Granizo

Como el granizo siempre nos agarra desprevenidos, investigadores uruguayos desarrollan un método de medición y previsión de tormentas graniceras. 

Aunque Uruguay es el segundo lugar del mundo en ocurrencia de tormentas graniceras tenemos poca capacidad de pronóstico y medición. El Instituto Uruguayo de Meteorología (INUMET), encargado de los boletines pluviométricos, informa que los datos relativos al granizo los obtiene de la revisión de prensa y de las llamadas a las seccionales policiales donde se encuentran los pluviómetros de su Red Pluviométrica. En otras palabras: de la observación directa que realizan sus redes de observadores luego de ocurrida la granizada.

Las carencias para prevenir las tormentas graniceras son un fenómeno mundial como puede verse en la película argentina Granizo (Netflix, 2022) en la que el meteorólogo estrella de la televisión Miguel Flores (interpretado por Guillermo Francella) se convierte en enemigo público cuando falla al no prevenir una fuerte granizada.

Buscando aumentar la capacidad de medición sobre los eventos de granizo, la ingeniera Florencia Blasina desarrolló en su tesis de Doctorado, un prototipo de sensor de granizo (disdrómetro) de principio acustoeléctrico. El mismo puede brindar información precisa a los investigadores que están desarrollando modelos predictivos para tormentas graniceras en Uruguay.

Este sensor permite estimar la energía de impacto de las piedras de granizo y, está previsto que permita visualizar los datos obtenidos durante la tormenta en forma de histograma, por ejemplo, cada un minuto.

El aparato consiste en una placa que recibe los impactos de granizo y una electrónica que permite adquirir y procesar las señales que se producen cuando cada piedra de granizo golpea las placas.

 En este video, INUMET te explica qué es y cómo se forma el granizo

¿Cómo se mide el granizo?

La caída de granizo provoca daño en cultivos, animales, personas y cuantiosos daños materiales (invernaderos, techos, autos, equipamiento instalado a la intemperie, vidrios, etc.). Se calcula que una piedra de entre 2,5 y 5 cms de diámetro cae a una velocidad de entre 40 y 75 km/h.

En los países donde se mide la caída de granizo se utilizan dos tipos de aparatos: los clásicos y los acustoeléctricos.

El sensor clásico más sencillo es el hailpad. Consiste en un cuadrado de espuma de poliestireno de 20 a 60 cm de lado, envuelto en hoja de aluminio. Se los coloca al menos a 30 cm del nivel del suelo. Luego de cada evento de granizo, cada hailpad debe ser recolectado y analizado por personal capacitado para interpretar las marcas dejadas por el granizo. A partir de las marcas, se estima el diámetro de las piedras y la energía cinética en el momento del impacto. El hailpad no es reutilizable y no permite saber la frecuencia de los impactos, ni cuándo comenzó la tormenta granicera ni cuánto duró. 

Algunos hailpads incorporaron cilindros verticales o fueron construidos en forma de U para apreciar también el ángulo de caída de las piedras de granizo.

Las formas de analizar las marcas de las piedras son completamente observacionales, pero en algunos lugares se desarrollaron técnicas de procesamiento de imágenes por computadora que facilitan el trabajo de los investigadores.

Florencia trabaja en el desarrollo de un sensor acustoeléctrico nacional capaz de brindar información detallada sobre cada tormenta granicera a los meteorólogos y a los investigadores que están desarrollando modelos predictivos.

El prototipo desarrollado es capaz de medir los impactos de las piedras de granizo con 10 milisegundos de diferencia y, en este momento, está estudiando cómo afecta el ángulo con que la piedra impacta al sensor a la estimación de energía, un aspecto muy poco trabajado en los sensores electroacústicos actuales.

“Desde el Instituto de Ingeniería Eléctrica (IIE) de Facultad de Ingeniería (Fing) le propusimos a Florencia que trabajara en este tema porque siempre tuvo interés en sensores enfocados al medioambiente”, comentó el director académico de la tesis, el ingeniero y doctor en Física, Nicolás Pérez. “Lo determinante fue el contacto con los investigadores del Instituto de Mecánica de los Fluidos (IMFIA) de Fing que trabajan en la construcción de modelos predictivos de tormentas graniceras y precisan una herramienta de medida. Así que cerraban todas las piezas”.

Actualmente en el mercado hay muy pocos aparatos que miden granizo y guardan la información digitalmente. Todos son importados.

“Los sensores comerciales dan un valor medio del granizo. No les importa mucho ni el ángulo ni todos los impactos. Les importa el promedio. Lo que dice es: me golpearon mucho, poco o nada, entonces no necesita mucho detalle de cada impacto”, explica Nicolás.

“En cambio, el sensor que desarrolla Florencia es para los investigadores que quieren hacer modelos predictivos de granizo o para el Instituto Nacional de Meteorología. Como precisan información mucho más detallada, Florencia busca que la descripción de los impactos sea lo más precisa posible”.

Pero también hay otros posibles usuarios: “si tenés una instalación de paneles solares o 500 autos 0Km estacionados en un predio y querés cobrar el seguro, vas a precisar la información muy detallada sobre lo que pasó en ese lugar específico”, afirma Nicolás.

El experto en ultrasonido agregó que “los sensores comerciales implican quedar muy atado a la empresa que te lo vendió. Porque a las tecnologías nuevas, hay que hacerles ajustes, pero en Uruguay recibís una caja y no tenés ningún respaldo. Florencia apunta a tener un dispositivo que se adapte al uso de cada usuario final”.

Un sensor nacional

Florencia está feliz de haber aceptado trabajar en este tema. “Me lo propusieron porque ya estaba trabajando en ultrasonido desde mi Maestría. Lo vi como un paso interesante para seguir trabajando con una técnica acústica y también porque es un área que no está muy explorada”.

En el desarrollo del sensor, lo que más trabajo le dio fue la placa que recibe el impacto de las piedras de granizo. “Es plana pero puede tener distintas formas, así que – después de muchas pruebas -, opté por un disco. Luego probé varios materiales para calcular la energía de los impactos. Es un tema importante porque si vibra mucho, pierde señales, porque confunde muchos impactos chicos con uno grande”, explicó.

Gracias a los ensayos que realizó en laboratorio, Florencia determinó que el mejor material para la placa es el acrílico “porque vibra bien y corto”, lo que le permite distinguir las distintas piedras de granizo con 10 milisegundos de diferencia.

Además de la placa, el sensor tiene componentes electrónicos entre los que se destacan los denominados transductores piezoeléctricos que son los encargados de convertir las vibraciones que provocan los impactos de las piedras en señales de voltaje, las que se pueden procesar digitalmente.

Medir los impactos de las piedras en la placa no es sencillo porque caen muchas a la vez y porque, para determinar su tamaño, hay que ponderar en qué parte del disco de la placa caen. No es lo mismo que caigan cerca del centro que cerca del borde.

“En este momento el prototipo está conectado a una computadora para guardar la información, pero Florencia tiene previsto quitar la computadora e incorporar una tarjeta de desarrollo (una placa Arduino, por ejemplo) al sensor, lo que permitiría achicar mucho su tamaño”, comenta Nicolás.

Seguir desarrollando

Florencia ya cuenta con la autorización del Instituto Uruguayo de Meteorología (Inumet) para instalar su prototipo en una estación meteorológica. “Es muy alentador saber que hay interés de un usuario final”, dijo Florencia.

En este marco, está trabajando para que su prototipo sea instalable a la intemperie, mientras sigue investigando varios aspectos de la medición sobre los que quiere profundizar.

La iniciativa es alentada por el IIE. “Podemos hacer algunos prototipos para instalar”, dijo Nicolás. “Estamos hablando de unos pocos aparatos hechos a mano. Si tuviéramos que hacer cincuenta, entonces se necesita hacer la transferencia tecnológica a una empresa que los fabrique, instale y mantenga. Es decir que pueda brindar un servicio”.

“La transferencia tecnológica es algo que me gustaría porque no quiero que mi sensor se quede en un prototipo. Quiero que se use”, afirmó Florencia.

 Aquí podés acceder a la tesis de Doctorado de la Ing. Florencia Blasina.