Pluviômetro de estação automática com resistor variável

Pluviômetro de estação automática com resistor
variável, reaproveitando um pluviógrafo de
estação convencional em desuso.
Camila Simões
E-mail: [email protected]
Cindy C. Pinheiro
E-mail: [email protected]
Fabrício D. F. Hurtado Junior
E-mail: [email protected]
Thuany Schmidt
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Marcos Antônio Viana Nascimento
E-mail: [email protected]
Resumo: A chuva é parte essencial do ciclo hidrológico do planeta Terra, e hoje existem varias
maneiras de se medir a quantidade de precipitação, dentre os aparelhos mais comumente usados estão
o pluviômetro e o Pluviógrafo. Tem-se uma vasta importância em saber o volume de chuva
precipitado como, por exemplo, para a agricultura, onde cada tipo de cultivo precisa de uma irrigação
diferenciada. Este é um projeto de criação de um pluviômetro para estação automática que produz um
registro contínuo dos eventos de precipitação em determinados locais onde foi acoplado um resistor
variável a um Pluviógrafo de estação convencional em desuso, como elemento sensor, fornecendo
uma leitura analógica.
Palavras Chave: pluviômetro, estação meteorológica automática, resistor variável.
1. Introdução
Chuva é um fenômeno meteorológico
que consiste na precipitação de água no
estado líquido sobre a superfície da Terra.
Embora muitas pessoas não gostem das
chuvas, elas são fundamentais para o
planeta Terra, pois contribuem para o ciclo
hidrológico e para o desenvolvimento das
diversas formas de vida.
As pessoas medem o volume de chuva
há milhares de anos, tendo-se o
conhecimento de registros mais antigos
feitos na Grécia por volta de 500 a.C. Os
antigos na Índia utilizavam uma tigela para
medir o volume pluviométrico das
fazendas, e conseqüentemente o seu
potencial de produção, a fim de determinar
quais seriam os impostos sobre as terras
dos fazendeiros.
Hoje, o pluviômetro e o pluviógrafo são
os instrumentos utilizados para medir a
quantidade de chuva. O pluviômetro é
mais utilizado devido à simplicidade de
suas instalações e operação. Nele é lida a
altura total de água precipitada, sendo que
seus registros são sempre fornecidos em
milímetros por dia. Já o pluviógrafo é mais
encontrado nas estações meteorológicas
propriamente ditas e registra a variação da
quantidade de chuva com o tempo. Este
aparelho registra em um gráfico de papel,
simultaneamente, a quantidade e a duração
da precipitação. A sua operação é mais
complicada e dispendiosa e o próprio custo
de aquisição do aparelho, tornam seu uso
restrito.
Fazer a medição do volume de chuvas
tem uma vasta importância como, por
exemplo, analisar e fazer estatísticas sobre
secas e enxurradas de determinadas
regiões, na agricultura para saber quanto
de água vai ser preciso para irrigar certa
planta para que seja atingida a meta de
irrigação, na elaboração de projetos de
galerias pluviais, e até mesmo no uso
doméstico para se saber se a chuva do
momento irá trazer inundação para suas
residências.
Este projeto teve como objetivo criar
um instrumento de medição de chuva para
estação automática utilizando entrada
analógica no Datalogger, diferente do que
normalmente é encontrado no mercado, a
fim de se ter uma leitura continua.
Também foi reciclado um pluviógrafo
convencional, limpado, reformado e
reposto peças danificadas. Como sensor foi
utilizado um resistor variável.
esse recipiente é projetado para quando um
determinado volume de água cair e encher
um dos dois compartimentos, esse tomba
escoando a água e fazendo que o outro
compartimento rapidamente se desloque
para coletar a próxima unidade de
precipitação. Cada vez que um reservatório
tomba, um sinal eletrônico é enviado a um
datalogger que registra um volume de
precipitação preestabelecido para cada
movimento basculante.
Este tipo de sensor é hoje o mais
utilizado em estações automáticas, sua
desvantagem é a informação do horário de
inicio de uma precipitação de fraca
intensidade, a qual não provocaria o
movimento basculante.
2.3 Pluviógrafo de Bóia
Consiste em um cilindro com uma bóia
que se movimenta à proporção que ocorre
a precipitação, sifonando quando atinge o
limite máximo do diagrama, retornando a
bóia ao zero do diagrama. Toda
precipitação sifonada é acumulada em um
reservatório interno no instrumento.
2. Tipos de sensores
2.4 Pluviógrafo de Balança
Existe hoje, dentre os pluviômetros e
pluviógrafos, uma vasta relação de tipos de
sensores, dentre eles os mais importantes e
considerados e segundo CANDIDO, são:
2.1 Pluviômetro do tipo “Ville de Paris”
Compõe-se
de
um
reservatório
alongado com uma pequena torneira
encaixada sobre a boca do funil, a área
superior do reservatório, chamada área de
captação, é de 400 cm². A precipitação
coletada pelo reservatório é medida em
uma proveta graduada.
Esse tipo de pluviômetro é empregado em
todas
as
estações
meteorológicas
convencionais.
2.2 Pluviômetro de Báscula
Internamente possui um recipiente
divido em dois compartimentos simétricos
em relação ao eixo transversal que o apóia,
Instrumento composto por uma cisterna
com sifão, a qual é apoiada sobre uma
escala de pesagem que aciona a pena e esta
traça um gráfico fixado em um tambor
com sistema de relojoaria.
3. Materiais e métodos
Foi necessário fazer recuperação e
adaptações dos aparelhos que foram
reaproveitados. O Pluviógrafo que foi
reciclado estava em péssimo estado de
conservação, sujo e quebrado, a cisterna
não estava sifonando a água armazenada e
os parafusos do sistema de balança
estavam quebrados. Teve-se a assistência
de responsáveis e alunos dos cursos de
Mecânica, Saneamento e Eletrotécnica do
CEFET/SC, para que fosse possível a
recuperação e substituição das peças
danificadas.
Todo o aparelho, inclusive a capa de
proteção teve de ser pintado novamente
para aumentar a sua vida útil.
Depois do aparelho recuperado, iniciouse o processo de acoplagem do resistor.
Para isso foram utilizadas pequenas rodas
dentadas, retiradas de uma impressora em
desuso, e adaptadas ao local de apoio da
haste da pena do até então Pluviógrafo
Assim durante os testes foram feitas
tentativas de adaptar um resistor variável
de barra, mas não foi possível porque o
resistor tinha um comprimento menor que
o necessário devido ao movimento que a o
sistema de alavanca produz.
Após esse processo foram iniciados os
testes do aparelho utilizando um resistor
variável. Os primeiros testes foram para
verificar a quantidade necessária de água
para que houvesse a sifonagem da cisterna.
Havendo
o
conhecimento
dessa
quantidade, foi feito teste para saber a
relação entre a quantidade de água e a
tensão no resistor. Verificou-se, porém,
que o atrito do resistor é muito grande
impossibilitando o movimento do aparelho
até o valor de 4 mm, não sendo possível ter
uma leitura correta até esse valor. Tendo a
maior parte dos pluviômetros uma exatidão
de 0,2mm, torna-se incoerente a fabricação
de um aparelho com 4 mm de exatidão.
Henrique Caramori, em que estes
afirmaram que em sensores com resolução
de 0,1mm ocorrem erros sistemáticos, mas
suas medições são mais precisas, com a
possibilidade de correção. Por outro lado
os sensores com 0,2mm de resolução
promovem erros aleatórios, com medidas
menos precisas e com maior exatidão, não
sendo possível a correção do instrumento.
Outra desvantagem dos pluviômetros de
báscula destacada no estudo são os erros
de leitura devido à ação, sob o
instrumento, de ventos intensos.
O instrumento que foi projetado, o
pluviômetro analógico, é um pluviógrafo
adaptado, a leitura seria constante,
diferente da maioria dos pluviômetros de
estação automática, descartando assim uma
das desvantagens relacionada com os
intervalos de leitura apontados no estudo
citado anteriormente. Outra vantagem do
Pluviômetro analógico é que foi utilizado
um aparelho que estava em desuso sendo
reformado e adaptado utilizando um
resistor variável e peças de uma
impressora, à medida que o sensor capta a
precipitação, a cisterna vai enchendo
variando
a
resistência
e,
conseqüentemente, a corrente que passa
pelo circuito, como exemplificado na
figura 1.
(a)
4. Resultados obtidos e discussões
As estações convencionais vêm sendo,
com mais freqüência, substituídas pelas
estações automáticas. Ficou concluída na
58º reunião anual da SBPC (Sociedade
Brasileira para o Progresso da Ciência) que
os objetivos dessa substituição são
aumentar os locais de coleta de dados,
melhorar a qualidade dos dados e precisão
dos instrumentos e a maior freqüência com
que os dados podem ser obtidos.
No
caso
de
precipitação
os
instrumentos para medição possuem erros
significativos, no caso de pluviômetros de
báscula, conforme foi publicado no estudo
feito por Paulo César Sentelhas e Paulo
R↕
U
i↕
(b)
R↑
i↓
U
(c)
R↓
U
Figura 1 (a) Exemplificação do sistema de
resistor variável. (b) Resistor quando a
cisterna está vazia. (c) Resistor quando a
cisterna está cheia.
O pluviômetro analógico teria algumas
vantagens sobre os pluviômetros de
estações automáticas encontrados no
mercado hoje em dia, com já foi dito
anteriormente, mas utilizando um resistor
variável não é possível atingir esse
objetivo, isso porque o resistor variável
tem não tem uma variação linear de
voltagem não fornecendo um valor fixo
quando a relação de quantidade de água no
aparelho e a voltagem, como era esperado.
A tabela 1 mostra a variação que o resistor
proporciona. Para concretizar o projeto
talvez fosse mais eficiente usar um resistor
linear no lugar de um resistor variável.
Quantidade de água Variação de Voltagem
1mm
3V
2mm
18V
3mm
22V
4mm
27V
5mm
24V
6mm
30V
7mm
115V
Tabela 1 - Quantidade de água na cisterna,
e sua variação correspondente.
5. Conclusão
O registro contínuo do volume de chuva
precipitada sempre se fez necessário para a
organização comunitária da população.
Atualmente a preocupação com a exatidão
dos valores registrados se faz cada vez
mais presente. Esta é uma das motivações
da construção de um aparelho que
contenha um registro continuo de
precipitação, pois a partir desse pode-se ter
um histórico mais completo dos eventos de
precipitação como seu caráter, duração e
melhores valores de intensidade, em cada
região em que o sensor estiver presente.
Talvez seja possível concretizar esse
projeto se for utilizado um resistor linear
ou adaptado um resistor de barra.
6. Referências
Pluviômetros.
Disponível
em:
<http://www.pluviometros.com.br/index.ht
m>. Acesso em: 2 de outubro de 2008.
Wikipédia - Pluviosidade. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Pluviosidade
>. Acesso em: 2 de outubro de 2008.
Marins de O, Felipe at al. Pluviômetro.
Disponível
em:
<http://ead.liberato.com.br/~mitza/rlt05_1t
_1s.pdf>. Acesso em: 2 de outubro de
2008.
SEED – Faça seu próprio pluviômetro.
<
Disponível
em:
http://www.seed.slb.com/pt/scictr/lab/engi
neer/index.htm>. Acesso em: 2 de outubro
de 2008.
Sentelhas, Paulo César, Caramori, Paulo
Henrique. Inconsistências na medida da
chuva com pluviômetros de báscula,
utilizados em estações meteorológicas
automáticas. Revista Brasileira de
Agrometeorologia, Santa Maria, v. 10, n.
2, p. 301-304, 2002.
CANDIDO, Sérgio. Técnicas de
Observações Meteorológica,
Florianópolis, CEFET/SC.