Actinógrafo e Heliógrafo: dois instrumentos que medem grandezas relacionadas à luz solar



actinografo
Actinógrafo (esquerda) e heliógrafo (direita). Instrumentos instalados na Estação Meteorológica do IAG-USP

Recentemente, ajudei em um curso de treinamento em observações meteorológicas de superfície e fui designada a falar sobre dois instrumentos que medem grandezas relacionadas à luz solar, porém não medem a mesma coisa. Os instrumentos são o actinógrafo e o heliógrafo e a Estação Meteorológica do IAG-USP possui esses dois instrumentos instalados e em operação.

Heliógrafo: a bola de cristal do meteorologista

Há alguns anos, escrevi um post sobre o heliógrafo. Clique aqui para lê-lo. Procurei em meus posts e percebi que nunca escrevi um post sobre o actinógrafo. Vou fazer algumas breves considerações sobre esse instrumento a seguir.

Actinógrafo

Esse instrumento faz o registro da Radiação Solar Total, ou seja, o instrumento mede energia. É importante deixar isso bem claro, pois o heliógrafo não faz a medida de energia (mede apenas o total de horas de brilho solar em um determinado dia, ou seja, o período em que o brilho do Sol não foi encoberto por uma nuvem).

Radiação Solar Total: corresponde à uma soma da Radiação Solar Direta (que vem diretamente do disco solar) com a Radiação Solar Difusa (espalhada pelos gases e aerossóis da atmosfera).

 

Capa do panfleto de informações do Actinógrafo Bimetálico Robitzsch 58dc, da R. Fuess
Capa do panfleto de informações do Actinógrafo Bimetálico Robitzsch 58dc, da R. Fuess

(grego aktís, -înos, raio, brilho) e o sufixo -grafo, que dá a idéia de registrador {x}.

O sensor do instrumento consiste em uma tira bimetálica que tem uma dupla fenda, formando assim 3 tiras. As duas tiras exteriores são de cor branca, enquanto que a interior, que está conectada ao sistema registrador, é da cor preta. O sensor é protegido das intempéries por uma cúpula de vidro. Há um compartimento onde coloca-se sílica-gel, para que essa substância absorva o vapor de água, evitando que ocorra condensação na cúpula de vidro.

Curiosidade: a sílica-gel é recoberta por uma solução de Cloreto de Cobalto II, sal que muda de cor dependendo da umidade do local. É a mesma substância que cobre o famoso galinho do tempo. Leia mais sobre essa curiosidadeaqui.  Com a mudança de cor, a gente consegue saber quando deve trocar a sílica gel (pois já absorveu bastante água e não tem mais eficiência).
A sensibilidade do instrumento compreende todo o espectro de radiação, proveniente diretamente do Sol e espalhada no céu, com exceção das regiões do espectro eletromagnético que são absorvidas pela cúpula de vidro (ultravioleta e infravermelho distante, regiões que contribuem pouco para a energia solar total). Para mais informações técnicas sobre esse instrumento, consulte o Relatório Técnico da Estação Meteorológica do IAG-USP (veja aqui).
Planimetria: o uso do planímetro
No caso do actinógrafo do modelo apresentado na fotografia, é possível ler o valor instantâneo, ou seja, a radiação solar total daquele instante. Para muitas aplicações, é necessário fornecer a Radiação Solar Total Diária, ou seja, uma somatória da radiação solar total que incidiu ao longo do dia todo. E isso é obtido através da planimetria, processo que consiste em usar um planímetro para percorrer todo o perímetro formado pelo gráfico e assim obter sua área (ou seja, o que chamamos de integração ou cálculo da integral, em Cálculo).
O planímetro é um instrumento muito usado em cartografia ou no estudo de bacias hidrográficas. O objetivo desse instrumento é calcular áreas com “formatos estranhos”, como a área delimitada por uma bacia hidrográfica ou como os limites territoriais de um Estado, por exemplo, em um mapa. No caso do registro gerado pelo actinógrafo (que chamamos de actinograma), precisamos percorrer todo o perímetro do gráfico para obter sua área.
DSC00581
Na imagem acima, temos na parte superior o braço do planímetro (pois quando tirei essa foto, eu estava fazendo as medições). Temos abaixo a tira do heliógrafo, cuja leitura é visual mesmo, analisando a fração de horas em que houve queima do papel. E logo na base, temos  um actinograma. A lápis, do lado direito, temos as áreas medidas (em cm²) com o uso do planímetro. Os valores vão ser ligeiramente diferentes, pois depende da experiência do técnico e da sensibilidade do instrumento. São feitas várias medidas da área (várias planimetrias) e depois calcula-se a média entre essas medidas. Normalmente, aceita-se variações pequenas, inferiores a 5%, mas esse procedimento depende da instituição.

 

Planímetro digital da marca Sokkia, usado para obter áreas de "formatos estranhos", ou seja, que não possuem uma fórmula para calcular diretamente. O registro do actinógrafo, o actinograma, é um exemplo de "área estranha"
Planímetro digital da marca Sokkia, usado para obter áreas de “formatos estranhos”, ou seja, que não possuem uma fórmula para calcular diretamente. O registro do actinógrafo, o actinograma, é um exemplo de “área estranha”
A partir da área do gráfico, obtida com o planímetro, há equações fornecidas pelo fabricante do instrumento que torna possível a obtenção do valor da energia, em cal/min.cm². Esse valor pode ser convertido para outras unidades de medida, dependendo da aplicação, como para W/m², por exemplo.
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Actinograma e Heliograma: não medem a mesma coisa, mas se complementam
Observem o actinograma (acima) e o heliograma (abaixo) do dia 10 de julho de 2016. Em dias quando o actinograma está assim, lembrando uma “gaussiana”, totalmente sem ruído, temos o indício de um dia ensolarado, daqueles em que o disco solar não foi encoberto por nuvens. O registro do heliograma (abaixo) mostra uma queima sem interrupção, indicando exatamente a mesma coisa. Embora um registro seja de energia (actinograma) e o outro apenas de brilho solar, os dois acabam se complementando.
10jul.jpeg
Vamos observar outro registro, de 16 de julho de 2016 (veja abaixo). Nele, temos também o actinograma e o heliograma (em cima e em baixo, respectivamente). Esse já foi um dia nublado. Observem que houve pouca queima no heliograma, bem pouco apenas entre 9h-10h da manhã. Observando o actinograma, foi exatamente entre 9h e 10h que tivemos um pico no registro de radiação solar total. Ao longo do dia, tivemos muita “perturbação” no registro do actinograma, ou seja, ele não foi tão límpido e sem ruídos como o exemplo anterior, indicando exatamente um dia nublado.
16jul
Apresentação no SlideShare

Procuro sempre deixar disponível para os alunos as apresentações que mostro durante aulas ou treinamentos, mesmo que informais. Abaixo, a apresentação no SlideShare com tudo o que falei ao longo do texto do post.

Manuais, manuais

scotty naked time

Para você, que assim como Scotty gosta de ler manuais, deixo aqui os manuais do Actinógrafo e do Heliógrafo instalados na Estação Meteorológica do IAG-USP.