Agm620 – Instrumental meteorologico
Insolación
La duración de la insolación se ha determinado durante muchos
años mediante las bandas de registro de los heliógrafos de
Campbell-Stokes.
Se utiliza como referencia el Heliógrafo de Referencia Provisional
(Interim Reference Sunshine Recorder [IRSR]).
Así pues, la definición debería, en la medida de lo posible, ser
compatible con el «IRSR», con objeto de garantizar la continuidad
de los registros.
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Insolación
El instrumento de Campbell-Stokes utiliza los rayos solares
enfocados por una esfera de vidrio para que quemen una cartulina
dejando una traza sobre ella.
A partir de este principio es el nivel de radiación al que comienza a
quemarse la cartulina debe emplearse como definición del
comienzo de la insolación.
Sin embargo, en función de las condiciones del medio ambiente, de
la transparencia de la esfera y del material empleado en la banda de
registro, este nivel puede cambiar de un instrumento a otro y de una
región climática a otra.
Esta última dificultad fue el motivo principal que obligó a definir el
IRSR, que consistía esencialmente en una normalización de la
construcción y de las bandas de registro que se emplean.
Aun así, cuando se alternan los períodos de sol con los nublados,
la combustión no corresponde a ningún umbral. Así pues, parece
ser que lo único que se puede considerar es la elección de un
umbral desde el punto de vista de la conveniencia.
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Insolación
La cantidad de insolación que se recibe en un área cualquiera es uno
de los factores que determinan el clima de ese lugar.
Las agencias vinculadas con la agricultura, silvicultura, turismo y
recreación están especialmente interesadas en los datos de
insolación.
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Insolación
Principios de la medición de la duración de la insolación.
Los instrumentos de medición de la insolación existentes usan la
energía térmica del Sol o su energía luminosa.
a) El de tipo Campbell - Stokes, que usa el calor solar para
quemar un trazo sobre la faja de registro.
b) El tipo Marvin, en el cual el calor solar acciona un conmutador
sensible a la temperatura que controla la plumilla de registro;
c) El tipo Jordan, que utiliza un proceso fotográfico para
registrar la insolación;
d) El tipo Foster, basado en el uso de un conmutador
fotoeléctrico para controlar el mecanismo de registro.
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Principios de la medición de la duración de la insolación.
• Los tipos (a) y (c) actúan como relojes solares, y para su operación
no requieren mecanismo de relojería.
• Los diferentes heliógrafos tienen un valor de umbral mínimo distinto
de radiación solar, con capacidad para iniciar un registro, oscilando
desde unas pocas decenas de vatios por metro cuadrado hasta 400
W m-2.
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Insolación
El heliofanógrafo de Campbell-Stokes.
Los tipos (a) y (c) actúan como relojes solares, y para su operación
no requieren mecanismo de relojería.
Este instrumento fue desarrollado por Campbell allá por el año 1853.
En su versión inicial consistía en una ampolla de vidrio esférica llena
de agua, apoyada en el centro de un tazón de madera segmentado.
Enfocada sobre la superficie interior del tazón, la radiación solar
quemaba un trazo, dando una indicación de la duración de la insolación.
Stokes (1879) mejoró el instrumento llevándolo a su diseño presente.
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El heliofanógrafo de Campbell-Stokes.
En la Figura 7.1 se muestra una versión actualizada y el cuadro 7.1
resume las principales características y requisitos para que un
heliógrafo de Campbell-Stokes sea de la categoría del IRSR.
Un heliógrafo que se vaya a emplear como IRSR debe satisfacer las
características detalladas por la OMM, y debería estar certificado por
éste.
Las bandas de registro para IRSR deben satisfacer las
características detalladas por la OMM y estar certificadas por ésta.
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1
Contratuerca.
2
Banda da presión superior.
3
Esfera da cristal.
4
Brida de presión inferior
5
Contratuerca
6
Tornillo inferior del soporte
7
Contratuerca
8
Tuerca da regulación de la escala da latitudes
9
Corredera de regulación de la sub –base
10
Contratuerca
11
Tornillo de puesta a nivel
12
Pata de fijación
13
Zócalo fijo
14
Soporte de la faja (gráficas).
15
Soporte da la esfera
16
Tornillo superior del soporte
Figura 7.1 Heliofanógrafo de
Campbell-Stockes
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•Consiste en una esfera de cristal, hecha con un cristal transparente (2),
está apoyada en el medio de un tazón empavonado, acanalado para
transportar las fajas de registro (Figura 7.1).
•La esfera de cristal del instrumento patrón tiene una distancia focal D
para la luz de sol de aproximadamente 75 mm.
•La esfera y el tazón están apoyados en un soporte de esfera (12), el
cual es una lengüeta que mueve un montante articulado, permitiendo
que el conjunto de tazón y esfera sea girado en un pequeño ángulo, que
se lee en una escala de latitud (5).
•La base reposa sobre un zócalo por medio de tres tornillos de
nivelación, que llevan contratuercas (6).
•La base puede ser girada un pequeño ángulo en azimut por medio de
una disposición de ajuste de tornillo sin fin ó corredera (7).
•El zócalo está fijado firmemente a un apoyo (11) por botones a través
de las patas (10).
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A Esfera de vidrio
B Segmento esférico
C Bandas – Registro
Forma
Uniforme
Material:
Bronce o metal similar
duración
Material:
Cartulina de buena
calidad que no sea
especialmente
sensible a humedad
Diámetro
10 cm
Radio:
73 mm
Ancho:
Ajustado dentro de 0.3
mm
Color:
Muy tenue o incoloro
Características
adicionales
a) Línea de mediodía
central grabada
transversalmente por la
cara interior
Grosor:
0.40.05 mm
Índice de
Refracción
1.520.02
b) Ajuste para la
inclinación del
segmento sobre la
horizontal según la
latitud.
Efecto de la
humedad:
Dentro del 23%
Distancia
Focal:
75 mm para la luz <<D>>
de sodio
c) base doble con
dispositivos para
nivelación y ajuste del
azimut
Color
Oscuro, homogéneo,
no se notan
diferencias a la luz
diurna difusa.
Graduaciones:
Líneas horarias
impresas en negro.
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El instrumento dibujado en la Figura 7.2 está proyectado para
una latitud máxima de 52°. Un modelo tropical que puede
usarse asimismo en latitudes medias, se conoce como
heliofanógrafo modelo universal
Figura 7.3 Sección del
soporte del heliofanógrafo y
calendario de utilización de
esos diagramas.
Figura 7.2 Modelo tropical de heliofanógrafo
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Con el heliofanógrafo de Campbell - Stokes se usan tres
tipos de diagramas:
Diagramas de verano, largos y curvados.
Diagramas de invierno, cortos y curvados.
Diagramas equinocciales, rectos.
En latitudes templadas, los diagramas de verano
se usan desde el 12 de abril al 2 de septiembre,
los de invierno desde el 15 de octubre al 28 de
febrero.
Los equinocciales rectos se usan el resto del
año.
Los períodos de verano e invierno varían con la
latitud geográfica, y difieren en la sincronización
durante el año en cada hemisferio.
Los diagramas de insolación se cambian cada
día, después de la puesta del Sol.
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Con el heliofanógrafo de Campbell - Stokes se
usan tres tipos de diagramas:
De acuerdo a las condiciones atmosféricas y al
instrumento mismo, el valor de umbral mínimo de
la intensidad solar qué iniciará un registro está
dentro de los límites de 70 a 300 W m-2.
Los cuales, traducidos en tiempo posterior a la
salida del Sol o anterior a su ocaso, representan
de 10 a 20 minutos.
Se requiere un horizonte libre sobre aquellos
sectores donde la salida y puesta del Sol están
próximas al horizonte.
Sin embargo, debido al valor de umbral
relativamente alto de intensidad solar necesario
para que el registro comience, se pueden
despreciar los obstáculos cuya elevación por
arriba del horizonte no excedan los 3°.
Es necesario contar con un apoyo firme y
nivelado para el instrumento, capaz de soportar
condiciones de tiempo severas.
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Instalación.
La instalación del instrumento comienza
por la fijación del zócalo al armazón del
instrumento con bulones, después de
orientar el lado abierto del tazón hacia el
sur (en el hemisferio Sur, la orientación
es hacia el norte).
Luego, la placa de base se nivela
cuidadosamente usando un nivel de
alcohol.
El plano del meridiano local
perpendicular a la superficie de la Tierra
deberá contener el eje de la esfera y la
marca de mediodía sobre el tazón.
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Instalación.
El ajuste de latitud se hace fácilmente
moviendo la lengüeta de la articulación
de montante en la dirección apropiada
para que el valor de latitud del sitio
indicado en la escala de latitud coincida
con la marca en forma de flecha de la
articulación.
Si esto se realiza correctamente, el eje
de la esfera de cristal tendrá la
inclinación apropiada hacia la superficie
de la Tierra.
Si fuera necesario, la nivelación y el
ajuste meridional y latitudinal se pueden
repetir, hasta que se obtenga la exactitud
requerida de ajuste.
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Instalación.
Si todos los ajustes se han
efectuado satisfactoriamente,
el trazo quemado debe ser
paralelo a la línea central del
diagrama y la imagen del Sol
al mediodía local (lugar
enfocado por la luz) debe
corresponder con la marca de
mediodía del tazón.
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Cuidados de rutina del heliofanógrafo de CampbellStokes
•
•
•
•
•
El instrumento es durable y necesita muy poca
atención.
La esfera de cristal necesita limpieza periódica, y
los procedimientos de limpieza se deben efectuar
con gran cuidado para no perturbar la
transparencia de la esfera.
En condiciones de contaminación del aire con
polvo abrasivo y arena, la esfera de cristal se
eliminara el polvo con un cepillo suave de pelo de
camello, y luego limpiada con una piel de gamuza
y alcohol.
El tazón se limpia en la forma convencional
usando detergente y agua.
Los excrementos de pájaros no deben removerse
raspando, si no lavándolos a fondo..
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Cuidados de rutina del heliofanógrafo de
Campbell-Stokes
•
•
•
En época invernal, el mantenimiento del
heliofanógrafo de Campbell-Stokes se reduce a
remover la escarcha, la nieve o el hielo.
Estos son fácilmente eliminados aplicando una
solución de agua y glicol etilénico 50 / 50 o de
cualquier descongelante inocuo.
El exceso de fluido de la esfera debe ser
cuidadosamente limpiado con una tela.
Agm620 – Instrumental meteorologico
Cuidados de rutina del
heliofanógrafo de CampbellStokes
•
•
Los agujeros para el drenaje del agua de
lluvia en la intersección de cada ranura
con la marca de mediodía, deben
limpiarse con la misma varilla de madera
puntiaguda utilizada para limpiar las
ranuras.
Si esto se hace mal, provoca una
retención del agua de lluvia en el tazón,
mojando los diagramas de registro y
perturbando los registros.
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Cuidados de rutina del heliofanógrafo
de Campbell-Stokes
•
•
•
La limpieza de la ranura y del equipo de drenaje
se efectúa más efectivamente si se quita la esfera
de cristal.
Se deben adoptar precauciones para colocar la
esfera sobre un paño suave, en el suelo.
Cuando la esfera se coloca nuevamente en su
lugar, se debe cuidar de no afectar la
concentricidad de la esfera de cristal y del tazón:
la esfera se debe quitar aflojando solamente el
perno superior, después de separar la
contratuerca.
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Análisis de los heliogramas
•
•
Para conseguir resultados uniformes con
el heliógrafo de Campbell-Stokes, es
especialmente
importante
seguir
estrictamente las siguientes instrucciones
para evaluar los registros (heliogramas,
Figura 7.4) de los IRSR.
La duración total de la insolación diaria
debe determinarse señalando en el
borde de una banda del mismo tipo las
longitudes correspondientes a cada traza
de carbonización y midiendo, a la décima
de hora más próxima, la longitud total así
obtenida al nivel del surco de
combustión. Para la evaluación del
heliograma debe procederse como sigue:
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Análisis de los heliogramas
Figura 7.4 Evaluación de la extensión del trazo sobre un
diagrama.
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Análisis de los
heliogramas
Otras sugerencias son:
•
•
•
•
La medición del trazo quemado se realiza mejor
con la ayuda de una escala especial hecha de
material transparente y graduada en décimos de
hora.
Los trazos quemados intermitentes se miden
teniendo en cuenta la combustión del cartón y
alguna extensión lateral del quemado.
Las marcas chamuscadas tenues son
medidas hasta los bordes extremos del trazo.
Con quemaduras circulares, se debe
considerar que dos o tres de ellas son el
equivalente de 0.1 hora de insolación.
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Requisitos de ubicación y exposición para
instrumentos de medición de la
insolación.
Los requisitos de exposición pueden resumirse
así:
El sitio seleccionado debe estar disponible
durante diez años por lo menos;
Durante su vida operacional, los alrededores
del lugar no deben cambiar significativamente;
El sitio debe tener un horizonte abierto hacia el
este y el oeste, que no presente obstrucciones
a los rayos del Sol y con una elevación de más
de 5° en toda época del año.
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Los registros de insolación pueden verse
afectados adversamente por los
siguientes factores:
Concentricidades alteradas de la esfera
de cristal y del tazón;
Errores sobre la latitud y los
meridianos, y de nivelación durante el
ajuste del instrumento;
Defectos o suciedad en la esfera de
cristal;
Efectos
ambientales
sobre
el
instrumento
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Quemadura o trazo obtenido un 13 de julio (faja de verano).
2) El trazo es paralelo a las marcas en cruz.
3) Si la figura fuera de tamaño natural, el trazo estaría 10
mm por debajo de la marca en cruz.
4) La insolación ha sido continua desde la salida hasta la
puesta del Sol; luego, la longitud del trazo anterior a la
"marca del mediodía" es igual a la longitud del trazo después
de dicha marca.
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1) Trazo obtenido un 11 de octubre (faja equinoccial).
2) El trazo es paralelo a las marcas en cruz.
3) Si la figura fuera de tamaño natural, el trazo
estaría 10 mm por debajo de las marcas en cruz.
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1)Trazo obtenida un 15 de octubre (faja de invierno).
2)El trazo es paralelo a las marcas en cruz.
3)Si la figura fuera de tamaño natural, el trazo estaría
7 mm por debajo de las marcas en cruz.
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El trazo fue obtenido un 12 de julio, en un registrador
que estaba desnivelado en dirección este-oeste.
(En este caso, el lado oeste del registrado estaba
(demasiado alto).
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El trazo de arriba fue obtenido un 29 de julio, de un
registrador en el cual la determinación de latitud
fue errónea. La indicación de la escala fue ajustada
5° más baja que la latitud real de la estación.
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El trazo de arriba fue obtenido un 30 de julio, de un
registrador en el cual la determinación de latitud
fue errónea. La indicación de la escala fue ajustada
50C más alta que la latitud real de la estación.
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El ajuste incorrecto puede producir pérdidas
importantes de registros en ciertos momentos del
año, mediante la quemadura o el chamuscado que
se escapa del borde de la faja.
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