Científicos colombianos predicen la caída de rayos desde hace más de 10 años

Horacio Torres es Profesor Emérito de la Universidad Nacional de Colombia, Ingeniero electricista, miembro del Consejo Nacional de Beneficios tributarios del Ministerio de Ciencia y vicepresidente de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (ACCEFYN). En el año 2011 fundó la empresa Keraunos en compañía de Daniel Aranguren, también ingeniero electricista, quien se encontraba desarrollando su tesis de doctorado en Colombia, enfocada en Meteorología. En la actualidad, y tras el retiro de Torres de la compañía, Aranguren ocupa el cargo de gerente general. 

Profesor Torres, para comenzar, ¿podría contarnos por qué ocurre el fenómeno electromagnético del rayo y qué función cumple en el ecosistema?

El rayo hace parte del ciclo del agua. El sol calienta la superficie de la tierra y el agua se evapora hacia el aire como vapor de agua. Corrientes ascendentes de aire llevan el vapor a las capas superiores de la atmósfera —fenómeno de convección similar a lo que pasa cuando se calienta agua en la cocina—, y, al llegar ese vapor de agua a alturas de 10 o 15 km con temperaturas bajo cero, el vapor de agua se condensa y forma partículas de hielo (como en un refrigerador). Esas partículas de hielo bajan por gravedad y chocan con las partículas ascendentes del vapor de agua, disociando partículas atómicas que luego quedan en las nubes y creando fuerzas que se conocen en física como campos eléctricos. Estas fuerzas crean un primer rayo o descarga (choque entre partículas) que luego se dirige hacia abajo, a la tierra, o hacia arriba, a la atmósfera. Esta agua vuelve a la tierra en forma de lluvia, nieve, granizo y producción de rayos (ver gráfica).

Ahora bien, el rayo, por su alta energía, permite la combinación del nitrógeno con oxígeno o hidrógeno (fenómeno de fijación) para dar nitratos que, al impactar en el suelo, son un verdadero banquete para las plantas, lo que se se refleja rápidamente en un vigor y crecimiento extraordinarios.

¿Cuáles son los efectos negativos de los rayos?

El efecto negativo de los rayos es el riesgo de muerte de personas que laboran al aire libre. Actualmente, la tasa de mortalidad por rayos en Australia, Canadá, Europa, Japón y los EE. UU es del orden de 0,3 muertes por millón por año, mientras que en Colombia, país tropical, este índice es 6 veces mayor, del orden de 2 muertes por millón de habitantes por año. Entre los años 2000 y 2012, alrededor de 3.955 colombianos resultaron afectados por rayos. Pero, gracias a la investigación y sus resultados visibles en normas y reglamentaciones, vemos en la siguiente gráfica que la tasa de mortalidad por rayos en Colombia viene disminuyendo en los últimos 10 años. Un ejemplo más de que los resultados de una investigación tecnológica, con bases científicas, se aplican para beneficio de una sociedad. 

En cuanto a los daños materiales, el costo promedio anual de reposición de transformadores de Distribución en Colombia, por impactos de rayo, está estimado en decenas de millones de dólares. La tasa de fallas anuales en líneas de transmisión eléctrica por causa de rayos en Colombia es superior al 60%, produciendo apagones en el sistema eléctrico (ver gráfica).

¿Por qué caen más rayos en las zonas tropicales y subtropicales, como Colombia, que en otros lugares del mundo? 

Hemos logrado identificar cuatro grandes factores que influencian la actividad de rayos en una región: vientos, montañas, suelo y subsuelo. 

• Vientos. La actividad de rayos es ocasionada por la circulación de sistemas de vientos, cuyas nubes de tormenta transportan cargas eléctricas en su interior. En el trópico (caso colombiano) los vientos Alisios del noreste y del sudeste conforman la Zona de confluencia Intertropical.
• Montaña. El sistema montañoso de una región interactúa con el sistema de vientos, produciendo concentración de nubes de tormenta y facilidad para generar rayos por el fenómeno de convección. Nosotros, en Colombia, tenemos tres cordilleras. Precisamente en la zona donde se bifurcan las cordilleras central y oriental —una parte entra a Venezuela y la otra parte va a la Guajira— se forma un cañón, y es lo que hace que la zona del Catatumbo sea la de mayor actividad de rayos en el mundo. 
• Suelo. La superficie del terreno —es decir, los suelos— sufre cambios por actividad humana que pueden contribuir a la formación de rayos. 
• Subsuelo. Hay materiales del subsuelo, ligados por ejemplo a fuentes geomagnéticas o radiactivas, que pueden producir cargas iónicas (eléctricas) en el entorno. En la zona del Catatumbo, además de haber vientos y un cañón de montañas, hay uranio en el subsuelo, un material que puede generar cargas. 

La empresa Keraunos nació como resultado de una investigación universitaria en monitoreo y predicción de rayos. ¿Podría explicarnos por qué fue necesaria esta investigación y cómo fue el proceso de creación de la empresa?

Hace 40 años, a mí me interesaba mucho el tema de los rayos, pero había muy poca bibliografía. Entonces, recibí una beca del Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD) para estudios de nivel doctoral entre 1978 y 1982 en la Technishe Universitaet Darmstadt, en Alemania, y me fui a estudiar allá. Ya estando allá, quien luego fuera mi director de tesis me preguntó: “—¿Y usted qué quisiera trabajar aquí? —”, y yo le dije: “—Quisiera trabajar sobre rayos—”. Entonces él me dijo: “—¡La universidad y la región donde va a poder estudiar ese tema es en su país porque acá en Alemania caen pocos rayos!—”. Entonces eso hice, comencé a estudiar el fenómeno electromagnético desde el punto de vista teórico, de laboratorio, en Alemania, y cuando volví a Colombia creé un grupo para trabajar el tema sistemáticamente.

En ese tiempo me llamaban las empresas petroleras a consultoría, por la alta actividad de rayos y accidentes que se presentaban, y la pregunta era: ¿cómo nos podemos proteger? Yo daba muchas asesorías, especialmente a los petroleros de la zona de Cusiana y Rubiales, y ellos lo pusieron en práctica. En medio de ese trabajo, apareció un proyecto que trabajamos con la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia, que hoy es Maloka. Yo pedí un espacio en Maloka para exhibir los resultados de esa investigación que se llamó la Jaula de Faraday; allí una persona, un sistema o un equipo se podía proteger contra rayos. En ese momento se daba un primer paso para ir del conocimiento teórico a la aplicación práctica. Esto fue a finales de 1990.

El investigador inglés Wilson, premio nobel de física, había creado a principios de 1900 un molino de campo eléctrico para hacer mediciones de variación de campo eléctrico nube-tierra, entonces le propuse a uno de los muchachos del grupo de investigación de la Universidad Nacional, a Daniel Aranguren, hacer un molino, que ya otro físico de la Universidad Nacional lo había logrado. Daniel hizo el molino para su tesis de pregrado y luego realizó algunas  modificaciones, a propósito de su tesis de maestría. 

Luego, en la tesis doctoral de Daniel, que yo dirigí, se hicieron pruebas en Europa, gracias a los contactos que ya teníamos. Daniel desarrolló el equipo, se montó en el laboratorio y se hicieron las pruebas. Hicimos montajes en las diferentes sedes de la Universidad Nacional y los primeros resultados mostraban que captaba muy bien un rayo —a 20 o 30 km de distancia—, entonces nos dedicamos a estudiar esto a través de su tesis de doctorado. En ese momento el gerente de una de las petroleras para las cuales estaba prestando una asesoría me dijo que le vendiera ese equipo, y yo no tenía manera, porque el equipo que teníamos era de experimentación. Entonces fue él quien me sugirió crear una empresa. Le propuse a Daniel que creáramos una empresa, él aceptó y le pusimos Keraunos. La idea era poder darles preavisos a los petroleros sobre tormentas eléctricas. Les funcionó muy bien y se corrió el voz a voz. Con otras tesis de maestría logramos caracterizar y mejorar el equipo de predicción de rayos. 

Luego nos abrimos al mercado de las aseguradoras, que tenían dificultades porque muchos de sus clientes reclamaban daños de máquinas y equipos por culpa de los rayos. Sin embargo, las aseguradoras no tenían las herramientas para comprobar que eso era cierto o no, porque no había quién midiera los rayos.  

Estoy convencido de que toda investigación científica, hecha con rigurosidad y sistemáticamente, con el tiempo da resultados que son de aplicación práctica en la sociedad y en la industria. De eso no hay ninguna duda. Un ejemplo: el programa Waze, que utilizamos hoy en día en el mundo para conocer nuestra ubicación y dirigirnos a cualquier parte, solo fue posible gracias a las ecuaciones de Einstein en su investigación básica sobre la relatividad, de acuerdo con diferentes ejes de referencia (los satélites y la tierra). 

¿Qué tantos rayos caen en Colombia y cuánto tiempo se gana con la predicción de Keraunos?

Mientras en Europa el valor probabilístico del parámetro Nivel Ceráunico (número de días tormentosos al año) es de aproximadamente 36, en un país como Colombia, situado en la región tropical, se pueden tener promedios probabilísticos multianuales de más de 150 días tormentosos/año —es decir, más de 5 veces que en Europa—. Medellín es un ejemplo de una metrópoli con uno de los más altos índices de actividad de rayos en el mundo. Con la predicción de un rayo de aproximadamente media hora de anticipación y un radio promedio de 30km es posible tomar medidas de prevención y evitar accidentes por rayos.

Protegemos la vida de los seres humanos y procuramos evitar que los equipos y máquinas al interior de edificios se dañen por el efecto de inducción por la caída de rayos. 

Pero profesor, a las personas del campo, quienes quizá no tienen el dinero para pagar un sistema de estos, ¿qué recomendaciones les daría?

Hace unos años iba a instalar un sistema de protección contra rayos en mi casa de descanso en Villa de Leyva y Pablo, el campesino que me ayudaba, me dijo: “—pero doctor, ¿para qué pierde la plata? Usted no necesita eso, ¡usted necesita sembrar higuerilla! Si usted planta higuerilla en los extremos del lote, ahí caen los rayos!—”. Eso me quedó dando vueltas, me compré la planta y la dejé crecer, y para quienes no conocen este árbol, da unos frutos que están llenos de puntas, como alfileres o agujas. Entonces me llevé esos frutos al laboratorio de alta tensión y en efecto: cuando puse los frutos en medio de un campo eléctrico artificial —el rayo—, las puntas se ionizaron, es decir, las puntas quedaban cargadas de un efecto llamado corona que comenzaba a producir una especie de chispa. 

Lo que esto comprueba no es que la higuerilla o las puntas atraigan los rayos, sino que cuando se genera un campo eléctrico y el rayo cae a la tierra, probabilísticamente cae donde haya puntas y la higuerilla es un árbol con cientos de puntas.

Eso quiere decir que en un campo plano de fútbol los jugadores son puntas…

Es exactamente eso. Mire una cancha y 22 jugadores: ¡todos son puntas! En un campo de golf, lo mismo. Una persona que juega con un palo metálico, pues genera una punta. La idea para protegerse es poner un sistema de pararrayos, y el mejor sistema casero y a escala pequeña son los árboles o los arbustos de higuerilla en los extremos de un lote a campo abierto. En el caso de industrias como la petrolera por obvias razones son necesarios otro tipo de equipos. 

En su artículo “Un estudio sobre los rayos en Colombia”, usted menciona un estudio de investigadores de las universidades de California y Nueva York que indicó que, “por cada grado centígrado que aumente la temperatura del planeta, se incrementará en un 12% el número de rayos”. ¿Qué tan conscientes están las entidades gubernamentales de estos pronósticos y qué se puede hacer al respecto de aquí en adelante?

Esta es la relación de los rayos con el cambio climático y en Colombia estamos prontos a comenzar este estudio para la zona tropical, para saber cómo se comporta. Mi intuición sobre los resultados es que la cantidad de rayos puede aumentar mucho más que el 12%. Esto lo digo porque cuando se hace regionalización del cambio climático, los países que más se van a afectar son los del trópico. Me atrevo a pensar que ese 12% puede ser mucho mayor. 

Respecto a la conciencia de las entidades gubernamentales, lamentablemente nuestros dirigentes políticos poco conocen y poco se interesan por los temas de Ciencia, Tecnología e innovación. Nosotros, desde Keraunos, queríamos usar las emisoras locales para hacer recomendaciones y decirles a los campesinos en qué zonas del país hay mayores riesgos y cómo protegerse. Tratamos de hacerlo y coordinarlo, pero no fue fácil y no llegó a buen puerto.

¿Cómo percibe la formación universitaria en Ingenierías y Ciencias duras en Colombia? ¿Qué tanto ha evolucionado con el tiempo?

En Colombia no se puede generalizar una respuesta por la heterogeneidad de la educación superior. En las universidades de alta calidad académica, de lo cual conozco bastante porque fui asesor del Ministerio de Educación, percibo una muy buena formación en Ciencias Básicas, que son fundamentales para un buen desarrollo en investigación científica y tecnológica. Lo que uno nota es que en todas estas universidades acreditadas siempre están avanzando mejor en la docencia y en la investigación. Sin embargo, a pesar de tener más de 200 universidades en Colombia, las acreditadas no llegan ni a la mitad. 

En su opinión, ¿qué tanto están aportando los egresados de ingeniería y ciencias duras a la innovación industrial en Colombia? 

Están aportando, pero aún muy poco. Cuando me retiré de la universidad, hace más de 10 años, tomé la gerencia de un centro de investigación del sector eléctrico que se llama CIDET. En esa época, el gobierno creó el Programa de Transformación Productiva (PTP), de incentivo a la producción industrial del país en diferentes sectores, entonces nos reuníamos industriales, centros de investigación y personas de diferentes sectores. 

Recién me gradué de la Universidad entré a trabajar en Siemens. En esa época esta empresa fabricaba motores eléctricos de cualquier potencia, sobre todo para electrodomésticos, y en esa época había una compañía colombiana que se llamaba ICASA, que fabricaba refrigeradores, lavadoras, aspiradores, y los motores los hacía Siemens con tecnología 100% colombiana. 

El motor eléctrico también lo fabricábamos acá en Colombia. Entonces les preguntaba a los compañeros del PTP, “—¿qué más se necesita para desarrollar un auto eléctrico? —” y ellos me decían: “—autopartes—”. En esto Colombia ha avanzado cantidades, y qué no decir de las carrocerías. Hay carrocerías INCA, EL SOL, que tienen una tecnología excelente y, si a eso se le suman buenos diseñadores industriales, tenemos todo. En Colombia falta sinergia, que un dirigente político lidere empresas de fabricación de motores, autopartes y carrocerías, y con gente de diseño, y estoy absolutamente seguro de que podemos fabricar un tranvía, un bus eléctrico, un auto con tecnología colombiana.

Por otro lado, en Colombia la fabricación de transformadores compite a nivel mundial y tiene una tecnología 100% colombiana. Entonces, sí veo que hay una industria pujante en el sector eléctrico y buena investigación, pero hace falta liderazgo, sinergia y entendimiento de los dirigentes para fortalecerlo e impulsarlo.

Keraunos se abre paso en Colombia y en el exterior

Doctor Aranguren, miremos ahora el caso de Keraunos, la empresa que crearon hace 11 años. ¿Qué tanto se han diversificado los clientes y a qué sectores productivos pertenecen?

Hemos crecido con hasta cerca de 40 clientes en los sectores de Energía, Hidrocarburos, Medio Ambiente, Recreación, Deporte y Educación.

Además de Colombia, Keraunos ¿tiene clientes en el exterior?

Desde 2017 estamos trabajando en Perú, principalmente, en el sector de la gran minería de la Sierra de Perú, que tiene muchos problemas por tormentas eléctricas. También brindamos servicios para los sistemas de transmisión de energía en ese mismo país. Hemos trabajado de manera esporádica para otros países de Centroamérica, y actualmente estamos explorando negocios en México, en los mismos sectores que en Colombia. 

¿Qué tipo de profesionales emplean?

Somos 23 personas, con formación en ingenierías (eléctrica, electrónica, sistemas, industrial), finanzas, administración, contabilidad y ventas. Desde formación técnica hasta PhD.

¿Cuáles han sido los principales retos y obstáculos de sostener una empresa de este estilo en Colombia? 

El principal reto ha sido encontrar y mantener una dinámica de innovación que permita generar continuamente grandes propuestas de valor para estos sectores tan exigentes, a la vez que se mantiene la estabilidad financiera. Ha sido un crecimiento orgánico, mediante varios “valles de la muerte” en los que se han asumido grandes riesgos, siempre confiando en que nuestros desarrollos hagan realmente conexión con nuestros clientes. Hemos hecho también co-creación con varios de nuestros clientes (por ejemplo, con el Ejército Nacional) con largos ciclos de trabajo (mayores a 3 años), que hoy nos permiten ser sus aliados estratégicos.

Otro enorme reto ha sido la transición de la vida académica a la empresa de desarrollo tecnológico. Parecen mundos cercanos, pero son, en algunos aspectos, diametralmente opuestos y entenderlo lleva años, muchas dificultades y crisis. Es el paso del científico al emprendedor con pensamiento científico. Hemos pasado varias de estas brechas, pero al final se fortalecen tanto las relaciones como las capacidades de crecimiento de la compañía.