INFOGRAFIA velocidad de vientos,anemometros

infografia

1. Herramientas meteorológicas
Dr. José Agustín García Reynoso
Curso -Taller: Pronóstico de Calidad del Aire
PROYECTO FINANCIADO CON RECURSOS DEL FIDEICOMISO 1490 PARA APOYAR LOS PROGRAMAS,
PROYECTOS Y ACCIONES AMBIENTALES DE LA MEGALÓPOLIS

2. INSTRUMENTOS METEOROLÓGICOS
META:
Familiarizar al participante con los instrumentos
meteorológicos que sirven para medir y registrar las
variables atmosféricas de velocidad, dirección del viento,
temperatura, radiación solar y altura de mezcla. Estas son las
variables útiles para los estudios de contaminación del aire
en exteriores.

3. OBJETIVOS
Al terminar esta lección, el alumno estará
capacitado para:
•Enumerar las cuatro variables meteorológicas claves
para la contaminación del aire en exteriores.
•Identificar dos tipos de instrumentos para medir la
velocidad del viento y describir brevemente cómo
opera cada uno.
•Identificar un instrumento para medir la dirección del
viento y describir brevemente cómo opera.
•Describir cómo se deben de ubicar los instrumentos y
la importancia de hacerlo en un lugar adecuado.
•Describir cómo se mide la radiación solar.
•Describir cómo se miden las alturas de mezcla.
•Explicar la importancia de mantener un plan de
aseguramiento de la calidad de datos.

4. Tipos de Redes de Monitoreo
Diseño Básico de una Red de Medición
•Una Red de Mediciones de qué o para qué
•Meteorológica
•De Calidad del Aire
•De …..

5. INTRODUCCIÓN
•La medición y registro de las variables
meteorológicas permite obtener información
necesaria para
oControlar la emisión de los contaminantes,
oComprender el transporte y la dispersión de los
contaminantes emitidos al aire (turbulencia-estabilidad
atmosférica y velocidad y dirección del viento),
oPredecir cualitativa y cuantitativamente las
concentraciones de contaminantes.

6. Una Red Meteorológica
•Idealmente,nosgustaríacontarconunaredde
instrumentosdesplegadosentodoeldominiode
interésquegenerendatosparatener
INFORMACIÓNútilentomadedecisiones.
•Noesnecesariotenerunaestaciónencadapunto
deldominio*,pueslascosasnocambian
drásticamentedeunpuntoaotro.
*inviableeconómicamente

7. Elementos de la Red
•El diseño se puede hacer con base en conocimiento
empírico o mediante esquemas sofisticados y
modelos.
•Hay que considerar dónde está la fuente de los
procesos (meteorológicos o de formación de
contaminantes) y las regiones en donde las
condiciones cambian rápidamente (montañas,
contrastes de uso de suelo).

8. Elementos …
No es necesario tener una
distribución uniforme, pero
siempre se debe considerar:
1. Tipo de equipo,
2. Seguridad del equipo,
3. Representatividad de los
datos,
4. Accesibilidad a la
estación y sus datos,
5. ¿Otro?

9. Estación DAVIS (PEMBU) Otra estación
Ejemplo de una Red

10. PEMBU
•Transmite datos cada 3 horas vía Internet, módem, radiofrecuencia.
•Viento, Temp, HR, Radiación Solar y UV, precipitación, presión.
•Estadísticas diarias, semanales y mensuales.

11. Estaciones …
•Vientos locales:
Vientos de montaña y de valle,
Vientos originados por barreras
topográficas,
Brisas terrestres y marinas.
Uso de un esquema de asimilación de
datos para estimar el campo en todo
el dominio.

12. Velocidad del viento
•La concentración de contaminantes en una pluma
está directamente relacionada con la velocidad del
viento: entre mayor sea la velocidad del viento,
menor será la elevación de la pluma.
•La velocidad del viento se emplea, junto con la
estabilidad de la atmósfera, para determinar la
ventilación atmosférica.

13. Velocidad del viento…
•Los dos principales tipos de instrumentos para medir la velocidad del
viento son:
•Anemómetro rotativo de cubeta.
•Anemómetro de hélice.
Ambostiposdeanemómetros
constandedossubconjuntos:el
sensoryeltransductor.Elsensor
eseldispositivoquerotapor
accióndelafuerzadelviento.El
transductoreselquegenerala
señalquesegrabará.

14. ANEMÓMETROS
Anemómetro rotativos de cubetas
Elanemómetrorotativodecubetasgeneralmente
constadetrescubetascónicasohemisféricas
montadassimétricamentesobreunejeverticalde
rotación.Latasaderotacióndelascubetas
generalmenteeslinealsobreelrangonormalde
medidas,conunavelocidadlinealdelvientode
aproximadamente2a3veceslavelocidadlinealdeun
puntoenelcentrodeunacubeta,segúnseasu
ensamblaje.

15. ANEMÓMETROS…
Anemómetro de hélices
Esteinstrumentoconsisteenunahélicemontadasobre
unejehorizontalqueseorientaconelvientoatravésdel
usodeunaveleta.Esteanemómetrotambiéngenerauna
señaleléctricaproporcionalalavelocidaddelviento.
Aunque los dos tipos difieren un poco en su sensibilidad
a las fluctuaciones de velocidad del viento no existe una
ventaja clara entre los dos tipos de anemómetros. En la
práctica es más utilizado el de cubeta.

16. ANEMÓGRAFO
Registracontinuamentela
dirección(engrados)dela
velocidadinstantáneadelviento
(enm/s),ladistanciatotal(en
km)recorridaporelvientoen
relaciónconelinstrumentoylas
ráfagas(enm/s).

17. Transductores de velocidad del viento
Existenvariosmecanismosparaconvertirlatasade
rotacióndelascubetasohélicesenunaseñal
eléctricaadecuadaparaelregistroy/o
procesamiento.Laseleccióndeuntransductor
dependedelanaturalezadelprogramade
monitoreo,esdecir,delgradodesensibilidad
requeridoydeltipoderegistroolecturadedatos
quesenecesitan.Losmásconocidosson:
•transductordecontactoeléctrico.
•transductorderayoluminosointerrumpido.

18. Transductor de contacto eléctrico
Seempleanparamedirelpasajetotaldelviento
(flujocontinuodelviento)enlugardevelocidades
instantáneas,ysepuedenemplearparadeterminar
lavelocidadpromediodelvientoenun
determinadoperíodo.Engeneral,noserecomienda
usarestosdispositivosenlosestudiossobre
dispersióndecontaminantesdelaire.

19. Transductor de rayo luminoso
interrumpido
Generalmenteseusaenaplicacionesde
calidaddelaireporquepresentamenos
friccióny,porlotanto,esmássensiblea
velocidadesmenoresdelviento.Estetipode
transductorusaunejeodiscoranurado,un
emisoryundetectordeimágenes.El
ensamblajedelacubetaohélicehacerotar
elejeodiscoranurado,conloquecreaun
pulsocadavezquelaluzpasaatravésdeuna
ranurayllegaaldetectordeimágenes.

20. Dirección del viento
Sedefinecomolaorientacióndelvectordel
vientoenlahorizontal.Parapropósitos
meteorológicos,ladireccióndelvientosedefine
comoladireccióndesdelacualsoplaelviento,
ysemideengradosenladireccióndelasagujas
delrelojapartirdelnorteverdadero.Por
ejemplo,unvientodeloestesopladeloeste,a
270°delnorte.Unvientodelnortesopladesde
unadirecciónde360°.Ladireccióndelviento
determinaladeltransportedeunapluma
emitida.

21. Paletas de viento
Elinstrumentomáscomúnparamedirladireccióndel
vientoeslapaletadeviento.Laspaletasdeviento
señalanladireccióndesdelacualestesopla.Puedenser
deformasytamañosdiferentes:algunascondosplatos
juntosensusaristasdirectasydispersasenunángulo
(paletasseparadas),otrasconunsoloplatilloplanoo
unasuperficieaerodinámicavertical.

22. Criterios de distancia
para la ubicación de
los instrumentos de
medición del viento.
•Ubicaciones
recomendadas para
colocar los
instrumentos de
viento

23. La temperatura y la diferencia de la
temperatura
Paralosestudiosdecontaminacióndelaire
sonútilestantolatemperaturadelaire
ambientalenunsolonivel(generalmente
1.5a2msobreelsuelo)comola
diferenciadetemperaturaentredos
niveles(generalmente2my10m).Estas
medidassirvenpararealizarcálculossobre
laelevacióndelaplumayparadeterminar
laestabilidadatmosférica.

24. Clases de sensores de temperatura
Las tres clases principales de sensores de temperatura se basan en:
1)la expansión térmica,
2)el cambio de resistencia,
3)laspropiedadestermoeléctricasdediversassustanciascomo
unafuncióndelatemperatura.

25. Ubicación y exposición de los instrumentos para medir
la temperatura y la diferencia de temperatura
•Latemperaturadelaireambiental(superficial)sedebemedirauna
alturade2m.Laalturaestándarparamedirladiferenciadetemperatura
es2y10m.Silosnivelesdeemisiónsonconsiderables,puedeser
apropiadoefectuarmedicionesadicionalesdelatemperaturaen
elevacionesmásaltas.Estaselevacionesestaríandeterminadassegúnel
casoylaaplicación.
•Elsensordelatemperaturasedebeubicarenunaáreaabierta,planay
bienventiladadealmenos9mdediámetro.Además,lossensoresde
temperaturasedebencolocaraunadistanciadealmenoscuatroveces
laalturadecualquierobstrucciónyalmenosa30mdeáreas
pavimentadasamplias.
•Lasuperficiedondeselocaliceelsensordebeestarcubiertaporuna
capanaturaldetierraopastoyestarlejosdeáreasconaguaestancada.
Losinstrumentosdebenestarblindadosparaprotegerlosdelaradiación
térmicaybienventiladosconsistemasapropiados.

26. Radiación solar
Laradiaciónsolarestárelacionadaconla
estabilidaddelaatmósfera.Losdatossobrela
coberturaylaaltituddelasnubes(alturadelabase
delacimadelanubequeobscurececasilamitad
delcielo)proporcionanunaestimaciónindirectade
losefectosdelaradiaciónsolaryseusanjuntocon
lavelocidaddelvientoparaderivarunacategoríade
estabilidadatmosférica.

27. Radiación solar…
Elinstrumentomásusadoenlamedicióndelaradiación
solareselpiranómetro.

28. Radiación solar…
•Otrotipodesensoreselradiómetroneto.Laaplicaciónbásicadeun
radiómetronetoesdeterminarlaradiacióndiurnaynocturnacomo
unindicadordelaestabilidad.Sinembargo,lascategoríasde
estabilidadnocturnasgeneralmenteusadasenlosestudiosde
contaminacióndelairesebasanexclusivamenteenlavelocidaddel
vientoyenelaspectodelcielo.

29. Ubicación y exposición de los instrumentos para
medir la radiación solar
Lospiranómetrosusadosparamedirlaradiación
incidente(solar)sedebencolocarenáreasabiertascon
unaampliavistadelcielohaciatodaslasdireccionesy
durantetodaslasestaciones.Debenlocalizarseen
puntosdondenoseproduzcanobstruccionesque
proyectenunasombrasobreelsensorencualquier
momento.Además,sedebeevitarcolocarloscercade
paredesdecoloresclarosyfuentesartificialesde
radiación.Laalturadelsensornoesunfactor
determinanteparalospiranómetros.Losradiómetros
netossedebencolocaraproximadamentea1msobreel
niveldelsuelo.

30. Altura de mezcla
Laprofundidadverticaldelaatmósferadondese
produceelmezcladosedenominacapademezcla.La
partesuperiordeestacapaseconocecomoalturade
mezcla.Estadeterminaelalcanceverticaldelproceso
dedispersióndeloscontaminantesliberadosdebajode
ella.Setratadeunavariableimportanteparalos
estudiosdecalidaddelaireyaquelimitaladispersión
verticaldeloscontaminantes

31. Altura de mezcla…
•Porlogeneral,lasalturasdemezcladoproducidasporlamañanay
porlatardeseestimanapartirdelosperfilestantodetemperatura
verticaltomadosalasalidaypuestadelsol,comodetemperatura
superficial.Losperfilesdelatemperaturaverticalsemidencon
radiosondas.

32. Altura de mezcla…
•LossistemasSODAR(acrónimoparaSoundDetectionAnd
Ranging[detecciónyexploracióndelsonido])yradar
perfiladordevientosDopplerestánadquiriendoimportancia
comoherramientaseficacesparaefectuarmediciones
remotasdevariablesmeteorológicasenalturasquealcanzan
varioscientosdemetrossobrelasuperficie.UnSODAR
transmiteunfuertepulsoacústicoalaatmósferaycaptala
partedelpulsoqueseexpandeyregresa.
•Unradarperfiladordevientosusaprincipiosdeoperación
similaresalSODAR,peroenvezdetrasmitirpulsosacústicos,
setrasmitepulsoselectromagnéticos.

33. Medición de la Presión
•Generalmente se mide con un
barómetro

34. BARÓGRAFO
Tieneundispositivoderegistro
cronológicodelapresiónatmosférica.
Sellamatambiénbarómetroregistrador
ylasunidadessonelmilímetrode
mercurio(mmHg)oelmilibar(mb).

35. BARÓMETRO DE MERCURIO
AparatoinventadoporTorricelien1643,
quesirveparadeterminarlapresión
atmosféricapormediodeunacolumnade
mercurio.Lasunidadessonelmilímetrode
mercurio(mmHg)oelhectopascal(hPa).

36. Medición de la Presión…
•BarómetroAneroide
•Común para uso en casas.
•Es muy sensible a cambios a la
presión atmosférica.

37. Medición de la Presión…
•Altímetros y Barógrafos: Además de medir la presión, mide la altitud
(utilizado en aviones)

38. CASETA METEOROLÓGICA
Pequeñacasilladeparedes
demadera,puertayfondo
dedoblepersianaque
favorecelaventilación
interioreimpidequela
radiaciónsolarafectealos
instrumentoscolocadosensu
interior.Debendeestar
pintadasdeblanco.

39. EVAPORÍMETRO PICHÉ
•Aparatoparamedirlacantidaddeagua
queseevaporaenlaatmósfera
duranteunintervalodetiempodadoa
partirdeunpapeldefiltroporosoenel
extremoinferior,permanentemente
humedecidodeaguadestilada.Las
unidadessonelmililitro(mL)oel
milímetro(mm)deaguaevaporada.

40. HELIÓGRAFO (DE CAMPBELL STOKES)
•Instrumentoregistradordelos
intervalosdetiempodurantelos
cualeslaradiaciónsolaralcanzauna
intensidadsuficienteparaproducir
sombrasdistintas.Enestetipode
heliógrafoelsolquemauna
cartulinagraduadaenhoras,lacual
estáarrolladaconcéntricamente
debajodelaesferadevidrio.El
recuentodeintervalosquemados
proporcionalashorasdesol
efectivodeldía.

41. HIGRÓGRAFO DE CABELLO
•Instrumentoqueproporcionaunregistrocontinuode
lahumedadrelativadelaire(%).Estábasadoenel
principiodequelalongituddeloscabellos
impregnadosdesustanciasgrasasvaríanconla
humedadrelativa.FueinventadoporSaussureen
1783.

42. HIGRÓTERMÓGRAFO
•Instrumentoqueresulta
delacombinacióndeun
higrógrafoytermógrafo.
Proporcionasobreel
mismodiagramaun
registro cronológico
simultáneode la
temperaturadelaireyla
humedad.

43. MICROBARÓGRAFO
Barómetroregistradorcuyoelemento
sensibleestáconstituidoporunaserie
decápsulasenlasquesehahechoel
vacíoyquesedilatanosecontraen
segúnquelapresióndisminuyao
aumente.Estebarómetroesmuy
sensibleeinscribesobreunaescala
muyagrandada,lasvariacionesde
presióndecortoperiodo,locualle
confiereunamayorprecisión.

44. PLUVIÓGRAFO
•Instrumentoquemedianteun
registrocontinuoenunabanda
depapelpermitedeterminarla
cantidadeintensidaddela
lluvia,asícomolahoradeinicio
yfindelalluvia.Launidadde
medidaeselmilímetro(mm).

45. PLUVIÓGRAFO
•Instrumentoquemediante
unregistrocontinuoen
unabandadepapel
permitedeterminarla
cantidadeintensidaddela
lluvia,asícomolahorade
inicioyfindelalluvia.La
unidaddemedidaesel
milímetro(mm).

46. PLUVIÓMETRO
•Instrumentoparamedirlaaltura
delasprecipitacionespluviales,
uniformementerepartidassobre
una superficiehorizontal
estancadaynosujetaa
evaporaciónofiltración.Fue
inventadoporCastellien1641.La
unidaddemedidaeselmilímetro
(mm).Unmilímetrodelluvia
recolectadoenunpluviómetro
equivaleaunlitropormetro
cuadrado.

47. PSICRÓMETRO
•Instrumentoempleadoparamedir
indirectamentelahumedadrelativadel
aire.Estáformadopordos
termómetros,cuyosdepósitosse
mantienen,elunosecoyelotro
mojadocubiertoporunapelículafina
deaguapuraohielo.Fuediseñadopor
Augustusen1825.

48. TANQUE EVAPORÍMETRO (CLASE A)
•Evaporímetrodeforma
cilíndrica,de25.4cmde
profundidady120.7cm
de diámetro,de
construcciónmetálica.El
fondoestácolocado
sobreunbastidora1.5
cmdelsuelo.

49. TERMÓGRAFO
•Termómetro graficador que proporciona un registro
cronológico continuo de la temperatura de aire.

50. TERMÓMETRO DE MÁXIMA Y MÍNIMA
TEMPERATURA
Pardetermómetrosquemidenpor
separadoelvalordelatemperatura
másaltaymásbajadeun
determinadointervalodetiempo.En
lafiguraadjunta,eltermómetro
superioreseldelamáxima,tieneel
depósitollenodemercurio,
ligeramentehaciaabajo,formandoun
ángulode2gradosconlahorizontal.
Eltermómetroinferioreseldela
mínima,contienealcoholconun
capilarconteniendouníndicede
vidriodecoloroscuroenformade
pesasdegimnasia.Estetermómetro
secolocasiempreenforma
horizontal.

51. DISDRÓMETRO
Instrumento para medir los tamaños de gotas durante las
tormentas. Ideal para calibración de radares meteorológicos pero
muy costoso.

52. Exactitud del sistema
•Laexactituddelsistemaeselmontoenqueuna
variablemedidasedesvíadeunvaloraceptado
comoválidooestándar.
•Enlasiguientetablaseenumeranvaloresde
exactitudrecomendadosparalossistemasinsitude
monitoreometeorológicodestinadosaaplicaciones
deestudiosdecalidaddelaire.Estánestablecidos
enfuncióndelosvaloresdeexactituddelsistema
general.

53. Exactitud del sistema
Valoresdeexactitudrecomendadosparalossistemasin
situdemonitoreometeorológicodestinadosa
aplicacionesdeestudiosdecalidaddelaire.Están
establecidosenfuncióndelosvaloresdeexactituddel
sistemageneral:
Variable meteorológica Exactitud de la variable Resolución de la medición
Velocidad del viento ±(0.2 m/s + 5% del observado) 0.1 m/s
Dirección del viento ±5 grados 1 grado
Temperatura ambiental ±0.5 °C 0.1 °C
Diferencia de la temperatura
vertical
±0.1 °C 0.02 °C
Radiación solar ±5% del observado o W/m2* 10 W/m2
Tiempo ±5 minutos
*El que sea mayor
Fuente: U.S. EPA 1987 (revisado en febrero de 1993).

54. Aseguramiento y control de la calidad
Elaseguramientodelacalidad(AC)aplicadoalmonitoreometeorológico
abarcatanto“elsistemadeactividadesdestinadoaproporcionarun
productodecalidad”(controltradicionaldelacalidad)como“elsistema
deactividadesdestinadoaproporcionarelaseguramientodel
desempeñoadecuadodelsistemadecontroldecalidad”(aseguramiento
tradicionaldelacalidad).

55. Responsabilidadesdelpersonaldelproyecto:responsabilidadesdelpersonal
querealizatareasrelacionadasconlacalidaddelosdatos.
Procedimientosparaelinformededatos:brevedescripcióndecómose
producenlosdatosycómoserealizanlasactividadesdurantecadapasode
lasecuenciadelprocesamiento.
Procedimientosdevalidacióndelosdatos:listadetalladadecriteriosquese
debenaplicaralosdatosparaprobarsuvalidez,cómosedebellevaracabo
elprocesodevalidaciónyeltratamientodedatoscalificadoscomo
cuestionablesonoválidos.
Procedimientosdeauditoría:descripcióndequéauditoríassedebenllevara
cabo,conquéfrecuencia,ydetalledeunprocedimientodeauditoría(con
referenciaaprocedimientosqueinvolucrendocumentos,cuandosea
posible).Además,suponeunadescripcióndesistemasdeauditoríainternos
yexternos,incluyendoinspeccionesdelsitioporpersonaldesupervisiónu
otros.
Procedimientosdecalibración:descripcióndetalladadetécnicasydela
frecuenciadecalibracióndecadaunodelossensoresoinstrumentosque
seutilizan.Esnecesariodefinirtantolascalibracionescompletascomolas
verificacionesdelceroydelpuntofinaldelaescalademedición

56. Cronogramademantenimientopreventivo:listadetalladadelasfunciones
específicasdemantenimientopreventivoydelafrecuenciaconquese
debenejercer.Nosóloincluyelainspecciónrutinariadelequipoyla
reposiciónderepuestos,sinotambiéntextodefuncionesqueserealizanen
equipo.
Informesdecalidad:cronogramaycontenidodeinformespresentadosala
administraciónquedescribenelestadodelprogramadeaseguramientode
lacalidad.Esteprogramaincluyelaimplementacióndetodaslasfunciones
especificadasenelplanAC.Estaimplementacióninvolucraalpersonalde
todoslosnivelesdelaorganización.Lostécnicosqueoperanconelequipo
debenllevaracabounmantenimientopreventivoyverificacionesdeCCen
lossistemasdemedicionesqueestánbajosuresponsabilidad.Deben
realizarcalibracionesy,cuandoserequiera,participarenauditoríasinternas
deestacionesoperadasporotrostécnicos.Estossupervisoresinmediatos
debenverificarlaejecucióndetodaslastareasdeACyrevisarlosapuntesy
cuadrosdecontrolparaasegurarlacorreccióndelosproblemaspotenciales
antesdequeseproduzcaunapérdidadedatosimportantes.

57. Estaciones en su entidad
•¿Qué parámetros miden?
•¿Cuál es su exactitud?
•¿Cuál es su representatividad espacial?
•¿Cómo se aprovechan los datos para análisis meteorológicos?
•¿Cómo se pueden aprovechar para análisis de dispersión de
contaminantes?