construção de um pluviômetro digital

Transcrição

CONSTRUÇÃO DE UM PLUVIÔMETRO
DIGITAL
Rafael Jonathan Biaggio Sizani
Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina CEFET/SC.
Av. Mauro Ramos, 950 centro, Florianópolis -SC
CEP 88020-300
[email protected]
Fabrício Vidal
CEP 88020-300
[email protected]
Anderson Rodrigues Domingos
CEP 88020-300
[email protected]
Gustavo Monteiro Franco
CEP 88020-300
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Maria Rita Lua de Quadros
CEP 88020-300
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Marco Nocetti
CEP 88020-300
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Professor orientador: Eduardo Beck
CEP 88020-300
[email protected]
RESUMO: A criação de um instrumento meteorológico de baixo custo, traz com sua
construção a criatividade e pesquisa sobre o material a ser criado, o protótipo do pluviômetro
digital desenvolvido no CEFET-SC pelos alunos do curso de meteorologia, tem como elemento
sensor a báscula cujo os pulsos são medidos por uma contador. E os resultados satisfatórios
quando comparados com o pluviômetro e pluviográfo da estação convencional e automática do
CEFET-SC.
PALAVRAS CHAVE: Pluviômetro. Precipitação. Báscula.
ABSTRACT: The creation of an instrument meteorological low cost, with its construction
brings the creativity and research on the material to be created, the prototype developed in the
pluviômetro digital CEFET-SC by the students of the course of meteorology, has the sensing
element to báscula the pulses which are measured by a meter. And the results satisfactory when
compared with the pluviômetro and pluviográfo the station and conventional automatic CEFETSC.
KEY WORDS: Pluviometer. Precipitation. Báscula.
1 INTRODUÇÃO
Hoje existem vários instrumentos
meteorológicos, apesar de a oferta ser
grande a maioria destes instrumentos são
importados e além de importados existem
poucos fabricantes que custeiam o valor de
cada instrumento tornando os muito caros.
Além da falta de informação sobre
instrumentos desenvolvidos por faculdades
ou cursos técnicos sobre instrumentos
meteorológicos que possam ser utilizados
profissionalmente em estações com a
mesma eficiência dos já utilizados nas
estações automáticas e que todos
conhecem.
É preciso buscar alternativas no
desenvolvimento do instrumento, utilizando
materiais baratos e com boa eficiência,
além de ser preciso ter certos cuidados na
escolha dos matérias pois no caso de
Florianópolis a maresia causada pelo
oceano pode causar a corrosão de algumas
partes do instrumento, dependendo do
material que for utilizado na construção
dele.
O instrumento que será desenvolvido é
o Pluviômetro Digital com calculadora que
funciona através do mecanismo de báscula,
que foi colocado na estação convencional
do
Centro
Federal
de
Educação
Tecnológica de Santa Catarina (CEFETSC)
seguindo normas da Organização Mundial
de Meteorologia (OMM) durante alguns
dias e foi realizada uma comparação dos
dados registrados no Pluviômetro da
estação automática da Campbell do
CEFETSC com o Pluviômetro Digital
desenvolvido (protótipo) pelos alunos para
saber a sua eficiência. Verificando que é
possível construir um equipamento
meteorológico de baixo custo e eficaz.
2
MATERIAIS E METODOS
Para o desenvolvimento do trabalho
foi importante conhecer os tipos de
pluviômetros existentes que atuam em
estações automáticas ou móveis, conhecer
as medidas de cada peça desses
instrumentos para efetuar a construção do
pluviômetro com calculadora, tendo noções
básicas de funcionamento de datalogger em
uma estação automática, de eletrônica com
a utilização do reed-switch e de pesquisa
sobre outros pluviômetros digitais que
foram desenvolvidos por universidades,
cursos técnicos ou outras entidades em
parceria com a finalidade de realizar
estudos científicos.
a. Pluviômetro da Squitter
modelo S1610
O pluviômetro da Squitter modelo
S1610 é uma estação móvel que tem uma
báscula de 0,25 mm, com software, cabo de
conexão serial para microcomputador,
memória de dados não-volátil e duas pilhas
alcalinas diferencia o pluviômetro da
Squitter modelo S1610 do modelo digital
com calculadora.
Tendo a capacidade de não perder
autonomia de memória em períodos secos,
armazenamento de dados em memória nãovolátil, baixo consumo de energia e
operando com pilhas alcalinas por quatro
meses ou mais torna o modelo de alta
confiabilidade e precisão para se obter
dados também evitando ainda a verificação
dos dados e manutenção diária.
Está são as vantagens do
pluviômetro da Squitter modelo S1610
(Figura 1) em comparação do pluviômetro
digital com calculadora que apesar de ter
apenas uma pilha alcalina o modelo S1610
tem uma durabilidade maior e não tem o
problema de perder os dados registrados
como pode acontecer no modelo com
calculadora.
Figura 1 – Pluviômetro Squitter modelo
S1610.
b. Pluviômetro
Campbell
modelo TB4-L
O modelo da Campbell TB4-L
(Figura 2) tem 0,25 mm de báscula que
marca por um duplo Reed disjuntor que
manda um sinal de pulso para o datalogger
registrando assim um valor de quantidade
de precipitação já definido na programação
do datalogger, possui um diâmetro de 20
cm de orifício, com precisão de 2% ,
resolução de 0,254 mm, trabalhando a uma
temperatura entre 0º a 70ºC tendo um peso
de 2 kg e com uma altitude de 33 cm.
Este pluviômetro registra eventos
de forte intensidade, sendo que não é
necessário o uso de pilhas alcalinas devido
ao fato de ele só funcionar através do
fechamento do reed-switch que gera um
pulso que manda um sinal para o datalogger
que registra o dado, pois o modelo TB4-L
não é de uma estação móvel, mesma
situação do pluviômetro digital com
calculadora.
Sendo
fabricado
pela
Hydrological Serviços Ltda.
Figura 2 – Pluviômetro da Campbell
modelo TB4-L.
3 CONSTRUÇÃO DO
PLUVIÔMETRO
A perfeita noção do conjunto das
condições iniciais do projeto foi um
fator importe para que ele fosse
concebido de uma maneira abrangente e
não fragmentada.
Para construir o pluviômetro foi
adotado o maior rigor possível, bem
como equipamentos e técnicas que
garantam o perfeito controle das
dimensões do instrumento.
Para que isso se tornasse
realidade e para que o instrumento
cumprisse com a função para o qual foi
projetado, foi necessário que os
subsistemas estivessem corretamente
inter-relacionados e que os materiais
utilizados fossem adequados. Dessa
forma a escolha de materiais de boa
qualidade e principalmente de fácil
aquisição foram parâmetros essenciais
para finalização da construção .
O processo construtivo foi
inciado primeiramente pelo coletor de
precipitação, na qual foi utilizado um
funil plástico com abertura de 160 mm
de diâmetro, cuja as dimensões da
extremidade inferior foram reduzidas a
0,5mm com o objetivo de diminuir os
efeitos da inércia e fazer com que a
água precipitada atingisse exatamente o
interior das conchas basculantes .
Terminado este processo, o mesmo foi
colado e fixado por meio de parafusos a
uma forma metálica de alumínio de
fundo removível, com diâmetro maior
do que a do funil, ou seja de 180 mm.
Esse diâmetro de maior medida
proporcionou que o conjunto depois de
pronto fosse perfeitamente encaixado na
tampa (cone) do pluviômetro. (figura 3)
magnéticas (reed switch) acionadas por
imãs acoplados na báscula, sendo uma
para conectar a um contador de pulso e
a outra a um datalloger de estação
profissional. Por sua vez, os segmentos
das extremidades inferiores foram
dobrados em ângulo de 90º e em
seguida esquadrejados de modo que as
peças adquirissem formato de “L”,
possibilitando assim a suas posteriores
fixações na guia. (Figura 4)
FIGURA 4– Detalhes construtivos mostrando o
local de instalação dos Reed Switch (A), dos
furos de fixação da báscula (B), furos passantes
para fixação dos parafusos na base de PVC (C),
na guia (D)e para fixação do suporte dos
parafusos de aferição (E).
FIGURA 3- Detalhes do coletor de precipitação
fixado na forma de aluminio (A), e encaixado na
tampa do pluviômetro.
Sucedendo esta etapa e dando
continuidade ao projeto, foi necessário
construir um mecanismo que apoiasse e,
principalmente, permitisse rotacionar
livremente o eixo da báscula quando a
mesma entrasse em funcionamento.
Para isso, foram construídos, com perfil
retangular de alumínio, dois apoios
idênticos de 120mm de comprimento,
tendo nas extremidades superiores um
orifício destinado a instalar duas chaves
Vale ressaltar que, para se ter
um eficiente nível de simetria em
relação ao posicionamento dos furos de
encaixe do eixo da báscula, os perfis
foram posicionados paralelos entre si,
tanto no plano vertical como no plano
horizontal .
Encaixado o eixo da báscula em
seus respectivos furos, os perfis foram
unidos em seus extremos inferiores por
uma guia e presos por meio de dois
parafusos passantes com porcas auto
travantes, resultando assim em uma
peça única, robusta e com eficiente
nível de simetria.
Para calibrar o instrumento, a
guia é transpassada perpendicularmente
em sua parte central por um perfil de
alumínio de 100mm de comprimento
que contém em ambas as extremidades
um parafuso de ajuste preso através de
porca fixa, posicionado linearmente
abaixo da báscula e destinado
exclusivamente para aferição (Figura 5).
com aberturas inferiores e superiores de
190 mm e 170 mm respectivamente.
Na ocorrência de precipitação
medida, a mesma é escorrida para o
exterior através de dois tubos de 32mm
de diâmetro cortados em ângulo de 60º
e posicionados linearmente cada um nos
extremos da báscula (Figura 6).
FIGURA 5 Suporte de alumínio (100x16x04
mm) com parafusos de ajuste destinado à
aferição da báscula.
FIGURA 6 – Base de PVC de Ø 250 mm (A),
cantoneira para fixação da tampa do
pluviometro (B), plugs de saida de sinais
coberto por tampão de proteção (C), tubo de
drenagem de precipitação medida (D) Imãs para
acionamento dos reed switch (E), báscula (F),
parafusos com porca borboleta para fixação na
base de PVC (G).
O método construtivo adotado
para esta finalidade teve como aspecto,
simplicidade, adequabilidade, facilidade
de fabricação e montagem, já que
permitiu considerável redução no
numero de peças necessárias. Além da
durabilidade, esse processo ainda
possibilitou uma maior velocidade de
construção, com maior precisão e
menores quantidades de cortes de peças.
Finalizada a montagem da
báscula e instalados os reed switch em
seus respectivos orifícios, o sensor foi
fixado exatamente no centro de uma
base de apoio de PVC de 250 mm de
diâmetro, e preso através de dois
parafusos com porca borboleta,
possibilitando
assim
uma
fácil
desmontagem em caso de manutenção.
Nesta ocasião também foram instalados
dois plugs de saída de sinal de
precipitação, com os respectivos
tampões de proteção contra umidade, e
as cantoneiras para prender a tampa do
pluviômetro, neste caso um cone
plástico de 245 mm de comprimento
Na instalação e na manutenção
periódica o sensor é nivelado
manualmente por três parafusos
distanciados em ângulo de 120º. Esses
parafusos com porca tipo borboleta
interligam, a base de apoio através de
três hastes de alumínio em forma de “S”
a uma peça central de teflon de 140 mm
de diâmetro externo por 3,6mm de
diâmetro interno, cuja finalidade é fixar
o instrumento através de uma conexão
de PVC (adaptador soldável com flange
de medidas 25 x ¾) a um adaptador
soldável com bolsa e rosca (com
medidas de 25 x ¾) instalado em um
tubo de 1 polegada destinada à
exposição (figura 7).
8,00
7,00
6,00
5,00
Pluviômetro Projeto
Campbell CEFET-SC
Convencional CEFET-SC
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
24/10 25/10 26/10 27/10 28/10 29/10 30/10 31/10
FIGURA 7 - Em primeiro plano haste de
alumínio em forma de “S” com parafuso de
nivelamento
(A), adaptador soldável com
flanges (B), transpassado em peça de teflon
(C),
rosqueado em um adaptador soldavel
curto com bolsa e rosca (D), fixado em um tubo
de 1 polegada (E).
Por ultimo os dados gerados
pelo
pluviômetro
são
contados
digitalmente por uma calculadora
através do seguinte funcionamento:
quando a precipitação acumulada em
uma concha atinge certa quantidade de
volume, o peso desta ao mover alterna
para a outra concha, e a cada vez que
isso acontece, os
interruptores
magnéticos são fechados através de um
imã,
registrando
o
pulso
e
incrementando a conta acumulada pelo
período em curso (figura 8).
FIGURA 8– Pluviômetro exposto ao
tempo.
4 DADOS E RESULTADOS
FIGURA 9 – O gráfico de comparação entre os
pluviômetros
da
estação
convencional,
Campbell e a construída neste projeto.
Com a analise ao gráfico
podemos observar que na primeira
leitura, 24/10/2007. Os dados foram os
mesmos para os três pluviômetros.
Devido ao fato de não ter ocorrido
precipitação, como no dia 27/10/2007.
Já num momento onde se teve
precipitação, nos dias 26/10/2007,
29/10/2007 e no dia 31/10/2007. O
pluviômetro do projeto fez uma leitura
acima dos pluviômetros da estação
convencional e Campbell.
Nos demais dias o pluviômetro
da Campbel teve um valor acima dos
outros dois pluviômetros, Estação
convencional e Projeto.
Com exceção do dia 28/10/2007
o valor do pluviômetro da Convencional
estava abaixo da leitura do pluviômetro
do projeto.
5 CONCLUSÃO
Acesso em: 16 de setembro de 2007;
Podemos perceber que é possível
construir um pluviômetro de baixo
custo, funcional e prático.
Para construir o
pluviômetro foi
adotado o maior rigor possível, bem
como equipamentos e técnicas que
garantam o perfeito controle das
dimensões do instrumento.
Para que isso se tornasse
realidade e para que o instrumento
cumprisse com a função para o qual foi
projetado, foi necessário que os
subsistemas estivessem corretamente
inter-relacionados e que os materiais
utilizados fossem adequados. Dessa
forma a escolha de materiais de boa
qualidade e principalmente de fácil
aquisição foram parâmetros essenciais
para finalização da construção.
Fica para um próximo projeto de
“construção de um pluviômetro” ainda
fazer algumas aferições, um aparelho
que se comporte melhor que a utilizado
neste projeto, como uma calculadora
que ficasse ligada 24 horas. E, sem
dúvida a realização de mais testes para
comparação mais eficaz da precisão
entre os pluviômetros. Já que a analise,
e comparação neste projeto ficou
limitado,
fazendo-se
apenas
a
comparação de apenas 7 dias.
Disponível em: Plano Diretor - Notícias
6 REFERÊNCIAS
Disponível
Precipitação
em:
6.4
Medidas
de
http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/ca
p6/cap6-4.html
Disponível em: CEFET/SC – Boletim
Informativo
http://www.cefetsc.edu.br/~boletim/bole
tim146.htm
Disponível em: UNESC - Biblioteca
http://www.bib.unesc.net/biblioteca/su
mario/000026/000026F8.pdf
http://defesacivil.itajai.sc.gov.br/noticia
sp_det.php?id_noticia=5496
Disponível em: Pluviologger – Inovação
Tecnológica em Hidrometeorologia
http://auriga.cnptia.embrapa.br/macrogd
n/apresentacoes/pluviologger_artigo_sin
tese.pdf
Acesso em: 11 de outubro de 2007;
Disponível em: Pluviômetros Elétricos
http://www.cmcbrasil.com.br/lastem/plu
viometros_eletricos.htm
Disponível em: Meteorologia Artesanal
http://viladoconde.cienciaviva.pt/clube/
premios/meteorologia_artesanal.pdf

construção de um pluviômetro digital

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