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Pluviômetros

De acordo com a definição oficial da Organização Meteorológica Mundial, a chuva é a precipitação de partículas de água líquida com diâmetro superior a 0,5 mm ou de gotas menores, mas altamente dispersas. Se não atingir a superfície terrestre não seria chuva mas virga e se o diâmetro for menor seria garoa.

Chuva é a precipitação de água em forma de gotas. Quando atingem um diâmetro superior a 0,5 mm, caem na terra por gravidade a uma velocidade superior a 3 m/s. No momento está chovendo.

A taxa ou intensidade de precipitação é a quantidade de água líquida ou sólida que atinge o solo em um período de tempo. É medido em volume/superfície (litros/m2) e o período de tempo, em geral, é o dia (litros/m2/dia).

O instrumento usado para medir com precisão essa intensidade de chuva é o pluviômetro e a unidade usada é l/m² (litros por metro quadrado) em um determinado tempo (hora, dia, etc. ) ou seu equivalente em milímetros (altura que atingiria caso fosse distribuído uniformemente sobre um solo horizontal e impermeável no qual não foi registrada nenhuma evaporação).

Nota: A medida expressa em mm equivale à espessura do lençol de água que se formaria, devido à precipitação sobre uma superfície plana e impermeável de 1 m2, um milímetro de a água da chuva equivale a 1 litro de água distribuído em uma superfície de um metro quadrado

A precipitação é a variável mais importante dos parâmetros ambientais, pois é a única que nos fornece aportes de água; todos os outros, temperatura, radiação, vento… são consumidores dele.

A característica especial da precipitação, em relação aos demais parâmetros ambientais, é a sua variabilidade, ou seja: pode chover muito em um ponto e não cair algumas centenas de metros adiante uma única gota, e também, uma grande quantidade pode cair em um dia e depois passar meses sem chover.

Essa variabilidade torna os dados locais extremamente úteis, pois os valores médios de precipitação pluviométrica coletados em escala mais ampla e em longos períodos de tempo, geralmente anuais ou mensais, possuem indiscutível influência climática e valor estatístico, mas padecem de alguns e inevitáveis ​​defeitos, no que se refere ao microclima. Com estudos em escala local, qualquer anomalia é perfeitamente isolada, obtendo assim grande precisão e valores realmente práticos

Na agricultura, o conhecimento da quantidade de chuva em um determinado ponto ajuda a determinar a quantidade de água disponível para a planta no solo e, portanto, o irrigação que será necessário aplicar para evitar problemas de morte de raízes e gestão eficiente da água. Por outro lado, quantidades excessivamente grandes de precipitação, quando excedem por exemplo 100 mm (litros por metro quadrado) em 10 dias, muitas vezes danificam seriamente as plantas, tanto mais quanto menor o período de tempo em que caem. Se essa precipitação ocorrer em um ou dois dias, os danos podem ser verdadeiramente catastróficos.

A chuva é adjetivada em relação à intensidade da precipitação por hora (mm/h):

      • Chuva fraca: quando sua intensidade é ≤ 2 mm/h
      • Chuva moderada…..: > 2 mm/h e ≤ 15 mm/h
      • Chuva Forte…………: > 15 mm/h e ≤ 30 mm/h
      • Chuva muito forte….: > 30mm/h e ≤ 60mm/h
      • Chuva torrencial….: > 60 mm/h

Por outro lado, a distribuição das chuvas varia ao longo do tempo. Por exemplo, se uma chuva dura 40 minutos, pode cair 5 mm nos primeiros 10 minutos, 10 mm nos 10 minutos seguintes, 7 mm no terceiro intervalo e 3 mm no quarto período, no total seria uma chuva forte chuva de 25 mm/h.

Um recipiente aberto com lados verticais, em forma de cilindro reto e com um funil é geralmente usado se seu objetivo principal é medir a precipitação. Os tamanhos e formas da boca e a altura do medidor são variáveis, portanto as medidas não são estritamente comparáveis.

Existem vários tipos de pluviômetros: Manuais, Registradores, Totalizadores, medidores de intensidade, etc.; Mas só nos interessam aquelas que nos dão uma potência elétrica proporcional à intensidade da chuva, que medem principalmente o volume ou peso da coleção.

Tipos de pluviômetros com saída elétrica

Pluviômetros pulviométricos (balde basculante ou gangorra)

Existem muitos tipos de pluviômetros, mas os mais utilizados e tradicionais devido à sua fácil automação e precisão suficiente são os cangilômetros mecânicos.

O projeto básico consiste em uma abertura superior (de área conhecida) para que a água entre no recipiente, que é então direcionada através de um funil para um coletor onde é coletada e pode ser registre a medição uma vez que um determinado nível foi atingido inclinando um tanque que ativa um relé reed que nos dá um pulso.

Cada pulso registrado corresponde a uma quantidade de água caída desde o pulso anterior.

Fig: Fotografia de um pluviômetro de balde. O pluviômetro é composto de três partes, um coletor pluvial que é a seção receptora para captação de água, normalmente de 200 ou 400 cm2, o funil e a base que abriga um mecanismo de medição do volume de água da precipitação em seu interior. com furos de montagem e nivelador embutido para facilitar a instalação do coletor de chuva →

 

Tipos

      • Caçamba basculante ou pluviômetro de caçamba
        Ele mede a quantidade de chuva que caiu usando um balde basculante com esvaziamento automático. O cone coletor de chuva canaliza a água para dentro do balde basculante (ou colher); Uma vez atingido o nível predefinido, a colher calibrada gira sob a ação do próprio peso, descarregando a água e retorna rapidamente à posição inicial para coletar uma nova porção de água. Durante a fase de rotação, o contato reed do sensor reed, normalmente fechado, abre-se por uma fração de segundo, enviando um impulso ao nó contador. A quantidade de chuva medida é baseada na contagem do número de vezes que o balde é esvaziado: os contatos reed, normalmente fechados, abrem no momento em que o balde se inclina durante o esvaziamento.

← Fig: Fotografia do equipamento de basculamento mecânico do pluviômetro de colher de chá. Quando a colher de chá está vazia, o braço que segura o ímã pesa mais que a colher de chá. Quando a concha se enche de água, essa água coletada faz com que o braço da concha pese mais e faz com que a concha se incline, produzindo um pulso que pode ser registrado por um nó com entrada de pulso.

      • Pluviômetro com caçamba basculante automática
        O mecanismo de medição é muito simples, é um dispositivo de copos localizado nas extremidades de um balancim ou balancim que mede o volume de precipitação coletado pelo funil. Quando um copo está cheio, ele vira, esvaziando e colocando o outro copo sob o funil, começando a enchê-lo. A cada capotamento, o balancim, por meio de um ímã, ativa um relé reed. A quantidade de água pluvial caída é medida pelo número de pulsos contados entre dois instantes determinados. Cada pulso é equivalente a uma quantidade de água caída.

← Fig: Fotografia do mecanismo de um pluviômetro tipo gangorra.

A geometria e o material de que são feitas as tigelas ou colheres de chá devem facilitar o escape de toda a água para minimizar a contaminação e os erros.

Além disso, o sensor deve incluir parafusos de nivelamento e nível de bolha para facilitar a instalação em campo e deve ser construído inteiramente com materiais resistentes à corrosão para garantir sua durabilidade e deve ser resistente à radiação UV.

Esses tipos de pluviômetro são usados ​​para medir a intensidade da chuva e totais cumulativos, o que em aplicações agrícolas é suficiente

Pesagem de pluviômetros

Os pluviômetros de pesagem são geralmente instrumentos de precisão destinados à observação oficial e técnica. É o instrumento mais preciso para medir a precipitação e sua intensidade. Estes pluviômetros são baseados em um sistema de pesagem que utiliza células de carga com as quais um cálculo muito preciso da precipitação e sua intensidade pode ser feito continuamente, até resoluções de 0,001mm. A vantagem de um pluviômetro digital com essas características é que ele não tem limite de medição de chuva e pode quantificar a precipitação de 0,005mm até o infinito.

← Fig: Fotografia de um pluviômetro de pesagem
      • Eles medem de forma confiável e precisa a quantidade e a intensidade da precipitação nos estados líquido, sólido e misto. Abaixo do recipiente de coleta e bem protegido de agentes ambientais nocivos, encontra-se uma célula de carga hermeticamente fechada de alta precisão que mede o peso total colocado sobre ela. A eletrônica do pluviômetro conectada à célula de carga calcula continuamente a precipitação existente e deriva a quantidade e a intensidade da precipitação.
      • O sistema de pesagem pode fornecer uma resolução de medição de precipitação de 0,001 mm.

Geralmente apresenta duas opções, não aquecido e aquecido. A opção aquecida é útil para áreas frias ou montanhosas, onde grande parte da precipitação de inverno é neve. Nos pluviômetros tradicionais, a precipitação sólida apresenta muitos problemas para medição; o pluviômetro aquecido tradicional resolve essas desvantagens.

Estes pluviômetros geralmente incorporam saídas analógicas e comunicações de todos os tipos (0/4…20mA; 0…2.5/5Vdc; SDI-12; Modbus; etc) .

Em geral, o sinal de saída digitalizado é calculado e filtrado. A intensidade da precipitação é calculada pelas diferenças entre duas ou mais medições de peso consecutivas. A precisão desses tipos de medidores está diretamente relacionada às suas características de medição e/ou registro, que podem variar de fabricante para fabricante.

Sensores de precipitação com tecnologia de radar

É um sensor em tempo real para medir a precipitação (chuva, neve, granizo, chuva gelada, granizo), sem manutenção e sem peças móveis que podem ficar presas ou quebrar, o que lhe confere uma vida útil muito longa e alta confiabilidade operacional.

Eles usam um radar Doppler de uma certa frequência (normalmente 24 GHz) que é capaz de medir a velocidade de todas as formas de água condensada. Estes incluem chuva, chuva congelante, granizo, neve e granizo. O sensor detecta a precipitação desde a primeira gota.

São sensores que emitem pulsos na forma de pulsos de energia eletromagnética. Quando esse pulso encontra um alvo (neste caso a precipitação), essa energia é devolvida ao radar e assim ele pode interpretar sua localização e sua intensidade. Essa intensidade que o eco da precipitação terá é chamada de refletividade e é medida em decibéis (dBZ).

A partir da refletividade (dBz), o método mais comum para determinar a intensidade da chuva (R ) é usar relações empíricas que relacionam a refletividade registrada por radar com a precipitação medida no nível do solo (relação Z-R ).

O eco da precipitação é chamado de Refletividade e é medido em decibéis (dBz), e sua relação com a intensidade da precipitação é conhecida (relação R-Z empírica de Marchall-Palmer). será possível obter a precipitação (R ​​).

A refletividade é um valor que caracteriza a precipitação tanto em quantidade quanto em tamanho das gotas. Quanto maior a refletividade, maior a intensidade da precipitação, desde chuva leve (refletividade inferior a 20 dBz) até chuva muito forte com granizo (refletividade da ordem de 55 dBz ou superior).

Caracteristicas:

      • Medição extremamente rápida
      • Medição exata desde a primeira gota de chuva. Tamanho de gota detectado (0,3 a 5 mm)
      • Diferenciação entre classificações de tamanho de gota
      • Resolução de 0,01 mm.
      • Parâmetros medidos: Quantidade de chuva/precipitação, tipo de chuva/precipitação (chuva, neve, granizo, chuva gelada, granizo)
      • Múltipla interface de transmissão de dados (Mod-bus, SDI-12, etc) ideal para automação
      • Especialmente indicado para locais ou áreas de difícil acesso devido à sua falta de manutenção.

Pluviômetros óticos

O sensor infravermelho óptico é um pequeno instrumento que detecta a chuva perturbando o feixe de luz que está sendo emitido dentro da cápsula transparente. É uma opção de baixo custo que começa a ser utilizada, principalmente para quantificar chuvas fracas que os pluviômetros não detectam.

Os sensores ópticos de chuva, patenteados pela Hydreon, possuem emissores de luz infravermelha que os projetam na superfície do invólucro, este possui um design especial que os direciona para o entorno de alguns detectores. Quando as gotas de água atingem a superfície externa da lente, alguns dos raios infravermelhos escapam. O equipamento detecta a mudança na intensidade do feixe e determina o tamanho da gota de chuva que causou a mudança.

O sensor detecta a condição da superfície da lente, incluindo a causada por sujeira, contaminantes, envelhecimento e outros fatores. Este equipamento compensa adequadamente esses fatores, tornando o dispositivo praticamente imune a fatores ambientais. Por outro lado, este tipo de sensor é imune a trepidações e movimentos, não existem superfícies condutivas ou capacitivas expostas à corrosão, nem aberturas para nidificação de insetos ou acúmulo de folhas ou outros sedimentos.

O pluviômetro ótico possui uma saída digital NPN que informa se está chovendo ou não. A intensidade disso nos é dada pelas comunicações.

Instalação e localização do pluviômetro

Quando o pluviômetro está instalado corretamente, o volume de água que ele coleta deve representar com bastante precisão a precipitação que cai na área circundante, pois a medição da precipitação é particularmente sensível ao exposição do medidor.

Cuidados especiais devem ser tomados para colocar o pluviômetro em um local longe de prédios e árvores que possam formar uma tela, deve-se escolher um local claro para a instalação do pluviômetro , longe de objetos altos, para que a precipitação possa ser recebida sem interferências ou redemoinhos, quando devido ao vento, chega com alguma inclinação.

Uma opção é elevar o pluviômetro do solo a no mínimo 1,5 m, para que a gravação não seja afetada por nenhum tipo de obstáculo. Se estiver próximo ao solo, deve ser coberto com grama fina e não é recomendado cimento, pois pode ser atingido por possíveis respingos do solo.

Também é necessário escolher um local não muito exposto ao vento. Convém que o local seja abrigado de correntes fortes, dando bons resultados com vedações por sebes ou paliçada devidamente montadas em torno do pluviômetro, com cerca de três metros de diâmetro, recomendando-se que os taludes exteriores da vedação sejam suaves. Nas fazendas, os melhores locais costumam ser clareiras em pomares, entre arbustos ou moitas, ou em outros locais onde existam obstáculos baixos que agem como barreiras eficazes contra o vento de todas as direções

Sempre que possível, o pluviômetro deve ser instalado com a boca horizontal no nível do solo e se houver objetos ao redor, eles não devem estar a menos de quatro vezes a sua própria altura do instrumento < /p>

La WMO ((World Meteorological Organization) recomienda que la distancia de la boca del pluviómetro a cualquier objeto que lo circunde debe ser el doble que la altura del objeto; dicho en otras palabras, el ángulo con el que se ve el objeto desde el pluviómetro será de unos 30º; si no hay más remedio se puede admitir que sea algo mayor, pero con un límite máximo de 45º.

Fig: Recomendación de distancias mínimas de objetos altos a la boca del pluviómetro →

Em resumo:

      • A boca do pluviômetro deve estar a uma altura de 1,50 metros do solo.
      • Deve estar afastado de qualquer obstáculo (paredes, árvores, silos, etc) para que a entrada da chuva não seja impedida.
      • Você deve sempre tomar cuidado para que dentro do pluviômetro não haja folhas secas ou outros objetos que possam alterar a medição.
      • Quando colocado em um poste fixo, não deve ultrapassar a altura da boca do pluviômetro.
      • Deve ser protegido de animais (e pessoas mal-intencionadas…) que possam movê-lo ou danificá-lo.

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