Un sistema de monitoreo económico con piezas impresas en 3-D y sensores de bajo costo podría no durar tanto como uno comercial, pero puede ser igual de preciso los investigadores encontraron.

A lo largo de los Estados Unidos, estaciones meteorológicas compuestas por instrumentos y sensores monitorean las condiciones que producen nuestros pronósticos locales, como la temperatura del aire, velocidad del viento y precipitación. Estos sistemas no son solo monitores meteorológicos, también son herramientas potentes para la investigación sobre temas que van desde la agricultura hasta la generación de energía renovable.

Las estaciones meteorológicas comerciales pueden costar miles de dólares, limitando tanto su disponibilidad como, por tanto, la cantidad de datos climáticos que se pueden recopilar. Pero el advenimiento de la impresión 3D y los sensores de bajo costo han hecho posible construir una estación meteorológica por unos pocos cientos de dólares. ¿Podrían estos económicos, ¿Las versiones de cosecha propia funcionan tan bien como sus contrapartes más caras?

La respuesta es sí, hasta cierto punto, según los investigadores, que puso a prueba una estación meteorológica impresa en 3D en Oklahoma. Adam K. Theisen, un científico atmosférico y de la Tierra en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), lideró el proyecto, que comparó la estación impresa con una estación de calidad comercial durante ocho meses para ver si era precisa y qué tan bien podía resistir los elementos.

La impresión tridimensional utiliza modelos digitales para producir objetos físicos sobre la marcha. Su bajo costo y la capacidad de imprimir piezas donde sea que pueda cargar una impresora podrían ayudar a expandir el número de estas estaciones. ayudar a llevar la recopilación de datos a áreas remotas y educar a los investigadores del mañana.

Un equipo de la Universidad de Oklahoma siguió la guía y los planes de código abierto desarrollados por la Iniciativa de la Estación Meteorológica Automática Impresa en 3D (3-D-PAWS) de la Corporación Universitaria para la Investigación Atmosférica para imprimir más de 100 partes de la estación meteorológica. En lugar de usar ácido poliláctico, más comúnmente utilizado en la impresión 3-D, se convirtieron en acrilato de acrilonitrilo estireno, un tipo de filamento de plástico que se considera más duradero en exteriores. Junto con sensores de bajo costo, las piezas impresas en 3D proporcionan la base para estos nuevos sistemas, que la Iniciativa 3-D-PAWS estableció como prometedora en experimentos anteriores.

"Para que esto tenga una adopción más generalizada, tiene que pasar por estudios de verificación y validación como este, "Dijo Theisen.

Si bien el sistema impreso en 3-D comenzó a mostrar signos de problemas aproximadamente cinco meses después del experimento, el sensor de humedad relativa se corroyó y falló, y algunas partes eventualmente se degradaron o se rompieron; sus medidas estaban a la par con las de una estación de grado comercial en Oklahoma Mesonet, una red diseñada e implementada por científicos de la Universidad de Oklahoma y de la Universidad Estatal de Oklahoma.

"No esperaba que esta estación funcionara tan bien como lo hizo, ", dijo Theisen." Aunque los componentes comenzaron a degradarse, los resultados muestran que este tipo de estaciones meteorológicas podrían ser viables para campañas más cortas ".

Theisen, que tenía su base en la Universidad de Oklahoma cuando comenzó la investigación, continuó supervisando el esfuerzo después de unirse a Argonne.

En el experimento, los sensores de bajo costo midieron con precisión la temperatura, presión, lluvia, UV y humedad relativa. Con la excepción de un par de instrumentos, el material plástico retenido en el clima de Oklahoma desde mediados de agosto de 2018 hasta mediados de abril del año siguiente, un período que vio fuertes tormentas de lluvia, nieve y temperaturas que oscilan entre 14 y 104 grados F (-10 a 40 grados C). Un anemómetro impreso en 3D, que mide la velocidad del viento, no funcionó tan bien, pero podría mejorarse en parte con una mejor calidad de impresión.

El proyecto, que fue dirigido por estudiantes de pregrado de la Universidad de Oklahoma, confirmó tanto la precisión de una estación meteorológica impresa en 3D como su valor como herramienta educativa.

"Los estudiantes aprendieron conjuntos de habilidades que no habrían aprendido en el aula, ", Dijo Theisen." Ellos desarrollaron la propuesta, diseñó el marco, e hizo la mayor parte de la impresión y el cableado ".

La capacidad de imprimir componentes especializados podría hacer que las estaciones meteorológicas sean más factibles en áreas remotas porque las piezas de repuesto podrían fabricarse de inmediato cuando sea necesario. E incluso si un sensor más barato se rompe después de unos meses, las matemáticas todavía funcionan con un presupuesto bajo.

"Si está hablando de reemplazar dos o tres de estos sensores económicos en lugar de mantener y calibrar un $ 1, 000 sensor cada año, es un gran costo-beneficio a considerar, "señaló Theisen.

El estudio fue publicado en la revista Técnicas de medición atmosférica , 4 de septiembre 2020.