Tormenta Eléctrica

Tormenta Eléctrica y Pararrayos.

Tormenta Eléctrica y Pararrayos

Para que se formen Tormenta Eléctricas  es necesaria la humedad del aire caliente que se eleva en una atmósfera inestable.

La atmósfera se vuelve inestable cuando las condiciones son tales que una burbuja de la subida del aire caliente puede seguir aumentando aún más que el aire del ambiente. El aumento de aire caliente es un mecanismo que intenta restaurar la estabilidad, incluso cuando el aire frío tiende a disminuir y finalmente desaparecen. Si el aire ascendente es lo suficientemente fuerte, el aire se enfría (adiabática) a temperaturas por debajo del punto de rocío y se condensa, liberando el calor latente, que promueve el aumento de aire y «alimenta» a la tormenta.

Aislados Cúmulus se forman con gran desarrollo vertical (hasta 10.000 m o más), alimentados por las corrientes de aire ascendente.

Las tormentas pueden formarse dentro de las masas de aire de la convección del aire elevada, común en las tardes de verano, cuando se calienta la superficie. El efecto orográfico (a barlovento en las grandes montañas) puede estar asociados a los frentes, siendo más intensa en el caso de los frentes fríos.

Las tormentas más fuertes se generan cuando el aire cálido y húmedo se eleva rápidamente, con velocidades que pueden alcanzar 160 kilómetros por hora, hasta altitudes más altas y más frías. En cada momento hay en el orden de 2.000 tormentas eléctricas que tienen lugar en la superficie de la Tierra. Los rayos se producen cuando las partículas de hielo o la nieve empiezan a caer de una nube a gran altura hacia la superficie y corresponden a la liberación de energía debido a la diferencia de carga entre las partículas.

Una tormenta eléctrica es un fenómeno meteorológico caracterizado por la presencia de rayos y sus efectos sonoros en la atmósfera terrestre denominados truenos.

El tipo de nubes meteorológicas que caracterizan a las tormentas eléctricas son las denominadas cumulonimbus (son las nubes grises y muy oscuras que vemos cuando se acerca una tormenta o lluvia, las cumulonimbos son nubes de gran desarrollo vertical, el cual obedece a la rapidez del ascenso producido por el movimiento de convección).

Las tormentas eléctricas por lo general están acompañadas por vientos fuertes, lluvia copiosa y a veces nieve, granizo, o sin ninguna precipitación. Aquellas que producen granizo son denominadas granizadas. Las tormentas eléctricas fuertes o severas pueden rotar, en lo que se denomina superceldas. Mientras que la mayoría de las tormentas eléctricas se desplazan con la velocidad de desplazamiento promedio del viento en la capa de la troposfera que ocupan, cortes de viento verticales pueden causar una desviación en su curso de desplazamiento en dirección perpendicular a la dirección de corte del viento.

En los últimos 50 años aumentaron notablemente los días de tormentas eléctricas

A partir del análisis de 36 estaciones del Servicio Meteorológico Nacional se observó un incremento de uno de los principales eventos causantes de daños relacionados con el clima y las pérdidas económicas. Las tormentas eléctricas son más frecuentes en la región noreste y en primavera-verano.

Las tormentas se caracterizan por la actividad eléctrica con la posibilidad de estar acompañadas por otros fenómenos como precipitaciones intensas, granizo, ráfagas fuertes de viento e incluso tornados.

Un estudio estadístico de series temporales de días de tormenta en Argentina demostró que en 50 años se dio un crecimiento de la frecuencia de este fenómeno meteorológico. Así, en el noreste se registra un aumento promedio de 22,5 días de tormenta; en Cuyo de 11,5; en la región central norte de 9,5; en la central sur de 5,5; en el noroeste argentino de 2 días y en Patagonia de 1,5.

“Estudiamos series a largo plazo de días tormentas de 36 estaciones convencionales del Servicio Meteorológico Nacional (SMN), en base a observaciones humanas y encontramos que 23 estaciones muestran un aumento significativo”, afirma la autora de la investigación, la licenciada en Ciencias de la Atmósfera, Fiorela Bertone del Centro de Información Meteorológica del SMN.

“Luego -continua Bertone- dividimos el país en regiones y vimos que todas mostraban tendencias hacia el aumento. En cada región se promediaron los datos de días de tormentas de las estaciones meteorológicas que estaban comprendidas en cada una de las regiones”.

Bertone añade que “también hicimos un análisis regional y estacional y todas las tendencias significativas identificadas en las distintas estaciones del año son positivas, aunque en verano y en primavera la tendencia al aumento es mayor”.

En todo el país

El fenómeno de las tormentas eléctricas.

De acuerdo a las áreas divididas para el estudio, el noroeste está comprendido por Jujuy, Tucumán, Catamarca y gran parte de Salta y de Santiago del Estero, mientras que la región noreste incluye el oriente de ambas provincias además de Formosa, Chaco, Misiones y el norte correntino. En la región de Cuyo se tomó el oeste de La Rioja, además de las provincias de San Juan, Mendoza y Neuquén. El centro norte abarca el sur de Catamarca y de Santiago del Estero como así también La Rioja, Santa Fe, Corrientes, Entre Ríos, Córdoba, San Luis, este de San Juan y Mendoza y norte de La Pampa y de Buenos Aires, mientras que el centro sur está formado por estas dos últimas y el norte de Río Negro. Finalmente, Tierra del Fuego, Santa Cruz, Chubut y el sur del Río Negro integran la región de Patagonia.

Las tormentas se caracterizan por la actividad eléctrica con la posibilidad de estar acompañadas por otros fenómenos como precipitaciones intensas que provoquen inundaciones, granizo, ráfagas fuertes de viento e incluso tornados. “Pueden ser un riesgo para la vida de las personas, y generar daños en infraestructura como en las líneas de transmisión de electricidad. Por eso importante ver la distribución de las tormentas en nuestro país y ver qué regiones están más expuestas a este tipo de fenómenos”, indica el responsable del Grupo de Aplicaciones de Sensores Remotos del SMN, Luciano Vidal y uno de los directores de la tesis de Bertone.

No es lo mismo tener una descarga eléctrica en un lugar que está húmedo que en uno con mucho material seco, muy combustible con el riesgo de originar incendios.

Además de los daños que puede causar una tormenta con granizo, la investigadora del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y del Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF) Gabriela Nicora, suma los incendios. “Uno de los efectos del cambio climático es el aumento de los eventos extremos como las sequías. No es lo mismo tener una descarga eléctrica en un lugar que está húmedo que en uno con mucho material seco, muy combustible con el riesgo de originar incendios”, explica la geofísica y directora del trabajo de investigación. “En regiones como Cuyo en donde la sequía es cada vez mayor, una descarga, aunque no sea muy energética, puede generar quemazones de pastizales”, agrega.

En base a distintas investigaciones, Nicora asegura que Argentina forma parte de “una de las regiones del mundo donde hay más actividad eléctrica, en especial en la Mesopotamia, el centro y en el noroeste. La mayoría de los argentinos estamos habituados a las tormentas eléctricas, no es un fenómeno raro, excepto en el sur”.

Los móviles del Operativo Relámpago, que salieron a «cazar» tormentas por el país.

Vidal advierte que a pesar de esa familiaridad y frecuencia la variable días de tormenta está poco estudiada en el país. “Era un área vacante, de ahí radica la relevancia de este trabajo que es el primero y único, porque hasta ahora se venían haciendo trabajos que tenían que ver con distribuciones espaciales de las tormentas y desde la óptica satelital”.

Para disminuir el margen de error se tomaron aquellas estaciones que desde hace décadas están en el mismo lugar y que tienen un reporte horario las 24 horas. Lo curioso del estudio es que se basa en los registros de observadores meteorológicos ubicados en las estaciones cuando escuchan un trueno. Esta información luego pasa a la base de datos del SMN.

“Se registra como día de tormenta cuando el observador escucha un trueno independientemente de si cae lluvia o si es fuerte o intensa. Siempre tiene que haber actividad eléctrica y el trueno es el efecto y además permite abarcar un área mayor de distancia, hasta 20 kilómetros, a diferencia de la luminosidad”, detalla Nicora.

El interior de esos camiones que relevaron la actividad eléctrica.

La tecnología permite ahora otro tipo de registro a través de redes de detección automática que miden descargas eléctricas en un radio determinado y es hacia donde se está migrando, por eso la importancia del estudio para rescatar datos, algunos centenarios que están en papel o microficha (una película rectangular negativa que almacena imágenes en miniatura).

“La idea de la tesis era empalmar la serie con datos de una red automática porque se está yendo hacia una automatización de información meteorológica, ya las estaciones convencionales van cerrando a nivel mundial y no queremos perder esta serie de largo plazo”, agrega Vidal quien es doctor en Ciencias de la Atmósfera.

Los resultados del trabajo abren la puerta a más interrogantes e investigaciones como si el aumento de la frecuencia de los días de tormentas está acompañado por una mayor intensidad, que es lo próximo a indagar, y la causa del incremento observado.

 La investigación de las tormentas eléctricas, un viaje al pasado para prevenir el futuro.

“La hipótesis es que está vinculado con cambio climático, ahora vamos a estudiar si esto se puede enmarcar en ese escenario y descartar cambios propios del lugar, de la ubicación de estación”, indica Vidal y para ello convocaron a Inés Camilloni una experta en la temática, investigadora del CONICET y del Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA) de la Universidad de Buenos Aires. Camilloni fue autora contribuyente en el Cuarto Informe de Evaluación y autora líder en el Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC).

El armado de series temporales largas de días de tormenta con los que cuenta la investigación fue posible a partir de los registros de más de 3.500 libretas meteorológicas (algunas centenarias) de los observadores y de la base de datos del SMN. “Es importante rescatar el trabajo de los observadores de ahora y del pasado. Durante el estudio me sorprendieron las libretas, el compromiso de los observadores que registraban todos los fenómenos con gran nivel de detalle”, concluye Bertone.

Fases de una tormenta eléctrica

En la vida de una tormenta ordinaria (formado por convección de una masa de aire) por lo general presentan tres fases (cada una dura normalmente de 15 a 30 minutos):

Nacimiento

Las corrientes de aire ascendente causan la formación de cumulonimbos. Si la carga por primera vez es de agua, y no se producen ningún rayo, no será una tormenta eléctrica. En la parte superior de la nube, el proceso de crecimiento de cristales de hielo comienza a producir las partículas.

Madurez

El crecimiento vertical alcanza su máximo y las nubes se acoplan con la forma de un yunque. Por lo general esto sucede cuando la inversión de aumento de la temperatura del aire es más estable (tropopausa).

Los vientos dominantes en la alta altitud de las nubes cirrus comienzan a extenderse desde la parte superior de las nubes. Las bases son la parte frontal inferior y los relámpagos comienzan a aparecer en toda la extensión de las nubes. Dentro de las nubes, la turbulencia es intensa e irregular, con un equilibrio entre las corrientes ascendentes y descendentes. El peso de las partículas de la precipitación es suficiente para contrarrestar la corriente ascendente y éstas comienzan a caer, arrastrando el aire que las rodea. Como las partículas caen en las partes más calientes de la nube, no hay aire seco que entra al medio ambiente en la nube y puede dar lugar a la evaporación de estas partículas. La evaporación enfría el aire, por lo que es más densa o «pesada». Todo este aire frío que cae a través de la nube y precipitación que se forma la corriente de aire hacia abajo, cuando llegue a la superficie se puede propagar y formar un frente que avanza desplazando y reemplazando el aire caliente de la superficie. En esta etapa de la tormenta produce fuertes vientos, relámpagos y lluvias torrenciales.

Disipación

Las nubes comienzan a extenderse hacia los lados, en capas o bordes. Y los vientos descendientes de las corrientes frías son predominante. El aire frío reemplaza el aire más caliente de la superficie, frente a los movimientos al alza en la tormenta. En esta etapa, solo hay corrientes descendentes y precipitaciones débiles. Eso deja solo muchas nubes cirrus que incluso pueden contribuir, con su sombra, a frenar el calentamiento de la superficie.

Medir su distancia

Una vez que el sonido y la luz se mueve a través de la atmósfera a velocidades muy diferentes, puede estimarse la distancia de la tormenta por la diferencia de tiempo entre el relámpago (luz) y el trueno (sonido). La velocidad del sonido es de unos 332 m/s (variando en función de las condiciones meteorológicas). La velocidad de la luz es tan alta (~ 300.000 km/s) que el tiempo que tarda en llegar puede ser ignorado en este enfoque. Por lo tanto, la tormenta será aproximadamente, de 1 km para cada 3 segundos que pasan entre el relámpago y el trueno.

El obelisco es un pararrayos

Siguiendo al pie de la letra el diseño del arquitecto Alberto Prebich y trabajando a dos turnos diarios, 150 obreros de la compañía inglesa Siemens, Bawnion, Geope, Green & Bilfinger, lo levantaron en apenas 60 días.

Mide 67 metros de altura y 7 metros de base; pesa 170 toneladas; posee un pararrayos en su cúspide y por debajo corren dos líneas de subte superpuestas: la D y la C.

La obra fue dispuesta por el intendente Mariano de Vedia y Mitre, y asu inauguración, el 23 de mayo de 1936 a las 3 de la tarde, asistió el presidente de la Nación, Agustín P. Justo.

Los pararrayos actúan para proteger las subestaciones contra sobretensiones del sistema. Estos equipos son de suma importancia para instalaciones a cualquier nivel de tensión. A pesar de tener una construcción sencilla y una función bien definida, sus características eléctricas y su funcionamiento aún generan dudas en la mente de muchos estudiantes y profesionales de la ingeniería. Para obtener más información sobre las 5 preguntas más importantes relacionadas con los pararrayos, simplemente haga clic en el enlace a continuación.

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