Fabrica tu propio pluviómetro

Laboratorio - Desafío de Ingeniería 
Fabrica tu propio pluviómetro

Medir la cantidad de lluvia que cae es un paso muy importante en el manejo de las reservas de agua potable para la agricultura y otros usos. Este Desafío de Ingeniería de SEED consiste en diseñar y construir un pluviómetro que mida las precipitaciones de la manera más exacta posible. Lee esta breve historia sobre pluviómetros y luego fabrica uno para ti. 

Cómo medir las precipitaciones: breve historia

La gente ha medido las precipitaciones durante miles de años. Los primeros registros que se conocen se tomaron en Grecia alrededor del año 500 a.C. Aproximadamente un siglo más tarde, gobernantes indios enviaron cuencos a las aldeas de su reino como herramienta oficial para medir la cosecha potencial de los granjeros. Estas mediciones de precipitaciones luego se usaron para determinar los impuestos sobre la tierra de los granjeros.

Pluviómetro estándar

El pluviómetro más común, que actualmente usan los aeropuertos y los meteorólogos oficiales, se inventó hace más de 100 años. Consiste en un cilindro grande con un embudo y un tubo de medición más pequeño dentro. El pluviómetro “oficial” especificado por la Agencia Meteorológica de los Estados Unidos es un cilindro de 50 cm de alto con un embudo de 20 cm de diámetro. El agua se recolecta en un tubo de medición que tiene exactamente un décimo del área transversal de la parte superior del embudo. Por eso, la altura del agua que se junta en el tubo de medición es precisamente diez veces lo que sería si se hubiera juntado en el cilindro solo. Por ejemplo, un décimo de centímetro de precipitaciones llenaría un centímetro del tubo de medición. Esta exageración de la altura del agua en el tubo permite a los meteorólogos realizar mediciones más precisas de las precipitaciones. En el tubo de medición se coloca una vara de medición especial con una escala que tiene en cuenta la exageración.

El pluviómetro oficial puede medir hasta 5 cm (1,97 pulgadas) de lluvia. Si las precipitaciones superan los cinco centímetros, el agua se derrama y cae en el cilindro que rodea al tubo de medición. Para calcular la cantidad total de precipitaciones, el observador vacía los 5 cm del tubo de medición lleno, luego toma el agua del cilindro y con mucho cuidado la vierte en el nuevo tubo vacío. Esa medida sumada a los cinco centímetros iniciales da la cantidad de precipitaciones final.

Cómo saber cuándo llovió

El pluviómetro que acabamos de describir es muy preciso, pero las mediciones se realizan sólo cuando alguien vacía el agua. Esto puede ser sólo una vez por día e incluso menos. Un método para registrar el tiempo durante el que llueve es usar un registrador de tambor mecánico. Dentro del cilindro recolector de agua hay un flotador sujeto a un bolígrafo. Si el nivel de agua en el cilindro sube, el flotador se eleva y el bolígrafo traza el cambio de altura en un gráfico. El gráfico está sujeto a un tambor con un mecanismo de relojería que lo hace girar muy lentamente. Cuando el cilindro recolector de agua está lleno, automáticamente se vacía a través de un tubo sifón en un tarro colector que hay debajo. Cuando esto sucede, el bolígrafo desciende desde lo máximo hasta la línea cero del gráfico, y si sigue lloviendo, comienza a registrar una nueva línea ascendente. El gráfico debe reemplazarse en forma regular (semanal o mensualmente). En ese momento, también se mide el contenido del tarro colector.

En el año 1622, el arquitecto británico Sir Christopher Wren diseñó el primer pluviómetro con cubo de descarga. Este dispositivo realiza un agujero en cinta de papel después de un volumen de precipitaciones en particular. El pluviómetro con cubo de descarga aún se usa mucho, pero utiliza dispositivos de medición electrónicos en vez de cinta de papel para registrar el volumen y el tiempo de las precipitaciones.

El pluviómetro con cubo de descarga registra el tiempo cuando uno de los dos cubos especialmente diseñados se inclina, lo que sucede cuando un volumen de agua en particular cae en él (generalmente 0,1 cm o 0,1 pulgada). Cuando uno de los cubos se inclina, el otro se mueve a su lugar para atrapar la siguiente unidad de precipitación. Cada vez que un cubo se inclina, se envía una señal electrónica al registrador conectado con un reloj. En la mayoría de los pluviómetros con cubo de descarga, el agua sale por la parte inferior; por lo tanto, no necesita vaciarse manualmente. Este dispositivo permite determinar cuánta lluvia cayó durante ciertos períodos sin que nadie esté en realidad presente en la estación meteorológica. Además de saber el volumen de lluvia que ha caído en un período de tiempo, también es útil conocer la intensidad. Por ejemplo, cinco centímetros que caen durante un día seguramente se drenarán de manera segura, pero si cae la misma cantidad en una hora es probable que provoque una inundación repentina.

El pluviómetro con cubo de descarga es especialmente bueno para medir de lloviznas a precipitaciones medias. Durante una precipitación muy ligera, la lluvia que se junta en un cubo es posible que no sea suficiente para inclinarlo y puede evaporarse antes de que se junte más. Durante una lluvia muy fuerte, como las tormentas eléctricas, el agua puede seguir vertiéndose en el cubo mientras se vacía, antes de que el siguiente cubo se mueva a su lugar. Por eso el pluviómetro con cubo de descarga calcula las precipitaciones menos de lo que corresponde. Las fallas también pueden ser el resultado de que el mecanismo de descarga se obstruye, generalmente con una telaraña. Además, el granizo, la nieve, los nidos de pájaros, los insectos, las telarañas y las hojas pueden bloquear el embudo y hacer que se derrame agua. Por eso, es común colocar dos pluviómetros independientes uno junto al otro, para que cualquier error pueda detectarse rápidamente y corregirse.

El pluviómetro de báscula

Otra variedad es el pluviómetro de báscula. Consiste en un recipiente ubicado sobre una balanza que se ajusta al recipiente y calcula el peso del agua de lluvia que se junta.