Breakdown as state failure

La caracterización exhaustiva de la dinámica microambiental de un sistema kárstico subterráneo implica la monitorización microclimática de alta resolución con estaciones multiparamétricas en el interior de la cavidad, en el suelo externo y en la atmósfera exterior. A continuación, se describen los sensores y equipos utilizados en los tres ambientes (exterior-suelo-cueva) estudiados en la Cueva de Castañar de Ibor:

3.1.1. Atmósfera exterior.

 Estación meteorológica (Figura 1), HOBO Weather Station (HWS), ubicada a 15 metros de la entrada a la cavidad, compuesta por: unidad principal de registro con 512K incluida en caja intemperie, un sensor de temperatura y humedad relativa instalado con protector contra la lluvia y radiación solar directa, pluviómetro HOBO data Logging Rain Gauge - RG3 (resolución 0,2 mm), sensor de presión atmosférica (660-1070 mbar, precisión ±1,5 mbar), anemómetro de cazoletas para velocidad de viento (0-44 m/s, precisión ±0,5 m/s), las ráfagas de viento y una veleta (0-358°, precisión 2°). Intervalo de registro cada 30 min.

Además, se instalaron dos equipos autónomos de control meteorológico en la fachada exterior del centro de interpretación de la cueva de Castañar de Ibor, con una orientación Norte con el fin de impedir sobrecalentamiento y distorsión de los datos como resultado de la insolación directa. Estos equipos son los siguientes:

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 Registrador U23 - 001 HOBO Pro v2 de temperatura y humedad relativa (2 canales), con un rango de medida de -40 °C a 70°C y de 0 - 100 % HR. Su precisión es de 0,2 °C y 2,5% HR, respectivamente. La resolución es de 0,02 °Cy 0,03% HR. Tiene una memoria de 64 Kbytes (aprox. 84000 datos). Batería: 1/2 AA, 3.6 Volt., que asegura aproximadamente 3 años de duración. Su tamaño es de 10, 2 cm x 3,8 cm. El intervalo de registro horario.

 Pluviómetro HOBO RG3 con registrador, con resolución de 0,2 mm. Mide una tasa máxima de lluvia de 12,7 cm por hora. Su precisión es de ± 1,0% y opera dentro de un rango de temperaturas entre 0 a 50°C.

Figura 1. Izquierda: Estación meteorológica exterior localizada dentro del recinto vallado junto con el medidor de flujos de CO2 (Li-Cor 8100A), a 15 metros de la entrada a la Cueva de Castañar. Derecha: realización de tareas de descarga de datos y mantenimiento de los equipos de control ambiental.

3.1.2. Instrumental para el seguimiento microambiental en el interior de la cavidad. 3.1.2.1. Estaciones de seguimiento en continuo.

Desde el 7 de octubre de 2010, la cueva de Castañar de Ibor cuenta con una estación de control microambiental situada en la Sala Nevada, que permite un registro detallado de los principales parámetros microclimáticos del aire y configurable cada 2 y 10 minutos. Desde su instalación se han ido renovando componentes, principalmente sondas, para asegurar su correcto funcionamiento durante el estudio. La configuración de esta estación de control ambiental tiene los siguientes elementos (Figura 2A):

 Datalogger Campbell modelo CR1000. Dotado de 16 canales analógicos, 2 canales control, 8 I/O control, memoria 2 MB (1 millón de datos) y microcontrolador a 16 bit y una arquitectura interna de CPU de 32 bit. Alimentación a 12 VdC. Instalado en maletín impermeable negro de Pelicase, 480 x 365 x 195 mm con protección IP67.

 3 Sondas de temperatura de aire a diferentes alturas (15, 130 y 180 cm) modelo SNV226 PT100 de 4 hilos 1/10 DIN (Pertegaz), con un elemento sensor que consiste en una termo-resistencia de 100 Ohmios a 0°C, con conformidad IEC751:1983: 1/10

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DIN. El rango de medición es de -50 a 165 °C, con una precisión de ± 0,02 °C y una resolución: 0,001 °C.

 Sonda de temperatura PT100 para instalación en roca, en película delgada (según normas BS1904/1984 y DIN 43760, resistencia 100Ω a 0°C) con hoja de aluminio y lámina de goma de silicona auto adhesiva. Temperatura de funcionamiento continuo de -50°C a +150°C, con una precisión de ± 0,2 °C y resolución de 0,01°C.

 2 Sondas combinadas de humedad y temperatura HygroClip S31 de Rotronic. Los elementos sensores de estas sondas son: Hygromer AC-1 y PT100 1/3DIN, con rango entre 0 a 100% y de -40 a 60°C, respectivamente. La precisión es de ± 0,6% HR y ± 0,1°C (a 23 ± 5°C). La sonda presenta gran estabilidad a largo plazo: < 1.0 % HR y < 0,1°C / año.

 Sistema de calefacción para una de las sondas de temperatura y humedad HygroClip S31. Diseño propio controlado mediante software del logger CR1000, con objeto de evitar saturación en el sensor de humedad relativa del aire.

 Anemómetro sónico de 3 ejes, modelo 81000 (R.M.Young, Traverse City, MI, USA), que mide la dirección-velocidad del viento en 3D. El rango de medición de la velocidad es de 0 a 40 m/s, con una resolución de 0.01 m/s, límite de detección de 0.01 m/s y una precisión de ± 1% rms ± 0.05 m/s (de 0 a 30 m/s) y ± 3% rms (de 30 a 40 m/s). El rango de medición de la dirección es de 0 a 360 grados, con una rango de elevación de ± 60 grados, una resolución: 0,1 grados y una precisión de ± 2 grados (de 1 a 30 m/s) ó ± 5 grados (de 30 a 40 m/s).

 Sonda de CO2 Vaisala CARBOCAP modelo GMP343. Tecnología de medición por NDIR - por difusión, en un rango de 0 a 2 %. Precisión de ± 3 ppm CO2 +1% medida [0- 1000 ppm] y de ±5 ppm CO2 +2% medida [hasta 2%] (a 25°C y 1013 hPa). Resolución de ± 1 ppm.

 Barómetro PTB110 de Vaisala (BAROCAP). Rango: 500 a 1100 hPa. Exactitud: ± 0,3 hPa (entre 15 y 25°C). Estabilidad a largo plazo (± 0,1 hPa/año). Resolución: 0,1 hPa.

 Pluviómetro de cazoletas RG-200 (Onset HOBO), con un área de captación de 200 cm² y una precisión de 0,2 mm (l/m2_{) por cada vuelco de cazoleta. Precisión de ±} 2% hasta 25 mm/h. Instalado para la medición de la tasa de goteo asociado a un espeleotema de la Sala Nevada.

La estación de control ambiental de Sala Nevada cuenta con una batería de plomo ácido S300 PowerFit (Sonnenschein) de 12V y 7Ah, que previene de posibles interrupciones en el registro de parámetros derivadas de cortes del suministro eléctrico. El consumo medio de la estación es de unos 342 miliamperios, lo que da una autonomía de unas 20 horas con esta batería de seguridad.

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Figura 2. A: Estación microclimática CR1000 y LSI junto con los monitores de radón Radim 5WP, kodalpha y pylon AB5 en Sala Nevada. B: Monitor portátil RAD-7 para la medición de gas radón. C: Registrador de radón Sarad Scout midiendo en Sala Nevada junto con los registradores autónomos de temperatura y humedad relativa del aire Tinytag y HOBO U23. D: película LR-115 junto con el soporte DRF, para la medición pasiva de radón.

Dentro del convenio de colaboración entre la Consejería de Agricultura y Medio Ambiente de la Junta de Extremadura y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas para el desarrollo del proyecto: “Monitorización de las condiciones microambientales, hidrogeoquímicas y de conservación del monumento natural Cueva de Castañar y la evaluación del impacto actual del régimen de vistas”, se instaló una estación completa con las siguientes características:

 Datalogger LSI E-Log (LSI-Lastem, Settala, Italia), equipado con un conjunto de sondas para el registro de los siguientes parámetros (Figura 2A): temperatura del aire (°C), temperatura de la roca (°C), concentración de CO2 (ppm), velocidad del aire (m/s) y, finalmente, la humedad relativa (%) en función de las temperaturas de “bulbo seco” y “bulbo húmedo” registradas por un sonda psicrométrica. Esta última sonda está equipada con dos sensores PT100 de precisión, uno de ellos sumergido en un tanque con de agua destilada y en equilibrio térmico con el aire de la cueva. Esta estación de control ambiental, junto con descrita anteriormente (CR1000), estuvieron registrando en paralelo y en la misma ubicación (Sala Nevada) desde diciembre de 2006 hasta noviembre de 2012, con cadencia de registro fue de 2 y 10 min.

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Durante el periodo de control ambiental de la Cueva de Castañar en el que se centra la presente Tesis Doctoral (2011-2013), se simultaneó el registro de temperatura y humedad relativa del aire en Sala Nevada con los siguientes equipos autónomos (Figura 2C):

 Registrador autónomo de temperatura y humedad relativa del aire Tinytag Plus 2 Dual TGP 4500 (Gemini Dataloggers, UK). Este equipo mide dentro de un rango entre -25 y 85°C y 0 a 100 % de HR. Tiene una capacidad de almacenamiento de 32000 datos, midiendo con precisión de 0,1°C y una resolución de 0,01°C en caso de la temperatura, mientras la precisión de la HR es de ± 3% a 25°C y su resolución es mejor de 0,3% HR.

 Registrador U23 - 001 HOBO Pro v2 de temperatura y humedad relativa, con una cadencia horaria. Los rangos de medición son de -40°C a 70°C y de 0 - 100%, respectivamente. La precisión de las medidas es de 0,2 °C y 2,5% y la resolución de 0,02 °C y 0,03%. El registrador tiene una memoria de 64 Kbytes (aprox. 84000 datos) y está equipado con una batería de 1/2 AA, 3,6 Volt., con aproximadamente 3 años de duración. Su tamaño es 10, 2 cm x 3,8 cm.

3.1.2.2. Equipos utilizados para la medición de la actividad del gas radón ( 222_Rn). En la Tabla 1 se muestra un resumen de las principales características técnicas del instrumental utilizado para la medición de la actividad del gas radón durante el período de investigación.

A continuación, se describen algunas de las características específicas de cada equipo de medida que han sido de utilidad para los diferentes tipos de seguimiento del gas radón:

 Los dosímetros pasivos de radón (kodalphas y DRF) contienen unas películas que registran los impactos de las partículas alfa provenientes de la desintegración del radón y de sus descendientes. El sistema emplea una película de huella (track) nuclear tipo LR115 producidas por la empresa Kodak, y que consiste en una fina capa activa de nitrato de celulosa roja de 12 µm, sobre una base de poliéster de 100 µm. Existen dos soportes diferentes para albergar esta película: kodalphas o DRF. Los kodalphas son detectores pasivos abiertos, esto implica que registran todos los impactos alfa, tanto del gas radón 222_{Rn como de sus descendientes (Figura 2A). En} cambio, el soporte DRF es de tipo cerrado (Figura 2D), con un volumen de aire reducido, que implica que sólo se registre el impacto de las partículas alfa provenientes de la desintegración del 222_{Rn. Estos sistemas son muy apropiados} para obtener dosimetrías de área debido a su coste y manejo, aportando un registro de la concentración media de radón durante un tipo de integración dado (tiempo de exposición del dosímetro).

 Los monitores de radón RADIM 5WP (Figura 2A) han sido utilizados para mediciones de radón en continuo. Tienen una importante capacidad de almacenamiento de datos y autonomía en relación al consumo de alimentación eléctrica. En la cueva de Castañar, se han utilizado dos monitores RADIM 5WP

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ubicados en Sala Nevada y la Galería de Entrada con un cadencia de registro de 30 minutos.

 El monitor Pylon AB-5 (Figura 2A) con detector célula Lucas activa modelo 300A, presenta gran sensibilidad y estabilidad, óptimas para realizar calibraciones robustas y experimentaciones.

Equipos radón

Dosímetros

Kodalphas /DRF Radim 5WP Sarad Scout

Durridge Rad-7

Pylon AB-5

Tipo pasivo activo activo activo activo

Medición

Continua (media durante un tiempo de exposición de un mes)

Continua (cada 30 min)

Continua (cada

30 min) puntual puntual Umbral

mínimo 2 KBq·h/m3 80 Bq/m3 0 Bq/m3 4 Bq/m3 0 Bq/m3

Umbral

máximo 70 MBq·h/m3 50 kBq/m3 10 MBq/m3 750 KBq/m3 10000 cps

Memoria 600 impactos/mm2 _{16364 datos 672 datos 1000 datos 675 datos}

Temperatur a ambiente no le afecta 0 a 40°C -20 a 40°C 0 a 45°C 0 a 50°C HR ambiente no le afecta 5 - 99% 0 -100 % 0 - 100 % 0 - 90% Principio de medida Detector “Solid-state nuclear track” (film LR115)

Electroestático semiconductor Si Electroestático semiconductor Si Electroestático semiconductor Si Escintilometría: célula activa de centelleo de ZnS(Ag), tipo Lucas

Precisión ± 15% ± 20% ± 5% ± 5% ± 4% Sensibilidad 1 kBq·h/m3 0,006 cpm/(Bq/m3₎ 0,0018 cpm/(Bq/m3) 0,013 cpm/(Bq/m3₎ 0,037 cpm/(Bq/m3)

Proveedor GT Analytic GT Analytic Sarad Durridge Pylon Electronics

Ubicación 12 puntos diferentes cueva