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Constituye la manifestación más impresionante de la electricidad atmosférica. Esta fase engloba una serie de fenómenos que adquieren formas múltiples y cuya complejidad sé nos escapa. Los cúmulos nimbos poseen una carga eléctrica mucho más grande que la de las otras nubes. Generalmente aparecen luego de un periodo de tiempo muy cálido, durante el cual la evaporación intensa provoca fuertes corrientes térmicas ascendentes. Las tormentas son inmensos acumuladores de energía eléctrica y permiten explicar el equilibrio de estas enormes masas de agua en suspensión en el aire. Al contrario de lo que generalmente se cree, una nube no esta formada del vapor de agua que proviene de la evaporación en la superficie de la tierra. Esta evaporación es bien real, pero se traduce por el paso del agua del estado líquido al estado gaseoso. Como el vapor es un gas, se mezcla al nitrógeno y oxígeno del aire, tornándose absolutamente transparente.
El aire que nos rodea contiene vapor de agua en forma gaseosa, cuya existencia no podemos sospechar porque es invisible. Su proporción depende del grado de humedad y generalmente se incrementa con el aumento de la temperatura.
El vapor de agua producido por evaporación de una masa de aire cualquiera en la superficie de la tierra asciende por si mismo, ya que es más liviano que el aire. Este vapor da origen a una corriente ascendente.
Las fuertes corrientes ascendentes arrastran dentro de la nube el vapor de agua que pasa al estado liquido en forma de gotitas de tamaño variable, cada una de las cuales encierra una carga eléctrica negativa, lo que hace que se rechacen mutuamente. Esta repulsión, que es la base del equilibrio interno de la nube, provoca una verdadera suspensión del agua en el aire. Pero si se evacua esta electricidad, por ejemplo por un relámpago que brota entre el suelo y la nube, el equilibrio se rompe y el agua de la nube se derrama.
Como lo señalamos anteriormente, el agua contenida en una capa de agua se evapora, pasando al estado gaseoso. ¿Cómo es posible que este gas se transforme a unos 1000 o 2000 metros de altitud en una masa de gotitas cargadas de electricidad negativa? Esto se explica por la ionización de la atmósfera y la condensación del vapor de agua sobre los iones.
Afirmar que la atmósfera esta ionizada parece algo natural, puesto que todas las sustancias se ionizan en mayor o menor medida, especialmente cuando están expuestas a una radiación electromagnética cualquiera.
Como ya sabemos, la ionización consiste en la ruptura de ciertas moléculas en dos partes que no son de sus átomos constitutivos. Se denomina Ion positivo a la parte que contiene un electrón menos que el átomo inicial, llamándose Ion negativo a la otra parte.
Los cúmulo nimbos son grandes nubes en forma triangular cuya base esta orientada hacia el suelo. Estas nubes requieren mas electricidad que las otras. Contienen gotitas más voluminosas y su altitud es mas baja. Existe una relación evidente entre la altura de la nube y el diámetro de las gotas de agua que la constituyen; el equilibrio de la nube se ve asegurado en este caso por las corrientes aéreas de la atmósfera.
Una nube con fuerte carga de electricidad que se encuentra a 1000 o 1500 metros del suelo asemeja un inmenso condensador. Esta comparación permite analizar lo que ocurre en forma relativamente fácil.
Primero, experimentara una electrización del suelo de carga contraria a la suya, es decir positiva. Bajo una nube de tormenta, la carga eléctrica del suelo ya no es negativa sino que es positiva, puesto que el campo eléctrico de la atmósfera se ha invertido. En lugar de dirigirse de arriba hacia abajo, las líneas de fuerza ascienden del suelo a la nube.
Además, seria erróneo pensar que la carga eléctrica de la nube es totalmente negativa. Si la parte orientada hacia el suelo lleva cargas negativas, la cima por su parte es positiva. Dicho de otro modo, existe un campo eléctrico descendente en el seno de una nube de tormenta. Este fenómeno se traduce por un arrebol local del cielo, que de ningún modo provoca la descarga eléctrica de la nube. Volvamos a nuestra imagen del condensador. La parte inferior de la nube cumple el papel de un electrodo negativo y el suelo el de uno positivo. Existe una relación entre la potencia del condensador y la separación de esos dos electrodos. En efecto, si la separación es demasiado importante, no puede saltar ninguna chispa. Si, por el contrario, la separación y la potencia se corresponden, veremos saltar una serie de chispas de un electrodo al otro.
Podemos comprender ahora lo que ocurre en el cúmulo nimbo. Si la distancia que lo separa del suelo es superior a la distancia crítica, no se despide ninguna chispa (relámpago). Hay que esperar que la nube pierda altura y se acerque al suelo.
Esta perdida de altura puede ser provocada por un enfriamiento del aire, una disminución de la potencia de las corrientes ascendentes o por la atracción terrestre. El viento intenso de escasa duración que a menudo precede a las grandes tormentas se origina en el movimiento del aire bajo el efecto del descenso de un cúmulo nimbo atraído hacia el suelo.-
Este movimiento descendente prosigue, evidentemente, hasta el momento en que la distancia entre la nube y el suelo supera el punto crítico. Es entonces cuando aparecen los primeros relámpagos y luego se produce uno detrás del otro a un ritmo rápido. La nube se libera así de sus cargas negativas que se dirigen hacia el suelo. Su equilibrio interno se ve totalmente roto.
Sabemos que las gotitas de agua que constituyen la nube se separan entre sí por la fuerza eléctrica de repulsión. Si la electricidad se descarga parcial o totalmente, la nube literalmente se descarga y se restablece el equilibrio eléctrico. Todas las nubes cuyos relámpagos no alcanzan el suelo son cúmulo nimbos en fase de formación de granizo. Deben ser combatidas con mucha energía antes de que alcancen la distancia crítica.