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ESTACION METEOROLOGICA PARA EL DESARROLLO DE LAS EMPRESAS
Tipo: Tesis
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Autores | Claudia Campetella | Bibiana Cerne | Paola Salio
Capítulo 9 Guía didáctica
(de la ciencia y la tecnología)
| GUÍA DIDÁCTICA | Capítulo 9 |
ESTACIÓN METEOROLÓGICA
Presidente de la Nación Dra. Cristina Fernández de Kirchner
Ministro de Educación Dr. Alberto E. Sileoni
Secretaria de Educación Prof. María Inés Abrile de Vollmer
Directora Ejecutiva del Instituto Nacional de Educación Tecnológica Lic. María Rosa Almandoz
Director Nacional del Centro Nacional de Educación Tecnológica Lic. Juan Manuel Kirschenbaum
Director Nacional de Educación Técnico Profesional y Ocupacional Ing. Roberto Díaz
Ministerio de Educación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica. Saavedra 789. C1229ACE. Ciudad Autónoma de Buenos Aires. República Argentina. 2011
Director de la Colección: Lic. Juan Manuel Kirschenbaum
Coordinadora general de la Colección: Claudia Crowe
Diseño didáctico y corrección de estilo: Lic. María Inés Narvaja Ing. Alejandra Santos
Coordinación y producción gráfica: Augusto Bastons
Diseño gráfico: María Victoria Bardini Augusto Bastons Martín Alejandro González Federico Timerman
Ilustraciones: Diego Gonzalo Ferreyro Martín Alejandro González Federico Timerman
Administración: Cristina Caratozzolo Néstor Hergenrether
Colaboración: Jorgelina Lemmi Psic. Soc. Cecilia L. Vázquez Dra. Stella Maris Quiroga
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
Colección Encuentro Inet
Esta colección contiene las siguientes series (coproducidas junto con el Instituto Nacional de Educación Tecnológica - INET):
DVD 6 | Máquinas y herramientas
Capítulo 1 Historia de las herramientas y las máquinas herramientas
Capítulo 2 Diseño y uso de Máquinas Herramientas
Capítulo 3 Diseño y uso de Herramientas de corte
Capítulo 4 Nuevos paradigmas en el mundo de las máquinas herramientas y herramientas de corte
DVD 4 | Aula-taller
Capítulo 1 Biodigestor
Capítulo 2 Quemador de biomasa
DVD 5 | Aula-taller
Capítulo 5 Planta de tratamiento de aguas residuales
Capítulo 6 Tren de aterrizaje
Capítulo 7 Banco de trabajo
Capítulo 8 Invernadero automatizado
Capítulo 3 Planta potabilizadora
Capítulo 4 Probador de inyecciones
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
DVD 7 | Entornos invisibles (de la ciencia y la tecnología)
Capítulo 1 Parque de diversiones
Capítulo 2 Cocina
DVD 8 | Entornos invisibles (de la ciencia y la tecnología)
Capítulo 5 Estadio de Rock
Capítulo 6 Estructuras
DVD 9 | Entornos invisibles (de la ciencia y la tecnología)
Capítulo 9 Estación meteorológica
Capítulo 10 Restaurante
Capítulo 11 Seguridad en obras de construcción
Capítulo 12 Camping musical
Capítulo 13 Hospital
Capítulo 7 Chacra orgánica
Capítulo 8 Bar
Capítulo 3 Red de energía eléctrica
Capítulo 4 Campo de deportes
| GUÍA DIDÁCTICA | Capítulo 9 |
ESTACIÓN METEOROLÓGICA
9.7.1. Actividad 1: Construir un barómetro 9.7.2. Actividad 2: Dormir como un faquir 9.7.3. Actividad 3: Responder a las siguientes preguntas asociadas al instru- mental de temperatura, humedad y viento. Marcar con un X 9.7.4. Actividad 4: Construir un pluviómetro 9.7.5. Actividad 5: Responder a las siguientes preguntas asociadas a los satélites meteorológicos y radares 9.7.6. Actividad 6: Responder a las siguientes preguntas asociadas al pro- nóstico del tiempo
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
9.1. Red conceptual
INFORMACIÓN METEOROLÓGICA
9. Estación meteorológica
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
Esquema 1: Eslabones que componen el recorrido y procesamiento de la información meteorológica
9.2.3. Red mundial de observación
Las observaciones de las variables meteorológicas alrededor del mundo son intercambiadas por los organismos que coordinan las mediciones y, este intercambio, está regulado por la OMM. Las observaciones se realizan en todo el mundo en horas prefijadas, utilizando la hora UTC (Universal Time Coordinated), también llamada hora Z (estas horas toman como refe- rencia el meridiano de 0° que es el que pasa por la ciudad inglesa de Greenwich). Las horas principales de observación son las 00, 06, 12 y 18 UTC. Donde por ejemplo las 12 UTC, corres- ponde a las 9 HOA (Hora Oficial Argentina). Sin embargo, en muchos lugares del mundo, las observaciones de superficie se realizan en forma horaria. Es importante que todos los países coordinen las observaciones a fin de lograr que todo el mundo realice las observaciones a la misma hora. Posteriormente a la observación, los datos son codificados según lo establece la OMM y transmitidos por teletipo, teléfono, Internet, radio o satélite al Servicio Meteoroló- gico de cada país, los que disponen de ella pocos minutos después de realizada la observa- ción. Los servicios meteorológicos recopilan toda la información y luego la retransmiten a los Centros Mundiales localizados en Melbourne (Australia), Moscú (Rusia) y Washington D.C. (Estados Unidos). Es a partir de estos centros mundiales desde donde se comparten todos los datos colectados. Todo este sistema se denomina GTS (Global Telecomunication System, Sistema Mundial de Telecomunicación). Es de vital importancia el intercambio entre los países dado que la atmósfera no tiene límites físicos ni políticos y el conjunto de todas estas mediciones permite diagnosticar el estado de la atmósfera al momento de la observación. A partir de este diagnóstico se elaboran los pronósticos que posibilitan predecir con anticipación eventos meteorológicos extremos, po- siblemente, asociados a desastres naturales y contribuir, así, en la atenuación de sus efectos.
Generación del ARCHIVO NACIONAL DE INFORMACIÓN METEOROLÓGICA
Generación de PRODUCTOS PARA EL METEORÓLOGO Cartas del tiempo Modelos numéricos Sensores remotos Modelos estadísticos Radares Satélites Radiosondeos Elaboración de PRODUCTOS PARA LOS DISTINTOS USUARIOS
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
9.2.4. ¿Por qué es importante medir el estado de la atmósfera?
La atmósfera es una capa gaseosa que rodea a la Tierra. Ella está íntimamente ligada a nues- tra vida, de no existir la atmósfera, no podríamos oír el canto de las aves, no veríamos al cielo color azul (sin comer podemos sobrevivir unas pocas semanas, sin beber muy pocos días pero sin respirar apenas minutos). La vida en la Tierra se desarrolló en presencia de la atmósfera, pero nosotros olvidamos su existencia ya que no la olemos ni la tocamos y, casi siempre, es invisible pero existe y, tal vez, algunas moléculas del aire que ahora estamos respirando, ya las respiró una persona que murió hace cientos o miles de años. Porque vivimos en la Tierra y sin su atmósfera no existiríamos, es necesario conocerla.
¿Cómo conocemos a la atmósfera? Midiendo las variables que la describen.
¿Cuáles son dichas variables? La temperatura, la presión, el viento, la humedad y la precipitación. Hay otras variables que también se observan como: la cantidad y tipo de nubes, la visibilidad, los fenómenos signifi- cativos (presencia de niebla, rocío, humo, tormenta con o sin actividad eléctrica, torbellinos, etc.), el estado actual del tiempo, entre muchas otras variables.
Figura 1. Componentes de la Red Mundial de Observación
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
¿No sería, entonces, que las pequeñas partículas móviles de Rumford fuesen átomos o moléculas? A mediados del siglo XIX, James Clerk Maxwell partió del supuesto de que las moléculas que componían los gases te- nían movimientos aleatorios y, mediante análisis matemáticos, demostró que el movimiento aleatorio proporcionaba una explicación del comportamiento de los ga- ses. Maxwell mostró cómo las partículas del gas, moviéndose al azar, creaban una presión contra las paredes del recipiente que lo contenía. Además, esa presión variaba al comprimir las partículas o al dejar que se expan- dieran. Esta explicación del comportamiento de los gases se conoce por la teoría cinética de los gases. Al calentar una sustancia aumenta la velocidad de las partículas que la forman. El calor es esa energía que intercambian los cuerpos y que podemos medir fácilmente. Por lo tanto, la temperatura es una medida de la agitación de las moléculas de los cuerpos. Por ejemplo, una taza con agua hirviendo y una gran cacerola con agua hirviendo tienen la misma temperatura, 100 °C; sin embargo, la cacerola requirió una mayor cantidad de calor que la taza de agua hirviendo para calentarse hasta esa temperatura. Por otra parte, una taza de agua hirviendo obviamente está más caliente que una bañera llena de agua tibia, pero a la taza no se le entregó tanto calor. O sea, la cantidad de calor depende de la masa de material considerado; no así la temperatura. El calor es una energía que fluye de los cuerpos que se encuentran a mayor temperatura a los de menor temperatura. Para que fluya se requiere una diferencia de temperatura. El cuerpo que recibe calor aumenta su temperatura, el que cede calor disminuye su temperatura. Por lo tanto los dos conceptos, calor y temperatura están relacionados, pero no son equivalentes.
Esquema de gases http://intro.chem.okstate.edu/1314F00/Laboratory/GLP.htm http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Calor/Tempera- tura/Temperatura.htm
b) Medición de la temperatura
Por medio del tacto notamos la temperatura de un cuerpo con solo tocarlo, ya que unas termi- naciones nerviosas situadas en la piel se encargan de ello. Vamos estudiar el comportamien- to de un gas para tratar de asociar esta sensación a una magnitud (algo que podemos medir). La temperatura no depende del número de partículas que se mueven sino de su velocidad media: a mayor temperatura mayor velocidad media. No depende por tanto de la masa total del cuerpo. Si un cuerpo recibe energía calórica, aumenta la agitación de las partículas que lo forman y se pueden producir también cambios en la materia: dilatación, cambios de color, etc. Estos cambios se utilizan para diseñar un termómetro.
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Los termómetros de mercurio se basan en la dilatación del mercurio con la temperatura. El primer termómetro fue diseñado por Galileo en 1593, el mismo no tenía escala y probó con distintas sustancias (agua salada, vino tinto y alcohol) para ver cuál se dilataba mejor. Se utiliza, principalmente, el mercurio ya que es un metal líquido que se dilata lo suficiente entre -20 °C y 100 °C. Generalmente, se coloca el metal dentro de un tubo fino para que al dilatarse avance por el tubo. La longitud de la columna entonces señala una relación entre la dilatación y el nivel de agitación de las moléculas del aire, es decir, con la temperatura. Las temperaturas máximas y mínimas durante un día se miden con termómetros de líquido en vidrio, especialmente diseñados. El mercurio se usa en el termómetro de máxima, que tiene una estrechez en el tubo de vidrio justo sobre el bulbo. Al aumentar la temperatura el mercurio se expande y pasa a través de la abertura angosta. Cuando la temperatura cae, la estrechez impide el retorno del mercurio al bulbo y así queda registrada la temperatura máxima. El termómetro de mínima contiene un líquido de baja densidad, como el alcohol. Dentro del alcohol hay un índice metálico que es arrastrado hacia el bulbo cuando la temperatura disminuye. Las mediciones de temperatura se realizan en forma horaria y la temperatura máxima y mínima se miden 2 veces por día (a las 00 y 12 UTC) y se informa el mayor y menor valor, respectivamente. Los instrumentos que registran en forma continua la temperatura reciben el nom- bre de termógrafo, el órgano sensible es un bimetálico, compuesto por dos bandas delgadas de metal que son soldadas con- juntamente y tienen diferentes coeficien- tes de expansión térmica. Cuando cambia la temperatura, los dos metales se expan- den o contraen desigualmente, cambian- do la curvatura. Los cambios de curvatura del elemento bimetálico mueven un brazo con una pluma que registra la temperatu- ra sobre una faja calibrada y ajustada so- bre un cilindro rotante que funciona por un mecanismo de relojería.
Páginas con instrumentos registradores y termómetros http://www.ineter.gob.ni/Direcciones/me- teorologia/Red%20Meteorologica/instru- mentos.htm
Figuras 2-3. Arriba: termómetro de máxima (arriba) y míni- ma (abajo). Abajo: termógrafo en un abrigo meteorológico
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
donde hay más presión hacia donde hay menos y, así, se completa el ciclo. Por lo tanto, para que se mueva una masa de aire se necesita que se produzca una variación horizontal de la fuerza de presión. El viento será más fuerte cuanto mayor sea la diferencia de presión y menor sea la distancia horizontal entre los puntos donde consideramos dicha variación. Además se incluyen otros efectos debido, principalmente, a que la Tierra está rotando. Esta rotación afecta al viento produciendo un desvío hacia la izquierda en el hemisferio sur. Es un efecto análogo al arrojar un papel desde una calesita. El niño que gira en la calesita ve cómo el papel se va hacia atrás mientras que los padres que esperan al niño en el banco, fuera de la calesita, observan que el papel cae sin desviar- se. Este efecto en la atmósfera, producido por la rotación de la tierra, se llama Fuerza de Coriolis. Finalmente, el viento en la atmósfera es el resul- tado de un balance de fuerzas ( las variaciones horizontales de la presión y Coriolis ). Si además consideramos al viento cerca del suelo actuará
Figura 7. Mapa de presión y viento en superficie para la Argentina
Figura 6. Camino aparente (azul) de una pelota en un plano rotante, generado por el desplazamiento del ob- servador sentado sobre el disco en movimiento
Figura 5. a) Dos zonas con igual presión y tempe- ratura. b) Un cambio de la temperatura genera un aumento del volumen del aire en la zona 2, pero la presión se conserva en superficie. c) Estableci- miento de una diferencia de presión alejado de la superficie y un movimiento de aire asociado
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ESTACIÓN METEOROLÓGICA
Posteriormente a la medición de la presión atmosférica hecha por Torri- celli, Pascal pensó que si el aire era como el océano y tenía peso, enton- ces la presión debía disminuir con la altura. Como vivía en París y estaba enfermo no pudo viajar a las monta- ñas para verificar su teoría, en su lu- gar fue su yerno. Él midió la presión antes de subir la montaña y luego realizó varias mediciones al subir en distintas alturas cuyas lecturas indicaron que, cada vez, la presión era menor; repitió dichas lecturas al descender comprobando que, en ese momento, el valor de la presión era cada vez mayor, demostrando la teoría de su suegro.
Figura 8. Barómetro de una estación meteorológica
Figura 9. Barómentro de Torricelli
otra fuerza que es la fricción que tenderá a frenarlo y, si las variaciones de la presión ocurren sobre una distancia curva, actúa también otra fuerza inercial llamada fuerza centrífuga. De esta forma explicamos cómo soplan los vientos cerca de la superficie.
Página con Coriolis http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Corioliskraftanimation.gif http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/fw/crls.rxml
Página de imágenes http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Pascal1423.jpg http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Libr0367.jpg
b) Medición de la presión atmosférica
A fin de medir la presión atmosférica se utiliza el barómetro. En 1634, Evangelis- ta Torricelli diseñó el primer barómetro. Su barómetro era muy parecido al actual, consistió en un tubo de vidrio largo con un extremo cerrado y el otro abierto. Le quitó el aire contenido en el tubo y lo in- trodujo en un recipiente con mercurio. El metal ascendió por el tubo 76 cm sobre el nivel del mercurio del recipiente. La columna del mercurio en el tubo balan- ceó la presión ejercida por el aire sobre el metal del recipiente. Se utiliza mercurio en el barómetro en lugar de agua, ya que el agua es 13, veces menos densa, entonces la altura de la columna a nivel del mar sería mucho mayor ( cm en lugar de 76 cm a nivel del mar).
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la atmósfera. Para la mayoría de las personas la idea que da la expresión de ‘día húmedo’ está directamente relacionada con el contenido de humedad, sin embargo hay más vapor de agua en el desierto de Sahara (aire muy cálido) que en el aire que proviene del Polo (aire muy frío).
Pero, ¿cómo podemos explicar esto? La respuesta es que depende de qué tipo de variable de medición de contenido de vapor de agua estemos hablando. Antes de comenzar con el concepto de humedad debemos recordar que la eva- poración se produce cuando algunas moléculas de agua en estado líquido lo- gran escapar del agua y pasar al aire en estado gaseoso. Mientras ocurre esto, hay otras moléculas que pasan del aire al agua condensando. En la superficie límite entre el agua y el aire se producen estos intercambios de forma tal que, si pasan más moléculas de agua al aire hablamos de evaporación, caso contra- rio de condensación. Si hay equilibrio no hay intercambio NETO en ningún sentido y evapora tanto como condensa. Consideremos un recipiente con agua en el cual se produce la evaporación (moléculas que dejan el agua y pasan al aire). Si se aumenta la temperatura del recipiente, aumentará el movimiento de las moléculas dentro del líquido y serán más las que logren escapar y pasar al estado gaseoso. Supongamos ahora que ponemos una tapa al recipiente, si la evaporación continúa llegará un momento en que el aire encerrado en el recipiente no podrá recibir más moléculas de vapor, entonces decimos que el aire ‘está saturado’. En esa situación, por cada molécula que evapora hay una que condensa, es decir es una situación de equilibrio en la que el aire contiene la MÁXIMA cantidad de vapor que PUEDE contener. Hay varios conceptos que nos permiten estimar la cantidad de vapor de agua que contiene la atmósfera:
- ‘humedad absoluta’ : es la masa de vapor de agua que hay en un volumen de aire. - ‘humedad específica’ : es masa de vapor de agua que hay en una dada masa de aire (nos independizamos de los cambios de volumen)
Figura 12. Anemómetro
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por eso que, en verano, durante un día muy caluroso con alto valor de humedad relativa, es muy grande el disconfort que sentimos ya que no puede actuar el mecanismo natural que posee nuestro cuerpo para regular la tem- peratura: transpirar, ya que el aire que nos rodea está saturado y no acepta más vapor de agua así que nuestra transpiración no evapora y, por lo tanto, no nos refresca. Al- tos contenidos de humedad relativa no sig- nifican mucha humedad ya que la misma está relacionada con la temperatura.
b) Medición de la humedad
Se realiza en forma indirecta utilizando el psicrómetro. Dicho instrumento está forma- do por dos termómetros de mercurio iguales, uno con el bulbo seco y, otro, con el bulbo ro- deado por una muselina mojada (termóme- tro de bulbo húmedo). Al evaporarse el agua de la muselina toma calor del bulbo produ- ciendo la disminución de la temperatura re- gistrada en el termómetro de bulbo húmedo. Esta diferencia de temperatura entre ambos termómetros será mayor a mayor cantidad de agua que evapora, la cual depende del contenido de vapor de agua del aire, cuan- to más seco el aire mayor la evaporación y, por ende, mayor la diferencia entre ambos termómetros. A partir de esa diferencia de temperatura se calcula la humedad relativa utilizando tablas, previamente, calculadas.
También hay un instrumento registrador en forma continua de la humedad relativa, es el higrógrafo que, como todos los ya des- criptos, tiene un elemento sensible que mueve a un brazo con una pluma que grafi- ca sobre una faja que se mueve por reloje- ría. En este caso el instrumento sensible es el higrómetro. Posee un cabello humano rubio fijo en sus extremos y está sostenido en el medio por un ganchito que lo mantie- ne tirante mediante un contrapeso o resorte. Como el cabello se elonga, o se contrae según el mayor o menor contenido de humedad del aire cuando el aire está más húmedo, los espacios
Figura 13. Psicrómetro de abrigo detrás del termóme- tro de máxima y mínima: pareja de termómetros seco, izquierda, y húmedo, derecha. El bulbo del termómetro húmedo está envuelto en una muselina húmeda conec- tada a un depósito con agua destilada
Figura 14. Instrumento registrador de humedad relativa
