La estación meteorológica (IV)

Los equipos del recinto meteorológico (cont).

El heliógrafo de Campbell-Stockes

El heliógrafo se utiliza para medir las horas de sol efectivas. El modelo más utilizado en España es el Campbell-Stockes que está constituído por una esfera de vidrio de 96 mm de diámetro, montada concéntricamente en el interior de un casquete esférico cuyo radio es tal quye los rayos solares forman un foco muy intenso (como si se tratase de una lupa) sobre una banda de cartulina encajada en las ranuras del casquete. Este lleva tres pares de ranuras paralelas en las cuales se pueden alojar tres clases de bandas diferentes.

La bola de cristal reposa sobre un soporte cóncavo, hacia arriba, de forma esférica. Una arandela elástica alcanza el borde de la bola y por medio de un tornillo y un disco mantiene oprimida a ésta contra el apoyo inferior. Con ello se logra una fijación más que suficiente.

Vista general del heliógrafo de Campbell-Stockes. con la banda correspondiente al verano

Para su instalación hay que elegir un emplazamiento en el que los rayos del sol puedan llegar al aparato sin impedimento durante todo el dia. En el caso de un recinto meteorológico, la zona donde debe instalarse siempre será al sur; otro emplazamiento pueden ser, por ejemplo, en una azotea. Sin embargo, lo más recomendable (según las normas de la OMM), es que el asentamiento del aparato sea firme, de manera que no sea posible una alteración del mismo por influjo de la temperatura, viento o humedad ni por las trepidaciones. Debe evitarse siempre la sustentación de madera y es recomendable la de piedra o mampostería o, en último caso, la de metal. La bola de cristal del heliógrafo deberá a estar a una altura de 1,30 m., sobre terreno de césped o hierba corta.

El heliógrafo consta de dos bases siendo la inferior (o fundamental) la que se fijará permanentemente a la obra de sustentación y que deberá nivelarse con un nivel de burbuja para que quede perfectamente horizontal con respecto al suelo. La base por encima de la placa fundamental puede moverse con respecto a ésta, de modo que el aparato pueda ajustarse por medio de las tuercas de fijación y al objeto de realizar con más precisión la afinación de la alineacion Norte-Sur.

Para la correcta instalación del heliógrafo son necesarios los ajustes siguientes:

1.- La base debe estar exactamente horizontal.

2.- El casquete o soporte debe disponerse de modo que la línea media (en sentido longitudinal) de la banda equinoccial se halle en el plano del ecuador celeste. Para ello existe una escala de latitudes marcada en la montura del casquete que facilita éste ajuste; debe coincidir la latitud del lugar con la marca situada a tal efecto.

3.- El plano vertical que pasa por el centro de la esfera y por la señal de mediodía marcada en el casquete, debe coincidir con el plano meridiano geográfico.

Heliógrafo ajustado en sentido horizontal (latitud del lugar) y longitudinal (longitud del emplazamiento)

El proceso más delicado del ajuste del heliógrafo es el que hay que realizar para adecuarlo al plano del meridiano. Es decir la linea N-S de la fotografia anterior debe coincidir exactamente con el meridiano del lugar de la instalación. Para ello se siguen estos pasos:

A) A las 12 horas hay que sumarle una o dos horas según el adelanto de la hora oficial (una en horario de invierno y dos en horario de verano).

B) Sumar o restar la longitud geográfica del lugar (expresada en tiempo, no en grados) para puntos situados al Oeste/Este del meridiano de Greenwich.

La conversión de la longitud geográfica expresada en unidades angulares a unidades de tiempo (es decir horas, minutos y segundos) es muy sencillo, teniendo en cuenta que:

1º, equivale a 4 minutos; 1', equivale a 4 segundos; y cada 15" equivalen a 1 segundo

C) Sumartle algebraicamente la ecuación del tiempo que ya vienen tabuladas en tablas especiales. 

 En el caso de que no figure el dia deseado será necesario interpolar.

Ejemplo de calibración:

OBSERVATORIO: Oviedo

LONGITUD: 5º 52' 24" W

FECHA: 13 de Febrero 

Convertimos la longitud geográfica a unidades de tiempo:

5º = 5 x 4 minutos = 20 minutos

52' = 52 x 4 segundos = 208 segundos

24" = 24/15 = 2 segundos

Entonces, 5º 52' 24" es igual a:  20 m + 208 seg + 2 seg;  ó igual a:  20 minutos, 210 segundos

Simplificando quedan: 23 minutos y 30 segundos

Como estamos al OESTE del meridiano de Greenwich, hay que sumar el resultado a la ecuación del tiempo.

Dicha ecuación, segun las tablas tabuladas vale 14 minutos y 18 segundos para el dia 13 de Febrero, y habrá que sumar 1 hora de adelanto oficial por ser horario de invierno. Por lo tanto:

(12 horas + 1 hora) + (23 minutos 30 segundos) + (14 minutos 18 segundos) = 13 horas, 37 minutos y 48 segundos.

Esto quiere decir que el dia 13 de Febrero el sol pasa por el lugar del emplazamiento del heliógrafo a las 13 horas, 37 minutos y 48 segundos, leído en un reloj que marque la hora oficial y, en ése instante, la sombra de cualquier obstáculo indicará exactamente el norte y sur geográficos.

D), Coger una banda adecuada a la época del año que corresponda y ajustar la marca impresa de las 12 horas con la señal grabada en el casquete del heliógrafo. El sol debe estar exactamente en ése punto.

Detalle del foco producido por la bola de cristal que va quemando la banda y dibujando la traza. La banda esta señalada en su mitad con el numero 12 y debajo de él la letra "S". A la hora de colocar la banda. está señal debe coincidir con la marca grabada en el casquete del aparato (una ranura longitudinal que se ve debajo de la banda.).

 

Si todos los ajustes están bien hechos, las quemaduras producidas por el sol a través de la esfera deben ser paralelas a la línea media de la banda. Un mal ajuste puede dar lugar a pérdidas considerables en el registro de horas de insolación, en ciertas épocas del año, por salirse de la banda la traza o quemadura. Una traza simétrica pero que no es paralela a la línea media de la banda, acusa falta de ajuste de latitud. Una traza asimétrica se debe a un mal ajuste respecto al meridiano o a una nivelación defectuosa. Una traza en posición correcta en los equinoccios pero que no es paralela a la línea media de la banda en otras estaciones del año, indica un desplazamiento del centro de la esfera de vidrio sobre el plano del ecuador. Y por último un centrado defectuoso da lugar a una traza muy ancha y mala definida en sus extremos.

Análisis de los registros

Como ya se había comentado  existen tres tipos de bandas que se colocan en las ranuras de la parte posterior del casquete metálico en función de la época del año. Son bandas impresas en cartón azul y graduadas en horas y semihoras.

Los tres tipos de bandas de registro. El bolígrafo se ha fotografiado junto a ellas como referencia de su tamaño.

Banda curva corta o de invierno: Se coloca desde el 13 de octubre hasta el 28 ó 29 de Febrero en la ranura superior.

Banda recta o equinoccial:  Se coloca desde el 1 de marzo al 12 de abril y también desde el 1 de septiembre al 12 de octubre, en la ranura intermedia.

Banda curva larga o de verano: Se coloca desde el 13 de abril hasta el 31 de agosto en la ranura inferior.

Para determinar la duración total de la insolación en un día se sigue este procedimiento:

a) En el caso de una traza limpiamente quemada, con los extremos redondeados, se rebaja la longitud del surco, o traza total, en un valor igual a la mitad del radio de curvatura de cada extremo; en general ésta rebaja corresponde a una reducción de 0,1 de hora de la longitud total del surco quemado.

b) En el caso de quemaduras circulares, la longitud media debe ser igual a la mitad del diámetro de la quemadura. Si apareciesen varias trazas circulares en una misma banda, basta tener en cuenta, en general, que 2 ó 3 trazas corresponden a 0,1 de hora de insolación; 4, 5 ó 6 trazas, a 0,2 horas de insolación, y así sucesivamente por pasos de 0,1 hora.

c) Cuando la traza no es más que una quemadura estrecha o una simple mancha, haya que medir la longitud total de la traza.

d) Cuando la anchura de una traza continua se reduce durante algún tiempo en un 1/3 por lo menos, hay que restar de la longitud total 0,1 de hora por cada estrechamiento, pero la duración máxima así sustraída no debe sobrepasar la mitad de la longitud total de la traza.

Actualmente existen plantillas impresas de metacrilato, cuyas marcas están divididas en décimas de hora,  que colocadas encima de la banda permiten leer con más facilidad el tiempo de insolación.

banda de invierno retirada del heliógrafo y plantilla para realizar el cómputo de las horas de sol.

En la fotografia superior tenemos una banda del heliógrafo que corresponde a la época de invierno, con una traza perfectamente paralela a la línea media de la misma, lo que denota una buena instalación de aparato en cuanto a la nivelación, latitud y  longitud de su lugar de emplazamiento.

Se había comentado anteriormente que éstas bandas van divididas en horas y semihoras que se corresponden con la hora solar y no con la hora oficial; pero esto no tiene ningúna importancia a la hora de contabilizar el tiempo de insolación.

El sol comienza a quemar la banda un poco después de las 11:15Z y finaliza unos minutos antes de las 15:20Z. El trazo es uniforme, continuo y bien definido. De su análisis podemos deducir que hay tres horas exactas (de 12 a 15), más las fracciones correspondientes que suman respectivamente 0,7 décimas de hora (antes de las 12) y 0,3 décimas de hora despues de las 15. Entonces la suma total de las horas de sol sería:  0,7 + 3 + 0,3 = 4 horas.