Download Estudio de las Descargas Eléctricas Atmosféricas para una mejor

Detección y Análisis de Descargas Eléctricas Atmosféricas, sus Aplicaciones y Utilidades.
Capítulo de Energía y Cambio Climático. Autora: Ana María Barrantes Segura
DETECCIÓN Y ANÁLISIS DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS,
SUS APLICACIONES Y UTILIDADES
Ana María Barrantes Segura
Capítulo de Energía y Cambio Climático –ECC.
[email protected]
ABSTRACT
El estudio de descargas atmosféricas (conocidas como rayos) es un campo de la ingeniería
poco conocido y la información generada está siendo desaprovechada. Sin embargo, desde
que en Costa Rica se instaló la Red Nacional de Detección y Análisis de Descargas
Atmosféricas se han ido encontrando nuevos usos para la información adquirida y su
beneficio es enorme.
Monitoreando los fenómenos atmosféricos se detectan los cambios climáticos. Cada año se
crean mapas que muestran información importante, como la cantidad de descargas por
área y otros. Con este monitoreo en el futuro se podrán empezar a detectar los ciclos y
cambios en los ciclos del comportamiento de los rayos en la zona monitoreada. Aún no se
tienen suficientes años de estudios para establecer patrones y cambios en el
comportamiento del fenómeno atmosférico, pero los datos se están almacenando y se
espera en el futuro utilizarlos en realizar investigaciones de este tipo.
INFORMACIÓN GENERADA POR EL SISTEMA DE
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Y SU UTILIDAD
En la actualidad se cuenta con sistemas que detectan los rayos de manera directa, captando
la corriente eléctrica con enormes y robustas antenas haciendo que las mediciones sean
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sumamente escasas. También se puede realizar la medición de manera indirecta a través de
la detección de la onda del campo electromagnético generado por este evento atmosférico.
Analizando este campo se obtiene gran cantidad de información sobre las características
físicas y de ubicación en tiempo y espacio del rayo. La cantidad de eventos que se pueden
medir con este método indirecto hace que una enorme cantidad de ellos puedan ser medidos
y situados.
El Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), institución costarricense dedicada a la
generación, transmisión y distribución de electricidad y telecomunicaciones trabaja con uno
de estos sistemas con los que se puede observar el comportamiento de las descargas
atmosféricas sobre territorio costarricense y Panamá. El sistema consta de cinco sensores
instalados en Costa Rica y dos en Panamá. Cada sensor tiene una cobertura de 360 km de
radio.
El sistema provee información sobre:
1. El lugar de impacto del rayo, la posición se da en paralelos y meridianos.
2. La corriente eléctrica en Amperios.
3. El día, hora, minuto y segundo.
4. La velocidad con que avanza una tormenta eléctrica.
5. La dirección en que avanza una tormenta eléctrica.
6. La multiplicidad que es la cantidad de descargas eléctricas dentro de una misma
descarga atmosférica.
7. El tipo de descarga producida (nube-tierra, nube-nube o intranube).
8. El tipo de polaridad (transporte de cargas positivas o negativas).
9. Etc.
Con la información anterior se puede:
1. Realizar diseños de protecciones eléctricas mejorados.
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2. Diseñar de mejor manera la forma de las estructuras de las obras civiles según el nivel de
riesgo en que van a ser construidas.
3. Estudiar adecuadamente la ubicación de cualquier tipo de construcciones.
4. Preparar estudios estadísticos para establecer cuales zonas del territorio sensado y en que
épocas del año son las más afectadas.
5. Encontrar focos importantes que necesite especial protección, para tomar así las
precauciones pertinentes para:
a. Evitar instalar equipo sensible (electrónico, eléctrico, mecánico, etc.) en áreas
afectadas fuertemente por los rayos.
b. Instalar los sistemas de protección correctos a los equipos dependiendo de que
tan afectadas son las zonas donde estos se encuentran ya instalados para evitar,
entre otras cosas, el desperdicio de materiales contaminantes.
6. Proveer información concreta de una descarga atmosférica que pudo ser la causante de
una falla de un sistema específico.
7. Proveer información temprana sobre el peligro de aproximación de una tormenta
eléctrica en sitios donde se encuentra personal trabajando en condiciones de riesgo, para
que estos puedan abandonar la zona en cuanto se dé la voz de alarma.
8. Realizar un análisis conjunto con otros países de la zona tropical sobre el
comportamiento de las descargas atmosféricas en la zona.
9. Realizar estudios sobre ciclos repetitivos de densidad de descargas por tiempo y zona.
10. Monitorear para la realización de estudios de cambio climático.
Actualmente los datos que provee el sistema se han incluido en el diseño de las líneas de
transmisión de energía del ICE. Esto permite utilizar los materiales y protecciones correctas
en cada una de ellas, según la zona en que deben ser construidas. Esto permite el ahorro de
elementos y equipos eléctricos y electrónicos. Así, sabiendo y conociendo el nivel de riesgo
que presenta una zona estudiada se seleccionan de la manera más exacta los componentes
adecuados, evitando el desperdicio.
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No solamente las líneas de transmisión deben ser protegidas apropiadamente, toda obra gris
y el equipo instalado en ellas deben contar con un sistema de protección eléctrica correcta
de forma que no se sobrepase ni sea ésta insuficiente, pues en cualquiera de los dos casos se
estarían malgastando materiales contaminantes para el ambiente.
Visto que las estructuras de todo proyecto urbano (no solamente la parte eléctrica) están en
riesgo de ser impactadas y sufrir daños por una descarga atmosférica, deben ser ubicadas
debidamente, dependiendo de la actividad para la que va a ser utilizada, en zonas que no
sean de alto riesgo para esa determinada actividad o bien instalarlas en estas zonas pero
tomando las medidas preventivas necesarias en el momento del diseño de la obra. Todo lo
anteriormente mencionado permite el ahorro de tiempo, dinero, y para la protección del
ambiente, ahorro de materiales.
ESTUDIOS ESPECÍFICOS Y GENERALES DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Las siguientes imágenes muestran ejemplos de dos estudios para localizar fallas en líneas
de transmisión:
Figura 1. Estudio realizado durante un
Figura 2. Estudio realizado durante un
período de media hora, en un radio de 1
período de 40 minutos, en un radio de 3
km para verificar de un daño causado
km para verificar un daño causado
aparentemente
aparentemente
por
una
descarga
por
una
descarga
atmosférica sobre una parte de una línea
atmosférica sobre una parte de una línea
de transmisión.
de transmisión.
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Las siguientes imágenes muestran ejemplos de estudios generales para monitoreo climático
e investigación estadística:
Figura 3. Distribución espacial y amplitud
de las descargas atmosféricas durante un
período de 24 horas durante un día del mes
de Octubre del 2009, realizado por el
personal especialista en meteorología de la
Red Nacional de Detección y Análisis de
Descargas Atmosféricas
En la figura anterior se muestra las zonas probables (círculos de colores) donde se dio el
impacto de la descarga atmosférica. Los diferentes colores indican diferentes amplitudes
(Amperios) de corriente eléctrica.
Figura 4. Mapa de Densidad
de Descargas Atmosféricas
durante un periodo de una
semana del mes de octubre
de 2009, realizado por el
personal
especialista
meteorología
de
Detección
Análisis
y
la
en
Red
de
Descargas Atmosféricas.
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El mapa anterior identifica la identifica la densidad por colores, La densidad se da en
cantidad de impactos por Km² al año.
INTERFACES GRÁFICAS
El monitoreo del avance de una tormenta eléctrica se puede observar por medio de
interfaces gráficas como el LTRAX:
Figura
5.
Interface
gráfica
LTRAX que se encuentra en el
Centro de Control del Instituto
Costarricense de Electricidad y
en el Proyecto Hidroeléctrico
Cariblanco (Costa Rica).
En esta interface gráfica, se puede por medio de zonas de alarmas (círculos en rojo y azul),
seleccionar áreas de interés. Cuando una tormenta eléctrica se está acercando a una de estas
áreas, la alarma se activa y se da la voz de alerta. Esto se hace importante sobre todo si se
encuentra personal trabajando en el campo.
La anterior es solamente un ejemplo de las interfaces gráficas para monitoreo de tormentas
eléctricas.
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En la siguiente imagen en el Intersect View se puede observar que sensores localizan una
misma descarga en el momento que la están detectando. Se logra ver la triangulación
generada por los sensores.
Figura 6. Descarga detectada por
4 sensores el día 25 de agosto
del 2005 a las 3:20 p.m. en la
provincia de Guanacaste.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Global Atmospherics; “Inc. IMPACT ESP Advanced Lightning Direction Finder”,
User`s Guide. Arizona, USA. 2000, pp
[2] Global Atmospherics; “Lightning Processor 2000”. User`s Guide. Arizona, USA. 2002,
pp D-5
[3] Global Atmospherics; LTRAX, The Real-Time Lightning Tracking Windows
Application, User´s Manual, Version 1.2, USA 2001, pp 45
[4] Mora Segura, I. Estudio de salida de la línea de transmisión Cachí-Angostura. 2005
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[5] Mora Segura, I. Estudio de salida de la línea de transmisión Barranca-Lindora. 2005
[6] Mora Segura, I. UEN PySA, C. S. Estudios Básicos de Ingeniería Área de Hidrología,
Descargas Atmosféricas, Descargas Atmosféricas, Boletín N° 15. Semana del 05 al 11 de
Octubre del 2009.
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Copyright ©2010. Ana María Barrantes Segura: El autor delega a UADI/CAI la licencia para reproducir este documento para los fines
del Congreso ya sea que este artículo se publique de forma completa, abreviada o editada en la página web del congreso, en un CD o en
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