Las estaciones convencionales y automáticas que pertenecen a la Red Agrometeorológica del INIA (RAI) cuentan con instrumental meteorológico que cumple con la normativa de la Organización Mundial de Meteorología (OMM), la cual establece los criterios para un funcionamiento y registro de los datos meteorológicos de forma precisa y representativa de la zona. Estas estaciones   cuentan con una construcción solida, capaz de resistir la manipulación y las  condiciones a la intemperie, sin perder la sensibilidad necesaria para captar las variaciones mínimas del fenómeno meteorológico.

Dependiendo de la forma en  que se realiza la lectura, los instrumentos meteorológicos se pueden dividir en dos categorías fundamentales:

De lectura directa (LD), son muy precisos y se basan en la alteración causada a un elemento sensible (sensor) cuando actúa un elemento meteorológico. Cada medida necesita una lectura y existe un error experimental que depende de la apreciación del observador que tome los registros de la estación.

Aparatos registradores (R), como lo dice su nombre son instrumentos registradores y constan de tres partes básicas: el elemento sensible (sensor), el elemento transmisor y el elemento registrador.

·        Sensor: elemento sensible que se altera debido a una perturbación o cambio, mediante un sistema mecánico - eléctrico.

·        Transmisor: comunica la señal del sensor con el registrador.

·        Registrador: puede ser un aparato provisto de un tambor que tiene un sistema de relojería que hace que dé una vuelta por día o por semana; en este se coloca una banda de papel que permite imprimir una grafica de las variaciones experimentadas por el elemento meteorológico a través del tiempo. Estas bandas están graduadas para poder determinar la hora exacta de cada punto de la grafica registrada.

Por lo general estos aparatos utilizan unas bandas de papel (bandas registradoras) donde el aparato registrador, que posee una plumilla, registra la información que mide el instrumento.

Los elementos que se miden con ayuda de los instrumentos son los siguientes:

·        Lluvia.

·        Radiación.

·        Duración de la insolación o brillo solar.

·        Evaporación.

·        Humedad.

·        Temperatura del aire, del agua y del suelo.

·        Presión atmosférica

·        Velocidad y dirección del viento.

 

Instrumental meteorológico convencional.

·        Garita meteorológica.

Ø     Termómetro de ambiente.

Ø     Termómetro de máxima.

Ø     Termómetro de mínima.

Ø     Psicrómetro.

Ø     Termohigrógrafo.

·        Pluviómetro.

·        Pluviógrafo.

·        Actinógrafo.

·        Heliofanógrafo.

·        Tanque tipo “A”.

·        Geotermómetro.

·        Veleta y anemómetro.

·        Anemógrafo.

 

El objeto de las observaciones meteorológicas es contar con datos cuantitativos que representen las condiciones del aire libre. La garita meteorológica es una caseta de madera cuyas paredes están provistas de celosías, a manera de persianas, que permiten la libre circulación del aire a través de ellas, y a su vez, protege los instrumentos de la intemperie. La Organización Mundial Meteorológica (OMM) recomienda que la caseta esté pintada de blanco y esmaltada para reflejar bien la radiación, además, la puerta debe estar orientada al Norte en nuestro hemisferio, para evitar que al realizar las observaciones los rayos solares incidan sobre los instrumentos. Su función básica es permitir la medición y el registro de la humedad relativa y la temperatura del aire (ambiente, máxima y mínima), con el mismo fin, el fondo de la caseta esta formado por tablillas traslapadas con un doble piso, impidiendo la transmisión del calor y la luz que se refleja del suelo hacia el interior.  Los instrumentos que generalmente están dentro de la caseta son: Termómetro de ambiente, Termómetro de máxima, Termómetro de mínima, Psicrómetro y Termohigrógrafo.

 

El Termómetro de ambiente, esta compuesto por un tubo capilar de vidrio, unido a un depósito cilíndrico o esférico, también de vidrio. El deposito esta lleno de mercurio y con las variaciones de temperatura éste se dilata y asciende por el tubo capilar. La lectura de la temperatura se hace sobre la escala grabada en el termómetro, y comúnmente se usa entre 10 ºC a 50 ºC. Este termómetro se encuentra en posición vertical dentro de la garita meteorológica.

El Termómetro de máxima (Negretti), se utiliza para conocer la temperatura más alta de cada día, y se coloca de forma horizontal dentro de la garita. Su elemento sensible es el mercurio, con un estrechamiento en el capilar cerca del bulbo. Cuando aumenta la temperatura el mercurio se dilata y pasa por el estrechamiento hasta alcanzar la temperatura máxima, y al descender la temperatura la estrangulación impide que el mercurio regrese al bulbo y el termómetro queda marcando la máxima entre los periodos de observación.

El Termómetro de mínima, se utiliza para conocer la temperatura mas baja de cada día. Utiliza alcohol en vez de mercurio ya que alcanza su punto de congelación mas rápido (-38,5 ºC). En el seno del alcohol se halla un índice de vidrio o esmalte que es arrastrado por la superficie del líquido (por efectos de tensión superficial) a medida que éste se contrae cuando baja la temperatura. Al elevarse la temperatura el alcohol sube en el tubo, dejando al índice en la posición mas baja, la cual indica la temperatura mínima alcanzada. Este termómetro también debe colocarse en posición horizontal dentro de la garita.

 

 

El Psicrómetro, es un instrumento que indica la humedad del aire mediante la comparación de las temperaturas registradas simultáneamente por un termómetro seco y otro húmedo. Consiste en dos termómetros de mercurio iguales puestos verticalmente y de un aspirador que va instalado en la parte inferior. El bulbo del termómetro húmedo esta envuelto en una tela fina (muselina) que es humedecida con agua, mientras que el termómetro seco queda al descubierto. El termómetro seco señala la temperatura actual del aire, mientras que el termómetro húmedo, marca siempre una temperatura inferior debido al efecto que causa el enfriamiento por la evaporación provocada por la corriente de aire generada por el aspirador. Este aparato es utilizado para determinar tanto la humedad relativa como la tensión de vapor del aire atmosférico. Existen varios tipos de psicrómetros siendo los mas comunes: el simple, el de Assmann o de aspiración y el de honda o de manivela.

El Termohigrógrafo, mide (grafica) la humedad relativa y la temperatura del aire; su unidad de medida es el porcentaje (%) y el grado Celsius (ºC) respectivamente. Es un instrumento registrador que inscribe continuamente la humedad relativa del aire. Su elemento sensible es un haz de cabellos u otro material higroscópico, es decir, que tenga la propiedad de absorber la humedad del aire y, con ello acortarse o alargarse. Las variaciones que sufre en longitud se transmiten a una palanca que tiene en su extremo una plumilla inscriptora que efectúa trazos sobre una banda de papel montada en un tambor que gira accionado por un sistema de relojería (graficadora), obteniéndose una curva representativa de la cantidad de vapor de agua presente en la atmosfera. De manera similar actúa la parte del instrumento que mide la temperatura del aire.

El Pluviómetro, es un instrumento que mide la cantidad de agua caída (lluvia) en un periodo de tiempo. Expresa en milímetros (mm) de altura la cantidad de lluvia, y esta formado por un cilindro hueco (galvanizado) que en su parte superior tiene un embudo receptor (entrada) rematado en una arista viva y que descarga en un deposito interior (vaso medidor) en donde se mide la lluvia caída. El área de entrada es diez veces mayor que el área de la boca del vaso medidor, con el fin de que cada mm de altura real de la lluvia se amplifique diez veces en el vaso medidor, pudiendo hacer lecturas hasta con un decimo de mm de aproximación. Las lecturas se hacen cada 24 horas. El pluviómetro debe estar colocado en lugares despejados y su boca debe permanecer horizontal con respecto al suelo y a una altura de 100 cm.

 

El Pluviógrafo, registra la cantidad de lluvia en un periodo de tiempo determinado, además de su intensidad, el cual es un dato importante para varios estudios agrometeorológicos. Al igual que el pluviómetro posee un embudo receptor en la parte superior por donde ingresa el agua hacia un deposito llamado cámara de sifonaje, en cuyo interior existe un flotador, el cual al recibir una cierta cantidad de precipitación (10 mm) provoca una sifonada hacia un colector que esta en la parte inferior del instrumento. Este ciclo se va repitiendo hasta que el periodo de lluvia termina. El flotador tiene incorporado un pequeño brazo con un plumón de tinta, el cual, grafica las variaciones de precipitación en una banda registradora.

 

El Actinógrafo, es el instrumento más usado en las estaciones climatológicas y agrometeorológicas que mide la radiación. Este aparato registra la radiación solar global (directa + difusa). Utiliza tres laminas bimetálicas, dos blancas y una negra, esta ultima en medio de las otras dos, de manera que las tres se curvan hacia abajo al aumentar la temperatura. De un lado las tres láminas están unidas, y del otro, solo las blancas se fijan al soporte y el extremo de la negra permanece libre, activando una palanca que transmite mecánicamente su movimiento a un registrador de pluma. Este aparato es recomendado para totales diarios.  

 

 

El Heliofanógrafo (Campbell Stokes), es un instrumento registrador que mide la duración de las horas de sol (insolación). Consiste en una esfera maciza de cristal que actúa a modo de lente o lupa, donde los rayos solares caen perfectamente enfocados sobre ella y luego amplificado como un delgado haz de luz sobre una tira de cartulina (heliográficas o bandas registradoras) que van colocadas detrás de la esfera, se registra una huella carbonada durante las horas que este el sol. La tira de papel esta dividida en las horas que tiene un día, de tal manera que al sumarse dichas horas donde el papel está quemado, se obtiene la insolación absoluta del día.

El Tanque tipo “A”, es un tanque cilíndrico de lamina de hierro galvanizado inoxidable Nº 22, con 121cm de diámetro (1,15 cm2 de área evaporante) y  22,5 cm de profundidad; debe instalarse a  15 cm del suelo sobre un estrado de madera en un suelo con grama. Posee un dispositivo para efectuar las mediciones del nivel del agua que consta de un cilindro en reposo de 25 cm de altura y 10 cm de diámetro, donde se encuentra instalado un tornillo micrométrico con capacidad para medir variaciones de 0,01 mm. La diferencia de niveles del agua observada, con la ayuda del tornillo micrométrico, y en un lapso de tiempo determinado, da como resultado la lamina evaporada. Como diariamente se realizan lecturas, la diferencia entre dos consecutivas es la evaporación en 24 horas.

 

Los Geotermómetros, se utilizan para medir la temperatura del suelo (en ºC) a diferentes profundidades (5, 10, 15, 20, 30, 50 y 100 cm). Para profundidades de 5, 10 y 20 cm se emplean termómetros de mercurio en tubo de vidrio doblado, en ángulo recto o en otro ángulo apropiado. Para profundidades de 50 y 100 cm se aconseja el uso de termómetros suspendidos en el interior de tubos de hierro. Solo el bulbo del geotermómetro es enterrado, quedando su escala en la superficie a la vista del observador.

El Anemómetro y la Veleta, son instrumento utilizados para indicar la dirección y velocidad del viento. En agroclimatología es suficiente precisar la dirección sobre la base de ocho puntos, los cuales son: Norte (N), Noreste (NE), Sur (S), Suroeste (SW), Este (E), Sureste (SE), Oeste (W), Noroeste (NW). El Anemómetro es un aparato que se utiliza para medir la velocidad del viento; el comúnmente usado es el Robinson, que consta de tres cazoletas o copas cuyas cavidades están dirigidas en el mismo sentido y que por medio de tres brazos horizontales se conectan a un eje vertical de rotación, al que hacen girar cuando sopla el viento; dicho eje termina en un tornillo sin fin que engrana en una rueda dentada, en cuyo centro va otro tornillo sin fin que comunica el movimiento a dos carátulas que señalan decenas de kilómetros recorridos. El anemómetro puede llevar integrada una veleta con el fin de observar la dirección del viento.

 

 

El Anemógrafo, se encarga de registrar la velocidad y dirección del viento, el anemógrafo más utilizado no es mas que el anemómetro de Robinson con dispositivos eléctricos y mecánicos que le permiten registrar diariamente en bandas registradoras el recorrido del viento y por ende su velocidad, además la dirección del mismo. El registro del recorrido se efectúa cuando el viento pone en movimiento a las cazoletas y por medio de un mecanismo electromecánico se obliga a una pluma inscriptora a trazar a trazar una rayita por cada kilómetro recorrido por el viento sobre una gráfica enrollada en un tambor que da vuelta cada 24 horas. La dirección del viento se registra por medio de plumillas que efectúan trazos sobre gráficas especiales gracias a los movimientos que se originan al girar la veleta alrededor de su eje.

 

Instrumental de una Estación Meteorológica Automática (EMA).

Está compuesta básicamente por tres partes: sensores, un sistema central de procesamiento y equipo periférico. Los sensores son capaces de convertir una variable meteorológica de interés en una señal eléctrica proporcional a la variable medida. Estos sensores son ubicados estratégicamente en la estación, a fin de lograr una medición adecuada del parámetro. La señal proporcionada por los sensores es llevada a una unidad que permite su lectura y registro en formato digital. Esta unidad se conoce como Sistema Central de Procesamiento (SCP), el cual se encarga de acondicionar las señales que así lo requieran, a un formato digital, registrarlas a en memorias digitales y eventualmente transmitirlas. El equipo periférico de la EMA esta constituido por todo el equipamiento adicional que se requiera para el correcto funcionamiento de la estación, como por ejemplo el suministro de energía (baterías, panel solar), equipos de comunicación (módems, radios), etc.

·        Sensor de precipitación.

El mas utilizado es el tipo balancín o Tipping Bucket debido a su bajo costo y simplicidad. En este sensor  el elemento conocido como balancín esta compuesto de dos recipientes o “copas” volumétricamente iguales que se balancean sobre un eje colocado en el punto medio. A medida que se llena una copa cae, por su propio peso, vaciándose y generando un pulso que se envía al SPC el cual indica que esta ocurriendo un evento de precipitación.

 

·        Sensor de temperatura.

Los tipos de sensores que se utilizan mas comúnmente para la medición de la temperatura son los termómetros de resistencia de platino (RTD), los termistores y los termopares (TP). En los dos primeros, la resistencia varía con la temperatura, mientras que en los termopares se genera una señal microvoltáica. El sensor debe protegerse contra la radiación solar durante el día, y contra el enfriamiento de onda larga de la noche, por lo que utilizan pantallas protectoras contra la radiación solar con ventilación natural.

 

·        Sensor de humedad relativa.

Se utilizan sensores del tipo de capacitancia de películas de polímeros. El principio de funcionamiento de los sensores de humedad tipo capacitivo esta basado en un polímero que absorbe y libera vapor de agua en la medida que la humedad relativa aumenta o desciende. Las propiedades dieléctricas del polímero dependen de la cantidad de agua contenida en el. Se dispone junto al sensor de temperatura bajo el abrigo de la pantalla protectora.

·        Sensor de radiación solar.

Los dos tipos de piranómetros más comunes para medir la radiación solar total incidente son instrumentos de termopilas y fotoceldas de silicio. Las fotoceldas de silicio provistas con filtros adecuados permiten obtener mediciones precisas de la radiación fotosintéticamente activa (0.4-0.7um) para luz natural o artificial. Los piranómetros de termopilas utilizan una serie de uniones termoeléctricas para proveer una señal típica de varios µV/W/m², proporcional a la diferencia de temperatura de la superficie negra absorbente y una referencia.

·        Sensor de velocidad y dirección del viento.

Los mas comúnmente usados en estaciones automáticas son los de tipo de rotación mecánica ya sean de una serie de copas ensambladas, generalmente tres, con rotación sobre un eje vertical o bien una hélice integrada con una veleta. Los métodos mas comúnmente usados para convertir la rotación del anemómetro en una señal son:

1.     El cierre de un contacto de láminas magnéticas por un campo magnético rotativo (REED SWITH).

2.     Generación de un voltaje de corriente alterna por medio de un campo magnético rotativo.

3.     Generación de pulsos de voltaje cortando un rayo de luz mediante un disco giratorio ranurado (fotocorte).

4.     Generando un voltaje de corriente directa.

Los potenciómetros circulares típicos de 1 a 10 kOhm se utilizan para determinar la dirección de la veleta y necesitan un voltaje de excitación para medir la resistencia.

Equipos de adquisición de datos automáticos.

El equipo de adquisición de datos es el responsable de leer la información proveniente de los sensores y/o acondicionadores, procesarla y registrarla. Todo esto se logra mediante un esquema de configuración que el usuario introduce en el equipo con la ayuda de una computadora. Generalmente están provistos de varias entradas analógicas, varias entradas digitales y varias entradas de frecuencia de manera de adaptarse a las necesidades del operador. El registro de información se hace en memoria de acceso aleatorio (RAM) soportado por baterías. El equipo cuenta con un puerto de comunicación RS232, mediante el cual se puede configurar la operación del equipo. Si el puerto de comunicación del equipo de adquisición de datos se conecta a un MODEM, es posible obtener su información desde sitios ubicados a grandes distancias, sin necesidad de visitar la Estación Meteorológica.