Instrumentos meteorológicos de baixo custo

Veja como construir instrumentos meteorológicos simples, com materiais que pode encontrar em casa. Ideais para meteorologistas amadores e feiras de ciências. Antes, veja o post sobre estação e instrumentos meteorológicos para ver os instrumento originais e mais detalhes sobre o funcionamento de cada um. Todos os instrumentos terminam com o sufixo “-metro”, que vem do grego e significa “medida”; quando terminado por “-grafo”, ele também registra o valor da medida automaticamente; já quando terminado por “-scópio”, geralmente ele só indica a magnitude da variável, sem dar um valor.

Abrigo meteorológico

Para não sofrer ações locais do tempo, como chuva e aquecimento direto pelo Sol (e assim tirar medidas superestimadas de temperatura), deve-se manter os instrumentos em um abrigo meteorológico. Esse abrigo pode ser feito com duas caixas, sendo uma maior que a outra. Tira-se uma das faces de cada caixa. Furam-se ambas as caixas de modo que os furos não coincidam ao colocar uma caixa dentro da outra (assim, não haverá luz solar batendo direto). O abrigo deve ser coberto e os instrumentos, pendurados em ganchos no interior. Também deve ficar a 1,5 metro do chão com a parte aberta (sem a face) voltada para norte.

Termômetro (mede temperatura do ar)

Geralmente é feito de um bulbo e um tubo bem fino de vidro parcialmente cheio de mercúrio ou álcool, que dilata quando a temperatura aumenta e contrai quando ela diminui. Um termômetro com uma precisão de mais ou menos 1° é facilmente encontrado a preços acessíveis. No entanto, também é possível montar um termômetro
caseiro, com uma precisão um pouco menor.

Material

  • 1 tubo de ensaio (ou algo parecido) com 16mm de diâmetro por 150mm de altura, aproximadamente;
  • 1 canudinho (ou tubo de vidro) o mais fino e transparente o possível (o ideal é ter 2mm de diâmetro interno) com 5 cm de altura;
  • 1 rolha com furo central de diâmetro igual ao externo do canudinho (o furo pode ser feito com um prego);
  • Álcool (ou água) com corante o suficiente para encher o tubo de ensaio e um pouco do canudinho;

Construção

  1. Encha o tubo de ensaio com o álcool colorido até a boca;
  2. Coloque o canudinho atravessando o furo da rolha e depois a rolha no tubo de ensaio, de modo que não fique ar no interior e que o álcool suba até uma altura qualquer;

Esse geringonça é o nosso termômetro a álcool. E qual é a temperatura que está marcando? Onde é o 0°C? Para termos as respostas, agora devemos construir a escala do termômetro:

  1. Coloque o seu termômetro a álcool em um recipiente contendo gelo derretendo e aguarde alguns minutos até que se atinja o equilíbrio térmico, ou seja, quando a altura do álcool no tubo se estabilizar; Essa altura corresponde ao seu 0°C. Faça uma marca no termômetro e anote o valor da altura. A esse valor, chamaremos de h0;
  2. Coloque o termômetro com o bulbo (tubo de ensaio) em contato com o seu corpo (na axila, por exemplo) durante uns 2 minutos. Essa altura corresponderá a 37°C, que é a temperatura do seu corpo. Apenas anote o valor da altura, que chamaremos carinhosamente de h1.

Agora temos dados suficientes para montarmos a escala do termômetro, e assim poderemos ver qualquer valor de temperatura do ambiente no nosso termômetro. Por regra de três, cada grau no nosso termômetro corresponde a (h1-h0)/37, valor esse que chamaremos de h. Faça as marcas a cada h centímetros e terá seu termômetro com escala graduada.

Barômetro (mede pressão do ar)

O barômetro de mercúrio é um tubo de vidro colocado em um recipiente, ambos contendo mercúrio, e a altura dessa barra de mercúrio é proporcional à pressão atmosférica. Já o barômetro aneroide (sem ar) possui uma cápsula que contrai se a pressão estiver alta e dilata no caso contrário. O aparelho cuja construção é sugerida a seguir está mais para um “baroscópio”, pois apenas indica o aumento ou diminuição da pressão atmosférica. Também tem muita dependência da temperatura, tornando-o muito impreciso, mas é de montagem muito simples.

Material

  • 1 pote de vidro (ou algum material rígido) com boca larga
  • 1 balão de borracha cortado pela metade (sem a parte com o bico para encher)
  • 1 canudinho
  • 1 cordinha
  • 1 tira de algum material rígido (lata, por exemplo)

Construção

  1. Envolva a boca do pote com o balão cortado e amarre-o bem pelo gargalo com a cordinha;
  2. Com um pouco de cola no centro do balão esticado, prenda uma das pontas do canudinhos, de modo que ele fique deitado sobre a boca do pote;
  3. A tira de material rígido deve ser preso de alguma forma ao pote de modo que a outra ponta do canudinho fique logo à frente da tira;

Essa tira servirá de escala. Ao diminuir a pressão atmosférica, o ar aprisionado no pote terá maior pressão que o ar exterior e isso empurrará o balão para cima e a outra ponta do canudinho para baixo. E vice-versa. Descubra a pressão atmosférica no momento de montagem da sua geringonça (por exemplo, na internet ou com uma estação meteorológica) e marque na escala, para ter uma noção se o valor marcado em uma leitura outro dia é maior ou menor que esse valor de referência.

Pluviômetro (mede precipitação/chuva)

Formado por um reservatório no qual a água é recolhida e um cilindro de vidro graduado, onde é jogada a água da chuva e assim é indicada a quantidade de chuva em milímetros.

Material

  • 1 garrafa PET sem tampa (de preferência, com a base o mais lisa possível, sem reentrâncias)
  • 1 régua

Construção

  1. Corte o bico da garrafa (aquela parte onde começa a “afunilar”), de modo que a área de coleta tenha o mesmo valor que a área da base;
  2. Vire esse bico ao contrário como um funil, colocando-o dentro do resto da garrafa;
  3. Cole esse funil ao resto da sua garrafa e a régua na sua lateral, de modo que o zero da régua fique na base da garrafa.

Um cuidado importante é o de instalar o seu pluviômetro em um lugar afastado de obstáculos, que poderão ficar na frente da chuva caso ela caia inclinada pelo vento ou respingar água que bata no obstáculo. Além disso, coloque umas pedrinhas ou fixe em algo pesado para o pluviômetro não sair voando se bater algum vento.

Anemômetro (mede velocidade do vento)

O anemômetro de conchas é feito de 3 ou 4 conchas giratórias cujo giro é proporcional à intensidade do vento. Também possui uma espécie de seta que indica a direção de onde vem o vento.

Material

  • 1 motor elétrico DC com ímã permanente (para gerar uma tensão elétrica induzida)
  • 2 hastes finas, resistentes e leves (pode ser isopor ou plástico)
  • 4 fundos de garrafa PET
  • 1 voltímetro

Construção

  1. Cole as hastes em cruz e cole os fundos de garrafa nas pontas, de modo que a concavidade fique sempre voltada no sentido anti-horário;
  2. Prenda o motor firmemente ao centro da sua cruz com cola ou outro material que permita o bom contato entre as partes (com pouco atrito no eixo de rotação);
  3. Desencape a ponta dos fios na extremidade do cabo que sai do motor elétrico e use conectores do tipo “banana” para acoplar o sinal induzido na entrada do voltímetro;

A relação entre a velocidade do vento e a tensão induzida no anemômetro é linear. Uma curva de calibração típica é v = 0,054 x V (+ 5 km/h), onde v é a velocidade (em km/h) e V é a tensão induzida (em mV) mostrada no voltímetro. Ou seja, para converter o valor lido no voltímetro, multiplique-o por 0,054 para obter a velocidade em km/h. Mas o ideal é fazer a calibração para o seu instrumento. O trabalho completo pode ser consultado aqui: Usando motores DC em experimentos de Física, Ciências.

A biruta (ou anemoscópio) somente indica a direção e sentido do vento, dando uma ideia da força pela forma com que está esticado. É feita de tecido de cor chamativa e com formato de funil (muito comum em aeroportos). Pode ser um pano de nylon com furos (para não acumular água) em forma de cone com um mastro de altura suficiente para vencer obstáculos em volta (assim como a turbulência causada por esses) e uma armação para manter a boca do cone sempre aberta (mesmo que não haja vento ou seja muito fraco). Uma alternativa é o catavento.

Psicrômetro (mede umidade indiretamente)

O higrômetro mede a umidade do ar conforme o aumento ou contração de um feixe de fios de cabelo, cujo tamanho depende da umidade do ar. Já o psicrômetro, é composto de dois termômetros: um deles tem o bulbo seco e o outro possui um bulbo com gaze, que deve ser umedecida e seca através de ventilação natural ou um ventilador. A diferença entre os dois termômetros está associado à umidade relativa do ar e à temperatura do ponto de orvalho. Para descobrir o valor da umidade relativa, deve-se olhar a tabela psicrométrica (mais abaixo).

Material

  • 2 termômetros
  • 1 lata metálica pequena (importante ser metálica para refletir o calor e não aquecer demais)
  • 1 pedaço de tecido absorvente (gaze, por exemplo)
  • 1 barbante ou elástico

Construção

  1. Faça um furo médio na lata a 6 cm da base;
  2. Encha de água a lata até o furo;
  3. Coloque os dois termômetros presos do lado de fora da lata, sendo que um deles deve ficar com o bulbo logo acima do furo;
  4. Passe a gaze por dentro do furo, ligando o bulbo do termômetro à água.

Outro arranjo mais simples consiste em colocar dois termômetros lado a lado e um deles com uma bola de algodão molhado no bulbo. Ventile diretamente (com ventilador pequeno!) ambos os termômetros por 10 a 15 segundos e depois anote as temperaturas.

A tabela psicrométrica indica a umidade relativa (em %) sabendo-se a temperatura do termômetro de bulbo seco (linhas) e a diferença entre o termômetro de bulbo seco e o úmido (colunas). Para achar o valor da umidade relativa, procure o valor da temperatura do termômetro seco na primeira coluna (obs.: esse valor é sempre maior que o do termômetro úmido). Depois, procure a diferença entre as temperaturas na primeira linha. O ponto de intersecção linha/coluna é o valor da umidade relativa. Ex.: temperatura do seco: 22°C; temperatura do úmido: 20°C. Então a diferença é 22-20=2, o que dá na tabela uma umidade relativa de 83%.

Umidade do ar em função das diferenças entre as temperaturas de bulbo seco e úmido (colunas) e temperaturas de bulbo seco (linhas), com pressão atmosférica de 1000 hPa (adaptado da apostila de Climatologia da UFES)

Para indicar a concentração de vapor d’água no ar, também existem aqueles galinhos que mudam de cor conforme a umidade. Isso acontece por causa de uma substância química, o cloreto de cobalto II, que absorve água facilmente. Quando o ambiente está bem seco ele fica azul, e quanto mais rosa (ou roxo cinzento), mais úmido o ar está. Quando a umidade aumenta muito e rápido, é sinal de que pode chover.

Galinho com indicação de umidade em um dia seco (azul) e chuvoso (roxo). Fotos: ViniRoger

Experimente colocá-lo dentro da geladeira por alguns minutos. Esse é o lugar mais seco de casa, e o galo deverá ficar azul. Depois coloque-o no banheiro por alguns minutos, que é geralmente o lugar mais úmido de casa.

Observações meteorológicas

Monte uma tabela onde as linhas são os dias e horários das observações e as colunas são as variáveis observadas: temperatura, umidade, etc. Ao realizar suas medições, procure fazer sempre no mesmo horário, descontando o horário de verão se for necessário. É indicado fazer as medições do barômetro a cada 3 horas, para notar a variação da pressão ao longo do dia. A observação do pluviômetro ser feita às 9 horas (horário de Brasília, que corresponde a 12h UTC).

Após tomar os dados do estado da atmosfera através dos instrumentos, compare com valores obtidos pelas estações meteorológicas próximas de você que disponibilizam esses dados (na internet, por exemplo) para conferir se o valor obtido por você está próximo do valor obtido por um instrumento mais preciso. Tente fazer um gráfico com os valores para observar tendências de comportamento, e interprete se os valores obtidos estão de acordo com o clima local.

Veja mais no post abrigo caseiro para sensor de temperatura caseiro e mais algumas experiências interessante na categoria experiências do site Meteorópole. Uma estação meteorológica caseira bem completa, desenvolvida por Nelson Assad, pode ser vista no vídeo a seguir: