Sistema sincronizado monitorearía rayos en tiempo real para evitar sus estragos

Los “rayos” son descargas electrostáticas atmosféricas con origen en la acumulación de carga eléctrica en las nubes; son de tal intensidad, quealcanzan aproximadamente los 200.000 amperios, una magnitud que puede afectar infraestructuras e incluso causar la muerte; un ejemplo de esto ocurrió a finales de 2023, cuando una mujer perdió la vida instantáneamente tras ser alcanzada por un rayo mientras caminaba por la playa y hablaba por teléfono.

“Al encontrarse en una zona tropical, Colombia es muy susceptible a la presencia de las descargas atmosféricas”, explica Yerly Adalberto Sánchez Cruz, magíster en Ingeniería - Automatización Industrial de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien desarrolló una herramienta para mejorar la detección y el monitoreo de los rayos en el país.

“El ‘módulo de sincronismo’ es una tarjeta electrónica que ayuda a que un sistema opere de forma coordinada. Tomando como base la teoría de las radiocomunicaciones, la tarjeta se puede articular a un sistema integral compuesto por un dispositivo de detección mediante antenas lazo y un software de análisis. El módulo de sincronismo permitiría verificar el momento y la ubicación de las descargas eléctricas”, explica el investigador.

Una de sus principales motivaciones para desarrollar este dispositivo fue la necesidad de crear tecnología asequible, pues aunque Colombia tiene dos redes de monitoreo de descargas atmosféricas, la información que recolectan no es pública y tienen un costo significativo. 

Por eso su estrategia fue plantear dos tipos de módulos de sincronismo: uno centralizado y otro descentralizado. El primero opera desde un distribuidor de tiempo central, que coordina todas las estaciones, mientras que en el segundo cada estación de detección y monitoreo de descargas atmosféricas cuenta con su propio servidor de tiempo.

“El módulo de sincronismo garantiza que en todas las estaciones, dado el momento de detección de una misma descarga atmosférica, se registre coordinadamente con un tiempo idéntico por todos los sensores (estaciones MDF) de la red, y así determinar el punto de impacto de cada rayo”, dice el investigador. Esta sincronización es fundamental para validar los datos con otras redes nacionales e internacionales de detección.

Para probar la eficacia de su propuesta, el magíster hizo simulaciones por computador de un entorno con descargas atmosférica y dos estaciones, lo cual incluyó el uso de datos de coordenadas geográficas de sitios de impacto correspondientes a descargas atmosféricas reales presentadas en una zona aledaña a Manizales, escogidos por ser un lugar con gran prevalencia de este fenómeno.

“Se realizaron diferentes ensayos y se evidenció que los módulos se ciñen al criterio de los sistemas de monitoreo para ser de bajo costo, y logra que ese monitoreo sea en tiempo real”.

“La simulación permitió comprobar el cálculo de las coordenadas de los sitios de impacto de las descargas atmosféricas que toma como base los datos del ángulo de arribo (AOA) y línea de rumbo, que serán suministrados por todos los nodos sensores componentes de la Red de Localización de Rayos (RLR-GTT)”, explica el investigador.

Así se forman los rayos

Según explica el magíster Sánchez, este fenómeno natural pasa por cinco etapas clave. La primera es el encendido de la descarga, que inicia cuando las gotas de lluvia en diferentes estados (líquido, sólido y gaseoso) interactúan y chocan entre sí, generando zonas que se van cargando positivamente en la parte superior de las nubes de tormenta, y negativamente en la parte inferior. 

“Debido a estas zonas de cargas separadas por aire, se genera campo eléctrico del orden de 7 a 10 kV/cm y luego ocurre el líder escalonado (la chispa que da inicio al rayo)”, menciona. 

El siguiente paso es lo que llaman técnicamente como el “proceso de enlace”, donde esa chispa y esas descargas que ascienden desde antenas, árboles, pararrayos, o irregularidades propias de la Tierra se encuentran y se produce ese enlace. De allí se da paso a la descarga de retorno, el momento en el que la energía acumulada se libera con un destello visible. Esta descarga es lo que comúnmente conocemos como un rayo. 

La última etapa del proceso ocurre cuando el rayo continúa liberando energía residual, conocido como “dardo”, lo que puede generar otras descargas secundarias.

Para su trabajo, el investigador ha contado con el apoyo del profesor Luis Fernando Díaz Cadavid, de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la UNAL Sede Manizales.