MINI-CUADERNO PARA INGENIEROS - PROYECTOS MEDIOAMBIENTALES

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA

INSTITUTO DE ELECTRÓNICA APLICADA

I. E. A.

PROYECTOS

MEDIOAMBIENTALES

Traducción de la Primera Edición Realizada por: Stefanny Elizabeth Cárdenas Arce

MINI-CUADERNO PARA INGENIEROS

MINI-CUADERNO PARA INGENIEROS Proyectos Medioambientales

SCA – INSTITUTO DE ELECTRÓNICA APLICADA – 2008 Página 1

Este libro incluye circuitos de aplicación estándar y circuitos diseñados por el autor. Cada circuito

fue ensamblado y probado por el autor mientras el libro se realizaba. Después que el libro se

completó, el autor re ensambló cada circuito para verificar errores. Como se ejerció un cuidado

razonable en la preparación de este libro, variaciones en la tolerancia de los componentes y

métodos de construcción pueden causar que los resultados que usted obtenga difieran de los

dados aquí. Por esta razón el autor y Radio Shack no asume responsabilidad alguna por la eficacia

del contenido de este libro para cualquier aplicación. Como no tenemos control sobre el uso de la

información brindada por este libro, no asumimos obligación alguna por cualquier daño resultado

de su uso. Claro que es su responsabilidad determinar si el uso comercial, venta o fabricación de

cualquier dispositivo que incorpore información de este libro infringe cualquier patente o derecho.

Debido a muchas consultas recibidas por Radio Shack y el autor, no es posible dar respuestas

personales para recibir información adicional (diseño de circuito personalizado, asesoría técnica,

asesoría para localización de fallas, etc.). Si usted desea aprender más sobre electrónica, vea otros

libros de esta serie y “Getting Started in Electronics” de Radio Shack. También, lea revistas como

‘Modern Electronics’ y ‘Radio-Electronics’.



CONTENIDO. UNIDADES DE MEDIDA ............................................................................................................ 4

CIENCIA MEDIOAMBIENTAL. ................................................................................................... 5

Seguridad. ................................................................................................................................ 5

Graficando Sus Datos. ............................................................................................................... 6

SONIDO. .................................................................................................................................. 8

Intensidad De Sonido. ............................................................................................................... 8

Frecuencia De Sonido. .............................................................................................................. 9

Rango De Audición Humana. ..................................................................................................... 9

La Velocidad Del Sonido. .......................................................................................................... 9

Midiendo La Intensidad De Sonido. ......................................................................................... 10

Niveles De Sonido Típicos. ....................................................................................................... 11

Fuente De Sonido Artificial. ..................................................................................................... 12

Estudios De La Intensidad Del Sonido. ...................................................................................... 13

EL EFECTO INVERNADERO. ................................................................................................... 14

Vapor De Agua. ....................................................................................................................... 15

Humedad Relativa. .................................................................................................................. 15

El Efecto De La Isla Caliente. .................................................................................................... 17

Transmisor De Temperatura Remota. ...................................................................................... 19

Grabador De Temperatura Por Sobre / Por Debajo. .................................................................. 20

HIDRÓSFERA. ........................................................................................................................ 21

Midiendo Gotas De Lluvia. ...................................................................................................... 23

Detector De Gotas De Lluvia. .................................................................................................. 23

Midiendo La Precipitación Pluvial. ........................................................................................... 24

Número De Gotas De Lluvia. ................................................................................................... 24

Rocío. ..................................................................................................................................... 25

Punto De Rocío. ...................................................................................................................... 25

Midiendo El Punto De Rocío. ................................................................................................... 25

Agua Precipitable. .................................................................................................................. 26

Altura De Las Nubes. .............................................................................................................. 26

Midiendo La Nubosidad. ..........................................................................................................27

Estudiando Relámpagos.......................................................................................................... 28



Turbiedad Del Agua. ............................................................................................................... 29

Turbidiómetro Electrónico. ..................................................................................................... 30

Probando El Agua. ................................................................................................................... 31

La Escala Ph. ........................................................................................................................... 31

Agua Y Dióxido De Carbono. ................................................................................................... 32

Carbón Activado Y Agua. ........................................................................................................ 32

LA ATMÓSFERA. ..................................................................................................................... 33

EL PRESUPUESTO DE LA RADIACIÓN SOLAR. ........................................................................ 35

Radiación Solar Y Bruma. ........................................................................................................ 36

Espesor Óptico Atmosférico. .................................................................................................... 37

Masa De Aire (M). .................................................................................................................... 37

Led Fotómetro Solar. .............................................................................................................. 38

Radiómetro De Celda Solar. .................................................................................................... 39

Fotómetro Solar De Celda Solar. ............................................................................................. 39

Cómo Medir El Ángulo Del Sol. ................................................................................................ 40

Cómo Medir La Constante Et*. ................................................................................................ 40

Radiómetro Solar De Cielo Total.............................................................................................. 41

Radiómetro De Banda De Sombra. .......................................................................................... 42

Midiendo La Radiación Total Y Difusa. ..................................................................................... 43

Midiendo La Aureola Solar. ..................................................................................................... 44

Grabador De Duración De La Luz Del Sol. ................................................................................ 45

Grabador De Luz Solar De Papel. ............................................................................................. 45

Grabador De Luz Solar De Botella. ........................................................................................... 46

Grabador De Luz Solar Electrónica. ..........................................................................................47



UNIDADES DE MEDIDA

El sistema métrico es usado casi exclusivamente en ciencia. Principales unidades en este

libro:

Pulgadas a Milímetros = pulgadas x 25.4

Milímetros a Pulgadas = milímetros x 0.03937

Pulgadas a Centímetros = pulgadas x 2.54

Centímetros a Pulgadas = centímetros x 0.3937

Pies a Metros = pies x 0.3048

Metros a Pies = metros x 3.281

Yardas a Metros = yardas x 0.9144

Metros a Yardas = metros x 1.094

Millas a Kilómetros = millas x 1.609

Kilómetros a Millas = kilómetros x 0.6214

Temperatura – La escala de Celsius es generalmente usada en la ciencia. El agua congela

a 0°C y hierve a 100°C (a nivel del mar). La temperatura de una habitación es alrededor de

23°C.

Fahrenheit a Celsius = 5

329

F

Celsius a Fahrenheit = 9

325

C



CIENCIA MEDIOAMBIENTAL. La ciencia medioambiental es conocimiento organizado sobre el medioambiente basado en

observaciones, experimentos y estudios analíticos. El medioambiente natural cambia

constantemente en respuesta a varias influencias. Por ejemplo:

Cambios sutiles en la energía solar pueden causar cambios importantes en el clima en la

tierra.

Grandes volcanes pueden expulsar dióxido de azufre (SO2) en la atmosfera. El SO2

combinado con vapor de agua forma neblina de ácido sulfúrico (H2SO4) la cual bloquea la

luz del sol.

Los insectos pueden destruir grandes parcelas de plantas e incluso árboles.

Una represa de castores puede crear un gran estanque que altera la población de plantas

y animales.

Emisiones de plantas de energía a carbón pueden combinarse con vapor de agua para

formar gruesas mantas de niebla.

Los proyectos que siguen describen las bases de prueba de agua y medida de sonido, neblina,

temperatura, luz del sol y relámpagos. Por monitoreo regular de uno o más de estos u otros

parámetros, usted puede hacer una importante contribución a la ciencia medioambiental.

SEGURIDAD.

Siempre tenga cuidado cuando mida el medioambiente, especialmente durante

tormentas con relámpagos y cerca de masa de agua. Use protectores de oídos cuando

mida sonidos altos. Nunca mire al sol cuando mida su luz.



GRAFICANDO SUS DATOS. Una de las mejores maneras de presentar sus datos es representarlos en un gráfico. Estos

gráficos muestran mis observaciones en el riachuelo Gerónimo, Texas.

GRÁFICO LINEAL.

Le permite ver cambios en tramos.

HISTOGRAMA.

Un gráfico de barras que muestra la frecuencia de ocurrencia es un histograma. Este

muestra la clásica curva de forma de campana.



GRÁFICO DE DISPERSIÓN. ¿Hay una relación entre dos colecciones de datos? Asigne una colección al eje X ( ) y el

otro al eje Y ( ). Dibuje pares de datos como puntos. Cuanto más cercanos los puntos

estén aglomerados sobre una línea, es mejor la correlación o concordancia de las dos

colecciones de datos.

Este gráfico de dispersión

muestra un grado alto de

correlación entre dos

termómetros digitales. La

diferencia entre los dos

promedios es el “desbalance

(offset)”, una diferencia

consistente.

Este gráfico de dispersión

muestra una correlación no

obvia entre la temperatura y

la intensidad de luz solar.

YENDO MÁS ALLÁ.

Para un análisis serio, use una calculadora científica o una hoja de cálculo en una

computadora para graficar sus datos.



SONIDO. Cuando usted oye un sonido, sus oídos están respondiendo a pequeños y rápidos cambios

en la presión del aire. Estos cambios son ondas sonoras. Éstas pueden tener un timbre

simple (frecuencia) y sonoridad constante (intensidad o amplitud). O éstas pueden ser

una compleja combinación de ondas con diferentes frecuencias y amplitudes. Ondas

repetitivas de frecuencia y amplitud uniforme o gradualmente variable usualmente son

más placenteras que las ondas irregulares y abruptamente variables.

INTENSIDAD DE SONIDO.

Como el oído responde a un enorme rango de niveles de sonido, la intensidad de sonido

es expresada usualmente usando una escala logarítmica en la que 0 decibeles es un

sonido apenas percibido con una intensidad de 10-12 Watts por metro cuadrado (W/m2).

RAZÓN DE MEDIDA A SONIDO DE REFERENCIA

RAZÓN EN DECIBELES

1 0 dB 10 10 dB

100 20 dB 1 000 30 dB

10 000 40 dB 100 000 50 dB

1 000 000 60 dB 10 000 000 70 dB

100 000 000 80 dB 1 000 000 000 90 dB

10 000 000 000 100 dB 100 000 000 000 110 dB

1 000 000 000 000 120 dB 10 000 000 000 000 130 dB

100 000 000 000 000 140 dB

Un incremento de 10 dB es un incremento de 10 veces la intensidad inicial.

(60 dB = 10 x 50 dB).



FRECUENCIA DE SONIDO.

Las ondas de sonido tienen un rango de ondas sinoidales puras a complejas

combinaciones de ondas. Esta onda sinodal tiene una frecuencia de 1 ciclo por segundo (1

Hertz o 1 Hz):

RANGO DE AUDICIÓN HUMANA.

El oído humano normal puede percibir sonidos en un rango de frecuencia de 20 a 20 000

Hz. La percepción de altas frecuencias disminuye con la edad y es reducida por la repetida

exposición a sonidos muy altos. Sonido infra sónico es sonido que tiene una frecuencia

por debajo del rango de audición humana. Sonido ultrasónico es sonido que tiene una

frecuencia por encima del rango de audición humana.

LA VELOCIDAD DEL SONIDO.

La velocidad del sonido en aire seco a 0° Celsius (32° Fahrenheit) es de 331 metros (1 806

pies) por segundo. La velocidad se incrementa con la temperatura. A 20°C (68°F), la

velocidad del sonido en el aire es de 343 metros (1 125 pies) por segundo. Las sondas de

sonido viajan a través de líquidos y sólidos mucho más rápido que a través del aire. La

velocidad del sonido en el agua a 25°C (77°F) es 1 497 metros (4 911 pies) por segundo.



MIDIENDO LA INTENSIDAD DE SONIDO.

Medidores de nivel de sonido de Radio Shack son ideales para estudiar conductividad de

sonido. Cuando la medida del sonido viene de una dirección, no sonstener el medidor

entre su cuerpo y la fuente de sonido. Sostener el medidor a un lado y apuntarlo a la

fuente de sonido. Utilice una respuesta rápida para sonidos esporádicos o para medir

picos. Utilice respuesta lenta para medir un nivel de sonido promedio.

Este es un gráfico polar de la respuesta angular de un medidor de nivel de sonido de Radio

Shack.

Este gráfico muestra que la mejor

respuesta esta cuando el

instrumento es apuntado

directamente a la

fuente de

sonido.

PRECAUCIÓN: Un

sonido muy fuerte

puede dañar su audición!

Use protectores para los

oídos cuando mida sonidos

fuertes.



NIVELES DE SONIDO TÍPICOS.

La intensidad de sonido puede variar con el viento y posición del medidor de nivel de

sonido. Aquí están algunos niveles típicos.

FUENTE INTENSIDAD (dB)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

Avión (6m) 140

Umbral de dolor 130

Tren subterráneo 102

Cataratas del Niágara 92

Camión pasando (6m) 80

Piano (oído del músico) 80

Tubo de llenado de agua (1m) 76

Aspiradora (2m) 72

Auto típico (5m) 70

Avión (2Km) 68

Fan cansado (2m) 68

Computadora (1m) 58

Radio (3m) 57

Oficina típica 55

Residencia típica 40

Susurro (1.5m) 18

Umbral de sonido 0



FUENTE DE SONIDO ARTIFICIAL.

Fuentes de sonido artificial pueden ser útiles en la evaluación de las propiedades

acústicas de una habitación o auditórium. Ellas son especialmente útiles cuando se usan

con un medidor de nivel de sonido. Motores eléctricos pequeños y rasuradores eléctricos

pueden ser usados como fuentes de sonido de baja frecuencia y banda amplia. Los

circuitos siguientes son fuentes de tonos.

TONO DE FRECUENCIA SIMPLE.

TONO DE FRECUENCIA AJUSTABLE.

Frecuencia aproximada:

1.44

1 2 2 1F

R R C

Frecuencias reales (pueden variar):

R1 FRECUENCIA

470 K 40 Hz

47 K 410 Hz

4.7 K 2 746 Hz



ESTUDIOS DE LA INTENSIDAD DEL SONIDO.

La intensidad de un sonido es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la

fuente. Por lo tanto un gráfico de la intensidad de sonido en decibeles vs. la distancia a la

fuente forma una línea recta.

Note que la línea recta comienza fuera de la fuente. Para estimar la intensidad de sonido

a 10 metros de una ruidosa pero distante catarata, avión, tren, banda, etc., haga varias

medidas a diferentes distancias. Grafique los datos y dibuje una línea entre los puntos.

Extienda la línea para estimar la intensidad del sonido cerca a su fuente.



EL EFECTO INVERNADERO. El efecto invernadero mantiene la tierra lo caliente

suficiente para soportar la vida. El vapor de agua es el

más importante de los gases en el aire del efecto

invernadero.

La luz del sol visible y cercana a la infrarroja pasa a

través del aire y calientan la tierra.

La radiación

infrarroja de la

tierra cálida es

bloqueada por los

gases invernaderos

(principalmente el

vapor de agua y

dióxido de carbono).

El rol del vapor de agua en el efecto invernadero es obvio para cualquiera que visite

regiones húmedas, desiertas o montañosas. El vapor de agua en regiones húmedas

atrapa infrarrojos de la tierra cálida, así deja noches calientes. El aire seco de los desiertos

y montañas permite a los infrarrojos de la tierra ser irradiados en el espacio, causando

noches frías. Las nubes también proveen un efecto invernadero.

Este dibujo de la temperatura en mi oficina en Texas muestra el efecto del vapor de agua

y nubes:



VAPOR DE AGUA.

La atmósfera siempre incluye algo de vapor de agua. El aire no es un contenedor de agua;

las moléculas son parte del aire. El vapor de agua puede depender de 4 % de aire caliente

y tropical. El aire frio es más seco, y a -40°C (-40°F) el máximo porcentaje de agua en el

aire no puede ser mayor que aproximadamente 0.02%.

HUMEDAD RELATIVA. Humedad relativa es la razón del vapor de agua real al máximo posible en el aire a una

temperatura dada. Ya que el vapor de agua máximo posible en aire cálido es mucho

mayor que el que está en aire frio, la humedad relativa es dependiente de la temperatura.

Además, la humedad relativa en una fresca mañana de primavera puede ser 95% y solo

50% el resto del día, incluso cuando el total de vapor de agua en el aire no ha cambiado.

MIDIENDO LA HUMEDAD RELATIVA.

Use un medidor de humedad relativa o use dos

termómetros, uno con un sensor de humedad o

bombilla. Sople aire por el sensor de humedad por un

minuto. Entonces use el cuadro de la página siguiente

para encontrar la humedad relativa.



HUMEDAD RELATIVA (%).

Bombilla seca es la temperatura del aire

Bombilla húmeda es la temperatura del sensor ventilado envuelto en una tela húmeda.

Bombilla seca (°C) – Bombilla húmeda (°C)

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 7.5 10.0 12.0 15.0 17.5

Tem

pe

ratu

ra d

e la

bo

mb

illa

seca

(°C

)

-5.0 88 77 66 54 43 32 21 11 0

-2.5 90 80 70 60 50 41 31 22 12 3

0.0 91 82 73 65 56 47 39 31 23 15

2.5 92 84 76 68 61 53 46 38 31 24

5.0 93 86 78 71 65 58 51 45 38 32 1

7.5 93 87 80 74 68 62 56 50 44 38 11

10.0 94 88 82 76 71 65 60 54 49 44 19

12.5 94 89 84 78 73 68 63 58 53 48 25 4

15.0 95 90 85 80 75 70 66 61 57 52 31 12

17.5 95 90 86 81 77 72 68 64 60 55 36 18 2

20.0 95 91 87 82 78 74 70 66 62 58 40 24 8

22.5 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 44 28 14 1

25.0 96 92 88 84 81 77 73 70 66 63 47 32 19 7

27.5 96 92 89 85 82 78 75 71 68 65 50 36 23 12 1

30.0 96 93 89 86 82 79 76 73 70 67 52 39 27 16 6

32.5 97 93 90 86 83 80 77 74 71 68 54 42 30 20 11

35.0 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 56 44 33 23 14

37.5 97 94 91 87 85 82 79 76 73 70 58 46 36 26 18

40.0 97 94 91 88 85 82 79 77 74 72 59 48 38 29 21

FUENTE: “Meteorología” por J. Moran y M. Morgan, Editorial MacMillan Co., p. 560

(1989).

Para convertir °C a °Fahrenheit: 9

325

F C

Ejemplo: Seco = 25°C; Húmedo = 20°C ; Seco – Húmedo = 5°C RH = 63%



EL EFECTO DE LA ISLA CALIENTE.

Poblaciones y ciudades son algunas veces llamadas “islas calientes” ya que éstas son

generalmente más caliente que sus alrededores. Usted puede fácilmente medir el efecto

de la isla caliente de su ciudad mientras conduce a través de ella. Usted necesitará:

Un cuaderno o una grabadora para registra sus mediciones.

Un termómetro (del tipo digital con sensores en un cable funciona mejor).

Un amigo o pariente que conduzca mientras registra sus datos. Precaución: No

intente conducir y registrar datos!.

El sensor de temperatura debe estar aislado de la luz solar y mantenerse alejado del

motor del auto y tubo de escape. Haga un tubo hueco de papel rígido blanco, pegue al

espejo retrovisor o a la manecilla de la puerta con el final mirando adelante. Pegue el

sensor dentro del tubo.

Yendo más allá: Mida el efecto de la isla caliente a diferentes horas del día y año. ¿El

efecto es mayor en verano o en invierno? ¿En la mañana o en la noche? ¿Puede medir el

efecto de la isla caliente de parqueos grandes calentados por el sol, fábricas, sucursales,

etc.?

Grafique sus datos como el de la página siguiente:





TRANSMISOR DE TEMPERATURA REMOTA.

Instale este circuito en una caja

pequeña de plástico. Pongalo en un

sitio remoto (en la parte superior de

un edificio, puente, sobre una

colina, etc.) y apunte el led donde

planea estar. Asegúrelo con cinta o

un soporte. El circuito debe estar

disimulado.

El led emite flashes a una determinada razón determinada por la temperatura. Los

flashes de un led super brillante pueden verse sobre un determinado rango, incluso con la

luz del día. Use binoculares o telescopios para incrementar el rango. Para calibrar, aísle las

terminales del termistor con goma de silicona y sumérjalo en agua helada. Cuente los

flashes en 15 segundos y lea la temperatura del agua en un termómetro. Añada agua

caliente y repita el proceso de medida 5 o más veces. Dibuje los datos como este:



GRABADOR DE TEMPERATURA POR SOBRE / POR DEBAJO. Algunos árboles frutales requieren un mínimo número de horas cuando la temperatura

está por debajo de la de congelamiento. Este circuito graba el tiempo en el que la

temperatura está por debajo de 0°C (32°F) u otra temperatura seleccionada por R2.

T- Termistor de Radio Shack

R2 controla el nivel de temperatura que

activa el reloj. Invertir conexiones en los

pines 2 y 3 del 741 para grabar el tiempo en

el que la temperatura excede el nivel fijado

por R2. Para calibrar:



HIDRÓSFERA.





MIDIENDO GOTAS DE LLUVIA. Una goda de lluvia típica tiene un diámetro de cerca a 2 milímetros (o). Las gotas pueden

ser más pequeñas o más grandes. Use este instrumento para estudiar el tamaño de las

gotas de lluvia:

Mida y registre el diámetro de las gotas individualmente y el promedio de diámetro de

todas las gotas.

DETECTOR DE GOTAS DE LLUVIA. Este simple circuito tocará un tono cuando una gota de

lluvia salpique en un sensor. El sensor puede ser una

pantalla de aluminio montada justo sobre un plato

metálico (ej. Hoja de cobre en un tablero de pc). O

hacer un sensor “peine”.

Circuito impreso “peine”:



MIDIENDO LA PRECIPITACIÓN PLUVIAL.

Medir la cantidad de lluvia y nieve es una parte importante del

monitoreo medioambiental.

Use un pluviómetro comprado en una tienda o haga el suyo usando

un cilindro de plástico claro con un fondo plano. Ponga el

pluviómetro lejos de arboles y edificios. Nota: el viento puede

reducir la colecta de lluvia del pluviómetro por sobre el 10%.

Añadir un embudo para incrementar la precisión cuando mida

pequeñas cantidades de lluvia.

Divida el área del extremo largo del pluviómetro entre el área

interior, abra el extremo del pluviómetro para obtener el factor de

corrección. Divida la altura del agua en el pluviómetro entre el

factor de corrección para obtener la precipitación verdadera.

NÚMERO DE GOTAS DE LLUVIA.

El volumen de una gota de lluvia esférica con un diámetro de

2.5mm es 8.18 mm3 ( 34

3V r ).

El volumen de 1 metro cuadrado de lluvia de 1 mm de profundidad es 1 000 000 mm3.

Esto es igual a 122 249 gotas de 2.5 mm.

122 249 gotas por milímetro de lluvia por metro cuadrado es 122 249 000 000 gotas por

kilómetro cuadrado o 316 623 456 459 gotas por milla cuadrada!



ROCÍO.

El rocío es agua líquida que se condensa en objetos fríos.

Más de 0.6 mm (0.02 pulgadas) pueden condensarse en

objetos expuestos y en plantas en la noche.

PUNTO DE ROCÍO.

La temperatura a la que el rocío se empieza a formar es el punto de rocío. El punto de

rocío revela mucho acerca del clima local:

1. La temperatura en la noche usualmente no cae por debajo del punto de rocío.

2. Un punto de rocío de 20°C (68°F) o mayores y una aproximación de un frente frío

significa que son posibles las tormentas.

3. Espere niebla si la temperatura baja predicha se iguala al punto de rocío.

4. Un punto de rocío de 20°C (68°F) o mayor significa que el aire está

incómodamente húmedo.

5. Cuando el punto de rocío está por debajo del de congelación, puede formarse

escarcha en superficies expuestas.

6. El rocío que se congela forma un glaseado de hielo.

MIDIENDO EL PUNTO DE ROCÍO.

Si usted hace un instrumento de humedad relativa seco/húmedo (higrómetro, ver pág.

14), el punto de rocío es aproximadamente:

sec5 2. .

3hum oT T

P R

(°Celsius)

T es temperatura. Ecuación de “Climate data and Resources” por E. Linacre (Routledge,

1992).



AGUA PRECIPITABLE.

Condensando el vapor de agua en una columna

a través de la atmósfera produce agua

precipitable. C.H. Reitan* diseño una fórmula

que estima el agua precipitable:

ln 0.061 . . 0.11W P R

ln W es el logaritmo natural del agua

precipitable (cm).

P.R. es el punto de rocío (°C).

* “Journal of Applied meteorology” Vol. 2, 776-9, 1963.

ALTURA DE LAS NUBES. Núbes cumulus cuando aire cálido y húmedo

asciende donde la temperatura del aire cae

bajo el punto de rocío. Sabiendo que la

temperatura del aire cae cerca de 2.77°C

(5.5°F) cada 0.3 kilómetros (1 000 pies),

Leslie Trowbridge* diseño esta fórmula para

estimar la altura de la base de una nube

cumulus:

Altura (pies) = 227 x (T – P.R.)

T= temperatura de la tierra (°F)

P.R. = punto de rocío (°F)

Aire frío, descendiente.

* “Experiments in Meteorology”, Doubleday, p. 239, 1974.



MIDIENDO LA NUBOSIDAD.

La temperatura de la tierra es regulada en parte por las nubes. Aire caliente puede

contener más vapor de agua, por lo tanto más nubes. Las nubes reflejan la luz del sol de

vuelta al espacio, enfriando la tierra. Registrando la fracción del cielo cubierto por nubes

puede proveer información importante acerca del efecto de las nubes al clima. La fracción

del cielo cubierta por nubes es medida por décima u octetos (octavas):

0 décimas o 0 octavas = cielo libre de nubes

5 décimas o 4 octavas = 50% de nubosidad

10 décimas u 8 octavas = cielo nublado

Estimar la nubosidad en cada cuadrante de la brújula. Promedie las 4 estimaciones para

obtener la nubosidad global.



ESTUDIANDO RELÁMPAGOS.

El aire en el camino del rayo de un relámpago es calentado casi instantáneamente a

30000 °C (54000 °F). La presión de este aire puede ser de 10 a 100 veces la presión a nivel

del mar. Las ondas de shock resultantes causan el sonido oído como un trueno.

Usted puede usar un cronómetro para

medir la distancia entre usted y un rayo

y estimar la duración de los rayos.

DISTANCIA AL RAYO:

Inicie el cronómetro cuando vea el flash

y deténgalo cuando oiga el trueno. La

distancia es los segundos transcurridos

por 1125 (pies) o 343 (metros).

LONGITUD DEL RAYO:

Inicie el cronómetro cuando oiga el

trueno y deténgalo cuando el trueno

termine. La longitud mínima del rayo es

los segundos transcurridos por 1.86

(millas) o 3 (kilómetros).

Vea “Thunder” por A. Few, Científico

Americano, Julio 1975.

Un relámpago golpeó un árbol de olmo

cerca a mi granero, partiendo el tronco

a la mitad, rompiendo una rama larga y

volando la corteza y astillas del tronco.



TURBIEDAD DEL AGUA. Partículas suspendidas, líquidos contaminantes y moléculas de agua, todas absorben o

esparcen la luz que pasa a través del agua. El disco Secchi provee un medio simple

probado en tiempo para medir la claridad del agua.

La superficie del agua debe ser suave.

Sumerja el disco hasta que desaparezca. Jale

el disco hasta que sea algo visible y registre la

profundidad.

Lentes de sol polarizados bloquearán la

reflexión de la superficie del agua.

Para agua más profunda reemplace el polo

con cuerda. Use marcador de punta de fieltro

para añadir escala a la cuerda si es necesario,

añada peso al fondo del disco (lavadores de

acero o pesos de plomo para pescar).

REGISTRO DE LA VISIBILIDAD DEL AGUA.

El 27 de junio de 1676 en la costa este de Novaya

Zemlya, el capitán John Wood observó mariscos

en el fondo “en 80 brazas de agua, lo que es 480

pies…” (EOS, 1º de marzo, 1994, p. 99).



TURBIDIÓMETRO ELECTRÓNICO. Este circuito mide la claridad de un líquido con respecto a la del agua limpia.

Esta porción de circuito debe estar

aislada de toda luz externa!

Pruebe celdas de plástico o

contenedores de vidrio con lados

planos.

Está bien reemplazar la lámpara con led:

PROCEDIMIENTO:

1. Llene una celda de prueba con agua

limpia del grifo o agua destilada. Con la lámpara apagada, ajuste R2 para dar una

salida de 0.00 voltios.

2. Encienda la lámpara y ajuste R1 para dar una salida de 1.00 voltios.

3. Inserte una celda con agua de muestra y registre el voltaje de salida.

Para más sensibilidad, incremente 9 voltios a 12 voltios y ajuste R1 para dar una salida

de 8 a 10 voltios con agua limpia en celdas de prueba.



PROBANDO EL AGUA. El agua a veces es descrita como el solvente universal. Usted puede medir fácilmente la

concentración de varias impurezas en el agua usando juegos de pruebas de tiendas de

suplementos para acuarios y Radio Shack.

PRUEBAS IMPORTANTES:

DUREZA – Causada por minerales disueltos.

AMONIACO – Un producto desechado de bacteria.

NITRATO – Ingrediente de fertilizante de cosecha.

NITRITO – Daña la habilidad de la sangre para llevar oxígeno.

CLORO – Desinfectante a menudo agregado al agua.

pH – Concentración de iones de hidrógeno.

LA ESCALA pH. Un incremento de 1 pH es un incremento de 10 veces el número de iones de hidrógeno.

Agua de lluvia que cae de un aire impoluto tiene un pH de cerca de 5.6

Alto (Alcalino)

14 Lejía 13 Blanqueador 12

11 Amoniaco 10 9 Bicarbonato de sodio 8 Agua de mar

NEUTRAL 7 Agua destilada

Bajo (ácido)

6 Leche

5 Varios alimentos 4 Jugo de naranja 3 Vinagre

2 Jugo de limón 1 0 Batería ácida

Haga su propio indicador de pH, licuando repollo morado en una licuadora. El jugo

púrpura cambiará de color como el pH cambie. Diluir para usar.



AGUA Y DIÓXIDO DE CARBONO.

El agua fácilmente absorbe dióxido de carbono (CO2), que hace posible las bebidas

carbonadas. Un montón de CO2 en el aire es absorbido por el océano. La lluvia absorbe

CO2, que forma ácido carbónico y causa que la lluvia que cae a través del aire limpio sea

ligeramente ácida.

Para demostrar la absorción del CO2 en el agua, haga

burbujas en un pequeño vaso de agua. Use un

indicador de pH en gotas o de papel para medir el pH

del agua antes y después de hacer las burbujas. Yo

medí un cambio en el pH de 6.2 a 6.0 después de

soplar 2 minutos en el tubo de ensayo.

CARBÓN ACTIVADO Y AGUA.

El carbón activado es una forma altamente

porosa del carbón vegetal. Es ampliamente usada

para remover impurezas del agua potable y agua

en acuarios. El carbón activado se vende en tiendas de

acuarios. Esta simple demostración muestra su

habilidad para filtrar agua.

Añada carbón activado al agua y ésta burbujeará

como si pequeñas burbujas de aire se soltaran. Añada

una gota de colorante de comida, tape el contenedor

y sacuda vigorosamente. El agua se volverá clara en

tanto el carbón absorba la tinta colorida.



LA ATMÓSFERA.



La capa de ozono incluye como el 90% del ozono total. El resto

está en la tropósfera.

La capa de ozono absorbe la mayor parte de la radiación

ultravioleta del sol. La neblina volcánica y tanto gases naturales

como antropogénicos* pueden destruir el ozono. *Hecho por el

hombre.

CONTENIDO ATMOSFÉRICO.

78% nitrógeno, 21% oxígeno, 1% argón más una dosis de vapor de agua, ozono, dióxido

de carbono, metano, monóxido de carbono, dióxido de azufre, humo, polvo, redes de

araña, polen, insectos, bacterias y docenas de otros gases y partículas.



EL PRESUPUESTO DE LA RADIACIÓN SOLAR.



RADIACIÓN SOLAR Y BRUMA.

La bruma o neblina natural es causada por el humo de fuegos forestales, niebla de vapor

de agua, nubes cirrus muy delgadas o nubes stratus, polvo, sal marina y reacciones

fotoquímicas de la luz solar y varios gases emitidos por plantas.

La bruma antropogénica, una por producto de actividad humana, es causada por

emisiones de carbón despedido por plantas de energía, humo de chimeneas, estelas de

avión en gran altitud (que pueden cubrir la mayor parte del cielo) y reacciones

fotoquímicas de la luz solar y gases emitidos por motores de combustión interna. La

bruma antropogénica es especialmente mala sobre las porciones orientales de Europa y

los Estado Unidos.

Sin bruma: El sol es un disco brillante en el cielo azul. Las nubes

resaltan.

Algo de bruma: El sol es rodeado por un brillante resplandor (radiación

circunsolar). Las nubes en el horizonte son difíciles de determinar.

Bruma considerable: El sol se opaca. Todo el cielo palidece, azul

lechoso. Las nubes se mezclan con la bruma y son difíciles de ver.

La bruma reduce considerablemente la radiación directa, incrementa significativamente

la radiación difusa y reduce levemente la radiación total.

La bruma dispersa algo de radiación de vuelta al espacio, así causando un efecto de

enfriamiento.

La bruma incrementa grandemente la radiación difusa en plantas y animales bajo la

sombra del sol directo. Durante el verano de 1994, encontré que una persona cubierta del

sol directo por una pequeña sombrilla puede recibir 30% o más rayos ultravioleta del sol

en un sitio brumoso cerca al nivel del mar que en la cima de la montaña Pikes Peak

(elevación: 4 301 metros o 14 110 pies).



ESPESOR ÓPTICO ATMOSFÉRICO. El espesor óptico atmosférico (AOT del ingles Atmospheric Optical Thickness) es una

medida de la claridad del aire en una columna vertical a través de la atmósfera. El AOT

indica la cantidad de bruma, humo, niebla, polvo y aerosol volcánico en la atmósfera. Un

pequeño AOT indica una atmósfera límpia.

Usted puede medir el AOT con un fotómetro solar como el de la página 38 y una

calculadora con una tecla de Ln (logaritmo natural). Una fórmula simplificada del AOT es:

0ln

ln

I

IAOT

m

I0 es la señal que el fotómetro solar podría medir por encima de la atmósfera – la

constante extraterrestre (ET).

I es la señal durante una observación solar específica.

m es la masa de aire (ver abajo) durante la observación.

MASA DE AIRE (m).

La masa de aire es 1

sin, donde es el ángulo del sol sobre el horizonte.



LED FOTÓMETRO SOLAR. Los diodos emisores de luz emiten y detectan luz sobre una

banda relativamente estrecha de longitudes de onda (30 – 150

nanometros). Esto significa que un led puede ser usado en un

fotómetro solar sin un filtro óptico externo.



RADIÓMETRO DE CELDA SOLAR.

Las celdas solares de silicio responde a la radiación visible y cercana al

infrarrojo del sol. Usted puede usar una celda solar para monitorear

variaciones diarias en la luz solar. Ponga la celda solar en el mismo

lugar cada día.

Al multímetro puesto en indicar

corriente. Si la salida de la celda solar

en sol total excede el rango del

multímetro, bloquear parte de la

celda.

FOTÓMETRO SOLAR DE CELDA SOLAR. El espesor óptico de la atmósfera (vea página 37) puede ser medido con un radiómetro

que responde a una banda estrecha de longitudes de onda de luz. Un radiómetro de celda

solar puede ser convertido en un fotómetro solar.



CÓMO MEDIR EL ÁNGULO DEL SOL. Use varios programas de computación sobre astronomía para encontrar el ángulo del sol.

O mida el ángulo del sol dentro de alrededor de ±1° con un indicador de ángulo de sol:

tana

b

CÓMO MEDIR LA CONSTANTE ET*. Primero mida I por medio día, cada 30 minutos cerca a medio día, más seguido a ángulo

de sol más bajos. Entonces grafique ln de I vs. m a cada observación del sol. Dibuje una

línea recta a través de los puntos. El ln de la constante ET es donde la línea intercepta el

eje vertical (Y) donde m=0. Sugerencia: Use la característica de regresión lineal de una

calculadora o computadora para encontrar la intersección en m=0. *extraterrestre



RADIÓMETRO SOLAR DE CIELO TOTAL.

Añadir un difusor a una celda solar mejora la respuesta

de cielo total.

Al multímetro ajustado para

indicar corriente. Si la corriente

solar con un sol total excede el

rango del multímetro bloquee

parte de la celda.

* Plástico traslúcido de instalación de luz fija, tapa de envase de almacenamiento de

comida, etc.

Ponga la celda solar en una superficie opaca y rígida. Ponga el difusor sobre la celda solar

y use pegamento caliente derretido o sellante de silicona para fijar los bordes del difusor a

la superficie.

Ponga el detector en el mismo lugar cada día si usted quiere comparar cambios y

tendencias diarias. Asegúrese que su cabeza y cuerpo no haga sombra a la celda solar de

parte del cielo cuando haga sus mediciones.

Aquí está un gráfico típico de la radiación solar de un día entero:



RADIÓMETRO DE BANDA DE SOMBRA. Una banda de sobra (o anillo) es una cinta de papel de plástico opaco y flexible o metal

doblado en medio círculo. La banda es orientada al este y oeste e inclinada de cara al sol.

Un sensor de luz bajo la banda será ensombrecido conforme al sol se mueva a través del

cielo. Entonces recibirá solo radiación difusa del cielo y nubes.

Fije el difusor y la celda solar a la tapa

de una caja . Ajuste R2 para dar 0

voltios cuando la celda solar esté

oscura.

Al multímetro

Ajuste R1 para dar una salida de 2 a 5

voltios en un día soleado.

Consejo: Use una banda de sombra con un led fotómetro solar.



MIDIENDO LA RADIACIÓN TOTAL Y DIFUSA.

Cuando el espesor óptico atmosférico (AOT) medida con un fotómetro solar es alta, la

radiación solar directa es reducida y la radiación difusa es incrementada. El led fotómetro

solar de la página 38 puede ser modificado para medir la radiación total y difusa y la

razón de la radiación difusa o directa con respecto a la radiación total. Primero modifique

el led de la siguiente manera:

Luego, arregle el fotómetro de modo que el lado plano del led mire directamente al cielo

cenit. Use un nivel de burbuja para asegurarse de que el fotómetro está a nivel cada

instante que hace una medida. Ajuste la resistencia de R1 para mejores resultados – pero

haga cualquier cambio permanente, así sus medidas serán comparables.

RADIACIÓN TOTAL.

Salida cuando el led apunta al cenit.

RADIACIÓN DIFUSA.

Salida cuando el led esté solapado

como se muestra.

RADIACIÓN DIRECTA.

Total – Difusa.

Sugerencia:

Monitoree la proporción de radiación

directa o difusa con la total con el

paso del tiempo.



MIDIENDO LA AUREOLA SOLAR. El anillo de luz alrededor del sol en casi todos los días, excepto en los días más claros, es la

aureola solar o la radiación circunsolar. El tamaño y el brillo de la aureola es determinado

por la bruma. Usted puede usar un fotómetro solar para medir la aureola. Aquí está lo

básico:

El sol subtiende un ángulo de alrededor de 0.5°

El sol se mueve su diámetro en 2 minutos.

Apunte el tubo colimador del fotómetro al sol, asegúrelo en el lugar y permita que el sol

pase por el campo de vista del colimador.

El tubo del colimador no tiene sombre cuando está apuntado directamente al sol.

Aquí está una manera de graficar sus mediciones:

Para completar esta mitad de escaneo,

coloque el colimador delante de donde el

sol pasará (esto toma práctica).



GRABADOR DE DURACIÓN DE LA LUZ DEL SOL. El tiempo total durante un día cuando el sol no está bloqueado por nubes es un

importante parámetro medioambiental en la agricultura y estudios en el efecto de las

nubes en la temperatura de la Tierra. En 1853 J. F. Campbell inventó un grabador de luz

del sol:

Cambio diario en el ángulo del sol a mediodía

causa que cada día se forme una pista de

marcas quemadas (sin quemaduras =

nublado).

GRABADOR DE LUZ SOLAR DE PAPEL. La luz del sol oscurece el papel periódico y causa que algo de papel construcción

coloreado se desvanezca. Ponga una tira de papel construcción rojo o azul bajo una tira

negra de papel negro con una ranura cortada para que pase la luz del sol. Mueva la ranura

la misma distancia cada mañana. Después de una semana la tira de papel tendrá siete

rectángulos desvanecidos. El rectángulo más descolorido es el que recibió mayor

cantidad de luz del sol.

Asegure las tiras en un sujeta papeles.



GRABADOR DE LUZ SOLAR DE BOTELLA. Este simple aparato indica el paso de largas masas de nubes como tiras sin decolorar en el

papel de construcción azul. Nubes que pasen aleatoriamente delante el sol pueden causar

menos descoloramiento que en un día despejado.

Llene una botella de

plástico claro con agua.

Sujete con clips medio vaso de

papel azul. Sostenga la botella de

modo que el sol se enfoque como

una línea brillante en el papel. La

botella debe estar inclinada para que

los rayos del sol estén perpendiculares

a la superficie de la botella.

Funciona mejor en días de verano.

Guarde y compare las cartas solares.



GRABADOR DE LUZ SOLAR ELECTRÓNICA. Este circuito mide el tiempo total de rayos

solares durante un día.

PC 1 – 2 son fotoresistores de sulfuro de

cadmio.

PC 1 está oculto del sol directo por una banda

de sombra, tanto PC1 como PC2 miran

directamente arriba.

Con PC1 en la sobra y PC2 en el sol, ajuste R1

hasta que el relay se cierre (“click”) y el reloj

comience. Tape PC2 y el relay debe abrirse

cerrando el reloj. Ajuste el reloj a 12:00:00

para empezar. Registre el tiempo total

transcurrido de luz solar en un cuaderno.



Traducción del libro “Environmental Projects ” de la

serie ENGINEER’S MINI – NOTEBOOK de Forrest Mims III,

1995 Realizada por Stefanny E.

Cárdenas Arce para el INSTITUTO

DE ELECTRÓNICA APLICADA - UMSA Septiembre, 2008

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MINI-CUADERNO PARA INGENIEROS - PROYECTOS MEDIOAMBIENTALES