Os fenômenos meteorológicos do espaço provocam diversas influências sobre a tecnologia. As partículas energéticas ejetadas do Sol interagem com o campo geomagnético causando perturbações magnéticas e aumentando a ionização na ionosfera, de cem a mil quilômetros acima da Terra. As partículas de alta energia têm provocado sérias repercussões sobre os satélites artificiais, causando anomalias no seu funcionamento ou até mesmo a deterioração do equipamento, o que pode provocar a desativação dos satélites.
As ondas radioelétricas utilizadas para as telecomunicações por satélites ou na navegação, nas determinações de posições geográficas por GPS podem ser afetadas pelo aumento da ionização, o que leva a uma pane nas comunicações ou no sistema de navegação. As perturbações magnéticas afetam diretamente as atividades que utilizam o campo magnético, como os níveis magnéticos ou a utilização das bússolas. As perturbações magnéticas induzem igualmente correntes elétricas nos condutores muito longos como, por exemplo, as linhas de transmissão elétricas e nos oleodutos provocando pane nas redes elétricas e corrosões no oleoduto.
Rede elétrica
As perturbações geomagnéticas podem provocar sérias repercussões nas redes de transmissões de eletricidade. As correntes elétricas induzidas nas linhas de transmissão são intensificadas por intermédio dos transformadores das subestações. Se as correntes saturam o núcleo do transformador, surgem diversos problemas. Com efeito, já ocorreu que um aquecimento provocasse o incêndio dos transformadores. Por outro lado, as harmônicas suplementares geradas nos transformadores provocaram ativações indesejáveis dos relés, provocando a súbita desativação do circuito das linhas de transmissão. A estabilidade do conjunto do sistema pode ser igualmente comprometida por uma desativação dos compensadores. Foi uma sucessão desse tipo de eventos que deu origem a pane de 13 de março de 1989, em Quebec, quando uma erupção solar provocou um colapso da Hydro Quebec, deixando mais de 6 milhões de clientes no Canadá sem energia elétrica, durante mais de nove horas. Algumas áreas no nordeste dos EUA ficaram também sem energia elétrica. Em março e outubro de 1991, outras tempestades magnéticas afetaram a distribuição de energia elétrica nos EUA.
As correntes geomagnéticas induzidas pelas variações do campo eletromagnético, durante uma perturbação geomagnética, em conseqüência da sua fraca freqüência comparada a da corrente alternativa, são consideradas pelo transformador como uma corrente direta que varia muito lentamente. A corrente induzida geomagnética ao circular no enrolamento do transformador gera uma magnetização suplementar que, durante os semiciclos ao longo dos quais a magnetização da corrente alternativa ocorre na mesma direção, pode saturar o núcleo do transformador. Esse efeito vai se traduzir por uma forma de onda de corrente alternativa muito denteada e caracterizada por níveis harmônicos que poderão perturbar o funcionamento dos relés e outros equipamentos do sistema, provocando problemas que podem ir da colocação fora do circuito das linhas individuais à queda completa de todo o sistema, interrompendo o fornecimento de energia servida pela rede.
Transformadores
A saturação do núcleo de um transformador gera correntes de Foucault no núcleo e nos seus suportes estruturais; correntes que aquecem o transformador. Em razão de a massa térmica ser muito elevada nos transformadores de alta tensão, este aquecimento pode provocar um aumento da temperatura global do transformador. Assim, pode ocorrer o aparecimento de pontos quentes capazes de danificar o enrolamento do transformador.
Ronaldo Rogério de Freitas Mourão é pesquisador-titutar do Museu de Astronomia e Ciências Afins, do qual foi fundador e primeiro diretor, membro titular do Instituto Histórico e Geográfico Brasileiro, autor de mais de 70 livros, entre outros do Anuário de Astronomia 2005. Consulte a homepage: www.ronaldomourao.com
Custo das tempestades magnéticas
A pane em um transformador das redes de transmissão de uma empresa distribuidora de eletricidade pode causar prejuízos que vão, além da substituição do material danificado, a uma perda de lucro proveniente da interrupção da venda de eletricidade. A pane elétrica que se produziu, no Quebec, em 13 de março de 1989, custou aproximadamente 13,2 milhões de dólares, sendo que os equipamentos danificados representaram aproximadamente 6,5 milhões de dólares. Para substituir o transformador da central nuclear de Salem, em Nova Jersey, que foi completamente queimado durante a perturbação magnética de 13 de março de 1989, foi necessário desembolsar vários milhões de dólares. Essas peças muito caras são geralmente construídas sob encomenda, sendo que seu fornecimento leva normalmente cerca de um ano, no mínimo. No caso de Salem, ocorreu um fato fora do normal, um transformador suplementar estava disponível de modo que foram necessários somente 6 semanas para substituí-lo e efetuar o seu fornecimento e a sua instalação. A desativação do serviço causou uma baixa no fornecimento de energia pela central de Salem e a compra de eletricidade para substituir os serviços públicos da região custou aproximadamente 17 milhões de dólares, ou seja, um custo não muito longe do preço do transformador.
Vulnerabilidade
A vulnerabilidade de uma rede elétrica diante das perturbações geomagnéticas aumenta à medida que a rede local esteja supercarregada. A demanda crescente de energia elétrica estimula as empresas fornecedoras a funcionarem mais próximas dos limites da capacidade da rede elétrica, o que torna essa rede mais vulnerável às perturbações exteriores. Uma das características próprias às correntes induzidas geomagnéticas é o fato delas atingirem simultaneamente numerosas redes elétricas. Em conseqüência, existem outros tipos de problemas que afetam também a rede elétrica como, por exemplo, os raios ou relâmpagos, que são um dos mais freqüentes. A interconexão das redes elétricas modernas visa protegê-las contra as falhas localizadas, tornando-as, no entanto, mais vulneráveis às correntes induzidas geomagnéticas. (RRFM)
As interferências sobre o GPS
Nos modernos sistemas de navegação, os sinais das ondas radioelétricas emitidas a partir da ionosfera se propagam no seu interior utilizado para determinar o seu alcance ou distância, podem sofrer as influências de diversos fenômenos capazes de prejudicar a sua precisão. Assim, os sistemas de posicionamento global (GPS), que utilizam constelações de satélites em órbita terrestre, são, em geral, afetados pelos fenômenos meteorológicos do espaço. Em princípio, os GPS utilizam-se das posições conhecidas dos satélites e a sua distância a um receptor para localizar este último.
Se por um lado, quando as partículas carregadas emitidas pelo Sol atingem a Terra, elas podem perturbar os campos magnéticos terrestres, por outro lado, na ionosfera, a densidade de elétrons (número de elétrons numa região dada) pode variar consideravelmente, no tempo e no espaço. Os receptores de GPS utilizam sinais radioelétricos provenientes de vários satélites em órbita, a fim de determinar o alcance ou a distância de cada satélite e, com ajuda desses dados, definir a posição atual do receptor. Os sinais radioelétricos atravessam a ionosfera e, ao fazê-lo, estão submetidos às influências na estrutura e na densidade de elétrons da ionosfera. As mudanças na densidade de elétrons atribuídas às condições meteorológicas podem modificar a velocidade de propagação das ondas radioelétricas, provocando "atraso na propagação" do sinal. Esse atraso pode variar de um minuto ou mais, e esses intervalos de mudança rápida podem durar várias horas, em particular nas regiões polares e aurorais. Esta flutuação na duração da propagação é a causa dos erros na determinação do alcance denominado "erro de alcance". A performance dos receptores GPS de monofreqüência utilizando as técnicas de acompanhamento de fase codificada podem ser consideravelmente afetadas pelo atraso de propagação. A utilização de receptores GPS com dupla freqüência pode, em determinadas condições, compensar a maior parte dos atrasos de propagação na ionosfera ao medir diversos registros em duas freqüências diferentes. As correções de atraso ionosférico de uma região podem ser efetuadas a partir de uma rede de receptores de dupla freqüência posicionados com precisão, depois de serem transmitidas em tempo quase real aos usuários dos receptores de monofreqüência das regiões referidas. O sistema GPS permite efetuar sem descontinuidade medidas do total de elétrons ao longo de cada trajeto de propagação das ondas radioelétricas dos satélites ao receptor ao longo de uma grande quantidade de percursos de sinais variáveis até cada estação receptora situada na rede regional global. A tomada dessas medidas permite cartografar as variações na densidade de elétrons da ionosfera de uma região. Assim, os dados recolhidos pelo GPS podem servir ao estudo dos fenômenos meteorológicos espaciais. (RRFM)