Desarrollo e implementación de una estación de medición enlazada a la Red Abierta de Detección y Localización de Rayos Blitzortung

Este trabajo de grado describe el proceso de construcción e implementación de un nodo (estación) del sistema de detección y localización de rayos perteneciente a la red abierta Blitzortung. Asimismo, se describe el proceso para estimar el porcentaje de detección de descargas nube-tierra del nodo. Para ello, se presenta una descripción básica para entender el funcionamiento de este tipo de redes, así como la teoría electromagnética detrás del proceso de ocurrencia del rayo, el concepto de return stroke y la manera en que sus componentes de campo eléctrico y magnético se propagan por diferentes medios. Ya conocida la teoría, se realiza la identificación de los módulos que componen la estación implementada, la cual está basada en la detección de campo magnético. De esta forma, los elementos identificados coinciden con la estructura planteada por otras redes abiertas de detección y localización de rayos (LLD-ON) como la World Wide Lightning Location Network (WWLLN). Adicionalmente, durante el proceso de implementación se desarrollaron diversas pruebas experimentales para caracterizar el preamplificador y la tarjeta de adquisición. Lo anterior, es necesario para proponer el diseño y construcción de otros tipos de antenas de campo magnético diferentes a las antenas convencionales (típicas) de ferrita del tipo Mn-Zn, las cuales han sido las más utilizadas en la implementación de esta red pero que ya no se encuentran disponibles comercialmente, al menos no a través de sus administradores. Tomando como base los resultados obtenidos en la etapa mencionada, se plantea la construcción de un par de antenas del tipo Ni-Zn con características similares a las antenas típicas. Asimismo, se propone la construcción de un par de antenas tipo Loop usando cable coaxial. Para ambos casos, se realiza una revisión documental para definir un modelo confiable que facilite su construcción. Posteriormente, sobre las antenas construidas se realizaron pruebas adicionales que evidenciaron una diferencia entre valores teóricos y experimentales por debajo del 5%. El diseño final de las antenas Ni-Zn, permite tener un ancho de banda de 27 kHz, conectadas a la electrónica, mientras para el caso de las antenas Loop, se obtuvo un ancho de banda por encima de 2 MHz. Con las antenas construidas y caracterizadas, se procedió a determinar la eficiencia de la estación. No obstante, teniendo en cuenta que este tipo de estudios requiere de los datos de corriente provenientes del stroke detectado y la red Blitzortung no muestra esta información, se planteó una alternativa que se basa en evaluar la eficiencia del nodo de medición usando el porcentaje de detección (PD). Este porcentaje se estimó para una zona de influencia de 2000 km a la redonda, tomando como punto central la ubicación de la estación GISE3-UD, la cual está localizada en Bogotá, Colombia. De acuerdo a los resultados obtenidos para los tres tipos de antenas (Mn-Zn, Ni-Zn, Loop) se obtuvo el mejor PD para las antenas Mn-Zn, manteniéndose por encima de un 70%. Por su parte, las antenas Ni-Zn resultan un reemplazo aceptable para las antenas típicas, exhibiendo un PD por encima del 35%. Finalmente, aunque la antena tipo Loop reportó valores de PD por debajo del 30%, muestra que su diseño se adapta mejor a la impedancia de entrada del preamplificador.

• Tipo de recurso: Trabajo de grado de pregrado
• Fecha de publicación: 2022
• Institución: Universidad Distrital Francisco José de Caldas
• Repositorio: RIUD: repositorio U. Distrital
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repository.udistrital.edu.co:11349/32041
• Acceso en línea: http://hdl.handle.net/11349/32041
• Palabra clave: Blitzortung; Amplificador; Antena; Ferrita; Campo magnético; Loop sencillo; Ingeniería Eléctrica -- Tesis y disertaciones académicas; Detección de rayos; Redes de detección de rayos; Campo magnético; Antenas de campo magnético; Blitzortung; Amplifier; Antenna; Ferrite; Magnetic field
• License: Atribución 4.0 Internacional