HR ), punto de rocío ( PR ), y tensión de vapor ( TV ).
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( fig. 2 )
Psicrómetro según ASSMANN puede efectuar mediciones de la humedad con exactitud de ± 1 % , bajo
condiciones de servicio desfavorables. Este instrumento es de manejo fácil y posee gran exactitud, tratándose
de temperaturas -20° C también pueden obtenerse resultados de medición suficientemente exactos.
En el lado frontal del instrumento hay un aspirador de muelle el cual aspira el aire a examinar referente a la
humedad, abajo los tubos protectores de los termómetros con una velocidad superior a 2 m/s. A continuación
al aire pasa al tubo de conexión céntrico y es expulsado por las aberturas en el borde del aspirador, por
medio de las alas del aspirador. Cada uno de dos recipientes termométricos está rodeado de dos tubos
protectores dispuestos concéntricamente a los recipientes, y están aislados contra el calor recíprocamente y
contra las partes restantes del instrumento. Una parte del aire aspirado pasa por los recipientes termométricos
y por los tubos protectores interiores, mientras que la otra corriente parcial pasa por los tubos protectores
interiores y por los tubos protectores exteriores pulidos altamente brillantes y cromados. De manera, que los
recipientes termométricos están protegidos excelentemente contra la conductividad y la radiación térmica, de
manera que es posible realizar mediciones perfectas en lugares intensamente soleados.
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( fig. 3 )
a) Termómetro de Máxima
b) Termómetro de Mínima
c) Estrangulamiento termómetro de máxima
d) Menisco termómetro de mínima
TERMOMETRO DE MAXIMA
El tipo recomendado es el termómetro mercurial con un estrangulamiento en el tubo capilar, entre el deposito
de mercurio ( bulbo ) y el principio de la escala. Este estrechamiento impide a la columna de mercurio
contraerse cuando la temperatura desciende. No obstante, el termómetro puede ponerse de nuevo en estación
cuando se quiera y para ello el observador debe sujetarlo firmemente con el bulbo hacia abajo y sacudirlo
hasta que el mercurio de la columna vuelva a unirse. El termómetro de máxima debe estar montado en el
soporte formando un ángulo de uno o dos grados con respecto a la horizontal, el bulbo debe ocupar la parte
más baja para garantizar que la columna de mercurio se apoye sobre el estrangulamiento sin que la gravedad
lo obligue a pasar por él ( fig. 3).
TERMOMETRO DE MINIMA
El instrumento más común es el termómetro de alcohol con un índice de vidrio oscuro, de unos dos
centímetros de longitud, inmerso en el alcohol. El bulbo de los termómetros de mínima son en forma de “U”
con el fin de almacenar mayor cantidad de líquido térmico debido a su densidad, en su extremo superior debe
existir una cámara de seguridad suficientemente amplia para que el instrumento pueda soportar una
temperatura de 50 C. Los termómetros de mínima deben tener un soporte similar al de los termómetros de
máxima, en su posición casi horizontal (fig. 3 ).
Los defectos de los termómetros de mínima son los comunes a todos los termómetros de alcohol; el más
habitual es la rotura de la columna, especialmente durante los desplazamientos, y la adherencia del alcohol al
vidrio. Frecuentemente se forman gotas de alcohol por destilación en la parte superior de la columna.
Una columna de líquido rota puede unirse de nuevo sujetando el termómetro por el extremo del bulbo y
golpeándolo ligeramente pero con rapidez contra los dedos o cualquier otro material elástico y no demasiado
duro. Estos golpecitos deben continuar durante algún tiempo y después el termómetro se lo debe mantener
verticalmente con el bulbo hacia abajo durante al menos una hora para que el alcohol adherido al vidrio
descienda hasta unirse con la columna principal. Si el método no da resultado, se puede utilizar un método
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más enérgico que consiste en enfriar el bulbo en una mezcla de hielo y sal manteniendo caliente al mismo
tiempo la parte superior del tubo; el líquido destilará lentamente hacia la columna principal. También se
puede introducir el termómetro verticalmente en agua caliente, cuidando que en el momento que el alcohol
alcance la cámara de seguridad se lo debe sacar, para evitar que explote el termómetro si el alcohol se dilata
dentro de la cámara de seguridad.
En los termómetros de mínima se pueden utilizar distintos líquidos tales como alcohol etílico, el pentano y el
tolueno. Es importante que el líquido sea lo más puro posible, ya que la presencia de determinadas impurezas
aumenta la tendencia del líquido a polimerizarse con la exposición a la luz y con el transcurso del tiempo.
Esta polimerización causa cambios de calibración.
GEOTERMOMETROS O TERMOMETROS PARA LA TEMPERATURA DEL SUELO
Estos termómetros son mercuriales y se utilizan para medir la temperatura del subsuelo a diferentes
profundidades como son: 2, 5, 10, 15, 20, 30, 50, y 100 cm estos se diferencian entre si, únicamente por el
nivel en el que se halla sumergido el bulbo del termómetro. Existen termómetros para medir temperaturas
extremas a 2, 5, 10 y 20 cm.
Para medir temperaturas a profundidades de 50 cm o más, se recomiendan los termómetros de mercurio
montados en el interior de tubos de madera, de vidrio o plástico, con sus depósitos recubiertos de cera o
pintura metálica. El conjunto termómetro - tubo se suspende o desliza dentro de otros tubos de pared delgada
de metal o plástico, introducidos en el terreno hasta la profundidad requerida.
Una gran constante tiempo debida a la elevada capacidad calorífica del conjunto permite sacar los
termómetros de los tubos exteriores y leerlos sin que la temperatura haya tenido tiempo de cambiar
apreciablemente con respecto a la temperatura del suelo.
TERMOMETROS TIPO SIX
Estos termómetros fue creado por James Six. Este tipo de termómetros han llegado a ser populares porque no
sólo indican la temperatura momentánea, sino que también marcan la temperatura máxima y mínima que ha
existido desde la observación anterior.
Esta constituido de un tubo capilar en forma de U. En la parte inferior de este tubo capilar hay mercurio y
encima del mercurio en los dos lados hay creosota. El lado izquierdo está completamente lleno de creosota,
mientras que el lado derecho sólo lleva relleno de creosota una parte. El lado izquierdo sirve de parte sensible
a la temperatura. Al aumentar la temperatura, se dilata la creosota que hay en lado izquierdo empujando el
mercurio en dirección al lado derecho. Al bajar la temperatura el volumen de líquido medidor disminuye y el
mercurio es empujado en dirección al lado izquierdo por causa de la presión de vapor existente en el lado
derecho. Dos espigas metálicas ( meniscos ) que van rozando dentro del tubo capilar y que pueden ser
rodeados del líquido térmico pero no del mercurio que solamente sirve de líquido obturante, son movidas por
los dos meniscos de mercurio. Se quedan en la misma posición al retirarse el mercurio. Sus bordes inferiores
indican la temperatura máxima y mínima respectivamente. Después de realizar la lectura de las temperaturas
se hacen retroceder las espigas indicadoras ( meniscos ) a los meniscos del mercurio, mediante el imán
suministrado con el termómetro. Este tipo de termómetros son utilizados para la medición de las temperaturas
del agua en el tanque de evaporación tipo A.
TERMOMETROS GASEOSOS
Este tipo de termómetro utiliza los cambios de presión de un gas cuyo volumen se mantiene constante. El gas
generalmente es hidrógeno o helio, está contenido en el deposito C de la ( fig. 4 ), la presión ejercida sobre
él puede medirse mediante un manómetro abierto de mercurio. Cuando se eleva la temperatura del gas, se
dilata, obligando al mercurio a descender en el tubo B y al elevarse al tubo A. Los tubos A y B están unidos
por el tubo flexible de goma, D, y elevando A puede hacerse que el nivel de mercurio en B vuelva a la señal
de referencia E. De este modo, el gas se mantiene a volumen constante.
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( fig. 4 )
LECTURA DE LOS TERMOMETROS
Los termómetros deben leerse con la mayor rapidez que sea compatible con la precisión a fin de evitar
cambios de temperatura debidos a la presencia del observador. Como el menisco del líquido térmico o índice
de la escala del termómetro no están en el mismo plano, se debe tratar de evitar el error de paralaje (fig. 5 ).
( fig. 5 )
En general de debe tratar de evitar:
1.- El aliento del observador, que puede calentar el termómetro al efectuar las lecturas.
2.- El error de paralaje esto es que el rayo visual sea perpendicular al menisco del termómetro.
3.- Las lecturas deben hacerse rápidamente para evitar que el calor irradiado por el cuerpo del observador
influya en las lecturas del termómetro.
4.- No se debe omitir el signo - (menos) el cual se coloca precediendo a las lecturas cuando las temperaturas
están bajo cero.
5.- Cuando al efectuar las lecturas no se observe fracción de grados, el lugar correspondiente a los décimos
se llenara con la cifra 0.
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6.- Se deberá sumar o restar el error con contrastación que se determine en la tarjeta de calibración.
TERMOMETROS ELECTRICOS
Los instrumentos eléctricos son cada vez más populares para medir la temperatura en meteorología. Su
principal virtud es su capacidad de dar una señal de salida adecuada para su utilización en la lectura a
distancia, registro archivo o transmisión de los datos de temperatura. Con respecto a los que funcionan por
expansión térmica presentan importantes ventajas a más de las ya indicadas.
Forman parte de un circuito eléctrico y pueden así ser adosados a unidad de procesamiento cuya señal es una
señal digital o analógica que puede ser registrada automáticamente.
Pueden ser fabricados en dimensiones muy pequeñas del orden de 1 cm o menos y de peso de 1 gr. lo cual los
hace óptimos para ser ubicados a bordo de radiosondas, cohetes, globos de cota fija y todo sistema de
medición que presenta restricciones en cuanto a su peso y tamaño.
Dadas las ventajas expuestas no tienen prácticamente inercia, es decir indican instantáneamente cambios de
temperatura de hasta menos un décimo de grado.
Pueden ser utilizados como elementos sensibles de termógrafos.
Existen de tres tipos:
De resistencia
De capacitancia variable
Termocuplas
TERMOMETROS DE RESISTENCIA ELECTRICA
Para representar la temperatura se puede utilizar la medida de la resistencia eléctrica de un material cuya
resistencia varía con la temperatura de una manera conocida.
Para pequeños cambios de temperatura, el aumento de resistencia de los metales puros es proporcional al
cambio de temperatura, tal como expresa la siguiente ecuación:
[1+ α ( T - T
°
R = R
T
)
°
donde ( T - T ) es pequeño
R
es la resistencia de una cantidad fija de metal a la temperatura T en Kelvins;
T
R
α
°
es la resistencia a una temperatura de referencia T ; y
°
es el coeficiente de temperatura de la resistencia en las proximidades de T
°
Con 0 ° C como temperatura de referencia la ecuación ( 1.0) se transforma:
R =
t
R (1 + α t )
°
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Un buen termómetro de resistencia metálica satisfará los siguientes requisitos:
a) Sus propiedades físicas y químicas permanecerán inalterables a lo largo de toda la gama de temperatura;
b) Su resistencia aumentará uniformemente al aumentar la temperatura, sin ninguna discontinuidad en la
gama medida;
c) Las influencias externas, tales como la humedad, corrosión o deformaciones físicas, no alterarán
sensiblemente su resistencia;
d) Su resistividad y coeficiente térmico de resistividad serán lo suficientemente grandes como para que
resulten muy eficaces en un circuito de medida.
El platino puro es el que mejor satisface los citados requisitos. Por consiguiente, se utiliza en los
termómetros patrón primarios. El cobre es un material adecuado como para utilizar en los patrones
secundarios.
Los termómetros prácticos se envejecen artificialmente antes de usarlos y, habitualmente para fines
meteorológicos se hacen de aleaciones de platino, níquel o cobre ( y ocasionalmente tungsteno).
RESISTENCIA DE TERMISTORES
Otro tipo de elemento de resistencia comúnmente utilizado es el termistor. Se trata de un semiconductor que
tiene un coeficiente de resistencia térmico relativamente grande, y puede ser positivo o negativo según sea el
material de que esta hecho. Las mezclas de óxidos metálicos conglomerados sirven perfectamente para
fabricar termistores prácticos, que habitualmente adquieren la forma de pequeños discos, barras o esferas con
frecuencia recubiertas de una capa de vidrio. La expresión general de la dependencia de la resistencia con
respecto a la temperatura R del termistor ésta dada por la siguiente ecuación.
R = a exp ( b / T )
donde a y b son constantes y T es la temperatura del termistor en kelvins.
Las ventajas de los termistores, desde un punto de vista termométrico, son las siguientes:
a) El gran coeficiente de temperatura de la resistencia permite que el voltaje aplicado a través de un puente de
resistencia sea muy reducido, manteniendo la misma sensibilidad y reduciendo por lo tanto, o incluso
eliminando, la necesidad de tener en cuenta la resistencia de los cables y cambios.
b) Los elementos pueden ser de tamaño muy pequeño de modo que sus muy bajas capacitancias térmicas
pueden producir pequeñas constantes de tiempo. No obstante, los termistores muy pequeños de baja
capacidad térmica tienen la desventaja de que, para determinada disipación, el efecto de autocalentamiento es
mayor que en los grandes termómetros. Así pues se debe cuidar de mantener baja capacidad de disipación.
Tanto los termistores como resistores se leen con un puente de Wheatstone por el método nulo o de reflexión.
( fig. 6 ).
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( fig. 6)
TERMOMETROS DE CAPACITANCIA VARIABLE
Consisten en capacitores con electrodos de metal y en su interior tienen un dieléctrico sólido de cerámica
cuya constante varía en función de la temperatura del medio. dado que la capacitancia es función de la
constante dieléctrica, al variar ésta varía la capacitancia y por lo tanto, la frecuencia de emisión.
METODOS DE MEDIDA
Los termómetros de resistencia pueden estar conectados con gran variedad de circuitos eléctricos de medida,
muchos de los cuales son variaciones de los circuitos de puente de resistencia en forma equilibrada o
desequilibrada. En un puente equilibrado se ajusta un potenciómetro de precisión hasta que no pase corriente
en un indicador; la posición del brazo del potenciómetro está relacionada con la temperatura. En un puente
desequilibrado, la corriente no es simplemente función de la temperatura sino depende en parte de otros
efectos. Como solución alternativa que evita esta situación citaremos el uso de una fuente constante de
corriente para alimentar el puente y medir el voltaje de desequilibrio con miras a obtener la lectura de
temperatura.
TERMOPARES O TERMOCUPLAS
Se las denomina también cuplas termoeléctricas o pares termoeléctricos.
Se basan en los efectos de Seebeck y Peltier.
( fig. 7 )
Efecto Peltier: cuando se unen dos conductores de materiales distintos pero de una misma temperatura habrá
una difusión de electrones de uno a otro hasta que se establezca en la unión de ambos un campo eléctrico de
tal magnitud que los mantenga en equilibrio ( fig. 7 ). La unión de ambos metales se convierten así en una
fuerza electromotriz la cual es función de los metales y de la temperatura de la unión de dichos metales.
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Efecto Seebeck: si se cierra el circuito formado por la unión de dos metales con las soldaduras a distintas
temperaturas habrá un gradiente entre ambas. Como la temperatura de una unión T1 es distinta a las
temperaturas de T2 de la otra, la fuerza electromotriz FEM de Peltier en T1 es distinta a la FEM de Peltier
en T2 y circulará corriente en el sentido de la mayor FEM.
El voltaje total es función de los tipos de metales que se usan y de la diferencia de temperatura entre T1 y T2.
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V = K ( 1 + a ( T2 - T1 ) b ( T2 - T1) .....
En meteorología los termopares se utilizan principalmente cuando se necesita un termómetro de muy
pequeña constante de tiempo y capaz de realizar lecturas y registros a distancia, habitualmente para fines
especiales de investigación. Una de las desventajas de los termopares, si se requieren temperaturas absolutas,
es la necesidad de disponer de un recinto de temperatura constante para la unión fría y de aparatos auxiliares
para la medida de la fuerza electromotriz. La mejor aplicación de los termopares es la de la medida de las
temperaturas diferenciales. Las combinaciones cobre-constantan o hierro-constantan resultan adecuadas para
fines meteorológicos, ya que la fuerza electromotriz producida por grado celcius es mayor que la de los
metales raros y caros que se utilizan habitualmente a elevadas temperaturas.
METODOS DE MEDIDA
La utilización de la deflección de un dispositivo de medida requiere un esfuerzo técnico mínimo. Las fuentes
de error son la siguientes:
a) La resistencia del termoelemento y si dependencia de la temperatura;
b) las líneas de suministro eléctrico y los cables de compensación;
c) El dispositivo de medida y su resistencia en serie.
TECNICAS DIGITALES
Los procedimientos digitales de medida se utilizan cada vez más debido a su gran precisión y a la posibilidad
que ofrecen de transmisión, indicación, archivo y procedimiento. Por otra parte cuando se utiliza un
ordenador digital para la adquisición y procesamiento de datos procedentes de un gran número de puntos de
observación, resultan entonces esenciales la técnicas digitales de medida. En los métodos digitales el valor
medido es cuantificado un una integral múltiple de un incremento mínimo ( la resolución ). El valor del
incremento mínimo debe ser elegido de tal manera que no afecte demasiado a la precisión de las medidas. Un
incremento de aproximadamente de un tercio de la precisión final del instrumento en general se considera que
constituye una solución aceptable.
Con la medida eléctrica de la temperatura la señales de salida de los sensores son corrientes continuas,
voltajes continuos o resistencias ( es decir magnitudes que varían continuamente ). Cuando funciona este
equipo en los sistemas digitales de medida es necesario llevar a cabo la cuantificación y conversión a una
forma digital codificada. Los rápidos progresos logrados en el campo de la electrónica ha llevado a la
utilización de gran número de principios de conversión. Debido a su mayor inmunidad frente al ruido
eléctrico, para pasar de sistemas analógicos a digitales habitualmente se utilizan convertidores integrados.
(fig. 8 )
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HOBOS DE TEMPERATURA
Estos sensores electrónicos de temperatura, almacenan la información que van generando en una memoria
eeprom la misma que dependerá de su capacidad que va desde 1800 mediciones hasta 64000 mediciones que
se podrán gravar en su memoria, es decir si mediríamos cinco veces al día 07 10 13 16 y 19 duraría 360 días
con 1800. El elemento sensible de la temperatura es un termistor, posee un sonda o cable de varias longitudes
que van desde 30 cm hasta 1.5 m, esta sonda nos permite aplicar en diferentes campos en el área de la
meteorología, podemos utilizar para la medición de la temperatura del aire al interior del abrigo
meteorológico o en un compartimento especial, para evitar la incidencia directa de los rayos solares. Se puede
usar también para la medición de geotemperaturas a diferentes niveles, para la medición de le temperatura del
tanque de evaporación.
Estos tipos de sensores son muy pequeños aproximadamente de 5 cm x 5cm x 1.5 cm, tiene una autonomía
hasta de dos años que es el tiempo de duración e la pila. Para programarles es necesario de software (BoxCar
Pro 3.51) , de una PC la mas simple 386 es suficiente, el cable de conexión a un pórtico de la PC. La
información registrada se puede visualizar mediante gráficos o datos directamente con el software de los
HOBOS o se puede gravar, imprimir, realizar acercamientos ( zoom) o exportar a una hoja de calculo.
El rango de operación es de – 40º C hasta 75 º C con una precisión de 0.4 º C, las mediciones se lo realiza con
centésimas de grado centígrado.
Estos HOBOS se vienen experimentando en el INAMHI desde hace algunos años con resultados positivos,
inclusive con condiciones adversas, en el Glaciar del Antizana han dado resultados muy buenos.
(fig. 9)
TERMOMETROS DE DEFORMACION
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Los termómetros de deformación están constituidos generalmente por bimetálicos o tubos de bourdon cuyos
principales elementos se utilizan en la construcción de los instrumentos registradores, Termógrafos.
( fig. 10 )
TERMOGRAFOS
En meteorología es necesario contar con un registro continuo de las variaciones de los diferentes parámetros,
un buen registrador deberá permitir el registro del valor del elemento en cualquier momento. Para chequear
la veracidad del instrumento registrador debemos comparar la lectura de la escala del instrumento al
registrador del instrumento.
Existen varios tipos de termógrafos que utilizan diferentes elementos sensibles entre los más comunes son:
a) Bimetálico
b) Tubo de Bourdon
c) Acero en mercurio
d) Resistencia eléctrica
c) Termocupla
Los instrumentos comúnmente en uso todavía están dotados de sensores bimetálicos o de tubo de Bourdon,
ya que son relativamente económicos, seguros y portátiles. No obstante, no se adaptan fácilmente al registro
a distancia o electrónico. Estos termógrafos incluyen un mecanismo ( sistema de relojería ) de banda rotativa
que es común en la familia de instrumentos clásicos de registro. En general los termógrafos deben ser capaces
de funcionar dentro de la gama de -10° C a 60°C, o incluso 80° C, si han de ser utilizados en climas
continentales. Se necesita una escala tal que la temperatura pueda leerse con precisión de 0,2 ° C sin
dificultad, sobre una banda de tamaño razonable. Para ello, debe ser posible alterar el reglaje del cero del
instrumento, en función de la estación del año. El error máximo de un termógrafo no debe exceder de 1° C.
TERMOGRAFOS BIMETALICOS
El elemento d este instrumento es hecho de dos láminas de metal de bronce e invar fundidas juntas dentro de
una unidad, el principio de operación de este instrumento esta basado en un coeficiente diferente de
dilatación de estos dos metales: la diferencia de dilatación es utilizada para medir la temperatura. Como estos
cambios son difícilmente visibles, esta variación es amplificada por un sistema de palancas cuyo extremo está
firmemente unido a un brazo adjunto a la montura. Este brazo debe poderse ajustar con delicadeza de modo
que el cero del instrumento pueda variar cuando sea necesario. Además, el instrumento debe tener un
deposito que permita alterar los valores de la escala ajustando la longitud de la palanca que transfiere el
movimiento del bimetálico a la plumilla; este ajuste debe hacerlo únicamente el personal autorizado. El
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elemento bimetálico debe estar debidamente protegido contra la corrosión; la mejor manera de hacerlo es
depositando una capa de cobre, níquel o cromo, por galvanoplastia, aunque también una capa de laca puede
ser adecuada en ciertos climas. Se obtiene una típica constante de tiempo de 25 segundos aproximadamente
con la velocidad del viento de 5 m/s ( fig. 10 ).
TERMOGRAFO DE TUBO BOURDON
La disposición general es similar a la del tipo bimetálico, pero el sensor de temperatura tiene la forma de un
tubo curvo de metal de sección elíptica plana, pero lleno de alcohol. El tubo Bourdon es menos sensible que
el elemento bimetálico y habitualmente requiere un mecanismo de palancas multiplicadoras para dar un valor
de escala suficiente. Su constante típica de tiempo es de unos 60 segundos, con una velocidad de 5 m/s.
TERMOGRAFO DE ACERO EN MERCURIO
Este también usa un tubo Bourdon para operar la pluma de registro pero el elemento es un bulbo lleno de
mercurio a alta presión y conectada por acero a la tubería de cobre capilar con el tubo de Bourdon. El
instrumento es muy usado para registros lejanos como para registrar las temperaturas del suelo
(Geotermógrafos). El termógrafo de acero en mercurio, probablemente es el más confiable, durable y preciso
para fines meteorológicos. El coeficiente de retardo es de aproximadamente 4 segundos.
TERMOGRAFOS ELECTRICOS
Resistencias, termocuplas y termistores son usados en campos aéreos con fines aeronáuticos, son ideales para
investigaciones especiales tales como medidas de gradientes de temperatura, las diferentes partes de una
planta ( hojas, raíces, tallos, etc.) Estos instrumentos tienen un pequeño coeficiente de retardo ( 1 a 2
segundos ) es necesario mencionar que operan como alguna forma de potenciómetro o como un circuito de
puente de fuera de balance.
MEDIDA DE LA HUMEDAD ATMOSFERICA
Los métodos de la medida de la humedad del aire, utilizamos generalmente en meteorología, se pueden
clasificar en los cuatro grupos siguientes:
a) Método Termodinámico ( psicrómetros )
b) Método que utiliza el cambio de dimensiones de sustancias higroscópicas
( higrómetros de cabello)
c) Método que utiliza el cambio de resistencia eléctrica debido a la absorción
d) Método de condensación ( higrómetros de punto de rocío o de punto de congelación)
Los dos últimos métodos son ampliamente utilizados en las medidas de altitud y además están siendo
aplicados cada vez más en las estaciones automáticas.
PSICROMETROS
REQUISITOS GENERALES
El equipo utilizado para las observaciones psicrométricas debe ajustarse, en lo posible, a las siguientes
recomendaciones:
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a) Los termómetros Húmedo y Seco deben estar ventilados y protegidos de la radiación al menos por dos
pantallas metálicas pulidas y sin pintar, separadas del resto de los aparatos por materiales aislantes, o bien por
una garita de celosía en persiana más de una pantalla de metal pulido;
b) Al nivel del mar, debe impulsarse el aire para que pase sobre los termómetros a una velocidad no inferior a
2,5 m/s y no mayor a 10 m/s, si los termómetros son de tipo ordinariamente utilizado en las estaciones
meteorológicas. Para altitudes considerablemente distintas, estas velocidades límites del aire deben ajustarse
en proporción inversa a la densidad de la atmósfera;
c) Debe haber conducciones de aire separadas para los dos termómetros;
d) Si se utiliza la segunda alternativa del instrumento a), la entrada de los conductos del aire debe estar
situada de tal modo que se dé la verdadera temperatura ambiente y el aire debe desembocar sobre la garita en
tal posición que impida su recirculación;
e) Se debe procurar impedir en todo momento la transferencia de cantidades significativas de calor desde el
motor a los termómetros;
f) El recipiente de agua y la mecha deben estar dispuestos de tal modo que el agua llegue al depósito del
termómetro prácticamente a la misma temperatura que la del depósito del termómetro húmedo;
g) Las medidas deben tomarse a una altura comprendida entre 1,25 y 2 metros sobre la superficie del terreno.
Para lograr una precisión máxima con los psicrómetros es conveniente adoptar la disposiciones necesarias
para que los termómetros húmedo y seco tengan el mismo coeficiente de inercia aproximadamente; aunque
los termómetros seco y húmedo tengan el depósito del mismo tamaño, el termómetro húmedo tiene una
inercia considerable menor que la del termómetro seco. La muselina que cubre el termómetro húmedo debe
estar bien ajustada alrededor
MEDIDA DE LA PRECIPITACION
16
Se define como precipitación al producto líquido o sólido de la condensación del vapor de agua que cae de las
nubes y se deposita en el terreno procedente del aire. Dicho termino comprende la lluvia, el granizo, la nieve,
el rocío, la cencellada blanca, la escarcha y la precipitación de la niebla. La cantidad total de precipitación se
expresa como el espesor con que habría cubierto, en forma líquida, una superficie horizontal de la tierra.
UNIDADES DE MEDIDA
Las unidades de medida de la precipitación son lineales. Las cantidades diarias de precipitación deben leerse
con una precisión de 0,2 mm y de ser posible, con una precisión de 0,1 mm; las cantidades semanales o
mensuales deben leerse con una precisión de 1 mm. las medidas diarias de la precipitación deben efectuarse a
horas determinadas. En nuestro país las lecturas diarias de la precipitación se lo realiza a las 07h00. Se puede
considerar también la relación volumen superficie 1mm de precipitación es igual a 1 Litro de agua en una
superficie de 1m2.
PLUVIOMETROS
El pluviómetro es el instrumento más frecuente que se utiliza para medir la precipitación. Se utilizan varios
tamaños y formas de la boca y la altura del pluviómetro según los países, la cantidad de precipitación captada
de un pluviómetro se mide utilizando una regla graduada para determinar la profundidad, midiendo el
volumen o pesando el contenido
INSTALACIÓN DEL PLUVIOMETRO
La instalación de los Pluviómetros reviste gran importancia porque el número de Pluviómetros y su ubicación
determinan la precisión con que las medidas representan la cantidad real de la precipitación que ha caído en la
zona.
Al elegir el emplazamiento de un pluviómetro se debe tomar en cuenta la deformación sistemática del campo
del viento por encima de la boca del pluviómetro, así como los efectos que el lugar mismo ejerce en la
trayectoria del aire. Generalmente para que el viento sea horizontal en la boca del pluviómetro se utiliza en
paravientos al rededor del instrumento. Los efectos ejercidos por el propio lugar de ubicación pueden
motivar excesos o deficiencias locales en la precipitación.
En general, la proximidad de cualquier objeto respecto del pluviómetro no deberá ser mayor al doble de la
distancia de su altura por encima de la boca del pluviómetro. En la Red Pluviométrica del INAMHI la
instalación del los Pluviómetros se lo realiza a 1,20 m de la superficie a la boca del instrumento, el tipo de
pluviómetro que se utiliza son los Hellmann de 200 cm2. (fig. 11) y la medida de la precipitación se lo realiza
mediante una probeta graduada en milímetros y décimas y apropiada para este tipo de pluviómetro. El fondo
de la probeta debe ser cónico, con el fin de lograr la medición de cantidades muy pequeñas (trazas) de
precipitación (0,05 mm o menos)
El análisis de la información pluviométrica se hace mucho más fácil si se utiliza el mismo tipo de
pluviómetros y se aplican las mismas normas de instalación, particularidad que se deberá tomar en cuenta en
la planificación de las Redes.
17
(fig.11)
PLUVIOGRAFOS
Por lo general se utilizan tres tipos de pluviógrafos: el de peso, el de balanza o cangilón y el de sifón. Este
tipo de instrumento nos permite registrar o grabar en forma continua la precipitación lo que nos permite
calcular la intensidad.
PLUVIOGRAFO DE PESA
En estos instrumentos , el peso de un recipiente junto con la precipitación acumulada en él se registran
continuamente, bien por medio de un mecanismo dotado de un muelle o con otro sistema de balanza de pesas.
Se va registrando toda la precipitación a medida que esta cae. Este pluviógrafo no tiene un mecanismo que le
permita vaciarse por si mismo, pero existe un sistema de palancas que permite que la pluma recorra la banda
las veces que sea necesario. Este tipo de Pluviógrafos están diseñados para evitar al mínimo las pedidas por
evaporación.
PLUVIOGRAFO DE CANGILON
Su principio de funcionamiento es muy sencillo, un ligero recipiente está dividido en dos compartimentos y
se halla en equilibrio inestable con respecto al eje horizontal. En su posición normal, el recipiente se apoya en
uno de topes que le impiden inclinarse completamente. El tubo conectado al embudo colector de la
precipitación se encuentra instalado por arriba del cangilón basculante que mientras está vacío tiene dos
posiciones estables, con ambas mitades del depósito cayendo justo por debajo del orificio de salida del
embudo. Debido a que el centro de gravedad de la mitad llena del depósito cae fuera del punto de apoyo, el
depósito se vuelca tan pronto como se haya cargado con una cantidad determinada de agua de precipitación,
vertiendo el agua recogida y exponiendo la otra mitad del vacía al orificio del embudo. Tan pronto como la
mitad se llena, se vuelca el otro lado. ( fig. 12 ) En cada movimiento de volcado, un relé de láminas
accionado por un imán permanece conmutando un circuito eléctrico, produciendo un impulso eléctrico, este
mismo sistema se lo construye también con cápsula de vidrio con mercurio el que realiza la misma función
del imán.
18
(fig.12)
PLUVIOGRAFOS DE SIFON
Este tipo de pluviógrafo se lo conoce también como de flotador, la lluvia pasa a un recipiente que es en
realidad la cámara donde se desliza un ligero flotador, el movimiento vertical de éste se transmite mediante
un mecanismo conectado al movimiento de la pluma de registro que se desliza sobre la faja o banda.
Ajustando adecuadamente las dimensiones de la boca del colector, el flotador y la cámara del flotador, se
puede utilizar cualquier escala para la banda de registro.
(fig.13)
A fin de poder registrar la precipitación caída durante un período que generalmente es de 24 horas, la
cámara del flotador debería ser muy grande, o bien podría recurrirse a un mecanismo que realice
automáticamente y con rapidez el vaciado de la cámara cada vez que se llene por esa razón se recurre al sifón.
El proceso de actuación del sifón debe comenzar precisamente en el momento oportuno y sin tendencia a que
el agua rebose o produzca goteos ni al principio ni al final de la actuación del sifón que no debe prolongarse
más halla de 15 segundos. (fig.13 )
19
A excepción de los pluviómetros y pluviógrafos cuya boca de recolección sea inferior a los 200 cm2 estos
son adecuados para medir las precipitaciones sólidas.
OBSERVACIONES DE LA PRECIPITACION POR MEDIO DE UN RADAR
El Radar es capaz de detectar la presencia de precipitación hasta una distancia limitada principalmente por los
parámetros del sistema, el tamaño y número de gotas por unidad de volumen y el efecto de la curvatura de la
tierra. En algunas circunstancias esa distancia puede llegar a ser de 400 Km. , aunque para fines prácticos,
especialmente en latitudes medias, por lo general no supera los 250 Km. En su forma más sencilla de radar
permite observar el movimiento local de las áreas de precipitación y estimar la intensidad de la misma.
MEDIDA DE LA EVAPORACION
La medida de la evaporación de las capas de agua libre y del suelo, así como la transpiración de la
vegetación, revisten una gran importancia en los estudios agronómicos e hidrometeorológicos, así como el
20
estudio de los proyectos y explotación de embalses y sistemas de riego y avenamiento, especialmente en
zonas áridas y semiáridas. Desgraciadamente resulta difícil obtener medidas que sean verdaderamente
representativas de las condiciones naturales y por otra parte los instrumentos que se dispone actualmente no
pueden considerarse como plenamente satisfactorios. Por esta razón los métodos meteorológicos para la
estimación de la evaporación despiertan un interés considerable.
UNIDADES DE MEDIDA
El índice de evaporación se define como la cantidad de agua evaporada desde una unidad de superficie
durante una unidad de tiempo. Puede expresarse como la masa o volumen de agua líquida evaporada a partir
de una unidad de superficie durante una unidad de tiempo, habitualmente se representa como la altura
equivalente de agua líquida por unidad de tiempo en toda la superficie considerada. La unidad de tiempo
normalmente es un día y la altura puede expresarse en milímetros o centímetros.
FACTORES QUE AFECTAN A LA EVAPORACION
Los factores que afectan al índice de evaporación procedente de cualquier cuerpo o superficie pueden
dividirse en dos grupos: Factores meteorológicos y Factores superficiales, cualquiera de los cuales puede
limitar el índice de evaporación. Los factores meteorológicos pueden a su vez subdividirse en parámetros
energéticos y parámetros aerodinámicos. La energía es necesaria para que el agua pase de la fase líquida a la
fase vapor y en la naturaleza esa energía la suministra en gran medida la radiación solar y terrestre. Los
parámetros aerodinámicos, tales como la velocidad del viento en la superficie y la diferencia de vapor entre la
superficie terrestre y la atmósfera inferior, controlan la magnitud de la transferencia del vapor de agua
evaporado.
La resistencia a la transferencia de humedad a la atmósfera depende de la rugosidad de la superficie; en las
zonas áridas y semiáridas, el tamaño y forma de la superficie de evaporación es también importante. La
transpiración procedente de la vegetación, además de depender de los factores meteorológicos y superficiales
ya indicados está en gran parte determinada por las características de las plantas y sus reacciones. Entre las
mismas figuran, por ejemplo, el número y tamaño de estomas y el hecho de que las estomas estén abiertos o
cerrados.
Instrumentos de medida
Los evaporímetros son los instrumentos que sirven para medir la evaporación entre los que podemos citar los
siguientes: Atmómetro, Evaporímetros de cubeta, tanques de Evaporación, Evaporigrafos.
ATMOMETROS
Un atmómetro es un instrumento que mide la pérdida de agua en una superficie poroso mojada. Las
superficies mojadas están constituidas por esferas de cerámica, por cilindros, láminas o por discos de papel
filtro saturadas de agua.
EVAPORIMETROS DE CUBETA Y TANQUES DE EVAPORACIÓN
La evaporación se mide observando el cambio de nivel de la superficie libre del agua en una cubeta o tanque.
estos instrumentos que constituyen el tipo de evaporímetro más ampliamente utilizado, sirven de base a
distintas técnicas para estimar la evaporación y evapotranspiración de superficies naturales cuyas pérdidas de
agua ofrecen interés.
TANQUE DE EVAPORACION CLASE A
El evaporímetro estadounidense de cubeta de clase A esta compuesto de un cilindro de 25.4 cm de
profundidad y 120.7 cm de diámetro. El fondo de la cubeta se coloca a una altura de tres a cinco centímetros
de la superficie del suelo, sobre un marco de madera que actúa de plataforma y que permite al aire circular
por debajo de la cubeta, manteniendo el fondo por encima del nivel de agua estancada sobre el terreno en
21
caso de lluvia. La cubeta misma está construida de hierro galvanizado de 0.8 mm de espesor. La cubeta o
tanque de evaporación se llena hasta cinco centímetros por debajo del borde.
BAROMETRIA
MEDIDA DE LA PRESION ATMOSFERICA
La presión atmosférica en una superficie horizontal dada es la fuerza por unidad de superficie ejercida en
dicha superficie por el peso de la atmósfera que está encima.
Unidades de Medida
La unidad de presión en el S.I. es el Pascal (o newton por metro cuadrado) que resulta demasiada pequeña
para fines meteorológicos, la unidad utilizada es el hectopascal definido como 100 pascales igual a un milibar
que es la unidad de la presión utilizada anteriormente.
1 hectopascal hPa = 0.750062 mm de mercurio en condiciones normales
1 mm Hg = 1.333224 hPa
1 hPa = 0.029530 pulgadas de mercurio en condiciones normales
1 in Hg = 33.8639 hPa
1 mm Hg = 0.03937008 in Hg
Las condiciones normales son:
Temperatura 0 º C
Densidad Hg 13.5951 g cm3
Aceleración de la Gravedad g = 9.80665 m/s2
(fig. 14 )
22
BAROMETROS MERCURIALES
El principio básico del barómetro de mercurio es que la presión de la atmósfera se equilibre con el peso de la
columna de mercurio, en meteorología se mide la longitud de la columna de mercurio con una escala en
unidades de presión.
Esencialmente el barómetro de mercurio consiste en un tubo de vidrio montado verticalmente, cerrado en el
tope, lleno con mercurio y teniendo su extremo inferior abierto sumergido en una cubeta semillena de
mercurio. La presión atmosférica actúa sobre la superficie abierta de la cubeta y equilibra el peso de la
columna de mercurio del tubo barométrico. El tubo es suficientemente largo para permitir el cambio de altura
de la columna de mercurio en función de las variaciones de la presión atmosférica.
Los barómetros tipo Fortin a diferencia de los anteriores tienen la cubeta móvil la misma que deberá ser
enrasada con una punta de marfil y la superficie del mercurio que será el cero del instrumento. Los
barómetros tienen un termómetro adjunto para realizar las correcciones por temperatura toda vez que por ser
el único metal liquido experimenta dilataciones y contracciones con las variaciones de temperatura siendo
necesario llevarles las mediciones a condiciones normales
Existen varios tipos de barómetros de mercurio que se utilizan en las estaciones meteorológicas pero los más
conocidos son los tipo cubeta fija ( fig. 15) y los Fortin. Los barómetros para fines meteorológicos son
calibrados por comparación con barómetros patrones primarios o secundarios, que habitualmente se
encuentran en los principales centros nacionales de patrones físicos.
(fig. 15 )
23
Correcciones por temperatura
Las lecturas de los barómetros serán corregidas, para lograr el valor que habría obtenido el mercurio y la
escala si hubiesen estado a temperatura normal, para realizar estas correcciones los barómetros tienen adjunto
un termómetro.
Es importante que la instalación de los barómetros mercuriales sea totalmente vertical para evitar errores de
instalación, además de que el lugar no deberá estar expuesto a la radiación directa del sol, o en lugares
expuestos a cambios bruscos de temperatura, lo que ocasionaría errores en las lecturas finales de la presión.
Correcciones por gravedad
La lectura del barómetro de mercurio a determinada presión y temperatura depende del valor de la gravedad,
el cual a su vez varía con la latitud y con la altitud, los barómetro son calibrados a una gravedad normal de
9.80665 m s-2 y sus lecturas con cualquier otro valor de la aceleración de la gravedad deben ser corregidas.
CALCULO DE LA ACELERACION LOCAL DE LA GRAVEDAD
El valor teórico ( g ϕ, o ) de la aceleración de la gravedad al nivel medio del mar y la altitud geográfica, se
calcula mediante la siguiente ecuación:
g ϕ, o
=
9.80616 ( 1 – 0.002637 3 cos 2 ϕ + 0. 000 005 9 cos2 2 ϕ )
El valor local de la aceleración de la gravedad en un punto dado de la superficie del terreno en una estación
terrestre, se calcula mediante la siguiente ecuación :
g = g ϕ, o - 0.000 003 086 H + 0.000 001 118 ( H – H’ )
en donde:
g- es el valor local calculado de la aceleración de la gravedad en m s2, en un punto dado;
g ϕ, o = valor teórico de la aceleración de la gravedad en m s2
al nivel medio del mar y a la latitud geográfica
ϕ , calculado con la ecuación anterior.
H = elevación real del punto dado, en metros por encima del nivel del mar;
H’ = elevación media en metros por encima del nivel medio del mar, la superficie real del terreno incluida
dentro de un circulo cuyo radio es de 150 kilómetros aproximadamente y su centro el punto dado.
Todos los barómetros patrones secundarios deberán ser calibrados con el patrón nacional por lo menos cada
dos años, a su vez el Barómetro Patrón Nacional que es aquel que se pueden medir con una precisión de ±
0.05 hPa deberá ser calibrado con el Patrón Regional por lo menos cada dos años, para el caso de la Regional
III AR III de América del Sur los patrones se encuentran en: Buenos Aires - Argentina, Río de Janeiro Brasil y Maracay – Venezuela.
Los barómetros de trabajo o los que se hallan instalados en las diferentes estaciones meteorológicas deberán
ser calibrados por lo menos cada año.
BAROMETROS ANEROIDES
La presión atmosférica puede ser equilibrada en relación a una membrana a resorte de una cápsula metálica
evacuada. Una variación de la presión atmosférica implica una deformación de la membrana, la cual puede
ser amplificada y ser representada en una escala graduada en unidades de presión, este el principio del
barómetro aneroide y finalmente tenemos microprocesadores para los barómetros electrónicos.
24
( fig. 16 )
Barografo de cápsulas aneroides
Los barómetros aneroides tienen ciertas ventajas sobre los barómetros de mercurio, los aneroides son
considerados barómetros secundarios y deberán ser calibrados por lo menos cada año, estos instrumentos
vienen provistos de una articulación bimetálica de termocompensación, para compensar las variaciones de
temperatura, con este dispositivo es posible obtener errores del 0.5 hPa. Además el barómetro aneroide es
ajustado para leer la presión a la elevación real de la estación meteorológica y es termocompensado, no
necesita ninguna corrección, incluida la de la aceleración de la gravedad.
Las fuentes de error de los barómetros aneroides son:
♦ Compensación incompleta por cambios de temperatura
Con temperaturas altas y el perdida de las propiedades elásticas de la cápsula, el instrumento tiende a leer
una presión demasiada alta, un compensador bimetálico bien diseñado puede controlar el error por
temperatura. La compensación parcial se alcanza mediante la presencia de un gas inerte en la cápsula
aneroide, siendo valida solamente una determinada presión.
♦
Histéresis
Si la cápsula aneroide es sometida a una variación grande y muy rápida, la cual vuelve a su valor
inicial, la cápsula indicará una presión inicial distinta, que cambiara lentamente hasta alcanzar su
valor original, a este fenómeno se lo conoce como histéresis.
♦
Variaciones seculares de las propiedades elásticas de la cápsula aneroide
Debido a los cambios estructurales graduales del material, las propiedades elásticas de la cápsula se
deterioran eventualmente, conduciendo a errores que aumentan con el tiempo. Si se requiere una
precisión de 0.2 hPa es necesario realizar un control mensual.
ANEMOMETRIA
25
MEDICION DE LA DIRECCION Y VELOCIDAD EL VIENTO DE SUPERFICIE
La intensidad el viento es una cantidad vectorial que tiene dirección y magnitud, esta es considerada
en términos de tres componentes, ubicándose dos de ellas en un plano paralelo a la superficie de la
Tierra, y la tercera perpendicular a ese plano. Con fines meteorológicos la componente vertical es
despreciada, considerándose por lo tanto el viento en superficie como una cantidad vectorial en dos
dimensiones.
Las variaciones del viento están sujetas a variaciones tanto en período como en amplitud. Esto se debe al
que el flujo del aire conocido como viento no es laminar. El viento sobre la superficie de la tierra es
turbulento. La orografía de la Tierra es el principal factor que determina la estructura turbulenta del
viento.
ESCALA BEAFORT DE LA FUERZA DEL VIENTO
Número
Beafort
Descripción
Velocidad
Viento
En Nudos
0
1
Calma
Ventolina
1–3
0 0.2
0.3 1.5
2
Brisa suave
4 - 6
1.6
3.3
3
Brisa Leve
7 - 10
3.4
5.4
4
11 - 16
5.5
7.9
5
Brisa
Moderada
Brisa Fresca
17 - 21
8.0
10.7
6
Brisa Fuerte
22 - 27
10.8 13.8
Equivalente Especificaciones para observaciones en
m/s
Superficie
Calma el humo sube verticalmente
Se define la dirección por el humo, pero no por
veletas.
El viento se siente en la cara; se mueven las
hojas de los árboles; el viento mueve a las
veletas.
Las hojas y ramas pequeñas se hallan en
constante movimiento.
Se levantan polvo y papeles sueltos se mueven
las ramas pequeñas de los árboles.
Se mueven los árboles pequeños; se forman
pequeñas olas en estanques y lagunas
Se mueven las ramas grandes de los árboles;
silban los cables telefónicos; los paraguas se
utilizan con dificultad.
Las veletas Instrumentos para medir la velocidad y dirección el viento que por normas de la OMM se lo
instala a diez metros sobre la superficie del suelo, pero para otros propósitos o estudios especiales se lo
puede instalar según las necesidades a diferentes alturas.
26
VELETA O ASPA DE WILD
Es un instrumento muy robusto pero no es muy preciso para la medición de la dirección y velocidad el
viento mucho dependerá del observador para que las mediciones sean lo mas exactas posibles.
Consta de una placa o plancha metálica , la misma que oscila como péndulo en un eje horizontal a la que
va adherida la veleta propiamente dicha que consiste en dos placas verticales que siempre tienen un
flanco expuesto al flujo del viento las mismas que determinan de donde proviene el viento, con la ayuda
de una escala orientada con los ocho puntos cardinales. Un mucho de los casos la veleta tiene marcado
únicamente el Norte con la letra N. En su parte superior y perpendicular a la plancholeta o placa
metálica se encuentra una escala graduada en : 0; 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 10 ; 14 y 20 m/s.
ANEMOMETRO DE CAZOS ( TOTALIZADOR)
El anemómetro de cazoletas esta construido en base al molinete. Tres o cuatro cazoletas se ubican
simétricamente alrededor de un eje vertical. Debido a que la fuerza del viento es mayor sobre el lado
cóncavo de la cazoleta en comparación con el lado convexo, la corriente del aire hace rotar el molinete
para nuestro ejemplo el anemómetro, cuya construcción se lo realiza considerando la disminución de la
fricción con el emplazamiento de pistas de rulimanes o cojinetes en sus ejes.
27
La velocidad de rotación no depende de la dirección del viento ni del grado apreciable de densidad el
aire. Con vientos ligeros funciona muy bien este instrumento, pero para vientos racheados, tiende a
registrar velocidades medias más altas a las reales. Esto se debe a que la rueda de las cazoletas a causa de
la inercia, acelera más rápidamente con la velocidad creciente que lo desacelera con la velocidad del
viento decreciente.
Existen también anemómetros de hélice con un sensor distinto para la velocidad del viento. La teoría fue
desarrollada en relación al vuelo de los aviones, el eje de la hélice debe ser paralelo a la dirección del
viento. Debido a la velocidad giro relativamente alta de la hélice su aplicación esta limitada a un gama
de velocidad del viento de 0 a 40 m/s, al igual que el anemómetro de cazoletas el de hélice sobrevalora la
velocidad media de los vientos racheados pero en menor escala.
MEDICION DE LA RADIACION SOLAR
La Radiación Solar es de máxima importancia para la vida sobre la Tierra, los distintos flujos de la
radiación hacia y desde la superficie de la Tierra son términos de balance de calor de la Tierra en su totalidad
y en cualquier lugar en particular.
La distribución espectral de la intensidad de radiación extraterrestre solar cubre una banda de frecuencias que
va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo pasando por la luz visible.
100 - 400 nm Radiación Ultravioleta
400 - 730 nm Radiación Visible
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730 nm - en adelante Radiación Infrarroja.
Los principales instrumentos para medir la Radiación Solar son :
Pirheliómetro.- Instrumento para medir la Radiación Solar directa a incidencia normal.
Piranómetro .- Instrumento para medir la Radiación Solar que emana de todo un hemisferio.
Pirgeómetro ._ Instrumento para medir la Radiación Solar neta sobre una superficie negra
horizontal orientado hacia arriba a la temperatura ambiente.
Pirradiómetro .- Instrumento para medir la Radiación Solar y Terrestre.
Si a un Piranómetro se lo coloca una banda metálica o pantalla que interfiera la radiación Directa
proveniente del Sol, entonces el instrumento nos registrara la Radiación Difusa
R Global = Radiación Directa + Radiación Difusa
La constante solar según la CIMO de la OMM recomienda el valor de 1367 ± 7 W/m2
( fig.18 )
RADIACION ULTRAVIOLETA
Radiación ultravioleta (UV) es una parte específica del espectro de la radiación del sol que llega a la
superficie terrestre y en el espacio exterior de la atmósfera, la radiación ultravioleta se extiende desde 400
hasta 180 nanometros (nm) de longitud de onda ( λ ) . El siguiente gráfico (fig.19) indica la distribución
general del espectro solar y la absorción por los distintos gases de la atmósfera.
29
(fig. 19)
En Mecánica cuántica la radiación se describe como haces de paquetes aislados de energía, conocidos como
cuantos o fotones.
Max Planck expresa el contenido de energía para un fotón, con la siguiente igualdad:
E = hc/l (1)
Donde: E = Energía del fotón en Joules
h = Constante de Planck ( 6.625 x 10-34 Js)
c = Velocidad de la luz (3x108 m/s)
l = Longitud de onda [m]
El contenido de radiación ultravioleta dentro el espectro de la radiación solar, es aproximadamente el 7 por
ciento y se clasifica en
tres regiones espectrales de acuerdo a su longitud de onda (l ), así :
UVC, región comprendida entre longitudes de onda de 200 a 290 nm
UVB, región comprendida entre longitudes de onda de 290 a 320 nm
UVA, región comprendida entre longitudes de onda de 320 a 400 nm.
La división de la radiación ultravioleta en A, B y C se ha realizado convencionalmente considerando los
efectos en los organismos.
La UV-A representa el 6.3% de la energía total emitida por el sol, causa el envejecimiento de la piel, arrugas
y cataratas.
30
La UV-B representa aproximadamente el 1.5% de la energía total emitida por el sol, produce el cáncer de la
piel, afecta al desarrollo de las plantas y produce efectos negativos en la salud de los animales salvajes y
domésticos, altera la vida acuática además de deteriorar los plásticos , las pinturas y muy especialmente actúa
en el fitoplancton. Estos organismos inferiores, base de una cadena alimentaria en el mar, en un solo episodio
del agujero de ozono cumplen varias veces su ciclo reproductivo permitiendo detectar la presencia de
posibles agentes determinantes de mutaciones.
La UV-C no llega a la superficie de la tierra gracias al gigantesco filtro que presenta la atmósfera a este tipo
de radiación.
EL
OZONO
¿Qué es el ozono?
El ozono es un gas inestable de color azul y fuerte oxidante , es un compuesto inestable de tres átomos de
oxígeno, muy fácil de producir pero a la vez muy frágil y fácil de destruir.
El ozono es uno de los muchos gases constituyentes de la atmósfera. Aunque su proporción es pequeñísima
(10-5 %) en comparación con otros componentes, es de vital importancia porque protege la vida del planeta
de los rayos ultravioleta (UV-B) procedentes del sol, los cuales son peligrosos para la salud humana, para los
animales y las plantas, incluyendo el plancton marino. Así mismo, se está inyectando a la atmósfera
productos químicos que disminuyen la cantidad de ozono, tales como los CFC que se usan en la fabricación
de espuma y aerosoles, en limpiadores industriales y en refrigeración. De esa forma se tiene un aumento de la
radiación ultravioleta (UV-B), con efectos potenciales dañinos para los diferentes sistema terrestres. Por esta
razón, es de gran interés el seguimiento de las variaciones del contenido de ozono en la atmósfera.
El ozono se presenta desde la superficie terrestre hasta una altura aproximada de 70 kilómetros, pero la mayor
cantidad, cerca del 90%, se da en la estratosfera entre los 19 y los 50 kilómetros, con una máxima
concentración entre los 19 y 23 kilómetros. Esta capa de máxima concentración se conoce como capa de
ozono y varía según la época y el lugar geográfico. El ozono estratosférico se constituye en el principal filtro
de la radiación ultravioleta proveniente del sol.
El ozono es un gas muy raro en la atmósfera, ya que existe una relación de 3 moléculas de ozono por cada 10
millones de moléculas de aire. Este gas se mide en Unidades Dobson (UD). Mil Unidades Dobson equivalen
a una columna uniforme de ozono de un centímetro de espesor en condiciones normales de presión (1atm o
nivel del mar) y temperatura (273ºK o 0ºC).
La cantidad de ozono presente en la atmósfera es muy pequeña. Si todo el ozono que rodea la Tierra
fuera comprimido al nivel del mar (1013,25 hPa) y a 0ºC, es decir a condiciones normales de
temperatura y presión, dicha capa de ozono puro tendría aproximadamente 3 mm de espesor.
Aunque el contenido del ozono en la atmósfera es inferior a una parte por millón con respecto a los otros
gases componentes, posee una importancia vital, por cuanto absorbe una parte de la radiación solar, la
radiación ultravioleta, cuya incidencia sobre los seres vivos es notablemente nociva.
Ya a mediados de los años setenta el mundo comenzó a preocuparse por la paulatina destrucción de la capa
de ozono, la misma que incrementa paulatinamente el ingreso de la radiación ultravioleta, capaz de producir
catastróficos daños a los seres humanos y al medio ambiente en general. Esta preocupación llevo a formular
un plan de acción mundial, constituyéndose el Comité Coordinador de la Capa de Ozono, con la finalidad de
controlar este fenómeno, el mismo que realizo varios proyectos de investigación que fueron posibles gracias a
la Convención para la Protección de la Capa de Ozono, adoptada en Viena en 1985. En la Convención de
Viena en sus artículos 21 y 2 anexos, contiene prohibiciones generales que obligan a los países suscriptores a
proteger la salud humana y al medio ambiente de los efectos de la destrucción de la capa de ozono y a
intercambiar información científica y técnica. En el Convenio Marco adoptado en Viena, 25 países
31
suscribieron en Montreal, el 16 de septiembre de 1987, el Protocolo de Montreal Relativo a Las Substancias
Agotadoras de la Capa de ozono. Hasta abril de 1992, 76 países habían ratificado el protocolo, entre ellos el
Ecuador, el 30 de abril de 1990.
Básicamente la disminución de la capa de ozono se le atribuye a la presencia de
CLOROFLUOROCARBONOS (CFC), los CFC son propios de una sociedad opulenta. Se utilizan en una
serie de procesos industriales en la elaboración de : desodorantes, insecticidas, atomizadores para el cabello,
en sprays, en la refrigeración, fabricación de espumas de poliuretano flexible para los muebles e interiores de
los automóviles, asientos, y la espuma rígida en refrigeradoras congeladores, edificios, tanques y tuberías.
Acondicionadores de aire y otros usos como para extintores, operaciones de limpieza y adhesivos. Cuando se
liberan los CFC a la atmósfera son bombardeados por la radiación ultravioleta y se produce el cloro. Los
átomos de cloro que se reaccionan con el oxígeno de las moléculas de ozono para formar monóxido de cloro
ClO. Este a su vez reacciona también con el ozono para producir más oxígeno y más cloro. Esta compleja
cadena de reacciones es la causa de la destrucción del ozono.
En el Ecuador la institución responsable de implantar el protocolo de Montreal y controlar la utilización de
CFC es el Ministerio de Industrias Integración y Pesca. Pero lamentablemente en el país no existe ninguna
institución que realice el monitoreo de este preciado gas.
En octubre de 1978 es puesto en órbita el satélite de órbita polar el Nimbus 7, en el se incorpora el TOMS
( espectrómetro de seguimiento global del ozono), con la información proporcionada por este satélite desde
1978 a 1990 se observo la disminución de la capa de ozono en la Antártida, la misma que se lo conoce como
el agujero, este agujero aumenta considerablemente de tamaño en los meses de octubre cuando es la época de
la primavera en el continente blanco, y los años más críticos según los testimonios son los de 1987 y 1989,
durante este último la superficie del agujero fue de 19 millones de kilómetros cuadrados, una superficie
equivalente casi a toda América del Sur, este agujero según los investigadores de esta área permanecerá hasta
a mediados del próximo siglo, hasta que se puedan disminuir la presencia de CFC en la atmósfera. Este
fenómeno ocupa una de las áreas de mayor interés científico con respecto a la problemática del cambio
global del clima, ya que en un ámbito limitado en tiempo y espacio se reproducen episodios anuales, Se
puede apreciar casi directamente la acción el hombre sobre el medio ambiente.
En 1995, la disminución del ozono en la Antártida comenzó a finales del mes de julio, continuando en el mes
de agosto con una velocidad de 1 % diario, una de las más rápidas disminuciones, las medias mensuales
fueron de 25 y 30% más bajas que los promedios previos al agujero de ozono, e inferiores al 10% de los
últimos años. Para finales de 1995 la extensión el agujero de ozono es de 24 millones de Km2. Los valores
más bajos se registraron en el mes de octubre y estuvieron entre 110 y 120 m atm cm ( una disminución de
aproximadamente del 65%)
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