O Pluviómetro

A forma mais comum de precipitação, a Chuva, é provavelmente a mais fácil de medir. Entretanto, outros dispositivos sofisticados são usados para medir pequenas quantidades de chuva mais precisão, assim como para reduzir perdas por evaporação. O pluviômetro padrão tem um diâmetro de cerca de 20 cm no topo. Quando a água é recolhida, um funil conduze-a a uma pequena abertura num tubo de medida cilíndrico que tem área de secção reta de somente um décimo da área do colector. Consequentemente, a espessura da chuva precipitada é aumentada 10 vezes, o que permite medidas com precisão de até 0,025 cm, enquanto a abertura estreita minimiza a evaporação. Quando a quantidade de chuva é menor que 0,025 cm, é considerada um traço de precipitação.

Além do pluviômetro padrão, há vários tipos de pluviógrafos, que não apenas registam a quantidade de chuva, mas também o seu instante de ocorrência e intensidade (quantidade por unidade de tempo). Os mais comuns são abaixo descritos.

Um deles é constituído por dois compartimentos, cada qual com capacidade de 0,025 cm de chuva, situados na base de um funil de 25 cm. Quando um dos compartimentos está cheio, ele entorna e se esvazia. Durante este intervalo o outro compartimento toma seu lugar na base do funil. Cada vez que um compartimento entorna, um circuito elétrico é fechado e a quantidade de precipitação é automaticamente registrada num gráfico.

O outro é o pluviógrafo de pesagem, no qual a precipitação é recolhida num cilindro que está sobre uma balança. À medida que o cilindro se enche, um registador regista o peso da água acumulada, calibrado em espessura de precipitação.

A exposição correta do pluviômetro é crítica. Para assegurar medidas representativas, deve haver proteção contra ventos fortes mas também distância de obstáculos que impeçam chuva oblíqua de cair no pluviômetro. Em geral os obstáculos deveriam estar a uma distância do pluviômetro igual a quatro vezes a sua altura.

Cumprimentos
Mango

Faça Seu Próprio Pluviômetro

Faça Seu Próprio Pluviômetro

Medir a quantidade de chuva que cai é uma etapa muito importante na gestão do suprimento de água doce para a agricultura e outros usos. Este Desafio de Engenharia SEED envolve projetar e construir um pluviômetro que meça o volume de chuva com o máximo de precisão possível. Leia esta breve história dos pluviômetros, depois construa um para você.

Medindo o Volume de Chuva: Uma Breve História
As pessoas medem o volume de chuva há milhares de anos. Os registros mais antigos de que tem conhecimento foram feitos na Grécia por volta de 500 a.C. Mais ou menos um século depois, soberanos da Índia enviavam tigelas às vilas de seus reinos como uma ferramenta oficial para medir a colheita em potencial dos fazendeiros. Essas medições de volume de chuva foram então usadas para determinar quais seriam os impostos sobre as terras dos fazendeiros.

O Pluviômetro Padrão

O pluviômetro mais comum – atualmente usado por institutos oficiais de previsão do tempo e em aeroportos – foi inventado há mais de 100 anos. Ele é composto de um cilindro grande com um funil e um tubo medidor menor em seu interior. O pluviômetro “oficial” especificado pela agência climática dos EUA é um cilindro de 50 cm de altura com um funil de 20 cm. A água é coletada em um tubo de medição que tem exatamente um décimo da seção transversal do topo do funil. Conseqüentemente, a altura da água coletada no tubo medidor é exatamente dez vezes menor do que se tivesse sido coletada apenas no cilindro. Por exemplo, um décimo de um centímetro de chuva encheria um centímetro do tubo medidor. Esse exagero da altura da água no tubo permite aos meteorologistas fazer medições mais precisas do volume de chuva. Uma vareta de medição especial inserida no tubo de medição é graduada para levar em consideração o exagero.

O pluviômetro padrão pode medir até 5 cm de chuva. Se o volume de chuva exceder cinco centímetros, a água transborda para o cilindro que envolve o tubo de medição. Para descobrir a precipitação total, o observador esvazia os 5 cm no tubo de medição grande, e então pega a água no cilindro e a despeja cuidadosamente no tubo agora vazio. Essa medição, somada aos cinco cm, dá o volume total de chuva.

Sabendo Quando Choveu
O pluviômetro descrito acima é bastante preciso, mas as medições são feitas apenas quando alguém o esvazia. Isso pode ocorrer apenas uma vez por dia, ou até menos. Um método para se registrar o período de chuva é usar um registrador de tambor mecânico. Dentro do cilindro de coleta de água há uma bóia presa a uma caneta. Se o nível de água no cilindro aumentar, a bóia se levanta e a caneta registradora traça a mudança de altura em um gráfico. O gráfico é anexado a um tambor movido a corda que gira bem lentamente. Quando o cilindro de coleta fica cheio, ele se esvazia automaticamente através de um sifão, passando a água para uma lata coletora maior na parte inferior. Quando isso acontece, a caneta registradora afunda do nível máximo para a linha zero do gráfico e, se continuar chovendo, começa a registrar uma linha ascendente novamente. O gráfico deve ser substituído regularmente – geralmente, toda semana ou todo mês – e, quando isso é feito, o conteúdo da lata coletora também é medido.




Em 1622, o arquiteto britânico Sir Christopher Wren projetou o primeiro pluviômetro basculante. Esse dispositivo faz um furo em uma fita de papel após um determinado volume de chuva. O pluviômetro de báscula ainda é amplamente usado, mas com dispostivos eletrônicos de medição no lugar de fita de papel para registrar o volume e o tempo de precipitação.

O pluviômetro de báscula registra o momento em que um de dois reservatórios especialmente projetados tomba, o que ocorre quando um determinado volume de água cai em seu interior (normalmente 0,1 cm). Quando um reservatório tomba, o outro rapidamente se desloca para pegar a próxima unidade de precipitação. Cada vez que um reservatório tomba, um sinal eletrônico é enviado a um registrador conectado a um relógio. Na maioria dos pluviômetros a báscula, a água escoa pelo fundo, portanto não é necessário esvaziar o aparelho manualmente. Esse dispositivo possibilita determinar quanta chuva cai durante determinados períodos de tempo sem que ninguém esteja presente na estação climática. Além de saber o volume de chuva que caiu em um determinado período de tempo, também é útil para conhecer sua intensidade. Por exemplo, cinco centímetros caindo ao longo do dia provavelmente teriam uma drenagem segura, mas a mesma quantidade caindo em uma hora provavelmente causaria uma enchente


O pluviômetro a báscula é especialmente bom para medir precipitações leves a moderadas. Durante uma leve garoa, a chuva coletada em um reservatório pode não ser suficiente para tombá-lo, e a água pode evaporar antes que mais água seja adicionada. Durante chuvas muito fortes, como tempestades, a água pode continuar caindo dentro do reservatório enquanto este esvazia, antes que o próximo reservatório se posicione. Conseqüentemente, o pluviômetro a báscula pode subestimar a precipitação. Falhas também podem ser ocasionadas por obstrução do mecanismo de báscula, o que normalmente é causado por teias de aranha. Além disso, granizo, neve, ninhos de pássaros, insetos, teias de aranha e folhas podem obstruir o funil, levando a um transbordamento. Por esse motivo, é comum colocar dois pluviômetros lado a lado, para que os erros possam ser rapidamente detectados e corrigidos.

Pluviômetro Tipo Balança

Outra variedade é o pluviômetro tipo balança, formado por um recipiente colocado sobre uma balança. A balança é ajustada para o recipiente e mede o peso da água da chuva coletada.

Um Pluviômetro Eletrônico

Um Pluviômetro Eletrônico


Aqui está uma idéia para um pluviômetro semelhante àquele construído com um cilindro graduado e funil. Mas ele se esvazia automaticamente quando cheio e é capaz de registrar o número de vezes que é enchido. Vamos dar algumas idéias de como você pode construí-lo. Você pode mexer nos detalhes e modificar o plano conforme achar adequado.

Você vai precisar de uma Placa GoGo ou um microcontrolador semelhante. Visite o site da Placa GoGo (em inglês) para mais informações sobre esse dispositivo (dois dispositivos semelhantes disponíveis comercialmente são Handy Cricket e LEGO RCX).

A descrição abaixo fará sentido depois que você se familiarizar com o funcionamento e a programação da Placa GoGo.

Há um sensor de condutividade em uma altura específica do cilindro. Como a água conduz eletricidade e o ar não, a Placa GoGo consegue fazer a leitura quando a água atinge o nível do sensor. O sensor de condutividade é apenas um par de fios com uma pequena separação entre si.

Programando a Placa GoGo

Você terá de programar a Placa GoGo para que o motor e o sensor interajam entre si. Quando o nível d'água atinge o sensor, o motor se liga e abre a válvula. Após a drenagem da água, a válvula se fecha.

Você pode programar o dispositivo para permitir tempo suficiente para que a água escoe antes que ele se feche novamente. Outra abordagem é instalar um segundo sensor de condutividade na parte inferior do cilindro. Quando este sentir que não há mais água, a válvula pode ser fechada.

A Placa GoGo também é capaz de registrar dados. Ela consegue manter o controle de quantas vezes o cilindro se enche e esvazia. Esses dados podem ser usados para calcular a precipitação total a partir do momento em que o dispositivo foi ativado.

Veja que modificações interessantes você pode fazer a esse projeto, ou então desenvolver um pluviômetro eletrônico completamente original. Envie-nos um relatório sobre seu projeto de engenharia. Nós iremos publicar seus resultados aqui no site do SEED.

Dispositivo Comercial de Medição de Chuva

Dispositivo Comercial de Medição de Chuva


O Rainman — fabricado pela Lambrecht GmBH com o software Van Essen da Schlumberger — é um pluviômetro comercial que atende aos padrões da Organização Meteorológica Mundial. Ele mede o volume de precipitação contando quantas vezes um pequeno reservatório se enche e tomba. O Rainman não apenas conta o número de tombamentos, ele também registra o horário de cada evento. A combinação desses dados permite uma medição precisa do padrão de precipitação ao longo do tempo.

O Rainman é colocado em um local onde o nível de precipitação seja considerado representativo de uma área. A chuva da superfície coletora cai em um reservatório basculante dentro do instrumento. Depois que o Rainman coleta 0,1 mm de água da chuva, o reservatório atinge seu nível máximo e tomba. O movimento do reservatório emite um sinal para o registrador de dados na memória do Rainman, que pode armazenar até 32.000 medições.

O sistema é completamente autônomo, com baterias internas que podem durar até 10 anos. Em áreas propensas ao congelamento, um aquecedor derrete o gelo e a neve em temperaturas abaixo de -20°C. O aquecedor exige uma fonte de alimentação separada.

Os dados incluem tanto o volume de chuva quanto os horários dos registros. Eles podem ser apresentados de forma ilustrada ou em gráficos. Também podem ser carregados em uma planilha eletrônica para posterior processamento.



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