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Faça Seu Próprio Pluviômetro

Laboratório - Desafio de Engenharia
Faça Seu Próprio Pluviômetro

Medir a quantidade de chuva que cai é uma etapa muito importante na gestão do suprimento de água doce para a agricultura e outros usos. Este Desafio de Engenharia SEED envolve projetar e construir um pluviômetro que meça o volume de chuva com o máximo de precisão possível. Leia esta breve história dos pluviômetros, depois construa um para você.

Medindo o Volume de Chuva: Uma Breve História

As pessoas medem o volume de chuva há milhares de anos. Os registros mais antigos de que tem conhecimento foram feitos na Grécia por volta de 500 a.C. Mais ou menos um século depois, soberanos da Índia enviavam tigelas às vilas de seus reinos como uma ferramenta oficial para medir a colheita em potencial dos fazendeiros. Essas medições de volume de chuva foram então usadas para determinar quais seriam os impostos sobre as terras dos fazendeiros.

Pluviômetro

Rainman Pluviômetro “oficial” especificado pela agência climática dos EUA (United States Weather Bureau).

O Pluviômetro Padrão

O pluviômetro mais comum – atualmente usado por institutos oficiais de previsão do tempo e em aeroportos – foi inventado há mais de 100 anos. Ele é composto de um cilindro grande com um funil e um tubo medidor menor em seu interior. O pluviômetro “oficial” especificado pela agência climática dos EUA é um cilindro de 50 cm de altura com um funil de 20 cm. A água é coletada em um tubo de medição que tem exatamente um décimo da seção transversal do topo do funil. Conseqüentemente, a altura da água coletada no tubo medidor é exatamente dez vezes menor do que se tivesse sido coletada apenas no cilindro. Por exemplo, um décimo de um centímetro de chuva encheria um centímetro do tubo medidor. Esse exagero da altura da água no tubo permite aos meteorologistas fazer medições mais precisas do volume de chuva. Uma vareta de medição especial inserida no tubo de medição é graduada para levar em consideração o exagero.

Tambor mecânico

Tambor mecânico registrando o volume de chuva.
Imagem gentilmente cedida por Lambrecht GmbH.

O pluviômetro padrão pode medir até 5 cm de chuva. Se o volume de chuva exceder cinco centímetros, a água transborda para o cilindro que envolve o tubo de medição. Para descobrir a precipitação total, o observador esvazia os 5 cm no tubo de medição grande, e então pega a água no cilindro e a despeja cuidadosamente no tubo agora vazio. Essa medição, somada aos cinco cm, dá o volume total de chuva.

Sabendo Quando Choveu

O pluviômetro descrito acima é bastante preciso, mas as medições são feitas apenas quando alguém o esvazia. Isso pode ocorrer apenas uma vez por dia, ou até menos. Um método para se registrar o período de chuva é usar um registrador de tambor mecânico. Dentro do cilindro de coleta de água há uma bóia presa a uma caneta. Se o nível de água no cilindro aumentar, a bóia se levanta e a caneta registradora traça a mudança de altura em um gráfico. O gráfico é anexado a um tambor movido a corda que gira bem lentamente. Quando o cilindro de coleta fica cheio, ele se esvazia automaticamente através de um sifão, passando a água para uma lata coletora maior na parte inferior. Quando isso acontece, a caneta registradora afunda do nível máximo para a linha zero do gráfico e, se continuar chovendo, começa a registrar uma linha ascendente novamente. O gráfico deve ser substituído regularmente – geralmente, toda semana ou todo mês – e, quando isso é feito, o conteúdo da lata coletora também é medido.

Tabela

Gráfico de um tambor mecânico de medição de precipitação

Pluviômetro de Báscula

Em 1622, o arquiteto britânico Sir Christopher Wren projetou o primeiro pluviômetro basculante. Esse dispositivo faz um furo em uma fita de papel após um determinado volume de chuva. O pluviômetro de báscula ainda é amplamente usado, mas com dispostivos eletrônicos de medição no lugar de fita de papel para registrar o volume e o tempo de precipitação.

Reservatório basculante

Pluviômetro de báscula comercial.
Imagem gentilmente cedida por Lambrecht GmbH.

O pluviômetro de báscula registra o momento em que um de dois reservatórios especialmente projetados tomba, o que ocorre quando um determinado volume de água cai em seu interior (normalmente 0,1 cm). Quando um reservatório tomba, o outro rapidamente se desloca para pegar a próxima unidade de precipitação. Cada vez que um reservatório tomba, um sinal eletrônico é enviado a um registrador conectado a um relógio. Na maioria dos pluviômetros a báscula, a água escoa pelo fundo, portanto não é necessário esvaziar o aparelho manualmente. Esse dispositivo possibilita determinar quanta chuva cai durante determinados períodos de tempo sem que ninguém esteja presente na estação climática. Além de saber o volume de chuva que caiu em um determinado período de tempo, também é útil para conhecer sua intensidade. Por exemplo, cinco centímetros caindo ao longo do dia provavelmente teriam uma drenagem segura, mas a mesma quantidade caindo em uma hora provavelmente causaria uma enchente.

Tabela

Gráfico da média diária de um pluviômetro a báscula.

O pluviômetro a báscula é especialmente bom para medir precipitações leves a moderadas. Durante uma leve garoa, a chuva coletada em um reservatório pode não ser suficiente para tombá-lo, e a água pode evaporar antes que mais água seja adicionada. Durante chuvas muito fortes, como tempestades, a água pode continuar caindo dentro do reservatório enquanto este esvazia, antes que o próximo reservatório se posicione. Conseqüentemente, o pluviômetro a báscula pode subestimar a precipitação. Falhas também podem ser ocasionadas por obstrução do mecanismo de báscula, o que normalmente é causado por teias de aranha. Além disso, granizo, neve, ninhos de pássaros, insetos, teias de aranha e folhas podem obstruir o funil, levando a um transbordamento. Por esse motivo, é comum colocar dois pluviômetros lado a lado, para que os erros possam ser rapidamente detectados e corrigidos.

Pluviômetro Tipo Balança

Outra variedade é o pluviômetro tipo balança, formado por um recipiente colocado sobre uma balança. A balança é ajustada para o recipiente e mede o peso da água da chuva coletada.


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