II CONGRESO VENEZOLANO DE REDES Y ENERGÍA ELÉCTRICA Junio 2009

Comité Nacional Venezolano

B2-223

ACTUALIZACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE RAYOS EN VENEZUELA, EMPLEANDO LA INFORMACIÓN DEL PROYECTO SATELITAL DE LA NASA

L. Díaz, M. Martínez, J. Ramírez, J. Rodríguez. Universidad Simón Bolívar

RESUMEN En ingeniería eléctrica es de vital importancia proteger los sistemas contra el impacto de las descargas atmosféricas, más aún en Venezuela, país que se conoce posee una alta actividad ceráunica. Para poder proteger los sistemas, las personas e infraestructuras es necesario conocer en principio la cantidad de rayos que caen a tierra, o bien la cantidad de días de tormenta (nivel ceráunico). La información relativa al nivel ceráunico en Venezuela no se encuentra actualizada, o no posee la suficiente trayectoria en el tiempo como para hacerla confiable, por tal motivo surge este trabajo, el cual tiene como objetivo levantar la información relativa al nivel ceráunico de Venezuela, haciendo particular énfasis en el seccionamiento de la información por períodos de tiempo: meses y años, y por estados político geográficos del país. Para ello, se maneja la información disponible en la web, y recopilada por el sensor de imágenes de rayos (LIS por sus siglas en inglés), instrumento satelital controlado por la NASA encargado de medir diversos parámetros climatológicos en la franja tropical del planeta. En el trabajo, se desarrolla la metodología empleada para el tratamiento y procesamiento de la data, así como los resultados cuantitativos obtenidos a nivel global nacional y regional.

PALABRAS CLAVE Descargas atmosféricas, nível ceráunico.

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INTRODUCCIÓN Venezuela es un país que por su ubicación geográfica, posee zonas de una alta actividad de rayos. El conocimiento de esta actividad es importante, tomando en cuenta las consecuencias fatales que puede tener este tipo de fenómenos sobre personas y estructuras que no posean un adecuado nivel de protección. En nuestro país la información al respecto no es confiable, pues la oficial no se encuentra actualizada, y la no-oficial no maneja un registro largo, continuo y veraz, pues presenta algunas deficiencias. Por lo tanto se hace necesaria una herramienta que permita determinar los días de tormenta de manera confiable. La herramienta utilizada en este trabajo para estimar los días de tormenta en una zona, proviene de la organización estadounidense NASA (National Aeronautics and Space Administration), la cual cuenta con un satélite encargado de monitorear la actividad pluvial del planeta; para ello, el satélite se encuentra equipado con distintos instrumentos de medición, entre ellos el Sensor de Rayos por Imágenes (Lightning Imaging Sensor - LIS por sus siglas en inglés). Con esta herramienta se puede obtener no sólo la información de días de tormenta para todo el país, sino de manera muy localizada en tiempo y en espacio, permitiendo incluso levantar mapas de nivel ceráunico para cada mes del año, y pudiendo seccionar entre estados de Venezuela. El Lightning Imaging Sensor Es un instrumento de medición que forma parte del programa de la NASA: “Tropical Rainfall Measuring Mission” (TRMM). En particular este instrumento se encarga de monitorear la actividad de rayos en la franja tropical del planeta (Ver figura 1) mediante un sensor de imágenes que detecta cualquier cambio en el brillo de las nubes cuando son iluminadas por descargas atmosféricas [1]. Almacenando en un servidor información relativa a la ubicación de la descarga, la fecha y hora en la que ocurrió, entre otros datos.

Fig. 1: Trayectoria del satélite [1]. Dicho sensor no discrimina entre una descarga a tierra y una descarga entre nubes [2]; sin embargo, la información mostrada en la figura 1 tampoco lo hace. Por tanto la data que almacena el LIS es limitada y debe tenerse cuidad para su uso en ingeniería [3]. Sin embargo, la data de la NASA se aproxima mejor a los eventos reales que cualquier data en el presente y sí puede utilizarse para estimar los días de tormenta al año en Venezuela.

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COMPARATIVA ENTRE LA DATA DEL SATÉLITE DE LA NASA Y LA DATA DISPONIBLE EN LA ACTUALIDAD. En la actualidad la información oficial de la que se dispone fue recogida entre los años 1951 y 1971 y la figura 2 muestra un mapa isoceráunico de Venezuela levantado con esa data.

Fig. 2: Mapa de nivel ceráunico anual (promedio 1950-1971) La información oficial no es de utilidad para el cálculo de tasa de salida al no estar actualizada. Les estudios hoy en día no pueden basarse en data de más de 30 años, conociendo que la información de días de tormenta requiere de monitoreo continuo, pues es altamente variable, especialmente debido a los cambios climáticos de las últimas décadas Otra fuente de información de días de tormenta a la que el público tiene acceso es la ofrecida por, la empresa C.V.G. EDELCA, quien en conjunto con la U.S.B. realizó un informe de la actividad ceráunica utilizando un sistema de monitoreo terrestre, y el sensor de imágenes satelitales de la NASA [4]. Tal informe presenta errores en el manejo de la información, y reporta magnitudes y mapas que no son correctos. Actualmente, el ingeniero que necesita la información de días de tormenta de una zona en el país debe recurrir a alguna de las dos fuentes anteriormente mencionadas, pues son los únicos datos a los que el público en general tiene acceso. Éste trabajo soporta su metodología en una data accesible desde cualquier computador con conexión a la web [5], y que ofrece suficiente detalle sobre la actividad de rayos en cualquier zona perteneciente a la franja tropical del planeta. La información que ofrece la NASA puede ser recogida en forma de archivo de texto (figura 4) o de imagen (figura 5). A través de un navegador amigable y versátil, donde el usuario tiene la libertad de escoger en qué zona desea realizar la búsqueda, qué meses y años se desean observar.

Fig.4: Formato de texto en el que LIS estructura la información.

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Fig.5: Formato de imagen en el que LIS muestra la información. La figura 4 muestra la información que se almacena para cada evento. Dada la variedad de datos, la información de descargas atmosféricas puede ser clasificada de cualquier manera: anual, mensual, semanal, diaria. Si bien es cierto que la información que ofrece el satélite de la NASA no es exacta y además no permite distinguir entre distintos tipos de eventos atmosféricos, sí brinda una visión más cercana a la realidad que cualquiera de las otras herramientas disponibles al momento.

METODOLOGÍA Para manejar la data satelital de la NASA se estructuró el trabajo en tres partes fundamentales: 1. Adquisición de la data de actividad de rayos en la zona de Venezuela. 2. Depuración y organización de la data adquirida. 3. Levantamiento de la data en gráficas y mapas. 1.- Adquisición de la data de actividad de rayos En el portal de la NASA [5] sólo es necesario introducir las coordenadas de la zona que se desea observar y los meses y años de actividad de rayos, pudiendo marcar hasta doce meses. Una vez establecida la búsqueda, los resultados de actividad de rayos se muestran en un archivo de texto y una imagen (figuras 4 y 5). El archivo de texto contiene información de fecha, lugar, hora del evento y demás data listada por cada evento. Mientras que la imagen ofrece sólo la ubicación de los eventos y la cantidad de eventos por zonas. Conocida la zona de búsqueda, se procede a extraer el archivo de texto mes a mes, y organizarlo por carpetas debidamente identificadas. Se descargó la data correspondiente a todos los meses desde el año 1998 hasta el año 2007.

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2.-Depuración y organización de la data adquirida Utilizando la herramienta computacional Matlab se desarrolló un algoritmo que accede a cada archivo de texto, identificando el mes y el año al que se refiere el archivo, y leyendo sólo la data que corresponde a la ubicación geográfica del evento y día de ocurrencia, para finalmente almacenarlas en estructuras. Por otra parte, con miras a determinar la actividad de rayos en cada región del país, se hace necesario el conocimiento de los límites geográficos de cada una, es decir las coordenadas que limitan cada estado. En primera instancia, con ayuda de un mapa político con coordenadas se pueden aproximar los límites de un estado como uno o varios paralelogramos de distintas dimensiones. En la figura 7 se muestra cómo se puede seccionar el estado Bolívar en cuatro paralelogramos que cubren la mayoría de su extensión, siendo cada paralelogramo delimitado por unas longitudes y latitudes, inicial y final.

Fig. 7: Seccionamiento del Estado Bolívar en varios paralelogramos Con la información de día, latitud y longitud en la que ocurrió cada descarga organizada en carpetas por mes y año, y una delimitación de cada estado en sus coordenadas, se desarrolló un código en Matlab que pudiese asignar a cada estado su actividad de rayos por mes y año, para finalmente organizarla en estructuras. 3.-Levantamiento de mapas isoceráunicos Para levantar los mapas de nivel isoceráunico se desarrolló un código en Matlab que escribiese la data de manera tal que pudiese ser plasmada en un programa especializado en curvas de nivel: Golden Software Surfer 8. El principio del software exige introducir la data de las curvas de nivel en un vector de tres componentes, la componente de latitud, la componente de longitud y la componente equivalente al nivel, en este caso el nivel estaría marcado por los días de tormenta. Para introducir la data necesaria en el software, el código desarrollado en Matlab se encarga de construir una matriz de coordenadas, basado en los límites extremos de Venezuela y subdiviendo en pequeños paralelogramos de 100Km equivalentes en longitud y latitud. Para luego revisar la data estructurada por año y mes, comparar con la matriz de coordenadas y en caso de encontrar el recuadro de coincidencia, asignar al punto medio de ése recuadro el valor de días de tormenta correspondiente, tal como lo ilustra la figura 8. Una vez terminado se puede escribir el vector de tres componentes que el Golden Software Surfer requiere.

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Fig. 8: Asignación de nivel ceráunico a una currícula de superficie.

RESULTADOS A continuación se muestran en las figura 9 a la 20 las gráficas levantadas para algunos estados de Venezuela, mostrando el nivel ceráunico mensual. Dada la cantidad de información disponible, se ha considerado en este trabajo, la creación de una página web que permita acceder a la información completa y detallada del estudio realizado. La dirección URL disponible para tal fin, es: http://prof.usb.ve/mmlozano/descatm.html.

Fig. 9: Días de tormenta para el estado Anzoategui

Fig. 10: Días de tormenta para el estado Apure

Fig. 11: Días de tormenta para el estado Bolívar

Fig. 12: Días de tormenta para el estado Carabobo

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Fig. 13: Días de tormenta para el distrito Capital y Vargas

Fig. 14: Días de tormenta para el estado Falcón

Fig. 15: Días de tormenta para el estado Guárico

Fig. 16: Días de tormenta para el estado Mérida

Fig. 17: Días de tormenta para el estado Miranda

Fig. 18: Días de tormenta para el estado Monagas

Fig. 19: Días de tormenta para el estado Nueva Esparta

Fig. 20: Días de tormenta para el estado Zulia

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Se puede observar en la información levantada, que en promedio, los meses importantes de actividad ceraúnica, son los que se corresponden entre Mayo y Noviembre. Es Septiembre, el mes de mayor actividad promedio. Este período de actividad, coincide con la estación tropical lluviosa en Venezuela. A continuación las figuras 21 y22, muestran dos de los mapas de nivel ceráunicos levantados en Sufer 8. En el primer caso, se presenta la actividad de rayos en Venezuela, representada por días de tormenta al año, promediando la actividad de los últimos diez años. Queda clara con esta información que el lugar con mayor actividad ceraúnica corresponde al Sur del Lago de Maracaibo; otras zonas importantes son el Sur de los Estados Bolívar y Amazonas. Con nivel intermedio de actividad son los estados Falcón, Guárico, Sucre, Monagas y Anzoátegui y los de menor actividad, Nueva Esparta, Dtto. Capital y Vargas.

Fig. 21: Mapa de nivel ceráunico anual (promedio 1998-2007)

Fig.22: Mapa de nivel ceráunico para el mes de octubre (promedio 1998-2007) 7

CONCLUSIONES En ausencia de información confiable relativa a los días de tormenta en el territorio nacional, el satélite de la NASA prueba ser una herramienta útil que al menos permite estimar tal información, no bastando, la ofrece al público en general, de manera gratuita, permitiendo no sólo observarla, sino descargarla, lo cual la hace muy versátil, pues permite trabajarla y estructurarla según distintos criterios. La información actualizada puede tener múltiples propósitos, donde quizás el más interesante tiene que ver con la variación de la actividad de rayos a lo largo de los años, resaltando el efecto del cambio climático. En general, se ha podido observar un incremento en la actividad atmosférica y eso debe servir para llamar la atención de ingenieros y diseñadores sobre todo en la espera de que aumenten las consecuencias sobre el sistema eléctrico.

BIBLIOGRAFÍA [1] R. Blackeslee, “The lightning imaging sensor," Proceedings of the 11th International Conference on Atmospheric Electricity, Guntersville Alabama, vol. I, pp. 746{749, june 7-11, 1999}. [2] G. M. C. R.-T. Isaias Ramirez V_asquez, Ramiro Hernandez-Corona, “Analysis of the mexican lightning activity monitored by nasa satellites," ELSEVIER, vol. 7, pp. 187-193, 2004. [3] H. Torres-Sánchez, “Espacio y tiempo en los parámetros del rayo" in IV Jornadas Latinoamericanas y I Iberoamericanas en Alta Tensión y Aislamiento Eléctrico, 1999. [4] C. Larrea, “Actividad ceráunica venezolana según sensores en tierra y registros satelitales" Universidad Simón Bolívar, Tech. Rep., 2007. [5] http://thunder.msfc.nasa.gov/lightning-cgi-bin/lis/LISSearch.pl?type=HTML?time?lat=7.0?lon= -66.5?alat=15.0?alon=15.0?tod=ANY

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