Pluviómetros y Tipos de Errores en La Medición - Alumnos
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Hidrología Aplicada – Docente: Francisco Ergueta Acebey
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PLUVIÓMETROS: Errores Posibles
El pluviómetro más tradicional
El pluviómetro Hellmann es el más tradicional y utilizado. Consta de dos vasos fabricados con plancha de acero inoxidable
que se acoplan entre sí. El superior, llamado receptor, presenta una boca recolectora biselada de 100 cm2 terminada en
un embudo cuyo diseño minimiza las salpicaduras. El inferior, llamado protector, recoge el agua del embudo mediante
una vasija aislada en el centro, dejando así una cámara de aire alrededor que ayuda a evitar las pérdidas por evaporación
del agua acumulada.
Incluye una probeta graduada de plástico para efectuar las lecturas de la lluvia caída y un soporte para la fijación del instrumento a un poste, valla, etc.
Especificaciones técnicas
Especificaciones del sensor • Resolución: 1 mm
Especificaciones mecánicas • Material: acero inoxidable • Dimensiones: 115 x 300 mm
• Peso: 730 g
La medida de la precipitación es realmente importante pues prácticamente es la única que nos proporciona los aportes de agua. Sus medidas deben ser lo más correctas y precisas posibles para así obtener valores adecuadamente representativos, ya que, por una causa o por otra siempre vamos a
captar menos precipitación de la que realmente cae y ésta es precisamente la característica que
vamos a estudiar, con la constante amenaza además, de su enorme variabilidad, lo que puede resultar desalentador más aún si tenemos en cuenta que la superficies medidoras son miles de millones de
veces inferiores a la superficie a analizar. Pero no debemos desalentarnos, se hace lo que se puede, y
para ello se han confeccionado normas de medida internacionales adecuadas y a ellas debemos ajustarnos, pero sin querer ir más allá.
Vamos a tratar de los errores que se producen en la medida de la precipitación por parte de los pluviómetros tipo Hellmann normalizados por la OMM‐CIMO (Organización Meteorológica Mundial –
Comisión de Instrumentos y Métodos de Observación).
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Los errores en la medición de la precipitación los vamos a dividir en dos grandes grupos: Errores propios del aparato de medida y errores ajenos o externos.
Veamos a los principales.
Errores propios del aparato de medida.
MALA COLOCACIÓN DE LA VASIJA
GRIETAS IMPERCEPTIBLES
PROBETAS IMPRECISAS
PARALAJE
PÉRDIDAS POR REBOTES
EVAPORACION
ADHERENCIA
Errores externos.
DERRAMES DE AGUA
SALPICADURAS EXTERNAS
UBICACIÓN DE LOS PLUVIÓMETROS
INFLUENCIAS OROGRÁFICAS
VIENTO
***************
MALA COLOCACIÓN DE LA VASIJA
La vasija o colector debe tener una estrecha boca de
entrada para que la evaporación sea la mínima posible. Se suele sujetar en el centro del vaso inferior con flejes soldados al fondo o a las paredes que con el tiempo
suelen romperse o deformarse. Pero además los bordes metálicos de los vasos tanto superior como inferior se
van abollando por golpes y caídas por lo que dejan de
encajar uno en otro. En el intento de forzar su
acoplamiento
la
vasija
puede
desplazarse
de
su
posición
por lo que el agua se puede perder total o parcialmente.
En el caso del pluviómetro de policarbonato las aletas del vaso inferior ajustan de forma milimétrica y perfecta
con la vasija, cuyos ángulos suaves han sido calculados para que las colocaciones inadecuadas sean imposibles, esto es, no hay posibilidad de colocar mal la vasija, por tanto, este error aquí es inexistente. (En la figura: Pluviómetro de policarbonato).
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GRIETAS IMPERCEPTIBLES
Cualquier instrumento que ha de permanecer a la intemperie durante toda su vida, como sucede con
los pluviómetros, tienen un alto índice de deterioro debido a golpes y a las continuas y extremas oscilaciones térmicas que hace que se abran pequeñas grietas, cuya existencia supone no saber nunca
con exactitud el momento en que comienzan a producirse, ni el tiempo en el que se lleva arrastrando
ese error.
Esto nos debe llevar a comprobar con frecuencia el estado de los vasos y si las soldaduras continúan
en perfectas condiciones aunque muchas veces pueden quedar enmascaradas por la pintura. Nos referimos especialmente a los vasos superior e inferior ya que modernamente la vasija ahora se
fabrica de plástico con lo cual el error en ella desaparece. Este error se ha minimizado mucho ya que
solo se pone de manifiesto cuando en precipitaciones abundantes se desborda la vasija. En el pluviómetro de policarbonato este error no existe al ser de una sola pieza y no tener ningún tipo
de soldaduras.
PROBETAS IMPRECISAS
Estos errores son prácticamente sistemáticos pudiendo ser positivos o negativos y afectar total o
parcialmente a la probeta, es decir, puede haber partes de ella que no sean correctas. Tradicionalmente se fabricaban de cristal cuya precisión implicaba una atención individualizada no
siempre posible. En la actualidad se fabrican también de plástico que tiene la ventaja de su
uniformidad, aunque tampoco están exentas de errores. Para saber si una probeta es exacta, no
tenemos más remedio que medir su bondad con una balanza de precisión. En el caso de la probeta del pluviómetro de policarbonato el error es cero ya que ha sido graduada en
balanza de precisión gota a gota.
PARALAJE
Este error, aunque pequeño, se
puede evitar manteniendo la
probeta en equilibrio gravitatorio
entre los dedos índice y pulgar a
la altura de los ojos. Recordamos que el agua moja por adherencia
por lo cual se va a formar un
menisco con las paredes. La línea
visual debe ir tangente a la
curvatura inferior del menisco. Para la probeta del pluviómetro
de policarbonato se ha elegido un
material con muy poca mojadura, por lo que este efecto es mínimo.
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PERDIDAS POR REBOTES
La velocidad de caída de las gotas, de tamaño suficiente, al chocar contra el fondo del pluviómetro, hace que reboten generalmente fraccionadas, para lo cual la inclinación del fondo debe ser la
adecuada para que este rebote vaya dirigido a la parte más baja de la pared, de tal forma que vaya
perdiendo su energía en un deslizamiento obligado a lo largo de ésta. En el extremo final, hacia la
salida el pluviómetro, debe tener un tope o curvatura que no deje escapar estos deslizamientos.
En el caso de que la precipitación sea de granizo suficientemente grueso, el choque brusco contra el fondo, o de las que bajan y suben, puede producir una estructura lo suficientemente caótica para que
algunas salgan fuera. Afortunadamente, el fenómeno es muy poco frecuente y su error, por tanto, pequeño.
En este apartado deberíamos incluir el caso en que el rebote es ayudado por remolinos de viento
producidos
en
el
interior
del
pluviómetro,
efecto
que
puede
ser
importante
en
el
caso
de
lluvia
menuda y especialmente en el de nieve. Desgraciadamente estos últimos son muy difíciles de corregir por lo que requieren estudios especiales.
EVAPORACIÓN
Generalmente se habla de este error cuando el agua que está en la vasija o colector se evapora. En
condiciones normales este error va a ser prácticamente nulo ya que las medidas se realizan a las pocas horas de haber llovido. Cuando el intervalo entre el final de la lluvia y la medida es de varios días, la evaporación puede ser considerable, especialmente si las temperaturas son altas y los materiales que la contienen buenos conductores del calor.
En el pluviómetro de policarbonato la evaporación medida durante una semana es prácticamente
cero, debido por una parte, a los extraordinarios ajustes entre la vasija y el vaso superior, y por otra, a
que el orificio de entrada del agua esta tapado por un filtro constituido por una malla fina de acero
inoxidable en forma de cono, lo que hace prácticamente imposible que las moléculas evaporadas puedan sortear la interminable laberinto que supone la retícula. (¡Para hacer esta comprobación
deberá mover el agua de la probeta a la vasija varias veces hasta que considere que el enrase en la
probeta es perfecto!).
Hay otra evaporación que no se cuenta y es la que se produce directamente desde las paredes
mojadas
del
vaso
superior
una
vez
acabada
la
lluvia.
Este
error
lo
trataremos
con
más
detalle
en
el
apartado siguiente.
ADHERENCIA
Este error siempre va acompañado de polémica a pesar de no ser, ni mucho menos, el más importante de los errores que puede tener la medida de la lluvia, pero la discusión sobre él es constante. Por este motivo vamos a intentar analizarlo con el mayor detalle posible.
El desencadenante de las discusiones viene motivado por el hecho de que cuando termina de llover observamos gran cantidad de gotitas que cubren las paredes del vaso superior o receptor del
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pluviómetro (desde ahora receptor) hecho realmente llamativo en algunos materiales en que las gotitas son sumamente visibles, como sucede en los materiales que no mojan, como el policarbonato, mientras que en otros materiales que mojan simplemente no se ven, pero apreciamos claramente
que esas superficies están mojadas. De los primeros, pensamos que tienen mucho error en
comparación con los segundos.
Es muy difícil calcular a ojo esta mojadura y de ahí vienen las discrepancias y la polémica ya que
hemos visto opiniones donde se afirma que puede llegar a 7 décimas de mm de precipitación
mientras que otros la evalúan en menos de una décima de mm.
Si alguien desea hacer una estimación “a ojo” debe tener a la vista lo que es realmente 1 cm, en una
regla, y sin apartar los ojos hacer imaginariamente un cubito de agua. ‐¡No aparte Vd. la mirada! ‐. ¿Cuantas gotitas de las pegadas caben? ¿Cuántos cm3 podemos formar?
No
hay
que
olvidar
tampoco
que
el
máximo
volumen
lo
tiene
una
gota
cuando
es
esférica
(cuando
está cayendo). Pero las gotas emulsionadas no son esferas sino una especie de casquetes esféricos o
elipsoidales más o menos irregulares por lo que su tamaño aparente respecto a una gota esférica va a
ser mucho menor.
Para completar la imagen hemos de tener en cuenta un dato que
todos conocen, cada décima de milímetro de precipitación tiene
un volumen de 2 cm3, por lo que 7 décimas de mm representan
un volumen de 14 cm3, lo que significa que las gotas adheridas equivalen a una copita de licor. Cosa a todas luces exagerada. (Todos sabemos que en el agua 1 gr. = 1 cm3 por ese motivo en
todo este estudio mezclaremos indistintamente pesos y
volúmenes)
Para hacer un estudio detallado es conveniente conocer algunas de las propiedades del agua. Empezaremos diciendo que el agua es un elemento
extraordinario, cada molécula consta de un átomo central de oxigeno
(negativo) combinado con dos de hidrógeno (positivos) y que por el pequeño
tamaño de los átomos de hidrógeno la molécula puede recordarnos la
cabecita (átomo de oxigeno) de un muñeco de peluche (sus dos orejas son
los átomos de hidrógeno). Esta distribución implica una fuerte asociación
molecular del enlace de hidrógeno que aparece unido a dos átomos diferentes, efecto comúnmente conocido como puente de hidrógeno, propiedad que permite a las moléculas de agua mantener su individualidad,
fenómeno extraordinariamente importante respecto a los cambios de estado y especialmente para la
existencia de la misma vida.
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A esta propiedad de que las moléculas de agua se atraigan entre si formando largas cadenas se llama
cohesión y hace que en la superficie aparezca una cierta tensión (tensión superficial) que da a las gotas una gran estabilidad, y a la superficie libre en un recipiente, una estructura de película elástica
que se caracteriza por ofrecer cierta
resistencia a la rotura, motivo por el cual algunos objetos ligeros, pero más densos, flotan en la superficie; tales como agujas, insectos o incluso permite que ciertos animales puedan deslizarse sobre ella. Esta
tensión superficial es función inversa de la
temperatura y que como se muestra en la
figura resulta particularmente importante en
el caso que nos ocupa pues además de
disminuir la tensión superficial de la gota
aumenta la energía de las moléculas en su interior.
En cuanto al puente de hidrógeno, aunque intenso, tiene un valor relativamente pequeño (máximo de
7 Kcal/mol) comparado con otro tipo de enlaces, por ejemplo, el covalente (100 Kcal/mol). Ello
significa que los puentes de hidrógeno se pueden romper, a veces fácilmente, por el suministro de
calor o con la llegada de otra sustancia cuyas moléculas muestren un polo negativo o positivo
adecuado, para que el agua pueda ser atraída y se adhiera a estas superficies, lo que se conoce
comúnmente como Adhesión o en el caso que nos ocupa, acción de mojar, cuyo valor se puede medir por el ángulo a de contacto que existe entre ambos, de tal manera, que en una superficie horizontal
un ángulo menor de 90º indica más mojadura y un ángulo mayor de 90º
menos, existiendo entre ambos, numerosos casos intermedios.
En nuestro caso, el fenómeno que hemos de analizar, no en una superficie
horizontal, sino vertical o fuertemente
inclinada, por lo que las gotas se van a
abombar por gravedad y por tanto antes de llegar a los 90 grados la gota va a caer.
Estas fuerzas de adherencia representa la
suma de todas las energías producidas por las interacciones de enlaces químicos, fuerzas electrostáticas y dipolos que van a
ser contrarrestadas por la particular fuerza gravitatoria citada que cambia los valores del ángulo de contacto. Pero hay
más. De todos es sabido que el agua en
ebullición se convierte en vapor, transformación que ocurre también a
cualquier
temperatura.
Efectivamente,
las
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moléculas que siempre están en continuo movimiento, incluso dentro de la gota, al chocar entre si, intercambian energía lo que a veces supone un incremento capaz de superar a la de la tensión
superficial, haciendo que la molécula salte al exterior, fenómeno que se produce muy especialmente
por la zona del perímetro de la superficie de contacto, por lo que en las gotas muy planas, (sustancias que mojan mucho) al tener mucha superficie de contacto en comparación a su volumen, su
evaporación y por tanto su desaparición va a ser muy rápida.
Pero además, interviene en el proceso la humedad relativa del aire circundante, en donde la tensión
de vapor interna de la gota ha de oponerse a la del exterior, hecho realmente trascendente para el caso que nos ocupa ya que, cuando llueve, la humedad relativa del exterior, es muy alta lo que implica
una disminución de la evaporación, haciendo que en los materiales que no mojan las gotas puedan
permanecer muchas horas sin evaporarse. En cambio, cuando las paredes tienen mucha porosidad, la adhesión es muy fuerte, por lo que las moléculas de las gotas de lluvia, en el caso mas extremo, quedan desparramadas inundando los poros y aplanándose, formando una finísima película de agua
que cubre la superficie, empapando las paredes, por lo que las fuerzas de vaporización actúan intensamente eliminando esta película con suma rapidez, siendo el caso de poder apreciarse incluso
a simple vista en condiciones apropiadas. Hemos comprobado paredes completamente húmedas que
con temperaturas y humedades normales, entre cinco y diez minutos, las paredes se han secado por completo. Por supuesto, para valores altos de la temperatura y bajos de la humedad el fenómeno es
extremadamente intenso, especialmente en los metales, cuya conductividad produce la trasmisión
inmediata de la temperatura exterior.
En cambio, en otras sustancias que no mojan, como el policarbonato, al estar emulsionadas, la
permanencia de las gotas va ser muchísimo más larga pudiéndose encontrar gotas al cabo de varias
horas. Como ejemplo practico con T = 13º C , H = 76% y viento flojo, hemos observado que ocho
horas después persisten bastantes gotas, lo que puede llevar a pensar a algunos que el error se
acrecienta, pero precisamente es todo lo contrario, pues en el caso de una lluvia intermitente se
encuentra con las paredes mojadas por lo que el error se minimiza en comparación con los materiales en que sus paredes se han secado en el intervalo.
En el proceso de lluvia, las gotas que entran en el receptor del pluviómetro lo primero que hacen es mojar las paredes y una vez que éstas están empapadas es cuando el agua discurre hacia la vasija. Un
numeroso grupo de gotas al caer chocan contra el fondo pudiendo romperse en docenas de gotitas más pequeñas que salpican las paredes laterales incluso salen al exterior, efecto que se puede
minimizar dando al fondo una curvatura e inclinación adecuadas, especialmente para el caso en que
la precipitación sea de tipo granizo. Otro grupo de gotas, caerán directamente sobre las paredes perdiendo su energía en un deslizamiento zigzagueante hacia el fondo. Aquellas que finalmente no
se deslizan, quedándose pegadas, más las que se han evaporado, constituirán el error de
adherencia o mojadura.
Hay varios metales con los que tradicionalmente se han confeccionado pluviómetros aunque la mayor parte de ellos están en desuso como el hierro galvanizado, cobre, latón, etc. Por cierto, este último, de gran adherencia. Actualmente los materiales con los que están hechos los pluviómetros normalizados son: Acero inoxidable, aluminio y policarbonato.
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Como hemos indicado al principio, no es nuestro cometido hacer un análisis de los errores específicos de cada pluviómetro del mercado, por lo que solo vamos a hacer referencia al pluviómetro de
policarbonato normalizado según normas OMM.
Datos numéricos
Lo primero que hacemos es comprobar que el policarbonato no moja. Para verificarlo colocamos al grifo el receptor, tapando con el dedo el orificio de salida, y mantenido el agua hasta el borde durante
mucho tiempo, dejándolo vaciar a continuación a su aire, observando que efectivamente las paredes han quedado prácticamente secas excepto algunas gotas grandes adheridas especialmente al vértice
de las dos paredes o colgando del borde del aro calibrado y que debido a su tamaño algunas terminan
por caer.
Cuando la lluvia moja el receptor, su distribución no es ni mucho menos parecida a la anterior, sino
que
infinidad
de
gotas,
microscópicas,
pequeñas,
medianas
y
grandes
cubren
las
paredes
laterales
por los motivos explicados anteriormente y que por ser el problema que nos ocupa queremos proceder a
la medición de su peso.
Vamos a comenzar estudiando el tamaño de las gotas:
En el libro “Apuntes de Termodinámica de la Atmósfera” de Francisco Morán Samaniego. Madrid
1944. Pag. 283 se dan los siguientes valores:
‐ Gotas de lluvia pequeñas: Rp (radio pequeño) = 0.05 cm, lo que implica un volumen de 0.00052
cm3, esto es, en 1 cm3 caben 1900 gotas. ‐ Gotas de lluvia medianas: Rm Radio mediano) = 0.1 cm, lo que implica un volumen de 0.004 cm3, esto es, en 1 cm3 caben 250 gotas.
‐ Gotas de lluvia grandes (“La gota más grande que pueda caer en el aire” cita literal): Rg (radio grande) = 0.36 cm, lo que implica un volumen de 0.19 cm3, esto es, en 1cm3 caben 5.26 gotas de este
tipo máximo.
Veamos ahora que ocurre con el tamaño de las gotas adheridas a la pared interior del receptor.
1º.‐ Las gotas casi microscópicas solo son apreciables con una buena lupa, su tamaño (similar al ojo de
una hormiga) es inmedible de forma directa y su volumen total no es trascendente por lo que
veremos
más
adelante,
en
cambio,
juegan
un
papel
importante
en
el
deslizamiento
de
las
gotas
mayores.
2º.‐ La gota más pequeña que hemos sido capaces de medir es de 0.001 cm3., y a partir de aquí hemos encontrado gotas de tipo medio con valores 0.005 cm3.
3º.‐ Hemos encontrado que el máximo peso que pueden soportar las fuerzas de adherencia en la
pared vertical es de 0.008 cm3 a condición de que esta gota esté aislada, ya que en caso que esté
entre un conjunto de gotas, como sucede después de la lluvia, la gota cae, pues engorda a expensas de las vecinas. Como vemos, estos valores coinciden perfectamente con los tamaños de las gotas de
lluvia.
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4º.‐ Las gotas más gruesas se forman aisladamente en el vértice formado por la pared vertical y el fondo ya que ahí el agua encuentra dos superficies a las que agarrarse. Medido su volumen hemos encontrado como limite máximo para este tipo de gotas 0.04 cm3, a partir de este peso las fuerzas de
adherencia se desgarran y caen. Como vemos, este valor es casi cinco veces más pequeño que el de
una gota de lluvia máxima.
(Estas experiencias se han realizado a una temperatura de 22º C por tanto los valores expresados anteriormente pueden ser corregidos para temperaturas más bajas pero el orden de magnitud se
conserva.)
Para el procedimiento práctico de medida hemos empleado cuatro pluviómetros distintos, los cuales han sido expuestos a la lluvia el tiempo suficiente para que queden empapados, en cuyo momento se
han retirado bajo un cobertizo para su análisis, por lo tanto, a las mismas condiciones de temperatura
y humedad.
Cuando hemos dejado de apreciar movimiento en las gotas cada receptor se ha colocado sobre un
vaso normal de agua (por supuesto en cada experiencia completamente seco) y hemos esperado a
que las gotas de los receptores puedan caer sobre los vasos intercambiándose estos cada 10 minutos y recogidas las cantidades con papel absorbente, hemos observado que el agua escurrida en los vasos va siendo cada vez más pequeña y que en el receptor cada vez hay más gotas gordas y aisladas en
equilibrio completamente inestable que caen con cualquier movimiento externo.
En cada experiencia con los cuatro pluviómetros, dos los hemos tapado con un folio de plástico
transparente poniendo un libro encima para evitar la posible evaporación, manteniendo los otros dos sin tapar para poder comprobar las pérdidas por evaporación. Hemos de decir que, efectivamente, no
ha habido diferencias entre los tapados y sin tapar, lo cual es lógico dada la humedad alta del medio
ambiente (estaba lloviendo). Al quitar el folio de plástico, a veces, hemos observado infinidad de
gotas microscópicas cuya evaluación es despreciable.
Una vez comprobado que ya no goteaba absolutamente nada hemos procedido a recoger, de los colectores, las gotas pegadas con papel absorbente y medidas con toda precisión, todo ello numerado
y calibrado de antemano, obteniendo diversos valores, nunca idénticos.
De esta recogida de las gotas de las paredes, que como hemos dicho se ha repetido durante varios días y situaciones diferentes, hemos obtenido una serie de números muy dispares debido a los
complejos mecanismos que intervienen en la evaporación y que hemos visto anteriormente. Con el fin de dar algún número orientativo diremos que el menor número obtenido ha sido 1.7 cm3 y el mayor 2.9 cm3. (No nos atrevemos a dar el valor medio como el más representativo, dadas las relativamente pocas mediciones realizadas, pero las iremos ajustando con la repetición de las medidas). Este número, por tanto, representa el agua que no ha caído a la vasija y tampoco se ha
evaporado, esto es, el error por mojadura o adherencia para el pluviómetro de policarbonato. (Naturalmente si la observación se hace durante la lluvia, habrá gotas que no han tenido tiempo de
caer dentro de la vasija por lo que el error sería más alto, aunque realmente no es error pues se
incorporan a la medida siguiente).
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Para tener una idea más clara debemos traducirlo a mm de lluvia. Observamos que el error es del orden de una décima de mm en la probeta ya que cada décima son 2 cm3, lo cual, en la práctica, solo
es apreciable con una buena probeta.
Por otra parte, como dar un número absoluto para un pluviómetro no significa nada pues cada uno
tiene su tamaño y por tanto su superficie, este número lo hemos reducido a un índice o Coeficiente
de mojadura (Cm.) Teniendo en cuenta que la superficie interior del pluviómetro de policarbonato es de 1327 cm2, nos da un Cm = 0.18 cm3/dm2.
Hemos calculado el Cm de algunos materiales como el acero y el aluminio, pero no vamos a dar ninguna cifra particular al respecto por las enormes variaciones que se pueden presentar, solamente
vamos a indicar que, entre otros muchos factores, el pulimento es trascendental y que los valores oscilan para el acero con menos mojadura que hemos encontrado Cm = 0.07 cm3/dm2, el más representativo Cm = 0.24 cm3/dm2 y para el mismo material sin pulir: Cm = 0.62 cm3/dm2.
Debemos añadir que todos los materiales y por supuesto todos los pluviómetros, se mojan, y que
constituye un error sistemático lo que implica un valor constante para cada tipo de pluviómetro, ya
que es función del material y de la superficie mojada. Pero además es muy fácil de comprobar de
forma práctica: Se toman los pluviómetros que se quieran comparar mojándose interiormente con un
pulverizador y para que escurran de forma natural se dejan reposar por ejemplo un par de minutos, recogiendo a continuación con un simple pliego de papel de cocina las gotas de las paredes. Ni siquiera hace falta balanza, si hacemos la prueba, a simple vista se ve que el agua recogida es muy
similar en ambos pluviómetros, pero si se emplea una balanza, las pequeñas diferencias están a favor del policarbonato.
ERROR DE MOJADURA DE LA VASIJA
Aquí vamos a terminar muy pronto ya que la vasija tiene los ángulos muy suaves por lo que es imposible que al volcarla pueda quedar algo de agua dentro. Su error de mojadura es también un
error sistemático muy pequeño, prácticamente nulo, y siempre constante, esto es, independiente del agua recogida. Su error medido es 0.05 cm3, prácticamente una de las gotas gordas del pluviómetro.
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Errores ajenos o externos.
DERRAMES DE AGUA
Si no se tiene cuidado al volcar el contenido de la vasija sobre la probeta pueden producirse derrames de agua irrecuperables. También, cuando las precipitaciones han sido muy intensas y hay que llenar varias probetas es conveniente no tirar el agua al suelo sino más bien tener un recipiente en donde
depositarla hasta completar las medidas, ya que en caso de confusión, se tiene la posibilidad de
medirla de nuevo.
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SALPICADURAS EXTERNAS
Cuando se coloca un pluviómetro, hay que pensar en las posibles salpicaduras por el choque con
elementos cercanos que estén más altos o al mismo nivel, incluso cuando se trata de un poste de
madera, el extremo debe estar cortado a bisel. No es posible abarcar la cantidad de anomalías que
pueden surgir pero una inspección lógica del entrono suele ser suficiente.
En nuestra vida profesional, de varias décadas, hemos encontrado “sombras” pluviométricas variadas, árboles, pretiles excesivamente cercanos e incluso torres anemométricas, pero nunca habíamos, ni siquiera pensado, que en un mismo poste pudiera colocarse más de un pluviómetro. Hace unos días hemos visto algo bastante curioso en un mismo poste de hierro, de sección aproximada de 3x5 cm, estaban montados, cuatro pluviómetros de marcas diferentes cuyas bocas se situaban a distinto nivel.
No sabemos si este tipo de instalaciones es frecuente pero la desaconsejamos formalmente ya que
va
a
producir
una
distribución
de
flujos
completamente
caótica
y
por
tanto
a
modificar
la
precipitación de todos, excepto tal vez, del que esté en el nivel más alto, que naturalmente va a
recibir menos salpicaduras y por tanto menor precipitación.
Como ejemplo, vamos a ver gráficamente la perturbación
que se produciría en solo dos pluviómetros montados en
el mismo poste ya que de poner más su estudio nos llevaría, como hemos dicho, a la estructura matemática
del caos. (No se olvide que el "problema de los tres cuerpos" dio origen a dicha estructura). De las infinitas variaciones posibles vamos a elegir solo tres.
A.‐ Representa los posibles rebotes de una lluvia normal. B.‐ Un flujo componente barlovento produciría
salpicaduras por los impactos con el más alto.
UBICACIÓN DE LOS PLUVIÓMETROS
Se deberán evitar las sombras pluviométricas de
edificios y árboles que produzcan remolinos o
deformaciones del flujo, para que la precipitación
pueda
ser
recibida
sin
interferencias.
Como
norma
general se debe elegir para la instalación del pluviómetro un lugar despejado en el cual la distancia
mínima a los obstáculos sea tal, que la visual trazada
desde la parte superior del pluviómetro forme con la
parte superior de los objetos circundantes un ángulo
superior a 45º y aun mejor 30º, esto es, la distancia al pluviómetro debe ser el doble de la altura del obstáculo.
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INFLUENCIAS OROGRAFICAS
Deberán elegirse terrenos llanos, lo cual no siempre es posible. La colocación en una ladera que esté a
barlovento de los vientos dominantes, va a recoger más precipitación que la otra de sotavento y que
dista solo unos cientos de metros de ella. Además de este error de precipitación, está el error de
ladera, que en el centro climatológico correspondiente van a corregir fácilmente con las formulas apropiadas.
VIENTO
El vector viento está definido por tres componentes aunque prácticamente, excepto
en algunos anemómetros modernos, en todas las medidas se omite la componente
vertical, prestando únicamente atención a la proyección horizontal.
Desde
las
capas
altas,
este
vector
va
disminuyendo
hacia
el
suelo
por
causa
del
rozamiento que éste le produce, lo que en una imagen ideal con una atmósfera
estable y un suelo muy liso se representaría por un flujo laminar cosa que en la
práctica no es posible ya que los casos reales responden a flujos más o menos turbulentos, motivados por los obstáculos que no solo modifican las líneas de flujo, dejando de ser paralelas, sino que producen infinidad de remolinos tanto más fuertes y acusados cuanto mayores y significativas que sean las rugosidades del terreno. En función
de estos remolinos, los vectores se
suman o restan a las velocidades produciendo aumentos (ráfagas o
rachas) y disminuciones (calmas momentáneas) del viento que pueden
llegar a duplicar el viento medio.
Entre los obstáculos al viento, se
encuentran las ciudades y
especialmente para nuestro caso las zonas urbanas rurales con edificios no
muy altos, pero que aumentan las ráfagas locales respecto al entorno de
campo abierto y llano y que citamos
por que algunos observatorios se
instalan en sus terrazas lo que
constituye, un plus de error constante.
Así por ejemplo, para un edificio de unos 14 m, hay un incremento aproximado de la velocidad media
de unos 1.6 m/s, con respecto a la velocidad medida a 1.5 m del suelo, lo que implica una cierta
disminución del tamaño de la boca del pluviómetro. Dato que no vamos a cuantificar por la enorme
variabilidad de factores puestos en juego y por que de no ser interpretados correctamente pueden
generar, en alguna persona, una alarma injustificada, ya que su cuantificación se difumina en el enjambre de variables intervinientes. Naturalmente estos valores se acrecientan en el caso de que los edificios fueran altos y numerosos. A este respecto hemos de decir que, desde hace más de cien años
8/20/2019 Pluviómetros y Tipos de Errores en La Medición - Alumnos
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Hidrología Aplicada – Docente: Francisco Ergueta Acebey
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observatorios emblemáticos han estado instalados en terrazas y sus valores han sido tan buenos como los mejores y no hay inconveniente pues, como hemos dicho anteriormente, los hipotéticos errores se diluyen en la enorme complejidad de la medida.
Vamos a mostrar los valores obtenidos del libro de Termodinámica de Francisco Morán, para usarlos como referencia práctica:
Velocidad de las gotas mas pequeñas v = 4 m/sg = 14.4 Km/h
Velocidad de las gotas medianas v = 6 m/sg = 21.6 Km/h
Velocidad de las gotas mas grandes v = 8 m/sg = 28.8 Km/h. (Ninguna gota de lluvia puede superar este último valor)
Todos hemos visto que cuando llueve y hace viento hemos tenido que inclinar el paraguas de tal manera que la superficie máxima del paraguas se enfrente perpendicularmente a la lluvia, si se nos
ocurre
ponerlo
derecho,
como
cuando
la
lluvia
cae
de
arriba,
nos
mojaríamos
bastante,
pues
la
superficie efectiva de tapado es mucho más pequeña. De la misma manera, si quisiéramos recoger el máximo de lluvia deberemos tomar el pluviómetro con la mano y enfrentarlo a la dirección de la lluvia
inclinada, en cuyo caso recogeríamos la misma lluvia como cuando llueve verticalmente.
Hasta aquí como idea cualitativa creemos que es suficiente, pero para fijar ideas deberíamos dar algún valor práctico para ver de que forma y con que ángulo debemos inclinar el paraguas. Para ello, vamos a fijarnos en una sola gota, ni muy grande, ni muy pequeña, digamos de tipo medio, que según
el cuadro anterior, corresponde a una velocidad de caída de 6 m/s, y vamos a suponer un viento más o menos frecuente; un viento moderado a fuerte, en donde se utiliza con dificultad el paraguas, se
mueven las ramas grandes de los árboles, hay cierta dificultad para andar y en la zona de mar lo
identificamos como brisa fuerte.
En la escala Beaufort, estas características corresponde a un viento
de unos 14 m/s, o lo que es lo mismo, 50.4 Km/h. De la figura, haciendo la composición de vectores vamos a calcular el ángulo:
Observamos que tgα = 7/6; luego α = 49º; siendo el cos 49º = 0.65.
Empleando trigonometría elemental encontramos que la superficie
reducida S`= S∙cosα = S∙cos 49º = 200x0.65 = 130 cm2. En donde S son
200
cm2,
esto
es
la
superficie
del
pluviómetro
y α
el
ángulo
formado
por la vertical y la inclinación de la lluvia, esto es, la dirección del paraguas.
En resumen, durante el tiempo medio que está soplando esta racha, la superficie de 200 cm2 se ha
reducido a 130 cm2. Dicho en otras palabras, si en ese intervalo de tiempo, sin viento hubiéramos recogido 1 litro, con viento recogeremos 0,65 litros.
Luego ya sabemos el origen del error por causa del viento. Pero por lo dicho anteriormente sobre los remolinos y ráfagas, no es posible cuantificar el tiempo de cada evento, con lo cual no podemos saber que corrección podemos aplicar, pero hay más, cuando se trata de lloviznas, aguanieve o nieve, alcanza una complejidad que no alcanzamos a imaginar, por lo que somos incapaces de dar una
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cuantificación ni aún siquiera aproximada, por este motivo, para valorar este error, nos vamos a
remitir a los valores proporcionados por la OMM‐CIMO en que cifran estos errores del 0 al 50%.
Vistas estas cifras, nos da un poco de risa pensar que hemos estado calculando gotas del tamaño del ojo de una hormiga, pero así son las variaciones de la precipitación y por tanto los errores de los pluviómetros.
Noviembre de 2012.