Pluviómetros y Tipos de Errores en La Medición - Alumnos

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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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




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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.

Pluviómetros y Tipos de Errores en La Medición - Alumnos

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