STEP #28 - Sintesi finale

Storia

Il barografo è un barometro registratore, atto cioè a fornire il diagramma, o barogramma, dell'andamento nel tempo della pressione atmosferica in certo luogo, una stazione barografica (STEP #01). Esso è parte quindi della strumentazione di base di una stazione meteorologica (STEP #14).

Fu inventato da Lucien Vidi, che nacque a Nantes, in Francia, nel 1805. Vidi che, facendo carriera nell'ingegneria del vapore, vide la necessità di miglioramenti ai manometri del vapore che in quel periodo utilizzavano mercurio, poco pratico. Lo studio dei manometri attirò il suo interesse verso i barometri e decise di realizzarne un nuovo modello.  Nel 1844 costruì e brevettò il barometro aneroide, un barometro metallico che non faceva uso di fluidi. L'idea di questo strumento fu concepita da Gottfried Wilhelm Leibnitz nel 1698, ma Vidi ebbe il merito di realizzarla costruendo un oggetto pratico e poco costoso. Dal barometro aneroide venne l'idea del barometro registratore (STEP #09).

Immagine di un barografo (STEP #02)

La meteorologia in quegli anni faceva passi da gigante come mai aveva fatto, era il periodo positivista e c'era un clima di costante fiducia nel progresso, erano lontani i tempi dei miti. (approfondimento: breve storia della meteorologia).

Tecnica

Il barografo ha al suo interno la base del barometro aneroide, composto da una scatola metallica cilindrica, vuota e sottile, anche detta capsula aneroide. All'interno della scatola viene collocata una molla tarata in modo tale da compensare esattamente la pressione atmosferica esterna. Quando la pressione atmosferica aumenta, la scatola si deforma e la molla si comprime. Alla molla è collegata, invece di un ago per misurare la pressione su una scala graduata come nei barometri aneroidi, un'asta, di cui l'altra estremità è fornita di una penna che può scrivere su una carta avvolta attorno ad un tamburo, o cilindro di registrazione, mosso da un sistema ad orologeria. 

La graduazione viene eseguita per confronto con un barometro a mercurio e deve essere verificata di frequente, specialmente per gli apparecchi che sono soggetti ad urti, è infatti presente una vite di regolazione per poter settare lo strumento sui valori corretti di pressione (STEP #05; STEP #16).

La parte più funzionale del barografo è senza dubbio la capsula aneroide. In quelle di vecchio tipo, fatte di ottone o argentana, le due basi (le membrane) erano sottilissime e molto flessibili, per cui la capsula era munita di molla antagonista interna, oppure di molla di richiamo esterna. 

Nei tipi recenti, le molle non sono più presenti, ed è lo stesso materiale costituente le capsule (rame al berillio, o acciaio di adatte caratteristiche) che sopporta e registra le variazioni di pressione atmosferica.

Il collegamento tra la capsula ed il sistema di leve comprende spesso una lamina bimetallica per eliminare le influenze di temperatura sulle indicazioni dello strumento (talvolta si ottiene il medesimo scopo lasciando nell’interno dell’elemento sensibile una piccola e ben dosata quantità di aria secca). (STEP #08).

Uno dei problemi dei barografi erano le vibrazioni esterne allo strumento, infatti se, per esempio, il barografo fosse stato urtato nel corso di una misurazione, la pennina si sarebbe mossa di conseguenza tracciando un andamento di pressione non reale. Boettinger riuscì negli anni 1960 a brevettare un barografo esente da questi problemi, mettendo a punto un sistema di molle, smorzatori e ruote dentate atte a distaccare il movimento della pennina dalle perturbazioni esterne.

Negli anni a venire, con lo sviluppo dell'elettronica, furono presentati diversi barografi elettronici, un esempio è quello brevettato da Johann Wögerbauer che utilizza un barometro elettronico e un display che visualizza gli andamenti della pressione. (STEP #17).

Di solito sulla carta graduata di un barografo è rappresentato un intervallo che va da 950 a 1050 mbar, che corrisponde all'intervallo più comune per la pressione atmosferica a livello del mare, altrimenti, se si ha la necessità di misurare pressioni atmosferiche ad altitudini elevate, bisognerà dotarsi di una scala con un minimo più basso e regolare il barografo di conseguenza. (STEP #15).

Nel corso degli anni tutti questi studi hanno dato vita ad una discreta bibliografia sul barografo.

Utilizzo moderno

I barografi per uso meteorologico possono essere sia analogici, o digitali, che registrano con l'ausilio di un software i dati che arrivano in input da un barometro elettronico. 

I barografi per impiego aeronautico differiscono da quelli ad uso meteorologico solo per la necessità di dover abbracciare un forte campo di variazione della pressione, da valori prossimi a quello normale fino a quelli molto ridotti delle alte quote.

Ci sono diverse aziende che producono barografi, sia digitali che analogici per i settori nautici, aeronautici o meteorologici (per approfondimento visitare questo marketplace) (STEP #11).

I moderni barografi hanno la possibilità di scegliere il ciclo di lavoro, se giornaliero, settimanale o mensile; possono avere un azionamento del tamburo a carica manuale o al quarzo. (STEP #22).

Le normative prevedono che le misurazioni siano sempre ricondotte al livello del mare, tramite apposite formule, per avere omogeneità dei parametri, o, se questo non è possibile, bisogna indicare la quota di rilevamento delle pressioni; inoltre si specifica che ci deve essere un barografo in ogni nave abilitata a viaggi internazionali, lunghi o brevi che siano. (STEP #23).

Cultura di massa

Il barografo è uno dei simboli chiave della meteorologia, dato che è con il suo aiuto che si redigono le carte di pressione isobarica, che vediamo ogni qualvolta guardiamo le previsioni del tempo. (STEP #06).

Ed è proprio per il suo importante ruolo nella meteorologia che abbiamo visto questo strumento in rappresentazioni cinematografiche, sui francobolli e sui fumetti, e anche in una pubblicità vintage.

Infine hanno fatto anche un'applicazione per smartphone che simula il suo funzionamento.

In conclusione, nonostante il suo nome non sia più citato come nel 1890, il barografo è un stato importante strumento dalla sua prima realizzazione ai giorni nostri. (STEP #24).

Mappa concettuale

Foto di Google Immagini

STEP #27 - Mappa concettuale

 

STEP #26 - La chimica e gli strumenti scientifici

Nello STEP #08 - I materiali viene detto che i primi barografi avevano capsule aneroidi in ottone o argentana (anche detta alpacca). Ecco un approfondimento su questi materiali.

Ottoni

L'ottone si ottiene da una lega ossidabile di rame (Cu) e di zinco (Zn). Si tratta di un metallo noto soprattutto per la sua duttilità, la sua malleabilità e la sua resistenza alla corrosione.

Messo a confronto con il rame ha il pregio di avere valori più alti di durezza, resilienza e fusibilità. Grazie alle sue considerevoli proprietà acustiche viene utilizzato nella realizzazione di molti strumenti musicali: gli “ottoni” (tromba, corno, trombone, tuba) ma anche percussioni e sassofoni.

Esistono diversi tipi di ottoni: gli ottoni ternari, costituiti solo da rame e da zinco, e gli ottoni quaternari, caratterizzati dalla presenza nella lega di un quarto elemento chimico o di altri ottoni binari in cui si trovano altri elementi chimici. Con riferimento agli ottoni ternari, quando la percentuale di zinco è inferiore al 36% circa si parla di fase a: in questo caso la struttura cristallina della lega è cubica a facce centrate, simile a quella del rame. Si tratta di ottoni caratterizzati da un'ottima lavorabilità a freddo (imbutitura e stampaggio) e da una buona lavorabilità a caldo.

Quando la percentuale di zinco va dal 36% al 45% si parla invece di ottoni a-ß, caratterizzati dalla loro facile lavorazione al caldo.

Per migliorare determinate proprietà dell'ottone, è possibile aggiungere anche altri elementi alla lega originaria di rame e di zinco: 

• il piombo viene aggiunto per accorciare o addirittura polverizzare i trucioli che si formano durante la lavorazione dell'ottone nelle macchine utensili, in modo da sottoporre gli utensili a minore usura e riscaldamento: in questo modo si consentono lavorazioni di ottima qualità in tempi brevi; 
• il ferro serve per aumentare il carico di rottura; l'alluminio garantisce una maggiore resistenza alla corrosione e all'abrasione;
• l'antimonio e l'arsenico si usano per inibire la dezincificazione;
• il nichel ha il pregio di migliorare le caratteristiche meccaniche e la resistenza alla corrosione;
• il silicio viene usato per disossidare e favorire la creazione della fase ß;
• il manganese e lo stagno vengono utilizzati per aumentare la resistenza alla corrosione;
• lo stagno, se presente nella lega in una percentuale minima tra il 40 e il 60%, rende l'ottone molto plastico.

fonte: https://www.metaldesign.org/le-proprieta-dell-ottone/33#:~:text=L'ottone%20si%20ottiene%20da,di%20durezza%2C%20resilienza%20e%20fusibilit%C3%A0.

Argentana

L’alpàcca è una lega bianca non preziosa, lucente e dura, dall’aspetto simile all’argento (per questo chiamata anche argentana).

Questa lega metallica contiene perlopiù rame (50-65%), zinco (20-30%) e nichel (10-30%). Ad alcune leghe di alpacca viene aggiunto il piombo per migliorarne la lavorabilità.

Nei paesi anglosassoni la lega è conosciuta come nickel-silver oppure german silver.

Questa lega è generalmente più dura ed elastica dell’argento, ha bassa conducibilità elettrica ed è eccellente per le lavorazioni a freddo. La sua formabilità a caldo è limitata.

Offre una buona resistenza alla corrosione atmosferica, ai composti organici e alle soluzioni saline neutre e alcaline. È poco resistente agli acidi ossidanti. La sensibilità alla tensocorrosione di questa lega è molto più bassa di quella dell’ottone.

L’alpacca può essere facilmente lucidata o placcata e può essere utilizzata per brasatura o saldatura. Tuttavia la saldabilità con il laser non è buona.

Quando le alpacche contengono nichel oltre una certa percentuale, hanno un alto grado di resistenza all’alterazione, oltre a una buona elasticità e durezza. A differenza dell’argento possono perdere lucentezza, ma non anneriscono mai.

L’argento rispetto all’alpacca ha migliore risonanza acustica, tuttavia quest’ultima risulta più economica.

fonte: http://www.infoacciaio.com/glossario/alpacca/

STEP #25 - Cose personali

Memento

Un oggetto di memoria del mio passato è la matita, con la quale disegnavo tutte le cose che mi venivano in mente.

Utensile

L'oggetto-strumento del mio presente è l'automobile, che ci conferisce una libertà di movimento autonomo molto elevata.

Feticcio

Un oggetto che prevedo sarà molto importante nel futuro è il razzo spaziale, quando le barriere economiche e di fattibilità per le colonizzazioni spaziali saranno abbattute, esso diventerà parte della vita di molte persone.

Foto di Google Immagini

STEP #24 - Parole della storia

Utilizzando il "Google Books Ngram Viewer" si è tracciato l'utilizzo di alcune parole vicine a questo blog nel corso del tempo e, visto che il barografo è stato inventato negli anni 40 dell'Ottocento, si è limitata l'escursione temporale dal 1800 ai giorni nostri.

(cliccare sulle immagini per vederle)

I termini "barografo" in italiano e "barograph" in inglese seguono più o meno lo stesso andamento: nel XIX Secolo ci fu un'ascesa, intorno agli anni '40 ci fu una prima scoperta, mentre il boom lo fece negli anni '80-'90, anni di grosso interesse in quel campo. Nel XX Secolo invece ci fu una discesa per la perdita della novità e del clamore.

 

Se confrontiamo i termini "aneroid barograph" e "mercury barograph" si può notare l'estrema differenza di fama tra i due oggetti, il primo infatti ha avuto un grosso successo per la sua semplicità costruttiva e perché economico, a dispetto del secondo che, sebbene più preciso, non si diffuse. 

In quest'ultimo grafico troviamo l'inventore Lucien Vidi che, come si può notare, ha vissuto una notorietà dal 1840 circa per i successivi 20-30 anni, per poi perderla quasi completamente.

https://books.google.com/ngrams

STEP #23 - La normativa

Correzioni standard in ambito meteorologico

La Legge 133/2008 di conversione, con modificazioni, del Decreto Legge 25 giugno 2008, n. 112, pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 195 del 21 agosto 2008, ha istituito l’ISPRA - Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale.

L’ISPRA svolge le funzioni che erano proprie dell’Agenzia per la Protezione dell’Ambiente e per i servizi Tecnici (ex APAT), dell’Istituto Nazionale per la Fauna Selvatica (ex INFS) e dell’Istituto Centrale per la Ricerca scientifica e tecnologica Applicata al Mare (ex ICRAM).

L'ISPRA considera che la precisione di un buon barografo non deve essere inferiore a 0.2 hPa e indica i tipi di correzione che è necessario apportare alla lettura di un valore di pressione effettuata su un barometro od un barografo: la prima riguarda lo strumento e le sue condizioni d’uso, mentre la seconda riguarda la quota cui la lettura è stata effettuata.

Tuttavia i barometri e barografi metallici di buona qualità, normalmente utilizzati nelle stazioni di rilevazione climatologiche o meteorologiche, sono generalmente considerati compensati, con sufficiente accuratezza, in tutto il campo di possibile variazione della temperatura.

Come anche non necessitano di correzioni, essendo sufficientemente stabilizzati per le variazioni di temperatura, i barografi elettronici.

Quindi resta la correzione di quota, dato che le letture barometriche, su qualsiasi strumento lette, devono sempre essere riferite al livello del mare, al fine di consentire il confronto tra misure effettuate in siti diversi. 

La misura strumentale effettuata deve, quindi, essere ulteriormente corretta per trovare il valore che la pressione atmosferica avrebbe, nel momento in cui è stata effettuata la misura, se il sito fosse a quota 0 m s.l.m.. Qualora, tuttavia, la correzione non fosse, per motivi contingenti, possibile, il valore misurato della pressione atmosferica deve essere sempre comunicato unitamente alla quota del sito di misura.

L’Organizzazione Meteorologica Mondiale raccomanda l’uso della formula correttiva che segue, valida tuttavia solo per siti a quota non troppo elevata, e tali che la correzione che ne risulta non sia superiore a 0.2 hPa:

dove sono:

C : termine da aggiungere al valore letto sullo strumento, già corretto per la temperatura e la

gravità

p : valore della pressione letta allo strumento e già corretto

Hp : quota, in m s.l.m., del sito di misura

Tv : valore medio annuo della temperatura virtuale del sito di misura, intendendo per temperatura virtuale dell’aria umida la temperatura cui l’aria secca, alla medesima pressione,

avrebbe la stessa densità dell’aria umida.

Per siti a quota elevata, per cui la formula precedente determinerebbe correzioni superiori a 0.2 hPa, può essere ancora utilizzata, salvo future diverse raccomandazioni dell’O.M.M., la seguente formula, classica del Servizio Idrografico:

dove C, p ed Hp conservano il significato indicato per la formula consigliata dall’O.M.M., mentre t assume il significato di temperatura media tra quella dell’aria esterna osservata e quella dell’aria esterna ridotta al livello del mare, ovviamente superiore per la maggior pressione cui l’aria sarebbe soggetta se trasportata a quota 0 m s.l.m..

Metodologie di misura e specifiche tecniche per la raccolta e l’elaborazione dei dati idrometeorologici

Dotazione navale

Secondo l'articolo 142, comma 1, lettera d, del DPR 435/1991 "Approvazione del regolamento per la sicurezza della navigazione e della vita umana in mare", le navi abilitate a viaggi internazionali lunghi e viaggi internazionali brevi devono essere dotate tra le altre cose di un barometro e di un barografo.

Approvazione del regolamento per la sicurezza della navigazione e della vita umana in mare

STEP #22 - Manuale d'uso

Dal manuale di una famiglia di barografi Fischer (download qui).

Inizialmente bisogna decidere su che base impostare il ciclo di lavoro del cilindro, se giornaliera, settimanale o mensile, quest'ultima impostazione è disponibile quasi esclusivamente con orologi al quarzo e non con carica manuale.

I barografi sono inizialmente impostati su un ciclo settimanale. Per modificare l'impostazione è necessario sollevare il cilindro, anche detto tamburo di registrazione, dal meccanismo dell'orologio come descritto nelle sezioni seguenti.

Meccanismo a carica manuale

Nel caso di carica manuale il tamburo si rimuove con l'apposita chiave, dopodiché sarà il turno di decidere l'orientazione, giornaliera o settimanale, infine si dovrà richiudere avvitando con la chiave in senso orario e caricare il meccanismo girando sempre la chiave in senso anti orario per 9-10 giri.

Meccanismo al quarzo

Nel caso di meccanismo al quarzo, dopo aver tolto il cilindro, il ciclo di rivoluzione può essere impostato spostando la ruota dentata rossa nella posizione desiderata (giornaliero, settimanale o mensile). La posizione più alta è di 7 giorni (settimanale), la posizione centrale è di 31 giorni (mensile) e il minimo è 1 giorno (giornaliero).

Per avviare l'orologio elettronico al quarzo, è sufficiente inserire la batteria.

Penna scrivente

I barografi vengono normalmente forniti con due penne. Ogni penna dovrebbe durare da 6 a 8 mesi in condizioni normali di utilizzo. 

Per inserire una nuova penna, si deve rimuovere la punta protettiva della penna in fibra e fissarla al braccio della penna come mostrato nelle illustrazioni. Prima di registrare è meglio accertarsi di utilizzare la carta per grafici corretta in base al ciclo di rivoluzione del tamburo. 

Successivamente bisogna regolare la posizione del braccio della penna e avvitare finché non tocca la carta per grafici sul tamburo di registrazione; è importante che sia impostato per esercitare una forza minima sul grafico, è consigliabile ruotare il tamburo manualmente per verificare, dato che troppa pressione potrebbe far dì che piccoli cambiamenti di pressione non vengano registrati correttamente.

Quindi chiudere e bloccare l'alloggiamento e il barografo è pronto per iniziare la registrazione.
Se lo si desidera, è possibile inserire il blocco di sicurezza sull'alloggiamento per impedire un eventuale accesso non autorizzato allo strumento.

Regolare la pressione locale

Una volta montato tutto e scelto il ciclo di rivoluzione, si può regolare la pressione agendo sull'apposita vite di regolazione, utilizzando un barometro come campione.

Nella figura seguente la vite di regolazione è la numero 4.