Efecto de los cañones sónicos
en la inhibición de la lluvia
A raíz de la reunión del día 21 de julio de 2017 en el cabildo de la presidencia municipal de Sayula y algunos comentarios provenientes de miembros de Horizontes, he hecho algunos cálculos sumamente básicos. Por lo que les envío mis comentarios para publicación en su periódico, si lo consideran de relevancia.
No estoy afirmando que los cálculos que he hecho son precisos más allá del orden de magnitud. Los resultados, sin embargo, los encuentro bastante interesantes y dan algo de información sobre el impacto que los cañones antigranizo o sónicos puedan tener en cuanto a inhibir localmente la lluvia.
En mis cálculos hay muchas suposiciones pues no tengo información precisa, excepto la de propiedades del aire que las he tomado del paquete REFPROP del NIST (US National Institute of Standards and Technology), las cuales son valores muy exactos (de referencia). Los valores de propiedades son los que corresponden principalmente a la densidad y entalpía del aire a diversas condiciones de presión y temperatura.
En mi opinión, como lo comenté en la reunión del cabildo, los cañones sónicos están operando como "bombas térmicas" - ésta es la única forma mediante la cual pueden llegar a tener un efecto en la lluvia local.
Es importante subrayar que el tema no es si se "desbarata" o no el granizo, o si se afecta o no el mecanismo de nucleación del mismo. El tema es fisicoquímicamente diferente, el tema de estudio es si se inhibe o no, localmente, la condensación, o sea la lluvia.
Se han dado argumentos de que la energía que entregan los cañones es despreciable. Sobre esto estoy totalmente de acuerdo, pero no así en cuanto a la energía latente que puede ser capaz de entregar una bomba térmica.
De la información que tengo y he verificado, los cañones operan con una frecuencia de 6 segundos. Estos son 10 disparos por minuto. Cada disparo debe resultar en una caída de presión alrededor de la columna del disparo y consecuentemente un flujo convectivo de aire de la superficie hacia la zona de nubes. Este es el punto donde debo hacer algunas suposiciones, pues no tengo la información técnica necesaria para poder derivarlo. Suposición: Cada disparo mueve 100 m3 de aire, resultando en 1000 m3 por minuto. Puedo estar equivocado pero me parece una suposición razonable - cuando menos dentro del orden de magnitud.
Supongamos ahora que este aire es bombeado a una altura promedio de 4000 m. A 4100 m la presión atmosférica es aproximadamente 0.6 atm. En Sayula la presión atmosférica es aprox. 0.88 atm.
Ahora, supongamos también que a esa altura el aire está saturado y a una temperatura de 5 ºC - esto es, el punto de rocío es de 5 ºC.
Aquí las preguntas son: ¿Cuánta energía se está bombeando? y ¿Cuál es el efecto de dicha energía en el punto de rocío del aire?
Energía bombeada.
La energía que se bombea no tiene relación directa con la de los disparos sino con el calor latente que el aire caliente le está cediendo al aire frío.
Si el bombeo es de 1000 m3 por minuto y la caída de la temperatura es de 25 a 5 ºC, mis cálculos indican que se bombea una energía equivalente a 348 kW o 0.348 MW. Como referencia, la central nuclear de Laguna Verde tiene una capacidad de 1640 MW. Se ve pequeño a comparación pero en términos energéticos no lo es. Una energía la entrega un simple cañón sónico y la otra toda una planta nuclear, cuya entrega energética sería comparable a tan sólo unos cuantos miles de cañones sónicos. Claro, la energía entregada es por convección y proviene del sol no del cañón.
Efecto en el punto de rocío.
Si se bombea por un periodo de dos horas se estarían entregando del orden de 2500 MJ.
Supongamos entonces y de forma simplista que la energía entregada se disipa en una columna atmosférica cilíndrica de 1 Km de altura por un diámetro de 4.16 km, esto es suficiente para aumentar en promedio 1 ºC la temperatura del aire en esa región. Si la columna es de 500 m entonces el diámetro es de 8.3 km para el mismo aumento de temperatura. No es tan simple pero da una aproximación de la dimensión de la zona de impacto.
Pero, ¿qué significa aumentar sólo 1 ºC la temperatura del aire originalmente saturado? Esto significa que la saturación del 100% a 5 ºC va a bajar a aproximadamente 93% a 6 ºC y si son 2 ºC entonces al 87%. Esto es suficiente para, dentro de la zona de impacto, inhibir la condensación y, por lo tanto, la lluvia.
Ciertamente hay suposiciones, principalmente en el volumen de bombeo. Pero considero que debo de andar dentro de un orden de magnitud, para arriba o para abajo; bombear 10 m3 por disparo me parece muy poco, bombear 1000 m3 por disparo me parece demasiado - no puedo decir otra cosa sin mayor información técnica.
Pero el punto que quiero hacer no es si el granizo se logra desbaratar o no, sino la magnitud del calor latente que estos artefactos pueden bombear. El cálculo es para dos horas, me han informado que en ocasiones se han estado disparando por mucho más tiempo, lo que implicaría una mayor disipación de energía latente.
El tema aún no está agotado, pero creí relevante hacer unos cálculos a fin de tener una idea del orden de magnitud del impacto que estos instrumentos puedan tener.
Propuesta de experimento
Acepto que puedo estar equivocado, particularmente en cuanto a la eficiencia de la bomba térmica. Pero es consecuencia del primer principio de la termodinámica y directamente relacionado con el teorema de Bernoulli que, alrededor de la salida del cañón, se debe generar una zona de baja presión la cual debe necesariamente inducir un flujo convectivo de aire. Por lo que propongo un experimento muy simple:
Parte 1: Patrón de referencia.
Acudir a una de las instalaciones de los cañones sónicos y hacer lo siguiente:
1. Armar un circulo de unos 10 m de diámetro por una docena de personas cada una con un globo de helio.
2. En un momento determinado, cuando no se tenga mucho viento, soltar simultáneamente los globos y grabar como ascienden
Esto nos mostrará cual es el proceso que siguen los globos libremente. Todos los globos deben ser tan similares como sea posible.
Parte 2: Posible efecto convectivo.
Aquí propongo el mismo experimento pero con una variante.
1. Activar el cañón sónico como se ha venido haciendo, la misma magnitud de carga y una frecuencia de 10 disparos por minuto.
2. Esperar unos 15 min a que se establezca un estado estacionario.
3. Armar de nuevo un circulo de unos 10 m de diámetro por una docena de personas cada una con un globo de helio.
4. De nuevo, cuando no se tenga mucho viento, soltar simultáneamente los globos y grabar como ascienden
Esto nos debe mostrar si existe alguna alteración al patrón de ascenso de los globos.
Como lo he dicho, no estoy en contra de la tecnología, pero se debe actuar con certeza y prudencia. Creo que el tema debería ser estudiado a fondo y con mayor formalidad. Aquí les propongo un experimento muy simple que nos puede dar una idea de que tan importante pueden ser los efectos convectivos que los cañones sónicos inducen.
Al final, debe ser en el mejor interés de todas las partes entender formal y relacionalmente la forma como estos instrumentos operan y si tienen o no un efecto real en cuanto a la inhibición local de la lluvia. Para que la lluvia tenga lugar es necesario que se alcance una saturación del 100%, si eso no se da la segunda ley de la termodinámica nos dice que la condensación no es posible. Si el aire se caliente ligeramente, sólo uno o dos grados, en la zona local de dispersión energética (o de perturbación) no habrá condensación. Esta perturbación sólo es posible mediante un bombeo importante de aire de superficie a la zona de condensación. En mi opinión, esto es lo único que puede, en términos energéticos, causar tal alteración y ningún otro proceso que pudiese derivar de estos instrumentos sería capaz de inhibir la lluvia - ni siquiera localmente.
Dr. Sergio E. Quiñones Cisneros
N.de la R. : Como se puede apreciar en voz del propio Dr. Quiñones quien nos ha enviado esta colaboración a Horizontes, sobre todo en su último párrafo, no se puede ser concluyente de ninguna forma de los efectos que producen los cañones antigranizo. Desde el punto de vista mecánico, la energía total que existe en un sistema, en este caso los cañones anti granizo, es igual a la suma de la potencia de explosión del acetileno que activa el disparo de estos, energía potencial; y la temperatura de las moléculas de aire en sus alrededores, energía cinética (procedente del sol). La primera ley de la termodinámica establece que la cantidad de energía del sistema, es igual a la cantidad de calor y trabajo que puede producir, en este caso, un cañón anti granizo. Para que la suma de energía trasferida sea cero, de acuerdo a la primera ley de la termodinámica: E2- E1= E, dU = dQ + dW; es necesario que el calor ganado en la atmosfera se pierda en la superficie. Es decir: si un cañón es capaz de elevar la temperatura en la atmosfera en un área restringida, por consecuencia tendrá que reducir la temperatura en los alrededores del área de disparo, en un grado también. Algo que se podría detectar con un simple termómetro. La ley de la conservación de la energía implica que, independientemente de las trasformaciones de hecho o en teoría, que puedan sufrir las diferentes formas de energía, la cantidad de energía trasferida, permanecerá constante; si el termómetro marcase las misma temperatura en los alrededores del cañón antes y después de los disparos en la frecuencia o lapso de tiempo indicados, suponemos (porque no somos expertos y nuestro margen de error en el supuesto es mucho mayor): 1) No se logró la trasferencia de calor a la atmosfera ó 2) se creó energía de la nada, lo cual no es posible. Además, la energía interna de un sistema es una función de estado, que se relaciona con otras funciones de estado del sistema, es decir depende de la temperatura, el volumen, la presión, la estructura y la composición química del sistema en un determinado momento. Y ya que estás no son constantes, no siempre se logrará la cantidad exacta de calor para inhibir, si fuera el caso, la lluvia. Así pues, su eficacia para ello, sería aleatoria y dependería de estadísticas relacionadas con la entropía, para que se diese el que no lloviera por causa de los disparos de iones. Por otro lado, para que no lloviese en todo el municipio, habría que calcular el número de cañones antigranizo, en el caso de que fuese como se describe un efecto inhibidor de lluvia, para abarcar los límites de este. Suponemos también, en el entendido de que se maneja una falta de lluvias para el municipio de Sayula al menos, que se deberían de disparar todos los cañones calculados al mismo tiempo en el lapso señalado; por consecuencia, esto tendría un efecto en la temperatura de Sayula, bajaría, por lo menos en un grado; ambos, fenómenos que no se han observado: ni ha bajado la temperatura durante el accionar de cañones, ni la cantidad de los cañones necesarios para abarcar un área como la citada, se han escuchado al mismo tiempo disparando cada 6 segundos en un periodo de dos horas consecutivas antes de una tormenta. Siendo como se señala, esta la única forma posible en que los cañones podrían inhibir la lluvia, podríamos esperar a que se hicieran los experimentos con globos que se sugieren, para confirmar las suposiciones y recabar más datos concretos, en la esperanza de que esta cuestión que ha dividido la opinión pública no sólo en Sayula sino en el Sur de Jalisco quedará zanjada finalmente por el criterio de verdad que es, indiscutiblemente, la ciencia.
Así pues, Horizontes, dio cabida a dos expertos en la materia, dos científicos que de tal manera dieron su versión acerca de los efectos de estos artefactos tan cuestionados. Nuestra intención es que el propio público se informe y por sí mismo saque sus propias conclusiones sin que tengan qué someterse al criterio de otras personas. Esta posición de nuestro semanario nos ha acarreado hasta difamaciones pero nuestro compromiso es con la verdad de los hechos y la objetividad, si esto es lo que molestó a varias personas, lo sentimos mucho pero nuestra política editorial en este concepto es inalterable en Horizontes desde su fundación hace ya casi veinte años.
Estimada redacción de Horizontes, he dado un análisis que he tratado de mantener de forma objetiva y no voy a entrar en más discusiones. Soy termodinámica de toda mi vida (profesional) y he tratado de plantear mi análisis de una forma entendible. Más aún, he propuesto un experimento que creo sería bastante ilustrativo. En termodinámica tenemos muchos sistemas, abiertos, cerrados, adiabáticos, isoentálpicos, isocóricos, isobáricos, isotérmicos, etc., etc., etc.
ResponderEliminarEn este caso no estamos hablando de un sistema cerrado en el cual se conserva la energía, sino de uno en el que se está induciendo flujo convectivo - de eso no tengo duda. El aire que fluye convectivamente es sustituido de forma local por más aire de los alrededores el cual está a la misma temperatura, en términos de modelo tenemos un baño térmico infinito, al menos tan grande como toda la cuenca de Sayula, y del cual se está bombeando convectivamente aire caliente a zonas más frías. Ese flujo convectivo está acarreando calor latente de la superficie a la zona de nubes. Los comentarios publicados en respuesta a mi análisis no incluyen una sola palabra sobre dinámica de flujo - ni una sola. No considera en lo más mínimo conceptos tan importantes como el teorema de Bernoulli. Eso es lo que me preocupa, cuando se trivializa la ciencia para tratar de justifica lo injustificable, Ya lo dijo el Dr. Richard Feynman (premio Nobel en física 1965) como parte del reporte final del desastre del Challenger: "Nature cannot be fooled” (a la naturaleza no se le engaña).
Por ejemplo, en una central geotérmica, ¿se estaría sensiblemente alterando la temperatura del gradiente térmico con la profundidad? Algo más sencillo, la cocina, el refrigerador se mantiene frío a una temperatura constante (como sería el aire en la superficie), el refrigerador, sin embargo, calienta sensiblemente la cocina (siempre el lugar más calentito de la casa, aún sin usar la estufa y el horno) y eso es medible (lo que sería la zona de nubes) este bombeo continuo de energía de dentro del refrigerador al exterior del refrigerador lo hace posible la energía eléctrica (que sería equivalente al bombeo térmico realizado por el combustible usado en los cañones). Las cosas no son tan triviales y eso es lo que me preocupa, cuando se trata de trivializar a las leyes de la naturaleza.