Quantificação de Chuva:

De acordo com a terminologia meteorológica, ‘chuva’ refere-se à profundidade da água da chuva que cai em uma superfície plana (sem perda devido a infiltração, evaporação ou escoamento) dentro de um período de tempo específico. Isso é medido usando um pluviômetro, com leituras normalmente feitas em milímetros.

Tipos de Chuva:

• Traços de chuva, ou garoas esporádicas, ocorrem quando a precipitação de 24 horas é inferior a 0,1 milímetros.

• A chuva leve cai na faixa de 0,1 a 4,9 milímetros em um período de 12 horas ou 0,1 a 9,9 milímetros em 24 horas.

• Chuva moderada é caracterizada por 5,0 – 14,9 milímetros de chuva em 12 horas, ou 10 – 24,9 milímetros durante um dia inteiro.

• A chuva forte é definida como 15,0 – 29,9 milímetros em 12 horas, ou 25,0 – 49,9 milímetros em 24 horas.

• A chuva torrencial refere-se a um aguaceiro no valor de 30,0 – 69,9 milímetros em 12 horas, ou 50,0 – 99,9 milímetros em 24 horas.

• Uma grande chuva é aquela em que a precipitação mede 70,0 – 139,9 milímetros em um período de meio dia, ou 100,0 – 249,9 milímetros durante um dia inteiro.

• Por último, chuvas extraordinariamente fortes testemunham precipitações superiores a 140,0 milímetros em 12 horas ou 250,0 milímetros em 24 horas.

Tipos de Pluviômetros:

Pluviômetro de báscula ou basculante

O pluviômetro de báscula é um instrumento comum usado para medir a precipitação. Este dispositivo normalmente consiste em um receptáculo no topo com uma área de superfície fixa.

A água da chuva coletada neste recipiente flui através de um funil para um balde basculante. O balde é projetado de forma que, quando a água acumulada atinge um determinado nível, seu centro de gravidade se desloca, fazendo com que perca o equilíbrio e tombe. Cada ponta escoa a água do balde, e essa ação faz com que um imã passe por um sensor de efeito Hall, gerando um sinal de impulso. Ao registrar esses sinais, o dispositivo pode acompanhar os níveis de chuva. Este processo se repete, documentando efetivamente todo o evento de chuva.

Esses pluviômetros são simples e convenientes de usar. Muitos entusiastas do clima começaram a construir seus próprios usando impressoras 3D.

Vantagens para o pluviômetro de báscula:

• Precisão: O projeto do pluviômetro basculante permite medições de chuva relativamente precisas. À medida que uma quantidade fixa de água da chuva enche um balde, ela vira o balde, descarregando a água enquanto o balde alternativo começa a coletar. Cada ponta pode ser contada com precisão, permitindo medições precisas da precipitação.

• Automação: Este tipo de pluviômetro pode registrar automaticamente os dados de precipitação, eliminando a necessidade de monitoramento ou registro manual. Isso os torna ideais para uso em condições climáticas adversas ou locais remotos.

• Simplicidade e Durabilidade: O projeto e a construção dos pluviômetros de caçamba basculante são relativamente simples e robustos, permitindo que operem sob uma variedade de condições ambientais.

Desvantagens no pluviômetro de báscula:

• Questões de precisão: Embora os pluviômetros de caçamba basculante possam oferecer medições de precipitação relativamente precisas, a precisão pode diminuir se a intensidade da chuva for muito baixa ou em condições como neve ou precipitação mista.

• Falhas mecânicas: Como o funcionamento do pluviômetro da caçamba basculante depende do movimento mecânico da caçamba, podem ocorrer falhas mecânicas. Por exemplo, a báscula pode ficar presa devido ao acúmulo de sujeira ou detritos, ou falhar devido ao desgaste prolongado.

• Requisitos de manutenção: Os pluviômetros de caçamba basculante requerem limpeza e manutenção regulares para garantir sua precisão e confiabilidade. Por exemplo, o acúmulo de detritos no balde pode afetar a medição precisa da precipitação.

Pluviômetro de sifão

Pluviômetros de sifão são normalmente empregados em estações meteorológicas profissionais. Eles são projetados para registrar continuamente a quantidade de chuva e sua duração, fornecendo informações sobre a intensidade da chuva. Este tipo de pluviômetro consiste principalmente em quatro componentes: um coletor de chuva, uma câmara de flutuação, um relógio de registro automático e uma caixa protetora.

À medida que a chuva começa, ela entra no coletor pela entrada de chuva na parte superior. A água então flui através de um funil para a câmara da bóia. A câmara contém uma bóia, que sobe com a acumulação de água da chuva, levantando simultaneamente uma caneta de registro.

Esta caneta de gravação é acoplada a um tambor giratório, acionado por um relógio automático. À medida que o tambor gira, a caneta delineia uma curva em um pedaço de papel afixado ao tambor. Esta curva representa a precipitação e sua duração. Quando a água atinge um certo nível, digamos 10 milímetros, a água na câmara da bóia flui para um tubo conectado à câmara. Isso aciona o efeito sifão, drenando rapidamente a água da câmara para uma garrafa de armazenamento. Simultaneamente, a caneta registradora cai e começa a registrar a nova quantidade de chuva.

Ao examinar a curva no papel de registro, podemos discernir vários aspectos da chuva, como seu início e fim, o volume da chuva e como sua intensidade variou ao longo do tempo.

Vantagens do pluviômetro de sifão:

• Precisão: O pluviômetro de sifão pode fornecer medições de precipitação altamente precisas, precisas ao nível do milímetro.

• Capacidade para grandes volumes pluviométricos: O pluviômetro de sifão possui uma grande área de captação e um sistema sifão capaz de suportar volumes significativos de chuva, garantindo sua precisão mesmo durante chuvas intensas.

• Versatilidade: O pluviômetro de sifão pode medir não apenas a precipitação, mas também a queda de neve e granizo.

Desvantagens do pluviômetro de sifão:

• Manutenção regular necessária: O pluviômetro de sifão precisa de limpeza e inspeção periódicas para garantir sua precisão e confiabilidade. Se o sistema de sifão ficar bloqueado, pode afetar a medição precisa da precipitação.

• Tamanho grande: pluviômetros de sifão são geralmente maiores do que outros tipos de pluviômetros, exigindo mais espaço para instalação e uso.

• Desgaste dos componentes: As peças do pluviômetro de sifão podem se desgastar com o tempo devido ao uso prolongado, principalmente o tambor da bóia e o sistema sifão, necessitando de substituição periódica.

• Possíveis efeitos de temperatura: Sob condições extremas de temperatura, como frio intenso, o desempenho do pluviômetro de sifão pode ser afetado e as medições de chuva podem ser imprecisas.

• Inadequado para registro automatizado: O design do pluviômetro de sifão torna difícil automatizar o registro de dados de precipitação, normalmente exigindo leitura e registro manual.

Pluviômetro infravermelho

O sensor de chuva infravermelho incorpora um dispositivo engenhoso, explorando as características distintas da água, do ar e do vidro na luz refratária, juntamente com a formidável capacidade de absorção da água para a luz infravermelha, para medir a chuva. Dentro deste sensor encontra-se um emissor infravermelho, projetando luz infravermelha em um painel de vidro. Essa luz sofre um fenômeno conhecido como reflexão interna total dentro do vidro, sendo posteriormente captada por um receptor infravermelho.

No entanto, esse cenário se altera à medida que as gotas de chuva atingem o vidro, interrompendo a reflexão interna total. Consequentemente, a intensidade da luz infravermelha recebida pelo receptor diminui significativamente. Essa flutuação na intensidade fornece uma compreensão do volume da chuva. Essencialmente, mudanças substanciais na intensidade da luz infravermelha recebida denotam chuva forte, enquanto pequenas mudanças significam menos chuva, encapsulando o princípio operacional de um sensor de chuva infravermelho.

A aplicação mais vantajosa desse pluviômetro é em automóveis de alto padrão, onde o sensor controla de forma autônoma a frequência dos limpadores de para-brisa, conseguindo a remoção inteligente da chuva.

Vantagens do pluviômetro infravermelho:

• Ausência de partes móveis: O sensor infravermelho de chuva não possui componentes mecânicos, portanto, é improvável que haja mau funcionamento devido a desgaste ou danos.

• Precisão da medição: O sensor infravermelho de chuva pode medir a precipitação em tempo real, em vez de apenas depois que uma certa quantidade caiu, como no caso de um pluviômetro de balde basculante.

• Facilidade de manutenção: devido ao seu design simplista, o sensor infravermelho de chuva geralmente requer manutenção relativamente mínima.

• Operação autônoma: Por serem eletrônicos, facilitam o monitoramento remoto e a transmissão de dados, sendo altamente adequados para uso em ambientes hostis ou áreas remotas.

Desvantagens do pluviômetro infravermelho:

• Sensibilidade ambiental: embora o sensor infravermelho de chuva possa fornecer medições precisas, ele pode ser afetado por condições climáticas severas, como neve ou gelo cobrindo o sensor, afetando seu desempenho.

• Requisito de energia: Em comparação com os pluviômetros tradicionais, o sensor infravermelho de chuva necessita de uma fonte de alimentação para funcionar, podendo representar um problema em certas áreas, particularmente em regiões remotas desprovidas de uma fonte de energia estável.

• Custo: O sensor de chuva infravermelho geralmente é mais caro do que os pluviômetros tradicionais, limitando potencialmente seu uso em certas regiões.

• Limpeza regular necessária: O princípio operacional do sensor infravermelho de chuva exige uma superfície limpa. Assim, apesar de sua relativa facilidade de manutenção, eles requerem limpeza regular para manter a precisão.

Pluviômetro Piezoelétrico

O Pluviômetro Piezoelétrico é uma ferramenta sofisticada, utilizando engenhosamente o princípio da conservação do momento para medição, sem quaisquer partes móveis. Este dispositivo emprega um transdutor piezoelétrico, traduzindo movimento mecânico, como vibração, em sinais elétricos. À medida que as gotas descem sobre o transdutor, são geradas vibrações, que são posteriormente convertidas em sinais elétricos.

Podemos então discernir a energia das gotículas que caem com base na forma desses sinais elétricos, ou formas de onda de tensão. Variações na forma de onda de tensão auxiliam no cálculo da intensidade da chuva. Dada a velocidade constante das gotas ao atingir o solo, influenciada pelo seu peso e resistência do ar, podemos medir a força de impacto das gotas usando a lei da conservação do momento (P=mv, onde P é o momento, m é a massa e v é a velocidade), que por sua vez auxilia no cálculo do peso das gotas e, consequentemente, da precipitação.

Portanto, o pluviômetro piezoelétrico não só pode auxiliar na medição da magnitude da chuva, mas também nos permite entender o peso de cada gota, marcando um método de medição excepcionalmente preciso.

Vantagens do Pluviômetro Piezoelétrico:

• Alta precisão: O pluviômetro piezoelétrico pode medir com precisão o tamanho da gota e a velocidade da chuva, fornecendo dados mais precisos sobre a precipitação e a intensidade da chuva.

• Resposta rápida: devido ao imediatismo do efeito piezoelétrico, o pluviômetro piezoelétrico pode monitorar a precipitação em tempo real, respondendo rapidamente às mudanças na precipitação.

• Sem peças móveis: O pluviômetro piezoelétrico é desprovido de componentes mecânicos móveis, minimizando assim a probabilidade de mau funcionamento devido a desgaste ou danos.

Desvantagens do Pluviômetro Piezoelétrico:

• Requisito de energia: O pluviômetro piezoelétrico requer uma fonte de energia para funcionar, podendo causar problemas em certas regiões, especialmente áreas remotas sem uma fonte de alimentação estável.

• Sensibilidade ambiental: embora o pluviômetro piezoelétrico possa fornecer medições precisas, ele pode ser afetado por condições climáticas adversas, como neve ou gelo que podem cobrir o sensor e afetar seu desempenho.

• Custo: O pluviômetro piezoelétrico é tipicamente mais caro do que os pluviômetros tradicionais, potencialmente limitando seu uso em certas regiões.

Conclusão:

A escolha do tipo de pluviômetro deve ser pensada de acordo com o custo total de propriedade da solução, portanto é imprescindível responder uma série de perguntas antes de escolher: 

• Qual motivo são necessários os dados de chuva:
  • Para alertas (Deslizamentos de terra, riscos de acidentes, acionamento de equipamentos)
  • Para pesquisa
  • Para monitoramento e previsão

• Qual a acurácia de dados necessária? Ou seja, o quanto a assertividade do dado será impactante na aplicação do dado. 
• Qual a área que o pluviômetro deverá cobrir? 
• Qual a topografia do local? 
• Por qual motivo o uso de um pluviômetro automático é melhor do que um manual?
• Por qual motivo o uso de um pluviômetro é melhor do que um dado de pluviometria por satélite?
• Qual lugar será instalado o pluviômetro? 
• O local possui energia elétrica? 
• O local possui conectividade à Internet? 
• O pluviômetro deverá armazenar dados históricos?
• Que tipo de manutenção o pluviômetro requer? Em quais períodos? Ele possui pilhas ou baterias, em quanto tempo precisam ser trocadas? O pluviômetro acumula poeira ou neve?
• Como o pluviômetro será calibrado? Qual será o dado de referência? Qual metodologia usada?
  • É importante lembrar que não adianta comparar dados de pluviometria de dispositivos diferentes, com tempos de coleta diferentes. É comum que sejam apontadas inconsistências quando se comparam dados de pluviômetros manuais com os automáticos, em detrimento dos automáticos. Isso acontece porque o ser humano tem a tendência de confiar que o dado medido com o nível de água é melhor e mais confiável. Mas sob esse viés, não se leva em consideração que a coleta de dados de um pluviômetro manual ocorre em períodos normalmente diferentes dos de um automático: Enquanto um automático pode coletar dados das 0 horas até as 23:59:59, um manual ocorre normalmente pela manhã a cada 24 horas. Portanto, a recomendação é que as comparações sejam feitas a cada decêndio, em intervalos iguais. O próprio pluviômetro de sifão pode ser uma ótima referência para os demais pluviômetros.