portada dic 2010 pequeña

Red de Radares Meteorológicos con Energía Solar

 

Por: Gianni Pablos MSEE, Sandra Cruz-Pol PhDEE, Dr. José Colom PhDEE, María Córdoba MSEE, Wilson Castellanos, Melisa Acosta y Benjamín De Jesús, de la Universidad de Puerto Rico, Recinto Universitario de Mayagüez

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La prueba experimental “Puerto Rico Testbed” (PRTB) es parte del centro de investigación de ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencias llamado CASA (Collaborative Adaptive Sensing of the Atmosphere). Su enfoque está en el desarrollo de redes de radares de baja infraestructura para llenar los espacios en la atmósfera baja que no son muestreados por la tecnología actual. La red representa una mejoría significativa en términos de resolución temporal y espacial de la data medida en la atmósfera baja. Oficiales del Servicio Nacional de Meteorología y del Manejo de Emergencias han manifestado preocupación en cuanto a la eficacia de la data de los radares meteorológicos y su deseo de mejorar los pronósticos en algunas regiones de Puerto Rico, específicamente en la región oeste.

diagrama de radares

Fig. 1 Diagrama que explica el problema de falta de muestreo de radares de largo alcance. La limitación de muestreo es evidente en la región oeste de Puerto Rico, donde la curvatura de la tierra y especificaciones del radar usado por NOAA, situado en Cayey, no permiten buenas observaciones en la baja atmósfera bajo los 10,000 pies, que es precisamente donde se desarrollan los eventos atmosféricos peligrosos. La red busca solucionar esta preocupación en la región utilizando cuatro radares o nodos, cuya localización fue seleccionada estratégicamente para cubrir esta área [Ríos-Olmo,2009, MS Tesis].

mapa de localizacion de radares

Fig. 2 El mapa muestra la localización de los radares OTG y data de lluvia medida por ellos.

Muchos eventos atmosféricos no son vistos por el NexRAD, el cual es utilizado por la oficina del Servicio Nacional de Meteorología en San Juan, PR. Para contrarrestar este efecto, redes de radares han sido propuestas y exitosamente probadas, como la de los radares IP1 de Oklahoma [McLaughlin et al.,2006]. Un concepto similar ha sido desarrollado en la UPR, Recinto de Mayagüez, pero utilizando redes de baja infraestructura. Esta red no utiliza radares Doppler sino que utiliza y modifica radares marinos de una sola polarización para medir la reflectividad de la precipitación o lluvia. El alcance de estos radares es corto, de unos 15 km de radio, evitando así el problema de la curvatura de la tierra. Son llamados “Off-The-Grid”, (OTG, por sus siglas en inglés) debido a que fueron diseñados para operar aun cuando no haya energía disponible de la red eléctrica y, a su vez, envían data inalámbricamente.

Las regiones tropicales, como el oeste de Puerto Rico, son áreas usualmente más susceptibles a precipitación que otros lugares del mundo debido a la humedad y la localización geográfica en donde la formación de nubes es mucho más probable. Ésta es la primera vez que un radar marino es modificado para aplicaciones meteorológicas y operado e instalado utilizando energía renovable.

Los sistemas fotovoltaicos producen energía limpia y confiable sin emitir gases de invernadero como los combustibles fósiles. Los radares OTG son sistemas de baja potencia en banda X, lo que los hace una solución versátil para las necesidades energéticas de muchas aplicaciones. El diseño de un sistema fotovoltaico incluye la estimación de la carga eléctrica, especificación del banco de baterías, módulos solares, controlador de carga, inversor y el tamaño de los cables para el alambrado. Cabe señalar que, al determinar las baterías, es necesario conocer que deben ser de ciclo profundo para que su vida útil sea la más larga posible, que el tiempo de carga sea el menor posible y el de consumo se pueda extender bastante.

foto de antena

Para el sistema, se tomó en cuenta la irradiación solar de la región oeste, la temperatura, el ángulo de inclinación para los paneles solares y otros aspectos físicos que pudieran afectar la eficiencia y confiabilidad del sistema. Así se determinó que el consumo era de unos 184 Vatios, por lo cual se utilizaron dos paneles solares con capacidad de 85 Vatios cada uno, 2 baterías marinas de gel con capacidad de 98 A-hr cada una, un controlador de carga capaz de soportar 15 A con facilidad y un inversor que pudiera sostener un consumo pico de 550 Vatios [Pablos-Vega, 2010].

foto personas trabajando en antena

En conjunto con los otros OTG que componen la red OTG en la región oeste, los nodos han sido capaces de brindar mayor información en cuanto a la formación de varios eventos y a cómo éstos cambian rápidamente en la región oeste. Las imágenes con medidas del radar OTG se actualizan de 1-3 minutos dependiendo de la configuración de operación deseada, mientras que el NexRAD tarda unos 5 minutos en ofrecer una nueva imagen. Como planes futuros, se evalúa la posibilidad de utilizar energía eólica para suplir energía a algunos de estos radares que serán localizados en zonas donde hace mucho viento.

Segmentos de torres que ya no estaban utilizándose en el Observatorio de Arecibo se usaron para construir algunas de las torres donde se colocaron estos radares OTG. El taller del decanato de ingeniería, liderado por el señor Carlos Mercado, colaboró con la instalación de estas torres y mecanismos para seguridad en ellas.

En este proyecto participaron estudiantes de ingeniería, entre ellos y ellas, José A. Cordero, José A. Ortiz, Melisa Acosta, María F. Córdoba, Benjamín De Jesús, Yahira Quiles, Wilson Castellanos, Jayson Maldonado, Gianni A. Pablos, Vanessa Acarón, de UPR en Mayagüez, y Jorge Trabal, de UMass. El profesor y la profesora que asesoraron en el proyecto son el Dr. José Colom-Ustáriz y la Dra. Sandra Cruz-Pol, catedrático y catedrática, respectivamente, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras del Recinto Universitario de Mayagüez de la UPR.

Referencias:

McLaughlin, David J., V. Chandrasakar, Jim Kurose, Kelvin Droegemeier and Sandra Cruz-Pol, “Short Wavelength Technology and the Potential for Distributed Networks of Short-Range Radar Systems”, IEEE IGARSS 06, Colorado, 2006.
Ríos-Olmo, Ricardo, “Three-Radar Network Deployment Site Survey For The Western Region Of Puerto Rico”, MS Thesis, UPRM, June 2009.
Pablos-Vega, Gianni A., José G. Colom-Ustáriz, Sandra Cruz- Pol, Jorge M. Trabal, V. Chandrasekar, Jim George, and Francesc Junyent, “Development Of An Off-The-Grid X-Band Radar For Weather Applications” IEEE IGARSS 2010, Hawaii, July 2010.

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