Estación de Electricidad Atmosférica - Instituto de Geofísica

Estación de Electricidad Atmosférica
El monitoreo de la electricidad atmosférica se lleva a cabo con un medidor de campo eléctrico
atmosférico, el EFM-100 de la empresa Boltek que registra la intensidad de campo eléctrico y
determina la ocurrencia de descargas eléctricas hasta un radio de 24 km; conjuntamente se
tiene una estación meteorológica para determinar las características del estado del tiempo, la
estación meteorológica marca Davis Instrument y cuyo modelo es el 6510SER, registra presión,
temperatura, humedad, velocidad del viento y dirección del viento.
Historia
La inquietud de construir un sistema de monitoreo de la electricidad atmosférica surgió después
del trabajo de maestría titulado: “Efectos de las tormentas eléctricas en los rayos cósmicos
detectados en la superficie terrestre”, esta fue desarrollada por su servidor (M. en C. Jesús
Alvarez Castillo) bajo la dirección del Dr. José Francisco Valdés Galicia, dicho trabajo se realizó
empleando datos de la radiación cósmica medida por el Telescopio de Muones de Ciudad
Universitaria, y los reportes de ocurrencia de tormentas eléctricas proporcionados por el
Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México, lo cual fue una muy buena aproximación; sin
embargo se veía la necesidad de tener un detector de campo eléctrico, así como mediciones
del estado del tiempo.
En la Reunión Anual de la Unión Geofísica Mexicana en el año 2009, se presentó el trabajo
antes citado y se tuvo la oportunidad de platicar con el Dr. Anatoly Kotsarenko del Centro de
Geociencias de la UNAM campus Juriquilla, quien ha llevado a cabo una serie de
investigaciones que involucran la medición del campo eléctrico atmosférico, el comentó que
contaba con un par de detectores de campo eléctrico y podía facilitarnos uno para hacer
pruebas, y usarlo en caso de que funcionara adecuadamente. En los primeros días de Abril del
año 2010, el Dr. Valdés y su servidor fuimos al Centro de Geociencias y nos reunimos con el
Dr. Anatoly Kotsarenko y el Dr. Héctor Román Pérez Enríquez, quienes nos mostraron como
montarlo, el mantenimiento que había que darle y la manera de obtención de los datos y
algunos otros detalles. Por otro parte la estación meteorológica fue adquirida directamente con
el fabricante.
Se realizó un diseño de cómo debía ser instalado el equipo junto con la estación meteorológica,
además se buscó el lugar idóneo para su instalación, después de un estudio exhaustivo se
determinó que dicho lugar era la azotea del edificio anexo al Instituto de Geofísica. La
construcción del asta y su respectivo acondicionamiento se llevó algunos meses, la instalación
se realizó a mediados del mes de Marzo de 2011, realizando las primeras pruebas a finales del
mismo mes. Unas semanas antes el detector de campo eléctrico fue instalado en el jardín
ubicado entre el anexo del Instituto de Geofísica y el Instituto de Geología por un período de 3
semanas con la finalidad de posteriormente calibrar el equipo, que estaría ubicado a unos 10
metros más de altura.
Se inició el registro de datos a partir del mes de Mayo de 2011, la periodicidad de estos son de
forma interrumpida, debido a problemas de suministro eléctrico.
Objetivo
El monitoreo de la electricidad atmosférica tiene como finalidad, ayudar a comprender de una
manera más profunda la conexión existente entre el campo eléctrico medido durante la
ocurrencia de tormentas eléctricas y la radiación cósmica medida en la superficie terrestre.
Algunos de los objetivos son:
 Buscar precursores que pueden servir para determinar la ocurrencia de tormentas
eléctricas con horas de anticipación (esto puede ser útil para aeropuertos, agricultura y
protección civil).
 Tener un mejor conocimiento de las variaciones meteorológicas en la radiación cósmica
medida en la superficie terrestre.
 Conocer los efectos de las descargas eléctricas sobre la radiación cósmica medida en la
superficie terrestre.
 Buscar posibles relaciones de los rayos cósmicos con el mecanismo de generación de
las descargas eléctricas.
Ubicación
El equipo esta ubicado en la azotea del edificio Anexo a Geofísica (figura 1(a)) en medio de la
tierra física del edificio con la finalidad de evitar variaciones espurias, así también se cuido de
que este alejada de los sistemas de ventilación del edificio por el campo eléctrico que puede
ser inducido por los motores (figura 1(b)), el sistema de registro se encuentra en el Laboratorio
de Termoluminiscencia (figura 1(c)).
La altitud a la que se encuentra el detector de campo eléctrico es de 2,286 m sobre el nivel del
mar, siendo sus coordenadas geográficas: 19°19'30.94581" latitud Norte y 99°10'31.0052"
longitud Oeste. Mientras que la estación meteorológica se encuentra un metro más abajo
(2,285 m), las coordenadas geográficas de esta son: 19°19'30.91308" latitud Norte y
99°10'31.2108" longitud Oeste. Dichas mediciones se hicieron con un GPS marca Garmin
teniendo 13 satélites conectados, dando una incertidumbre de 2 metros.
Figura 1. Monitor de electricidad atmosférica. (a) ubicación del equipo en la azotea del anexo; (b) asta con el
equipo; (c) sistema de registro y visualización.
Características del Equipo
El monitor de campo eléctrico atmosférico es el EFM-100 de la empresa Boltek, cuyo modo de
detección es bajo el esquema electric field mill. Dicho equipo detecta las descargas eléctricas
hasta un radio de 24 km y mide la intensidad de campo eléctrico atmosférico. La información
obtenida es guiada a través de un cable de fibra óptica, el cual llega a un convertidor de
intensidad de luz a niveles analógicos (voltaje) y digital (binario), en este caso se emplea el
sistema digital, la información es enviada a una PC que funciona como sistema de visualización
y registro, esto se hace empleando la comunicación serial RS-232, dado que las computadoras
actuales no cuentan con el puerto RS-232, se hizo necesario un convertidor de RS-232 a USB.
La estación meteorológica es el modelo 6510SER de Davis Instrument, esta tiene un panel
donde son conectados los sensores, cuenta además con un controlador que gestiona la
comunicación a un data logger vía radiofrecuencia; los sensores con que cuenta son: presión,
temperatura, humedad, velocidad de viento y dirección del viento; cada uno de los
componentes se alimentan por una pila de Litio 3 volts que es recargada por un panel solar. El
data logger recibe la información vía radiofrecuencia y la transmite a la PC empleando el
protocolo RS-232, por lo que se hizo necesario un convertidor de RS-232 a USB.
El equipo de registro es una computadora Dell con procesador de doble núcleo a 3 Ghz y 1.5
GB de memoria RAM, sistema operativo Windows XP profesional. El software de registro que
emplea el detector de campo eléctrico es propiedad de Boltek y viene con el equipo, de forma
similar el software de la estación meteorológica viene con el equipo. Los archivos son
guardados en código ASCII.
Construcción e Instalación
La construcción del asta y su acondicionamiento (energía eléctrica y cableado) fue realizado
por personal externo, estando a cargo el Arq. Oscar Edgar López García.
La instalación, calibración, prueba y mantenimiento del equipo está a cargo del M. en C. Jesús
Alvarez Castillo.