FINAL METEO CALLE.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINAFacultad de cienciasTrabajo encargado de meteorología general

Evaluación de las variables de humedad mediante termistores y variables meteorológicas en el campus de la Universidad

Nacional Agraria La Molina (UNALM), Lima – PerúI. Introducción

Tanto en el Perú como a nivel mundial, podemos observar los distintos estados de tiempo que variarán en torno a los factores o agentes que modifican la magnitud de los elementos meteorológicos; asimismo estos datos ayudan a diversas actividades que realiza el hombre, una aplicación de ello sería la agrometeorología que está íntimamente relacionado con los cultivos.

En el presente informe se analizaron las variables de humedad y se hicieron observaciones visuales de variables meteorológicas tales como: nubes, viento y precipitación; la toma de datos se realizó en un sector ubicado en el módulo azul (S 12º04’51’’W 76º56’47.8’’; 211 msnm) de la Universidad Nacional Agraria La Molina durante 3 horas cada 15 min el día 25 de Noviembre del presente año , por lo que se obtuvieron 26 datos (13 datos de temperatura de bulbo húmedo y 13 datos de temperatura de bulbo seco). Con éstos se analizaron las distintas variables referentes al contenido de vapor de agua así como la saturación del aire con sus respectivos meteorogramas.

II. Objetivos:

a) Conocer la calibración y uso de los termistoresb) Evaluar y conocer el comportamiento de las principales variables meteorológicas de

humedad:b.1) Contenido de humedadb.2) Grado de saturación ambiental

c) Observar algunas variables meteorológicas: nubosidad, visibilidad y fenómenos significantes.

III. Revisión Bibliográfica

a. Conceptos de Temperatura

La temperatura es una propiedad física de un sistema, que gobierna la transferencia de energía térmica, o calor, entre ese sistema y otros. Es una medida de la energía cinética de las partículas que componen el sistema.

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el Kelvin. Sin embargo, está muy generalizado el uso de otras escalas de temperatura, concretamente la escala Celsius (o centígrada), y en Estados Unidos, la escala Fahrenheit. En estas escalas, la unidad es el grado. Una diferencia de temperatura de un Kelvin equivale a una diferencia de un grado centígrado.

La escala Kelvin o absoluta, está fijada por dos valores concretos en los cuales se producen dos efectos bien determinados. El inferior es el llamado cero absoluto y corresponde a aquella temperatura en la que una molécula tiene una energía térmica nula. El valor superior corresponde a la temperatura del punto triple del agua, aquella en la que pueden coexistir los estados sólido, líquido y gaseoso, al que se ha asignado el valor 273,16 K.


En la escala Celsius de temperatura, el cero de la escala corresponde a la temperatura del punto de congelamiento del agua, y el 100 a su temperatura de ebullición, ambos a nivel del mar. Así, el punto triple del agua corresponde a 0,01 C y el cero absoluto a -273,16 C.

La correspondencia entre las escalas de temperatura es:

Las mediciones de temperatura se realizan en un ambiente con buena ventilación y protegido de la radiación solar (de otro modo se estaría midiendo la temperatura del vidrio), para lo cual se utiliza un cobertizo meteorológico, cuyo tamaño varía según el instrumento.

b. Variables de humedad atmosférica

Al agua en estado de gas se le llama vapor de agua. El vapor de agua se encuentra solo en pequeña proporción en la atmósfera, con una concentración entre 0 y 4 %, pero esta pequeña cantidad es de gran importancia, porque permite la formación de nubes y precipitación.

La humedad es el término usado para describir la cantidad de vapor de agua en el aire.

En condiciones normales (típicas en la atmósfera), el aire esta “subsaturado”. La saturación puede alcanzarse aumentando el vapor en el aire (humidificación) o disminuyendo la temperatura. Si se excede del límite de vapor que puede contener el aire se dice que está sobresaturado de humedad, el exceso de vapor se condensa para convertirse en niebla o nubes.

Se usan diferentes parámetros para expresar cuantitativamente el contenido de humedad en la atmósfera lo que veremos a continuación.

Presión de vapor actual (ea)

Es la presión que ejerce el vapor de agua existente en la atmósfera y que contribuye a la presión atmosférica total (P).

Presión de Saturación (es ó esh)

Es la presión que ejercería la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener una determinada muestra de aire. Esta tensión máxima depende solo de la temperatura del aire; aumenta cuando la temperatura del aire se incremente y disminuye cuando la temperatura desciende.

Ecuación de TETENS

T [K] = T [C] + 273.16T [F] = T [C] +32

ea = esh – (CpP*(TS-Th) / L 0.622)

Cp=0.241 cal/ g.ºC L= 597.6 – 0.56 TS


Figura 1: Curva de saturación (Curva de Clausius – Clapeyron)

Humedad Absoluta (ρV)

Es el peso del vapor de agua existente por unidad de volumen del aire; generalmente se toma como unidad de volumen, el metro cúbico. En consecuencia, si se extrae la masa de vapor existente en un metro cúbico de aire ordinario y determinamos su peso, el resultado, expresado en gramos por metro cúbico, será la humedad absoluta.

Humedad Específica (q)

Es la masa de vapor de agua, por unidad de masa de aire húmedo, expresada en gramos de vapor por kilogramo de aire. Tan solo cuando se produzca una variación real del contenido acuoso en el aire, cambiará la humedad específica.

q= 622 (ea /p- 0.3786ea)

ρV = 216.5(ea/T)

ex = 6.11*10 (7.5*Tx)/(237.5+Tx)


Humedad Relativa (HR)

Es la relación entre la cantidad de vapor de agua existente en el aire y la que podría contener a la misma temperatura (su capacidad); dicha relación se expresa siempre en forma de tanto por ciento.

Relación de mezclas (r)

Esta es una característica bastante constante o conservativa, del aire, de uso generalizado. Es la masa de vapor de agua existente en la unidad de masa de aire seco, y se expresa en unidades similares a las correspondientes a la humedad específica; la diferencia entre ambas características del aire es muy pequeña.

Déficit de saturación (E)

Es la diferencia entre la presión parcial del vapor de agua que satura el aire (e máx.) a una temperatura dada y la presión parcial del vapor de agua presente en el aire (e). Es decir la diferencia entre la tensión máxima de vapor y la tensión del mismo.

c. Termistores

Los termistores, o resistores térmicos, son dispositivos semiconductores que se comportan como resistencias con un coeficiente de temperatura de resistencia alto y, generalmente negativo. En algunos casos, la resistencia de un termistor a temperatura ambiente puede disminuir hasta un 6% por cada 1ºC que se eleve la temperatura. Dada esta alta sensibilidad al cambio de temperatura hacen al termistor muy conveniente para mediciones, control y compensar con precisión la temperatura. El uso de termistores está muy difundido en tales aplicaciones, en especial en el rango más bajo de temperatura de -100ºC a 300ºC.La gama de termistores (sondas térmicas) está fabricada siguiendo las más importantes normas internacionales entre ellas la norma DIN 44081 / 82. El elemento sensor es un disco de Titanato de Bario dotado de un diámetro aproximado de 3 mm por 1 mm de espesor. La pastilla cerámica dispone de cables de conexión y un recubrimiento aislante que asegura un aislamiento total de los bobinados del motor.

El punto de variación brusca de la resistencia eléctrica se establece durante la fase de fabricación para producir una gama de componentes con temperaturas de “disparo” que van desde los 80 ºC a los 190 ºC en intervalos de 10 ºC.

e = es- ea

HR = (ea/es )*100

r= 622 (ea /p- ea)


Los termistores se componen de una mezcla sintética de óxidos de metales, como manganeso, níquel, cobalto, cobre, hierro y uranio. Su rango de resistencia va de 0.5 ohms. a 75 ohms y están disponibles en una amplia gama de formas y tamaños. Los más pequeños son cuentas con un diámetro de 0.15 mm a 1.25 mm. Las cuentas se pueden colocar dentro de una barra de vidrio para formar sondas que son más fáciles demontar que las cuentas. Se hacen disco y arandelas presionando el material termistor en condiciones de alta presión en formas cilíndrica y plana con diámetros de 2.5 mm a 25 mm. Las arandelas se pueden apilar y conectar en serie o paralelo con el fin de incrementar la disipación de potencia. El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor.

Tres características importantes del termistor lo hacen extremadamente útil en aplicaciones de medición y control:

Resistencia-temperatura Voltaje-corriente Corriente-tiempo

En comparación con las termocuplas y las termorresistencias, el termistor no ofrece ventajas de exactitud de salida y estabilidad. Posiblemente, una ventaja importante esté en la extremadamente elevada sensibilidad del termistor a variaciones de temperatura

Conexión

Cables de conexiónLos cables de conexión se componen de 7 hilos x 0.15mm de cobre con recubrimiento de plata, aislados con PTFE según norma BSG 210 Tipo B (500V en operación). Los distintos colores de los cables identifican la temperatura de referencia del dispositivo, de conformidad con la norma UNE/EN. Longitud de los cables a convenir teniendo 80 y 500 mm como estándares referenciales.

Aislamiento de la cabeza del termistorEl aislamiento primario es una resina epoxi, con una funda termosellada para asegurar protección mecánica y eléctrica adicional. Los dispositivos tipo T80 hasta T160 se suministran con una funda de “Kynar”, los dispositivos tipo T170 hasta T190 se suministran con una funda de PTFE.

Nivel de aislamientoDesde los cables del termistor hasta el aislamiento de la pastilla sensora 2500 Vrms

Adhesión de la junta soldada al substrato cerámico Sin el aislamiento de la pastilla: Resistencia al arranque: 500 g Resistencia al desgarro: 1000 g

Límites de operación Rango de temperaturas de operación: -20 ºC hasta 180 ºC (o Tr+20 ºC el mayor de

los dos valores). Voltaje máximo aplicable al sensor: 2.5 Vcc.

Tipos de termistores

Según la carga:


Existen dos tipos de termistor:

NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo

Fabricados de una mezcla de óxidos de Mn, Ni, Co, Cu, Fe y están moldeados en un cuerpo cerámico de varios tamaños, típicamente tienen una resistencia entre 50Ω y 1M Ω a 25ºC y una sensibilidad del 4%/ºC a 25ºC. El efecto de Coeficiente Negativo con la Temperatura puede resultar de un cambio externo de la temperatura ambiente o un calentamiento interno debido al efecto Joule de una corriente que fluye a través del termistor. La curva del termistor se puede linealizar con una resistencia montada en paralelo con la NTC.

Figura 2: Termistor negativo

PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo (también llamado posistor).

Son resistencias que principalmente están compuestas de bario y estroncio con titanio.La adición de dopantes hace que la componente semiconductora dé una característica de resistencia con respecto a la temperatura, aunque son muy poco utilizados.Cuando la temperatura aumenta, los tipo PTC aumentan su resistencia y los NTC la disminuyen.

Figura 3: Termistor positivo

Según la forma: Figura 4: Termistor (tipo perla) Figura 5: Termistor (tipo SMD

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Termistor_chip.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Termistor_perla.jpg


Figura 6: Termistor (tipo disco) Figura 7: Termistor (axial)

Figura 8: Sonda de medida

Las configuraciones constructivas del termistor de uso más común son los glóbulos, las sondas y los discos.

Figura 9: Formas constructivas de termistores NTC a. Tipo glóbulo con diferentes tipos de terminales - b. Tipo disco - c. Tipo barra

d. Tratamiento de Datos

El funcionamiento se basa en la variación de la resistencia del semiconductor debido al cambio de la temperatura ambiente, creando una variación en la concentración de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea negativo. Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado. Usualmente, los termistores se fabrican a partir de óxidos semiconductores, tales como el óxido férrico, el óxido de níquel, o el óxido de cobalto.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Termistor_axial.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Termistor_disco.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Termistor_sonda.jpg


Sin embargo, a diferencia de los sensores RTD, la variación de la resistencia con la temperatura no es lineal. Para un termistor NTC, la característica es hiperbólica. Para pequeños incrementos de temperatura, se darán grandes incrementos de resistencia.

Ecuaciones EmpíricasLas medidas de los factores que intervienen en un fenómeno físico, permite encontrar una relación matemática entre las magnitudes que caracterizan dicho fenómeno. Esto se hace siguiendo los siguientes pasos:

Identificar el problema. Consiste en determinar el fenómeno físico que se va a estudiar. Luego ubicar el sistema de referencia, las partes geométricas del sistema y su entorno.

Identificar los factores que intervienen en el fenómeno. Para ello, durante un experimento, se fija una serie de magnitudes que no varían (variables controladas); se modifica el valor de una de ellas (variable o parámetro independiente) y se observa cómo se altera el valor de otra (variable o parámetro independiente).

Construir tablas y gráficas. Primero se ordena los datos numéricos obtenidos sobre los parámetros independientes y dependiente, indicando las unidades en las que se miden. A continuación se hace la gráfica, que consiste en representar los datos de las medidas en un sistema de ejes cartesianos. La variable dependiente en el eje Y y la variable independiente en el eje X.

Establecer la relación que existe entre las variables. Consiste en determinar la ecuación que relaciona la variable dependiente con la variable independiente.

Errores.Debido a las limitaciones de nuestros sentidos y de los instrumentos que usamos, ninguna medida es completamente exacta.

Error Relativo.En (A±a). “A” es el valor central y “a” la incertidumbre absoluta. La incertidumbre relativa se define como la razón de la incertidumbre absoluta y el valor central.

Errores Sistemáticos.

Son aquellos debido a un defecto del observador, imperfección del método de medida o calibre defectuoso del instrumento.Su característica es que pueden reducirse calibrando el instrumento de medida, y mejorando las técnicas de medición. Si un experimento tiene pequeños errores sistemáticos, se dice que tiene gran exactitud.

Errores Aleatorios.Los errores aleatorios son aquellos inherentes al método de medida, y cuya presencia está regida solo por las leyes de la probabilidad. Ejemplos: apagones, longitud de un objeto de bordes no bien definidos.

Tratamiento de Incertidumbre Sistemáticas.


Consideramos solo los errores que quedan (residuales) después de haberlos reducido al mínimo posible, es decir, después de calibrar el instrumento y mejorar el método de medida. Aun así puede quedar cierta incertidumbre que puede ser especificada por el fabricante; si no, lo que se acostumbra es toma la mitad de la menor división de la escala del instrumento.

e. Calibración de termistores

La dependencia térmica de la resistencia de un termistor:

El termistor está formado por un material semiconductor, el cual presenta una estructura cristalina en forma de red. Esta red está, a su vez, formada por átomos con sus electrones. Cuando aportamos energía al material en forma de calor, el electrón la utiliza para vencer la fuerza de atracción del núcleo del átomo, y de esta forma se moverá “libremente” en la red formada por todos los átomos. Aquellos átomos que queden sin sus electrones quedarán cargados positivamente. Esta carga positiva puede migrar de un átomo a otro, comportándose esencialmente como un portador de carga similar al electrón libre, pero cargado positivamente.Por consiguiente, cada vez que un electrón abandona el átomo origen aparecerá un par de portadores de carga en libertad: un electrón y un hueco. El aumento de la temperatura en el semiconductor produce un aumento del número de estos portadores libres. Consecuentemente se produce el aumento de la conductividad eléctrica del material, es decir, disminuye la resistencia eléctrica.

f. Medidas con termistores

La explicación anterior corresponde a los denominados termistores NTC (Negative Temperature Coefficient) en los que la resistencia eléctrica disminuye a medida que la temperatura aumenta

Una expresión aproximada que se puede utilizar para vincular la temperatura T con la resistencia R de un termistor NTC es la siguiente:

Donde:

• R0 es la Resistencia del termistor a una determinada temperatura T0. En nuestro caso consideraremos que T0 corresponde a 25 ºC, escrita en unidades absolutas, es decir, debemos expresarla en Kelvins. • B es un parámetro positivo a priori desconocido.


• T es la temperatura, también absoluta, a la cual se encuentra el termistor, para la que presentará una resistencia eléctrica R.

Determinando esta constante B conoceremos completamente la relación anterior y su relación inversa (despejando T en función de R). Obtendremos así la dependencia T(R), al que llamaremos curva de calibración del termistor. Esta función nos permitirá, a través de la medida de la resistencia del termistor, conocer la temperatura a la que se encuentra. Suponiendo que el termistor se encuentre a la misma temperatura del medio que lo rodea, estaríamos usando el termistor como termómetro. El método que utilizaremos para determinar este parámetro B, es la medida de la resistencia del termistor a varias temperaturas. Haciendo un cambio de variable adecuado podremos linealizar la relación exponencial anterior lo que nos permitirá aplicar el método de regresión lineal para el ajuste de la curva R(T).

g. Ubicación geográfica

En coordenadas UTM:

- SUR 12º04'51''- OESTE 76º56'47.8''

h. Ubicación Política:

- Sector: Módulo azules- Distrito: La Molina- Provincia: Lima- Departamento: Lima

i. Sistema de Posicionamiento Global

Fue desarrollado por el sistema de Defensa de los Estados Unidos, para que cualquier vehículo pueda orientarse sin ser detectado; con este fin, la NAVSTAR (conjunto de satélites) giran alrededor de la tierra [LopezG.] permitiendo determinar la posición las 24 horas del día, en cualquier lugar del globo y en cualquier condición climatológica. [Lawrence L].

Generalmente se confunde con el aparato que nos da las coordenadas; sin embargo el GPS está compuesto de 3 segmentos. Segmento espacial, segmento de control y el segmento usuario. [Correia]

El segmento espacial está conformado por 24 satélites que circundan la tierra y envía señales de radio a la superficie que son recibidas por los receptores [Lawrence L] (que conforman el segmento usuario) permitiendo calcular su posición.

El segmento de control está conformado por estaciones de vigilancia que asegura el correcto funcionamiento del sistema calculando correcciones a los mensajes provenientes


de los satélites. [Correia]. La estación central se encuentra en Colorado Spring y las otras en la isla de Hawaii (Pacífico Oriental), isla de Kwajalein (Pacífico Occidental), isla de Ascención (Océano Atlántico) e isla de Diego García (Océano Índico). [Lopez G.]

Para que el sistema pueda cumplir con su función se debe tener la conexión con 4 satélites [Bravo], las de estos sería suficientes para las 2 dimensiones (latitud y longitud), pero se necesita un cuarto satélite a fin de situar un receptor en 3 dimensiones (latitud, longitud y altitud) [Correia]

Algunos receptores san más de 4 satélites para una mayor precisión cálculos, eliminando los menos precisos [Correia]

IV. Metodología

i. Materiales - Termistores- Canastilla de mimbre o junco pequeña- Gasa o algodón- Hilo- Mapa de la UNALM- GPS- Multitester- Libreta de apuntes- Ecuaciones de calibración- Cámara fotográfica

ii. Métodos

Calibracion

Enfriamiento del Agua

Debido a que calibrarlo al aire libre demoraría varias horas, ya que se busca pasar por un intervalo grande de temperaturas, se procedió a calibrarlo con agua, ya que se puede controlar su temperatura y así reducir el tiempo.Para ello se enfrió el agua a la menor temperatura posible, en este aso 2°C y se realizó mediante la adición de cubos de hielo

Figura 10: Enfriamiento del agua


Preparación de termistores

Se debe soldar cada termistor a dos cables para cada polo, estos cables deben ser largos ya que se deben pegarse al termómetro procurando que los termistores estén al nivel del bulbo del termómetro pero al mismo tiempo la porción del otro extremo del cable debe estar libre, para que hagan contacto con los multitester.

Figura 11: Preparación de termistores

Curva de Calibración

Una vez que el agua este a 2°C se pone sobre una cocina eléctrica, se sumerge el termómetro con los termistores y se mantiene en esa posición con ayuda de un soporte universal, conectar cada par de cables a cada multitester calibrado a 20K y finalmente calentar el agua y tomar apunte de las distintas resistencias cada vez que la temperatura varíe en un grado.

Con los valores obtenidos, se procede a introducir los datos de resistencia en forma de Ln(R) y temperatura(Cº) en Excel, de esta manera se consiguió una ecuación calibrada entre las variables temperatura y resistencia.

Figura 12: Sistema para calibración de termistores

Figura 13: Voltímetros marcando Figura 14: Termómetros y


las resistencias termistores

Toma de mediciones en Campo

Preparación de la caseta

Se colocaron los dos termistores (se elimina un tercero en caso exista algún error), dentro de una canasta de mimbre dejando gran parte de los cables afuera para conectar los multitester. Cada cable tenía una etiqueta con su ecuación respectiva. A uno de los termistores se le colocó un gasa, la cual se debe humedecer 3 minutos antes de tomar las medidas para humedecer el termistor, esto funcionaría como un termómetro de bulbo húmedo. Mientras que le otro termistor estaría al aire libre y funcionaría como un termómetro de bulbo seco.

Figura 15: Canastilla de mimbre con los termistores

Esta canastilla, análoga a una caseta, se colocó a 1.50 metros sobre la superficie.

Toma de datos

Un termistor (marrón) procede a simular a un termómetro de bulbo húmedo (envuelto con algodón bañado con agua destilada) y el otro termistor a un termómetro de bulbo seco (verde). Se empezó a tomar las medidas de la resistencia de los termistores a las 11:05 am


y luego cada 15 minutos. Cabe resaltar que 3 minutos antes de cada medición se humedecía con agua destilada la gasa con el termistor marrón.

Figura 16: Modelo de la toma de datos

Figura 17: Canastilla y termistores usados en la medición

Elementos Externos

- Se colocó el GPS al centro de la ubicación y se anotó las coordenadas - Se analizó las distintas formaciones nubosas cada 15 minutos, así como también

la presencia de precipitación, viento y dirección.- Existían barreras en el área de estudio tales como: un tacho de basura, paredes de

las aulas y columnas.

iii. Área de estudio

El lugar de estudio fue en una esquina del pequeño jardín de los módulos azules de la Universidad Nacional Agraria La Molina; exactamente al frente del aula 53. Localizado en la ciudad de Lima, a una altitud de 211 msnm con coordenadas SUR 12º04'51'' y OESTE 76º56'47.8' que corresponde, de acuerdo a Holdridge (1960), a la zona de vida llamada «desierto desecado subtropical» (dd-S). La temperatura anual promedio es de 20º C, la humedad relativa promedio 84%, y la precipitación anual 11.9 mm (según datos del Observatorio Meteorológico Alexander von Humboldt, UNALM).


Figura 18: Mapa del área de estudio (UNALM)

V. Resultados

Calibración:

Tabla 1.- Calibración de Termistores (Verde, Marrón y Anaranjado)

T(C°) VERDE MARRON ANARANJADO Verde Marrón Anaranjado

ÁREA DE ESTUDIO


Resistencia Resistencia Resistencia Ln( resistencia)

Ln( resistencia)

Ln( resistencia)

2 567 660 671 6.3403593 6.49223984 6.508769143 563 651 666 6.33327963 6.47850964 6.501289674 560 647 666 6.32793678 6.47234629 6.501289675 555 642 666.5 6.31896811 6.4645883 6.502040146 539 632 644 6.28971557 6.44888939 6.467698737 535 625 633 6.28226675 6.43775165 6.450470428 529 617 624 6.27098843 6.42486902 6.436150379 525 612 619 6.26339826 6.41673228 6.42810527

10 521 607 615 6.25575004 6.40852879 6.4216222711 514 599 605 6.24222327 6.3952616 6.4052284612 509 594 599 6.23244802 6.38687932 6.395261613 503 587 593 6.22059017 6.37502482 6.385194414 500 583 588 6.2146081 6.36818719 6.3767269515 493 576 579 6.20050917 6.35610766 6.3613024816 488 570 572 6.19031541 6.34563636 6.3491389917 483 565 567 6.18001665 6.33682573 6.340359318 479 559 562 6.1717006 6.32614947 6.3315018519 475 553 555 6.1633148 6.315358 6.3189681120 472 550 552 6.15697899 6.30991828 6.3135480521 467 544 545 6.14632926 6.29894925 6.3007857922 463 540 540 6.13772705 6.29156914 6.2915691423 459 535 535 6.12905021 6.28226675 6.2822667524 454 531 530 6.1180972 6.27476202 6.2728770125 450 529 524 6.10924758 6.27098843 6.2614916826 446 522 520 6.10031895 6.25766759 6.2538288127 441 519 515 6.08904488 6.25190388 6.244166928 440 513 512 6.08677473 6.24027585 6.2383246329 436 509 508 6.07764224 6.23244802 6.2304814530 432 507 502 6.06842559 6.228511 6.2186001231 429 502 498 6.06145692 6.21860012 6.2106000832 427 499 495 6.05678401 6.2126061 6.2045577633 423 495 490 6.04737218 6.20455776 6.1944053934 421 491 485 6.04263283 6.19644413 6.1841488935 417 489 483 6.03308622 6.19236249 6.1800166536 413 483 478 6.02344759 6.18001665 6.1696107337 411 480 473 6.01859321 6.1737861 6.1590953938 409 478 470 6.01371516 6.16961073 6.1527326939 405 475 467 6.00388707 6.1633148 6.1463292640 404 472 464 6.00141488 6.15697899 6.1398845541 401 469 458 5.99396143 6.15060277 6.1268691842 398 465 456 5.98645201 6.14203741 6.12249281


43 397 463 453 5.98393628 6.13772705 6.1158921344 395 460 450 5.97888576 6.13122649 6.1092475845 392 458 446 5.97126184 6.12686918 6.1003189546 389 455 443 5.96357934 6.12029742 6.0935697747 387 452 441 5.95842469 6.11368218 6.0890448848 385 450 437 5.95324333 6.10924758 6.079933249 384 448 433 5.95064255 6.10479323 6.0707377350 382 445 432 5.94542061 6.09807428 6.06842559

5.9 5.95 6 6.05 6.1 6.15 6.2 6.25 6.3 6.35 6.40

10

20

30

40

50

f(x) = − 118.773417907059 x + 752.472092920693R² = 0.986612743082527

GRÁFICA 1.- TERMISTOR VERDE

T°Linear (T°)

Resistencia (ohm)

Tem

pera

tura

(°C)


6.05 6.1 6.15 6.2 6.25 6.3 6.35 6.4 6.45 6.5 6.550

10

20

30

40

50

f(x) = − 120.536716078145 x + 781.917679018354R² = 0.989605466309111

GRÁFICA 2.- TERMISTOR MARRÓN

T°Linear (T°)

Resistencia (ohm)

Tem

pera

tura

(°C)

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.60

10

20

30

40

50

f(x) = − 106.427717556623 x + 693.034571558241R² = 0.990677733394307

GRÁFICA 3.- TERMISTOR ANARANJADO

T°Linear (T°)

Resistencia (ohm)

Tem

pera

tura

(°C)

Se calibraron tres termistores, el Verde, Marrón y Anaranjado. (Ver Tabla 1). De las gráficas 1, 2 y 3, se halló el índice de correlación entre las variables temperatura y resistencia, y ésta (R2) fue muy alta, es decir, hubo una buena correlación. Así mismo, la relación de las variables fue inversa y negativa. De los tres termistores calibrados se eligieron usar el Verde y Marrón.

Los datos obtenidos en el punto 12º04'51'' S y 76º56'47 O de la medición se presentan en la tabla 2 y 3.

Tabla 2.- Datos obtenidos con el Termistor Verde (bulbo seco)

Termistor Verde


Hora Resistencia X Ln(Resistencia) Y Temperatura °CPresión

11:05 464 6.139884552 23.2 28.410211:20 463 6.137727054 23.5 28.928711:35 462 6.135564891 23.7 29.278911:50 461 6.133398043 24.0 29.811112:05 463 6.137727054 23.5 28.928712:20 461 6.133398043 24.0 29.811112:35 461 6.133398043 24.0 29.811112:50 460 6.131226489 24.3 30.351713:05 458 6.126869184 24.8 31.271813:20 459 6.12905021 24.5 30.716913:35 460 6.131226489 24.3 30.351713:50 459 6.12905021 24.5 30.716914:05 458 6.126869184 24.8 31.2718

Tabla 3.- Datos obtenidos con el Termistor Marrón (bulbo húmedo)

Para la medición de las Temperaturas del Bulbo Seco y Bulbo Húmedo, se usaron los termistores calibrados anteriormente.

Termistor Verde fue usado para medir la Temperatura del bulbo seco (Ver Tabla 2) Termistor Marrón fue usado para medir la Temperatura del bulbo húmedo (Ver Tabla3)

La presión de vapor de agua actual, presión de saturación, humedad relativa, déficit de saturación, humedad absoluta, relación de mezcla y humedad específica se presentan en la tabla 4.

Termistor Marrón

Hora Resistencia X Ln(Resistencia) Y Temperatura °C Presión

11:05 559 6.326149473 19.4 22.511811:20 558 6.324358962 19.6 22.793111:35 560 6.327936784 19.2 22.233511:50 560 6.327936784 19.2 22.233512:05 560 6.327936784 19.2 22.233512:20 560 6.327936784 19.2 22.233512:35 560 6.327936784 19.2 22.233512:50 560 6.327936784 19.2 22.233513:05 558 6.324358962 19.6 22.793113:20 560 6.327936784 19.2 22.233513:35 560 6.327936784 19.2 22.233513:50 558 6.324358962 19.6 22.793114:05 558 6.324358962 19.6 22.7931


Tabla 4: Resultados obtenidos en la medición

Hora ea(hPa) es(hPa) esh(hPa) r (g/kg) q (g/kg) HR pV D11:05 20.0170566 28.41024914 22.51175984 12.8354445 12.67293857 70.45716665 14.6309681 8.3911:20 20.2319985 28.92867661 22.79308817 12.976146 12.81008085 69.93751821 14.7731119 8.7011:35 19.2778034 29.27886432 22.23347357 12.3520031 12.20143625 65.84204618 14.0668838 10.0011:50 19.0798515 29.81108139 22.23347357 12.2226756 12.07522638 64.00254747 13.9083766 10.7312:05 19.409708 28.92867661 22.23347357 12.4382093 12.28554653 67.09504298 14.1726873 9.5212:20 19.0798515 29.81108139 22.23347357 12.2226756 12.07522638 64.00254747 13.9083766 10.7312:35 19.0798515 29.81108139 22.23347357 12.2226756 12.07522638 64.00254747 13.9083766 10.7312:50 18.8817857 30.35171974 22.23347357 12.0933264 11.94896312 62.20993699 13.7501063 11.4713:05 19.3740408 31.27180249 22.79308817 12.4148967 12.26280216 61.95370681 14.0848886 11.9013:20 18.7496785 30.71687908 22.23347357 12.0070816 11.86475793 61.04031097 13.644724 11.9713:35 18.8817857 30.35171974 22.23347357 12.0933264 11.94896312 62.20993699 13.7501063 11.4713:50 19.572221 30.71687908 22.79308817 12.5444519 12.3891863 63.71813032 14.2433138 11.1414:05 19.3740408 31.27180249 22.79308817 12.4148967 12.26280216 61.95370681 14.0848886 11.90

Donde:

- es: Presión de saturación del vapor de agua- esh: Presión del vapor del bulbo húmedo- ea: Presión de vapor actual- HR: Humedad relativa- D: Déficit de saturación- ρV: Humedad absoluta- r: Relación de mezcla- q: Humedad específica

Meteorogramas de las variables estudiadas:


De la Gráfica 4 se observa la variación de la temperatura del bulbo seco (termistor Verde) con respecto del tiempo. Lo que se midió el día de la práctica no fue la temperatura sino la resistencia, para hallar la temperatura contamos con la fórmula que obtuvimos gracias a la calibración: y = -118.77x + 752.47Se infiere de la Gráfica 4, que la temperatura fue en ascenso y una ligera disminución pero sin salir del rango de temperatura, es decir aumentó en poco más de un grado desde el inicio al final.

De la

Gráfica 5, se tiene la variación de la temperatura respecto de la hora de medición. Para hallar la temperatura del bulbo húmedo, se tuvo en cuenta la resistencia marcada por el multitester y fue hallada gracias a la siguiente ecuación de la calibración del Termistor Marrón: y = -120.54x + 781.92

11:05 11:20 11:35 11:50 12:05 12:20 12:35 12:50 13:05 13:20 13:35 13:50 14:0518.9

19.0

19.1

19.2

19.3

19.4

19.5

19.6

19.7

19.4

19.6

19.2 19.2 19.2 19.2 19.2 19.2

19.6

19.2 19.2

19.6 19.6

GRÁFICA 5.- TIEMPO VS TEM-PERATURA DEL BULBO HÙMEDO

Hora de mediciòn

Tem

pera

tura

(ºC)

11:05 11:20 11:35 11:50 12:05 12:20 12:35 12:50 13:05 13:20 13:35 13:50 14:0522.0

22.5

23.0

23.5

24.0

24.5

25.0

23.223.5

23.724.0

23.5

24.0 24.024.3

24.824.5

24.324.5

24.8

GRÁFICA 4.- TIEMPO VS TEM-PERATURA BULBO SECO

Hora de mediciòn

Tem

pera

tura

(ºC)


En comparación con la Gráfica 4, que representa la variación del tiempo con la temperatura del bulbo seco, la Gráfica 5, indica menores temperaturas siendo la máxima de 19.6 al final, y durante la medición la temperatura estuvo en un rango de 19.2 – 19.6, es decir no aumentó ni un grado. Esto se debe también, a que durante las horas de medición hubo pocos cambios, es decir, permaneció nublado durante la medición y el viento no cambió de dirección.

Para las Gráficas 6 y 7, se relacionó las presiones del bulbo seco y bulbo húmedo con el tiempo. Para hallar las presiones, se usó la ecuación de Tetens:

ex= 6.11 x 107.5 (Tx)237.5+Tx

Se reemplazaron los datos de temperatura de la Tabla 2 y Tabla 3, de donde se obtuvieron las presiones respectivas.

11:0511:20

11:3511:50

12:0512:20

12:3512:50

13:0513:20

13:3513:50

14:0526

27

28

29

30

31

32

GRÁFICA 6.- TIEMPO VS PRESIÓN DE SATU-RACIÓN (BULBO SECO)

Presiòn

Hora de mediciòn

Pres

iòn

(hPa

)

De la Gráfica 6, se observan ascensos y descensos de presiones a medida que pasó el tiempo. Además, la presión inicial del bulbo seco fue la más baja y la final, la más alta. Esto es debido a que, la temperatura fue creciendo aunque no tan significativamente, creció. Asimismo, otros factores influyeron como la velocidad del viento de cada instante de medición.


11:0511:20

11:3511:50

12:0512:20

12:3512:50

13:0513:20

13:3513:50

14:0521.9

2222.122.222.322.422.522.622.722.822.9

GRÁFICA 7.- TIEMPO VS PRESIÓN BULBO HÙ-MEDO

Presiòn

Hora de mediciòn

Pres

iòn

(hPa

)

De la Gráfica 7, se observan las presiones del bulbo húmedo respecto del tiempo, la secuencia es muy irregular. Puesto que, hay una baja de presión desde las 11:35 hasta las 12:50, después de este momento, aumenta y vuelve a disminuir para finalmente, aumentar y mantenerse en su punto más alto. A comparación de la Gráfica 6, la Gráfica 7 es más discontinua.

De la gráfica 8, se puede observar que la presión de vapor no tiene un comportamiento regular debido a las variación de temperatura, sin embargo al analizar únicamente la temperatura vs la presión de vapor se puede ver que si siguen una tendencia. Esta no resulta de manera lineal ya que

11:05 11:20 11:35 11:50 12:05 12:20 12:35 12:50 13:05 13:20 13:35 13:50 14:0518

18.5

19

19.5

20

20.5

GRÁFICA 8.- PRESION DE VAPOR (ea)

Horas

hPa


se usó la ecuación usada para hallar la presión de vapor, notamos en la gráfica que los valores más altos se dan a las 11:05 y 11:20 am, esto coincide con las humedades relativas más altas.

11:05 11:20 11:35 11:50 12:05 12:20 12:35 12:50 13:05 13:20 13:35 13:50 14:0511.8

12

12.2

12.4

12.6

12.8

13

13.2

12.9761459817762

12.0070816242582

GRÁFICA 9.- RELACION DE MEZCLA(r)

Horas

g/kg

De la gráfica 9, podemos notar que debido a que esta variable indica la relación entre la masa de vapor de agua y la de aire seco, ambas dependes de la presión de cada una de estas dos, es por ello que sigue la misma tendencia que la presión de vapor, ya que ésta la modifica.


11:05 11:20 11:35 11:50 12:05 12:20 12:35 12:50 13:05 13:20 13:35 13:50 14:0511.2

11.4

11.6

11.8

12

12.2

12.4

12.6

12.8

13

12.8100808487656

11.8647579296441

GRÁFICA 10.- HUMEDAD ESPECIFICA(q)

Horas

g/kg

En la gráfica 10, se puede observar que el comportamiento es bastante similar a la anterior gráfica, teniendo un comportamiento irregular por la temperatura, pero a pesar de ello se puede observar que la humedad específica disminuye conforme pasa el día.

11:05 AM

11:20 AM

11:35 AM

11:50 AM

12:05 PM

12:20 PM

12:35 PM

12:50 PM

1

3:05 PM

1

3:20 PM

1

3:35 PM

1

3:50 PM

1

4:05 PM60

62

64

66

68

70

72

Gráfico 11.- HUMEDAD RELATIVA (%)

HR

Hum

edad

Rel

ativa

(%)


Mediante el gráfico 11 se puede observar que la mayor humedad relativa fue de 70.49% a las 11:05 am y la mínima humedad relativa fue de 61.09% a las 13:20 pm. La humedad relativa se ve íntimamente relacionada con la temperatura ya que a mayor temperatura del aire, éste puede contener mayor cantidad de vapor de agua (Meruane, 2006) por lo que concuerda con la teoría estudiada y los resultados obtenidos ya que a las 11:05 am se obtuvo la mayor humedad relativa que coincidió con la menor temperatura de bulbo seco (23.2ºC).

Cabe resaltar que se dieron casos en el que la temperatura del aire permaneció constante y el contenido de humedad aumentó (13:20 pm – 13:50 pm; temperatura 24.5ºC), ya que la humedad relativa también aumenta pues al no variar la temperatura del aire, tampoco lo hace la máxima cantidad de vapor de agua que esa muestra de aire puede contener. Otro caso resaltante fue en el que la temperatura del aire aumento y la humedad relativa disminuyo (11:05 – 11:50; 12:35 – 13:20), esto sucedió así porque al aumentar la temperatura aumenta la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener esa masa de aire o el grado de saturación del aire disminuye porque al aumentar la temperatura tiene mayor capacidad para contener vapor de agua.

11:05 11:20 11:35 11:50 12:05 12:20 12:35 12:50 13:05 13:20 13:35 13:50 14:057.007.508.008.509.009.50

10.0010.5011.0011.5012.00

GRÁFICA 12.- DEFICIT DE SATURACION(D=es-ea)

Horas

hPa

De la gráfica 12, se puede observar que el déficit de saturación va en aumento dado que es>ea, de lo que se podría deducir que aumentó la evaporación y la evapotranspiración por incremento de la temperatura del ambiente. Esto se relaciona íntimamente con la hora de ocurrencia de la radiación máxima y la disponibilidad de radiación para el balance ya que generó en las horas de evaluación el aumento paulatino de la temperatura. Los datos de déficit de saturación más altos se observan en las horas de mayor radiación.

El grado de saturación es mayor a las en el intervalo de 11:05 y 11:20, esto está muy relacionado con la humedad relativa pues presenta sus valores más altos (70%) en este lapso también.


11:05 11:20 11:35 11:50 12:05 12:20 12:35 12:50 13:05 13:20 13:35 13:50 14:0513.6

13.8

14

14.2

14.4

14.6

14.8

15

GRÁFICA 13: HUMEDAD ABSOLUTA (pV)

Horas

pV

De la gráfica 13, se puede observar que la mayor humedad absoluta fue de 14,77 g/m3 a las 11:20 am y la mínima fue de 13,64 g/m3 a las 13:20 pm. La humedad absoluta se ve íntimamente relacionada con la temperatura ya que a mayor temperatura del aire, éste puede contener mayor cantidad de vapor de agua por lo que concuerda con la teoría estudiada y los resultados obtenidos ya que a las 11:20 am se obtuvo la mayor humedad absoluta que coincidió con la menor temperatura de bulbo seco (23.2ºC), éste es el momento en que la transpiración y evaporación es menor.

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