Anexo Barometría - Universidad Nacional de La Plata
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Universidad Nacional de La Plata – Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas INTRODUCCIÓN a las CIENCIAS de la ATMÓSFERA Práctica 9: ANEXO - BAROMETRÍA 1.- Barómetros de columna de Mercurio. Se denominan barómetros a los aparatos usados para determinar la presión atmosférica. En meteorología dos son los tipos comúnmente empleados: los barómetros de mercurio y los barómetros aneroides u holostéricos El tubo empleado en el experimento de Torricelli constituye el principio de los barómetros de mercurio. El uso generalizado del mercurio obedece principalmente a las siguientes razones: a) Es el líquido conocido que posee el mayor peso específico, lo cual permite el empleo de tubos de longitud relativamente corta, fácilmente manipulables. b) A las temperaturas ordinarias de la atmósfera los vapores del mercurio son escasos y la tensión por ellos producida en la cámara barométrica o cámara de vacío (que actúan como fuerza opuesta al levantamiento de la columna) introducirá un error de menos de un centésimo de milímetro (< 0,01mm) en el largo de la misma, a 40º de temperatura. c) El mercurio puede obtenerse con mucha pureza y sin partículas extrañas, mediante un adecuado tratamiento de purificación física y química, por lo que se conocerá a su peso específico con suficiente exactitud como para determinar la presión atmosférica con un error de más o menos un centésimo de mm. ( = 0,01 mm). d) No moja las paredes del vidrio y, estando limpio, no se adhiere a las mismas. e) La parte superior convexa de la columna, llamada menisco, y la parte central del mismo, quedan perfectamente delineados a través del vidrio y permiten una buena determinación de la altura de la columna. f) No se solidifica mientras su temperatura no sea inferior a -38º C. Con el objeto de obtener una medida exacta de la altura de la columna mercurial dentro del tubo barométrico, indispensable para una correcta determinación de la presión atmosférica y sobre todo para poder medir sus variaciones relativamente pequeñas, fue menester introducir muchas mejoras en el barómetro simple usado por Torricelli y que, como es evidente, no permitía llegar a mediciones con la exactitud requerida en la determinación de la presión atmosférica. Varias son las formas y los recursos ideados dentro del tipo de los barómetros de mercurio para llegar a dichos resultados, pero por no corresponder al uso generalizado en el Servicio Meteorológico Nacional, sólo se describirá e indicará el manejo del barómetro conocido como de cubeta móvíl, también denominado Fortín. 1.1.- Barómetro Fortín El barómetro de nivel constante o cubeta móvil (Figura 2), conocido comúnmente como barómetro Fortín, requiere para su lectura al ajuste del nivel inferior del mercurio a un punto determinado. Consta esencialmente de dos partes principales, el tubo barométrico y la cubeta. El tubo barométrico es un tubo de vidrio de unos 90 cm. de largo y un diámetro interior de 12 mm; cerrado en su parte superior y abierto en la inferior, protegido exteriormente por otro tubo de metal, generalmente de bronce, con dos aberturas longitudinales opuestas que permiten ver el tubo interior de vidrio. Por la abertura anterior se desplaza un cursor sobre el cual está grabado el vernier o nonio movido por un piñón de tal modo que, haciéndolo subir o bajar, permite colocarlo a la misma altura que la columna mercurial y leer esa altura con ayuda de la escala graduada, colocada a uno o a ambos lados de la abertura longitudinal. Entre el tubo de vidrio y el de metal se colocan unos anillos de corcho para impedir los movimientos de aquél y dificultar su rotura. La envoltura exterior metálica lleva en su parte superior una arandela de suspensión para colgar el barómetro y en la parte anterior un termómetro, llamado “termómetro adjunto”. El bulbo del mismo va colocado entre el tubo de vidrio y el de metal, con el propósito de poder dar lo más aproximadamente posible, la temperatura media del mercurio y de la escala del barómetro. La cubeta (Figura 3) está formada por un cilindro de cristal cerrado en su parte superior por una tapa de madera de boj fijada a la parte inferior de la tapa metálica y ésta, a su vez, unida por tornillos al tubo de metal. A un lado de esa tapa de madera va colocada una pieza cónica de marfil cuya punta, bien afinada, constituye el cero de la escala del barómetro. Por el centro de la tapa pasa el tubo de vidrio cuya parte final estrechada, se sumerge en el mercurio de la cubeta. Por medio de una gamuza se impide la salida del mercurio cuando se invierta el aparato; esta gamuza permite sin embargo el paso del aire por sus poros cuando el barómetro está en posición de uso. Figura 3: detalle de la cubeta de un barómetro Fortín Figura 2: vista sectorizada de un barómetro Fortín La parte inferior de la cubeta de cristal apoya sobre el cilindro de boj. Formando el todo junto gamuza y cilindro de boj, el cierre inferior del espacio donde se acumula el mercurio y sobre cuya superficie libre actúa la presión del aire. En la parte inferior central de esta tapa juega el tornillo de enrase que, actuando sobre la pieza de boj, permite subir o bajar el fondo de la gamuza y con ello el nivel del mercurio dentro de la cubeta. El barómetro debe ir colocado verticalmente y una buena suspensión se obtiene por medio de la tabla de soporte. Esta tiene en la parte superior un gancho del cual se cuelga el barómetro. La parte inferior de la tabla posee un anillo de hierro por el interior del cual debe pasar la tapa cilíndrica. Tres tornillos de ajuste en el anillo, colocados a 120º uno del otro, permiten fijar al barómetro cuando se le ha dado la posición vertical. Dos placas de color blanco colocadas en la tabla soporte a la altura de la cubeta y de las aberturas longitudinales del tubo metálico, cuando están convenientemente iluminadas facilitan la correcta apreciación de los niveles inferior y superior del mercurio. 1.2.- Instalación del barómetro; cuidados Los barómetros son instrumentos muy delicados cuyo manejo y uso exigen las mayores precauciones, a fin de mantenerlos en buen estado de conservación y eficacia. Estos aparatos deben ser instalados en el interior de una habitación bien ventilada y seca, con buena iluminación natural y donde la temperatura se mantenga lo más uniforme posible. Se preferirá una habitación pequeña, de poco tránsito y uso, donde el barómetro no esté expuesto a rozaduras o golpes y en ella no deberán encenderse braseros, caloríferos o estufas. El barómetro se colocará adosado a una pared, cerca de una ventana de donde pueda recibir la mayor cantidad de luz natural, pero en forma tal que en ningún momento del día, cualquiera sea la época del año, pueda ser alcanzado por los rayos solares. Se tendrá cuidado de que no pasen por esa pared caños de agua caliente, chimeneas, etc., ni esté ella misma, por el lado exterior, expuesta directamente a los rayos solares. Elegido el lugar para la ubicación del barómetro, se colgará en la pared la tabla de suspensión, fijándola con tornillos y no con clavos, teniendo la precaución de elegir una altura tal que la escala del instrumento quede luego en una posición cómoda para efectuar las lecturas, estando el observador de pie. Sin tocar después el barómetro, que por su propio peso se habrá colocado vertical, se van introduciendo los tornillos de ajuste del anillo hasta que todos ellos hagan un ligero contacto con la tapa cilíndrica de la cubeta. Conseguido esto, se ajustan los tornillos uno a uno y muy poco por vez, hasta lograr una firme sujeción de la cubeta. Luego se afloja el tornillo de enrase hasta que el mercurio baje lo suficiente para dejar ver por completo la pieza de marfil y el aparato quedará así en condiciones de funcionar. En ningún caso, sin embargo, se deberá tomar una observación hasta dos o tres horas después de instalar un barómetro, para permitir que el mercurio pueda adquirir la temperatura ambiente. Debe colocarse el aparato perfectamente vertical, pues no estándolo, las lecturas serán erróneas e indicarán alturas superiores a las reales alcanzadas por la columna mercurial. 1.3.- Limpieza del barómetro El observador sólo limpiará el barómetro exteriormente y con mucho cuidado, pasándole una gamuza o un trapo seco muy suave. Deberá tener perfectamente limpio el tubo de vidrio en la parte visible a través de las aberturas longitudinales del tubo metálico y, en el Fortín, además, la parte del vidrio de la cubeta, para poder ver bien los niveles superior e inferior del mercurio. También el termómetro adjunto debe mantenerse bien limpio, para poder apreciar con la debida exactitud la temperatura que indica. No deben usarse líquidos especiales, ácidos o pastas pulidoras para limpiar las escalas. 1.4.- Deficiencias en los barómetros Los barómetros que se envían a las estaciones u observatorios meteorológicos, han sido reparados y contrastados, de acuerdo con normas y recomendaciones de la O.M.M., en el departamento Instrumental del Servicio Meteorológico Nacional, donde se ha determinado para cada instrumento la corrección constante que se debe aplicar a todas las lecturas efectuadas. Con el tiempo pueden notarse deficiencias en los resultados obtenidos con el barómetro y, cualquiera sea la naturaleza de esa deficiencia, como así la rotura o desperfecto de algunas de sus partes, deberá ser comunicada inmediatamente por el observador, en cuanto sea notada por éste. El principal defecto que pueda afectar la bondad de un barómetro es la presencia de aire en la cámara del mismo, disminuyendo el grado de vacío que en ella debería imperar y dando por consiguiente lugar a lecturas erróneas. Una cantidad de aire en la cámara barométrica ejercerá sobre el extremo superior de la columna mercurial una cierta presión, que será mayor cuanto mayor sea esa cantidad de aire y mayor la temperatura a que está sometido el barómetro, disminuyendo, por lo tanto, la altura de aquella columna y resultando de lo mismo una determinación errónea de la presión atmosférica. 1.4.1.- Presencia de aire En el barómetro Fortín se puede conocer la existencia de aire en la cámara procediendo así: maniobrando el tornillo de enrase se hace subir el nivel del mercurio dentro de la cámara hasta que llegue a una distancia de unos 3 o 4 cm de su extremo superior. Se descuelga entonces el barómetro con todo cuidado y se lo inclina después más o menos rápidamente, con el fin de producir un ligero golpe del mercurio con el extremo del tubo de vidrio. Si el ruido de ese golpe es un “clik” metálico bien definido y perceptible, puede suponerse que no hay aire dentro del tubo. Si, por el contrario, el ruido es sordo y poco perceptible, es indicio de la presencia de aire y su burbuja podrá verse a través de la abertura longitudinal del tubo metálico, si se inclina más el barómetro colocando la cubeta en un plano ligeramente superior. Debe tenerse presente que esta operación exige el máximo de precauciones y solamente será efectuada por el observador que posea experiencia en esta tarea. De no ser así, esperará la intervención de un inspector. La correcta apreciación de la naturaleza del ruido producido por ese choque requiere, sin embargo, suficiente práctica, por lo que el observador no efectuará la verificación de la existencia o no de aire en la cámara del barómetro, a menos de recibir instrucciones escritas en ese sentido. 1.4.2.- Mercurio sucio Cuando con el tiempo el mercurio se ensucia por la entrada de polvo, no sólo se adhiere a las paredes del tubo modificando la forma y la altura del menisco, sino que, en el caso del Fortín, se hace difícil un buen enrase al cero de la escala, dificultando o modificando así la apreciación de la altura de la columna barométrica. 1.4.3.- Pérdida de mercurio En el barómetro tipo Fortín la pérdida de parte del mercurio no afectará la bondad de las observaciones, siempre y cuando la cantidad restante sea suficiente para permitir el enrase. Si en alguna ocasión, al elevar el nivel de mercurio en la cubeta por medio del tornillo de enrase, para establecer el contacto entre la superficie de aquél y la punta de marfil (figuras 3 y 4), no se lograra dicho contacto pese a haber enroscado al máximo el tornillo de enrase, ello indicará que la cantidad de mercurio dentro del barómetro es insuficiente, y este deberá ser cambiado. Salvo orden expresa en contrario, en ningún caso el observador remitirá el barómetro que se halla a su cargo, y una vez comunicada cualquier deficiencia, rotura o desperfecto del mismo, esperará la llegada del inspector. Le está, además, terminantemente prohibido al observador : 1- Cambiar de lugar el barómetro sin previa autorización 2- Introducir en él cualquier modificación 3- Hacer arreglos, composturas o limpieza interiores. Las limpiezas sólo podrán ser exteriores y efectuadas con toda clase de precauciones. 4- Desarmar el barómetro sin la autorización y las instrucciones correspondientes. 1.5.- Procedimiento para efectuar una lectura en el barómetro Fortín Para poder efectuar una lectura en un barómetro de este tipo es menester primero llevar el nivel libre del mercurio en la cubeta a coincidir con la punta del índice de marfil (Figura 4), punta que constituye el origen o cero de la escala del barómetro. El observador accionará el tornillo de enrase haciendo descender el nivel de mercurio en la cubeta hasta que el índice o punta de marfil sea totalmente visible y su extremo apenas separado de la superficie de mercurio, luego, siempre accionado el tornillo de enrase, se hace subir lentamente el mercurio hasta que su superficie roce la punta del índice de marfil. Esta operación se denomina ENRASE y se consigue un buen enrase cuando observando la punta del índice hacia la placa blanca bien iluminada, la franja de luz entre ella y la superficie del mercurio desaparece. Otra manera práctica de conseguir el enrase es observar el momento en que la imagen del índice en el mercurio toque ligeramente la punta del índice mismo. Esto no es práctico, sin embargo, cuando el mercurio esté sucio o algo oxidado. No se procederá en forma inversa, subiendo el nivel del mercurio para luego bajarlo hasta obtener el enrase, es decir, el ligero contacto entre el extremo del índice y la superficie del mercurio. No se dejará tampoco que el índice forme, por efecto de capilaridad, un pequeño hoyo en el mercurio, pues en ese caso se obtendría una altura de la columna mayor que la real. Figura 4: Representación de un primer enrase, correcto (izquierda), incorrecto (derecha) Conseguido un buen enrase en la cubeta, se procederá a colocar el cursor que lleva el vernier a la altura del nivel superior de la columna mercurial dentro del tubo barométrico. Esto se conseguirá moviendo el cursor hasta que el plano imaginario determinado por los bordes inferiores de las chapitas anteriores y posteriores del cursor, quede tangente a la parte superior del menisco del mercurio (Figura 5). Es decir, se mirará a través del tubo la placa blanca de la tabla, convenientemente iluminada cuando falte la luz natural, de manera tal que se pueda ver la parte inferior de la chapita posterior y hasta lograr que la chapita anterior la tape casi totalmente dejando sólo visible, debajo del borde inferior de ésta, una pequeña parte de la chapita trasera, simultáneamente, sin modificar esa coincidencia, se desplazará todo el cursor hasta que parezca que el borde inferior de la chapita delantera toca ligeramente la parte superior del menisco del mercurio. Mercurio Mercurio Figura 5: Posiciones correcta (izquierda) e incorrectas (centro y derecha) Para efectuar el segundo enrase en el barómetro Fortín Figura 6: Posiciones que debe adoptar el Observador al hacer el segundo enrace Por efecto de la acción de la capilaridad entre el mercurio y el vidrio, la parte superior de una columna de ese líquido dentro de un tubo de vidrio no es una superficie plana, sino que ella adopta una forma convexa, cuya curvatura será tanto mayor cuanto menor sea el diámetro del tubo. Para evitar meniscos muy altos, se usan tubos de un diámetro adecuado, 7 mm como mínimo, por lo menos en la parte donde se efectúan las lecturas, aunque sea más estrecho en otras secciones. Por efecto de la forma del menisco, cundo se haya dado una correcta posición al cursor, se verán pequeños “triángulos” de luz a ambos lados de la parte más alta del primero, debajo del borde de las chapitas anterior y posterior. 1.6.- Lecturas en la escala del vernier o nonio Llevando el cursor a la posición correcta para dar la altura de la columna mercurial, en la forma indicada en el párrafo anterior, esa altura se lee sobre la escala graduada en la siguiente forma: 1) Tratándose de una escala graduada en milímetros, se lee sobre ella la división entera que queda inmediatamente debajo de la línea que define la parte inferior del vernier, recordando que cada línea significa un milímetro y los números marcados indican centímetros, es decir que deberá agregársele un cero a la derecha para tener milímetros. Se anota el número indicativo de los milímetros enteros. 2) Se busca después la división del vernier que coincide exactamente con una división de la escala, deduciéndose los décimos y centésimos de milímetro que corresponden a esa división del vernier. Para ello es necesario conocer cuanto representa cada división del vernier, lo cual se obtiene fácilmente dividiendo el valor correspondiente a la diferencia entre dos divisiones seguidas de la escala principal por el número de las divisiones del vernier. Si el vernier tiene marcadas veinte divisiones y la escala está dividida en mm, cada una de las divisiones del vernier representará cinco centésimos de mm, resultado de dividir un mm por 20. Si las divisiones del vernier son 10, cada una representará 10 centésimos, o sea 1 décimo de milímetro. 3) Se cuenta entonces las divisiones del vernier desde la coincidente con la división de la escala, hasta la última de abajo del vernier. Se multiplica ese número por el valor que representa cada división y el resultado se agrega al número entero l de milímetros leído en la escala. En el ejemplo de la Figura 6, la escala fija esta graduada en enteros y décimos de “centibares”, es decir decenas de milibares. La graduación entera inmediatamente debajo del cero del vernier corresponde a 101 cb o bien 101 mb. La división del vernier que coincide con una de la escala es la sexta a partir del cero. Y como cada división equivale a 0,01 de cb (o bien 0,1mb) por estar la escala del vernier dividida en 10 partes, resultan 60 centésimos de cb a agregar a los 101,4 cb leídos en la escala del tubo. La lectura completa será entonces de 101,46 cb o más correctamente expresado: 1014,6 mb Figura 6: ejemplo de lectura al realizar el segundo enrase en un barómetro de cubeta móvil 1.7.- Orden para efectuar las lecturas en el barómetro El orden de las operaciones a efectuar en un barómetro, con el fin de tener los elementos por él proporcionados para el cálculo de un valor de la presión atmosférica, es el siguiente: 1 – lectura de termómetro adjunto 2 – Enrase del nivel del mercurio en la cubeta (esto sólo para los barómetros Fortín) 3 – Enrase del nivel superior del mercurio con el cero del vernier 4 – Lectura en la escala de la altura de la columna mercurial 5 – Descenso del mercurio en la cubeta. (También esto únicamente en los barómetros Fortín) 1 – Lectura del termómetro adjunto: Este debe ser apreciado al medio grado, y para hacer esta lectura no deberá aproximarse ninguna fuente de luz (fósforo, lámparas, etc.), que pueda elevar rápidamente la temperatura en cercanías del termómetro. El mismo cuerpo del observador influye en ese sentido, por lo que deberá hacer rápidamente ésta como las otras lecturas, mantener el cuerpo lo más alejado posible y no emplear más tiempo que el necesario para asegurar la exactitud requerida. Toda fuente de calor provocará una dilatación del mercurio contenido no solo en el termómetro adjunto, sino también en la cubeta y en el tubo barométrico pero por ser mucho menor la cantidad encerrada en el termómetro adjunto, éste adquirirá más rápidamente la temperatura del cuerpo que se le aproxima, y por lo tanto indicará un valor diferente a la temperatura real a que está sometido el mercurio del barómetro. Como las lecturas obtenidas deberán ser reducidas a las lecturas que corresponderían a 0ºC, para llenar las condiciones exigidas en la definición de la presión normal, se comprende la importancia de no alterar por la presencia de una fuente de calor la temperatura que índica el termómetro adjunto. A falta de luz natural, la iluminación deberá hacerse con una linterna a pilas, procurando iluminar solamente la escala del termómetro. Si la escala de éste estuviera graduada en grados absolutos, véase en el capitulo termómetros como se convierte en grados centígrados. 2 – Enrase del nivel inferior del mercurio : Solamente es necesario enrasar los barómetros de cubeta móvil de tipo Fortín, procediéndose como se indicó en las páginas 14, 15 y 16 , iluminando convenientemente la placa blanca que queda detrás de la cubeta. No debe emplearse para esta iluminación fósforos, lámparas etc. 3 – Enrase del nivel superior del mercurio con el cero del vernier: Para ello se moverá el cursor del vernier en la forma ya indicada, teniendo cuidado de dar previamente sobre el tubo ligeros golpes con la yema del dedo, con el fin de obtener una buena formación del menisco, que podría alterarse por ligeras adherencias de mercurio en el vidrio. El procedimiento es válido para barómetros Fortín o de cubeta fija. Como en los casos anteriormente descriptos, la iluminación de la placa blanca de la tabla – soporte, se efectuará con una linterna a pilas, nunca con fósforos, velas, kerosene o alcohol, etc. 4 – Lectura en la escala de la altura de la columna mercurial: Se hace esta lectura de acuerdo con las indicaciones ya dadas y el valor obtenido se anotará en la “Libreta de Observaciones” en la columna donde dice “Lectura del barómetro, sin corrección”. 5 – Descenso del mercurio en la cubeta: Para lograrlo se mueve convenientemente el tornillo de enrase y se lleva el nivel del mercurio en la cubeta a una posición tal que quede un espacio de más o menos 6 mm entre él y el extremo del índice. El objeto de esto es impedir la destrucción de la punta afinada del índice, por la acción del mercurio sobre el marfil. IMPORTANTE : Efectuada una lectura no se moverá para nada el cursor del vernier hasta el momento de efectuar la observación reglamentaria siguiente, con el fin de poder verificar en cualquier momento si la lectura ha sido hecha correctamente o si hubo error en la apreciación de los números enteros, cosa fácil de ocurrir con diferencias de 5 o 10 unidades. 2.- Correcciones a las mediciones efectuadas con barómetros de mercurio. Para que las lecturas efectuadas a horas y en lugares diferentes se conviertan en valores de la presión atmosférica utilizables (comparables), se precisan las correcciones siguientes: a) Corrección por temperatura. b) Corrección por error de índice. c) Corrección por gravedad. En lo que respecta a una gran cantidad de aplicaciones meteorológicas operativas, se pueden obtener resultados aceptables si se tienen en cuenta las instrucciones proporcionadas por el fabricante del barómetro. Pero cuando los resultados no son satisfactorios o se requiere una mayor precisión, se aplicaran detenidamente los procedimientos para efectuar las correcciones mencionadas, según se describen a continuación. 2.1.- Corrección por temperatura Partiendo de cero grado, temperatura a la cual debe estar referido el mercurio, en todas las lecturas que se quieran comparar, un ascenso de temperatura provocará un alargamiento de la escala del barómetro proporcional a esa temperatura, así como también un decrecimiento de la densidad del mercurio. Esto último significará la necesidad de una mayor cantidad del mismo para equilibrar igual peso de la columna de aire, y por lo tanto a temperaturas superiores a cero, la columna será más larga que si estuviera a cero grado. Inversamente, será más corta si la temperatura es inferior a cero, por cuanto en este caso habrá un aumento de su densidad con respecto a la de cero grado. La escala ha sido construida para dar lecturas exactas estando a cero grado, pero como la dilatación del mercurio es mayor que la de la escala para un mismo aumento de temperatura, es fácil comprender así, que a temperaturas superiores a cero grado, será menester restar cierta cantidad a la lectura de la columna leída, para obtener la altura a que hubiera llegado el mercurio si en lugar de estar sometido a la temperatura indicada por el termómetro adjunto, estuviera sometido a cero grado. Inversamente, para temperaturas inferiores a cero grado, se deberá agregar una cierta cantidad. Corregir a cero grado significa, entonces, efectuar una cierta corrección a la lectura obtenida en el barómetro, y ella combina los efectos producidos por la dilatación de la escala y el cambio de densidad del mercurio. La temperatura dada por el termómetro adjunto se supone es la temperatura a que están sometidas todas las partes del barómetro. La tabla d – 2 da la corrección a efectuar cuando se trata de barómetros de cubeta móvil, entrando en ella con la temperatura dada por el termómetro adjunto y la lectura del barómetro. Según esta taba, si la temperatura es “sobre cero” esta corrección debe restarse a la lectura del barómetro, por el contrario, si la temperatura es “bajo cero” la corrección se debe sumar. (ver Anexo 1 al final del capítulo). 2.2.- Corrección por error de índice La corrección por error de índice (corrección instrumental) se debe aplicar a cada barómetro, el cual lleva una tarjeta constante con el valor y signo de la corrección instrumental, la que deberá sumarse a las lecturas efectuadas en la escala del barómetro si la corrección lleva el signo + , o restarse si el signo es -. Esta corrección es constante y bajo ningún concepto el observador deberá cambiarla, a menos de recibir orden contraria por escrito. 2.3.- Corrección por gravedad La lectura de un barómetro de mercurio a presión y temperatura determinadas depende del valor de la gravedad que, a su vez, varia con la latitud y la altitud. Los barómetros destinados a aplicaciones meteorológicas se calibran para que den lecturas de la presión verdadera a la gravedad convencional de 9,80665 m s -2, por lo que habrá que corregir toda lectura hecha con cualquier otro valor de gravedad. La fuerza de la gravedad varía ligeramente con la latitud, es mayor en los polos que en el ecuador, dando ello lugar a que una misma masa, cantidad de materia, pese más o menos según el lugar en la tierra en que se encuentre. Para el caso del barómetro, suponiendo una misma presión atmosférica, la columna de mercurio necesaria para equilibrar esa presión, será mayor en el ecuador que en los polos, debido a que en estos el peso del mercurio será mayor, por lo tanto, una menor cantidad de mercurio equilibrará la presión del aire. La gravedad también varía con la altura, disminuyendo su valor a medida que aumenta la altitud, y aunque esa variación es escasa y despreciable para pequeñas elevaciones, será necesario tenerlo en cuenta cuando se trata de estaciones a gran altura. Para que las lecturas sean comparables, es necesario entonces introducirles ciertas correcciones, para llevarlas al valor que tendrían si ellas hubieran sido obtenidas con mercurio sometido a la gravedad normal. En la tabla d-4 correspondiente a cada estación u observatorio, que es calculada y proporcionada por el Servicio Meteorológico Nacional, figura la corrección Cg por gravedad. El valor sacado de ellas debe sumarse o restarse a las lecturas ya corregidas por temperatura. Una lectura barométrica a la que se le hubieran hecho las correcciones establecidas, dará el valor de la presión atmosférica en el punto donde ella fue efectuada. 3.- Barómetros aneroides y barógrafos Los barómetros aneroides, metálicos u holostéricos, están basados en el siguiente principio: si en una caja o cápsula cilíndrica de poca altura y gran diámetro se hace el vacío y se la cierra luego herméticamente la presión atmosférica actuando sobre sus paredes, tratará de juntar las dos caras circulares de la caja. Para aumentar la superficie de las cápsulas, las paredes circulares presentan acanaladuras concéntricas. Colocando un resorte en forma adecuada para impedir que la presión del aire aplaste la caja, la mayor o menor presión atmosférica determinará un mayor o menor acercamiento de las caras circulares y, por consiguiente, una mayor o menor deformación del resorte. Aunque estos movimientos son necesariamente pequeños, ellos pueden ser registrados cuando son convenientemente ampliados; para ello es usual disponer “baterías” de cápsulas (Figura 7).. Figura 7: Esquema de una batería de cápsulas aneroides La gran mayoría de los barómetros que con fines particulares se venden en el comercio están basados en este principio. Los barómetros aneroides no permiten la determinación exacta de la presión atmosférica y sus escalas deben ser siempre controladas con lecturas efectuadas en barómetros de mercurio, por cuanto las correcciones que para aquellas se establecieran cambian con el tiempo, debido a las modificaciones de la elasticidad del metal constitutivo del barómetro aneroide y por ser, además, muy sensible a los cambios de temperatura. Se los usa, sin embargo, preferentemente en los viajes, ascensiones de montañas o en aeronaves y en los buques cuando hay mal tiempo, por su fácil transporte y manejo y por no tener partes fácilmente rompibles. Figura 8: Barómetro aneroide Las correcciones a las lecturas efectuadas en un aneroide se determinan en la siguiente forma: se lee simultáneamente éste y el barómetro de mercurio. La diferencia entre la lectura del barómetro de mercurio corregida por error instrumental, a 0º de temperatura y a la gravedad normal, y la lectura del aneroide, será la corrección que debe aplicarse de la lectura del segundo para tener el valor de la presión en ese punto. Moviendo convenientemente el tornillo de ajuste que tiene cada uno de estos aparatos, se logra que marquen la misma presión determinada por la lectura de uno de mercurio, corregida como se indicó más arriba. Si se tratara de un aneroide para usar en un viaje, se determinará por comparación antes y después del mismo, las correcciones a aplicar y en un buque en cuanto el tiempo lo permita. El barógrafo (Figura 9) es un instrumento destinado al registro continuo de la presión atmosférica y permite, por lo tanto, el conocimiento de sus continuas variaciones. Está formado por dos partes principales: a) La parte sensible, constituida por un barómetro aneroide. b) El dispositivo inscriptor. Figura 9: Barógrafo SIAP Figura 10: conjunto de capsulas aneroides en un barógrafo SIAP (detalle) La parte sensible consiste en una serie o batería de cápsulas como las ya mencionadas en los barómetros aneroides, en las cuales se ha hecho total o parcialmente el vacío, y sujetas a menor o mayor variación según las presiones que la atmósfera ejerce sobre ellas. En los instrumentos modernos se introduce, en realidad, cierta cantidad de gas neutro que ejerce interiormente una presión de unos 50 mm Hg Para las diferentes casas constructoras de barógrafos, estas cajas o cápsulas holostéricas, adoptan diferentes formas, según el método empleado para proporcionar las reacciones elásticas necesarias para equilibrar en cada caso la acción de la presión atmosférica. Un tipo común de caja holostérica es la Vidie (Figura 7), consistente en una caja cilíndrica de poca altura (3 a 15 mm.) y un diámetro comparativamente mucho mayor (30 a 200mm.). Como ya se mencionó, las paredes de las cajas se hacen acanaladas en circunferencias concéntricas, para proporcionar una mayor elasticidad y amplitud a los movimientos. Como muestra la Figura 7, dentro de las cápsulas (a) se colocan las membranas elásticas (c), unidas por sus bordes y construidas con material de inmejorables propiedades elásticas. Esta disposición tiene la desventaja del frotamiento que se origina en los puntos de apoyo de las membranas, pudiendo determinar errores apreciables en los valores dados por el instrumento. 4.- Barómetros Digitales Estos barómetros aplican una propiedad de ciertos materiales, de cambiar su resistencia eléctrica con los cambios de presión (efecto piezoeléctrico o piezoresistivo). En particular se utiliza cuarzo cristalino por presentar una piezorresistividad particularmente sensible, su estabilidad de frecuencia y por ser poco sensible a los cambios de temperatura. Con los resistores de cuarzo se arma un puente de Wheatstone, sujeto a un diafragma que es el elemento directamente sensible a la presión atmosférica. El diafragma transmite los cambios de presión a los resistores, los cuales cambian a su vez su resistencia. A la salida del puente de Wheatstone, alimentado por una corriente eléctrica, se registran variaciones en esta corriente que serán proporcionales a los cambios de presión. Esto se transforma en una señal standard por medio de un amplificador adecuado. Generalmente los valores de presión se presentan en un visualizador lumínico o en un panel de cristal líquido. Figura 11: barómetros digitales 5.- Reducción de la presión a un nivel determinado Las estaciones cuya elevación sea inferior a 800 metros, reducirán la presión atmosférica al nivel medio del mar. Para ello se utilizan las tablas d – 4 que están calculadas en base a cierta fórmula que no se expondrá aquí. En el ANEXO – 3 se muestra la tabla para la estación Buenos Aires – Observatorio Central En dicha tabla se entra con la presión a nivel de la estación (ya corregida) en mm Hg que se desea reducir al nivel del mar y la temperatura promediada con la de 12 horas antes en ºC. La corrección que se obtiene de la tabla se debe sumar a la presión a nivel de la estación para obtener el dato al nivel del mar. Ejemplo: Estación Buenos Aires Elevación 25 metros Presión a nivel de la estación = 751,3 mm Hg Temperatura del momento de la observación = 16,9 ºC Temperatura de 12 horas antes = 9,1 ºC Promedio de las temperaturas = 13,0 ºC Corrección a sumar obtenida con la tabla d – 4 correspondiente = 2,2 mm Hg Presión reducida a nivel del mar 753,5 mm Hg o 1004,7 hPa Aquellas estaciones cuya altura es superior a 800 metros pero inferior a los 2300 metros no reducen su presión a nivel del mar sino que, con el dato de presión a nivel de la estación, se calcula la altura del nivel isobárico de 850 hPa. Para calcular las tablas para determinar las alturas de un nivel isóbarico se utilizan fórmulas distintas. Ejemplo: Estación Catedral 2000 Elevación 1955 m Presión a nivel de la estación 591,8mm Hg o 789,1mb Temperatura del momento de la observación 2,5 ºC Temperatura de 12 horas antes 2,5 ºC Promedio de temperatura 0,0 ºC De la tabla se obtiene la altura del nivel de geopotenciales) 850 hPa = 1354 mgp (metros Aquellas estaciones cuya elevación sea mayor o igual a 2300 metros pero que no sobrepasen los 3700 metros, calculan la altura del nivel isobárico de 700 hPa. Ejemplo: Estación La Quiaca Elevación 3459 m Presión a nivel de la estación 506,3mmHg=675,1hPa Temperatura del momento de la observación = 21,0 ºC Temperatura de 12 horas antes = 19,2 ºC Promedio de temperaturas = 20,1 ºC De la tabla se obtiene la altura del 15anas15encial de 700 hPa = 3139 mgp. Las estaciones cuya elevación sea mayor o igual a 3700 metros calculan la altura del nivel isobárico de 500 hPa. Ejemplo: Estación Cristo Redentor Elevación 3832 m Presión a nivel de la estación 479,2 mm Hg = 638,9 hPa Temperatura del momento de la observación = 6,1 ºC Temperatura de 12 horas antes = 3,9 ºC Promedio de temperaturas = 5,0 ºC De la tabla se obtiene la altura del nivel de 500 hPa = 5783 mgp.
