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martes, 29 de noviembre de 2011

La estación meteorológica (y VI)

Instrumentos de interior
Barómetro y barógrafo


Se define la presión atmosférica como la fuerza que ejerce la atmósfera, por razón de su peso, por unidad de superficie. Por consiguiente es igual al peso de una columna vertical de aire de base igual a la unidad de superficie que se extiende desde el suelo hasta el límite superior de la atmósfera.

En la proximidad de la superficie terrestre la presión atmosférica vale aproximadamente un bar, siendo:
1 bar = 105   newtons/metro cuadrado


Debido a las ligeras variaciones que se producen en el transcurso del día, se utiliza una unidad más pequeña que es el milibar :

1 milibar =  10-3 bares

Muchos barómetros están graduados en milímetros o en pulgadas de mercurio. En condiciones normales una columna de mercurio de 760 mm de altura verdadera ejerce una presión de 1013,250 milibares. Por lo tanto pueden aplicarse los siguientes factores de conversión:

1 mb = 0,750062 mm de mercurio normal
1 mm de Hg (mercurio) = 1,333224 mb

Si se tiene en cuenta que una pulgada es igual a 25,4 mm, se obtienen los siguientes factores de conversión:

1 mb = 0,0295300 pulgadas de mercurio normal   (in.Hg)n
1 (in.Hg)n = 33,8639 mb
1 (mmHg)n = 0,03937008 (in.Hg)n

El barómetro de mercurio fué inventado por Evangelista Torricelli en el siglo XVII. Está formado por un tubo de vidrio de 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior  y abierto por el inferior. El tubo se llena de mercurio, se invierte y se coloca el extremo abierto en un recipìente lleno del mismo líquido. Si entonces se destapa, el mercurio desciende dejando en la parte superior un vacío ( denominado vacío de Torricelli), y así el barómetro de mercurio indica la presión atmosférica por la altura de la columna de mercurio.

Depósito de mercurio de un barómetro de Torricelli
La altura de la columna de mercurio no depende solamente de la presión atmosférica,  pues también varía por la influencia de otros factores, especialmente la temperatura y la gravedad. Por lo tanto es necesario especificar las condiciones normales en que deberá ser leído el barómetro para obtener las medidas exactas de la presión.

El valor de 0,0ºC es la temperatura normal a la que hay que reducir las lecturas barométricas para referir la densidad real del mercurio a la temperatura observada, a la densidad normal del mercurio a 0,0ºC. Para ello se toma como densidad normal del mercurio a 0,0ºC el valor de 13595,1 kg/m3

Las presiones calculadas teeniendo en cuenta el valor local de la aceleración de la gravedad deben reducirse al valor normal de ésa aceleración. El valor de la aceleración normal se considera una constante convencional que vale: gn= 9,80665 m / seg2

Por lo tanto, para que las lecturas barométricas hechas a diferentes horas y en distintos lugares puedan ser comparables entre sí, hay que aplicar las siguientesw correcciones:

- Corrección instrumental (que ya viene especificada en el mismo barómetro)
- Corrección por variación de gravedad
- Corrección de temperatura

Es muy importante elegir cuidadosamente el lugar donde ha de instalarse el barómetro. Es particularmente necesario que el instrumento esté instalado en un sitio bien iluminado de una habitación cuya temperatura varíe poco o muy lentamente, que esté sólidamente colgado en posición vertical en una estancia orientada al norte, que no existan trepidaciones fuertes y que esté libre de sufrir choques importantes.

La lectura de la presión atmosférica se hace en último lugar de todas las observaciones que se llevan a cabo en una estación meteorológico y lo ideal es que coincida con la hora exacta de la observación. Para su lectura  lo primero que se toma es la temperatura del termómetro unido. Debe hacerse lo más rápidamente posible para evitar que el termómetro suba debido a la presencia del observador. Seguidamente se golpea suavemente el tubo de vidrio con el fin de estabilizar la superficie del mercurio. Por último se acciona un tornillo especial que actúa sobre el nonio, de modo que la superficie convexa del mercurio (que tiene esta forma debido a la capilaridad del elemento) quede enrasada con la parte inferior del nonio. Si el enrase está correctamente realizado, se debe ver un pequeño triángulo iluminado por la luz de fondo a cada lado del menisco.

Posición correcta del nonio para las lecturas en un barómetro

En la imagen anterior se muestra un ejemplo para la lectura correcta de la presión: Se lee primeramente el valor de la graduación de la escala (en éste caso, en milibares) que coincide con la base de nonio. Dicha lectura nos da un valor de 1010 mb. En la figura se ve que la graduación que se encuentra inmediatamente debajo del cero del nonio es 1012 mb. Después hay que buscar cuál es la división del nonio que coincide con un trazo de la graduación de la escala fija principal. En el caso anterior es el trazo del nonio marcado con "7", lo que significa que la altura verdadera del barómetro es superior en 0,7 a los 1012 mb. Teniendo en cuenta lo anterior, la lectura real del barómetro es de 1012,7 mb.

En las lecturas de los barómetros sin nonio hay que afinar bastante. Esto se consigue con la ayuda de una pequeña lupa para determinar lo más aproximadamente posible las décimas.

El barógrafo es un instrumento que proporciona un registro continuo de la presión atmosférica. El elemento sensible está constituído por una serie de cápsulas (llamadas de Vidi) en las que se ha hecho el vacío y que se dilatan o  contraen según que la presión atmosférica disminuya o aumente respectivamente. Las paredes interiores de éstas cápsulas se mantienen separadas entre sí gracias a un resorte que evita su aplastamiento cuando la presión es mayor. El movimiento resultante del conjunto de éstas cápsulas se amplifica por un sistema de palancas que accionan la pluma la cual  inscribe una curva sobre un papel especial (barograma), arrollado a un cilindro con movimiento  uniforme, accionado por un reloj.

Barógrafo en el que se distinguen las cápsulas de Vidi unidas por varios resortes al brazo que soporta la plumilla, que a su vez dibuja la curva de la presión sobre una banda de papel.
Si el barógrafo está compensado correctamente en cuanto a  temperatura y si no presenta defectos mecánicos, la curva del diagrama indica la presión al nivel de estación. Por ello se recomienda efectuar la regulación del instrumento teniendo como valor de referencia la lectura de un barómetro de mercurio normal. 

Su instalación requiere también de ciertas atenciones: Debe estar posado sobre una sólida repisa adosada a una pared de una estancia orientada al norte (si es posible, al lado del barómetro para una mayor comodidad a la hora de realizar las observaciones). Entre la repisa y la base del propio aparato, es conveniente intercalar una superfice de fieltro o cualquier otro material que amortigüe las vibraciones.

Reducción de la presión a los niveles tipo

Con el fin de comparar lñas observaciones barométricas hechas en estaciones diferentes, es necesario que las presiones estén reducidas al mismo nivel. En la mayoría de los países la presión atmosférica observada se reduce al nivel medio del mar.

Para las estaciones que no se encuentren al nivel medio del mar, es necesario considerar una columna de aire vertical ficticia, cuya sección es igual a la unidad de superficie (un metro) y que va del punto cero del barómetro al nivel medio del mar. El aumento de presión resultante del paso de ésta columna de aire ficticia depende de la altura de la columna, que es igual a la altitud de la cubeta del barómetro sobre el nivel medio del mar; del valor medio de la aceleración de la gravedad en la columna y de la densidad del aire de ésa misma columna, que depende a su vez de la temperatura media y del contenido de vapor de agua en el aire de la misma.

Fórmula para el cálculo de la presión a nivel del mar, conociendo la presión a nivel de estación


  
      QNH = 1013,25 [((0,0065/288,15) * H) + (QFE / 1013,25) ^1/5,256] ^5,256 
 
De donde:

QNH: Valor de la presión a nivel del mar a calcular. QNH son las siglas de la presión atmosférica transmitidas en los partes METAR de un aeródromo.
H: Altitud del observatorio con respecto al nivel del mar
QFE: Presión barométrica a nivel de estación
Detector de descargas eléctricas

Consta de una antena receptora que capta las señales electromagnéticas que se originan en una descarga eléctrica, bien sea desde la nube al suelo o entre la misma o distintas nubes. La señal recogida viaja a través de un cable hacia una tarjeta "pinchada" en uno de los slots libres del ordenador. Un software específico analiza la señal y la dibuja en un mapa apropiado, señalando la distancia y el tipo de descarga: Rayos nube-nube, positivos y negativos; o rayos nube-suelo, positivos y negativos.

El tubo más grueso pintado de blanco, aloja la antena del detector de descargas eléctricas 

Para que la antena no esté expuesta a interferencias es necesario alejarla lo más posible de cualquier estructura metálica. Una distancia de por lo menos un metro es suficiente para que capte bien las señales.

Pantalla del ordenador con el software del detector de descargas funcionando. Se aprecia el punto de estación (localizado por sus coordenadas geográficas) y una serie de círculos concéntricos a su alrededor que indican la distancia en kilómetros.

Para que los detectores de descargas pueden ofrecer datos fiables en cuanto a dirección y distancia de los núcleos de tormenta, es necesario realizar cálculos de triangulación con otros detectores situados a distancia. Para ello se ha establecido una red de descargas de observadores aficionados bajo la supervisión de Meteoclimatic, cuya web puede visitarse en:


pulsando la pestaña "rayos".













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