La fabricación de nieve consiste en producir nieve mediante la presión de agua y aire a través de un " cañón de nieve ", también conocido como " cañón de nieve ". La fabricación de nieve se utiliza principalmente en las estaciones de esquí para complementar la nieve natural. Esto permite a las estaciones de esquí mejorar la fiabilidad de su manto de nieve y ampliar sus temporadas de esquí desde finales de otoño hasta principios de primavera. Las pistas de esquí cubiertas utilizan la fabricación de nieve. Por lo general, pueden hacerlo durante todo el año, ya que cuentan con entornos con clima controlado.
El uso de máquinas para fabricar nieve se ha vuelto más común a medida que los patrones climáticos cambiantes y la popularidad de las estaciones de esquí cubiertas crean una demanda de nieve que va más allá de la que proporciona la naturaleza. Las máquinas para fabricar nieve han abordado la escasez de suministro de nieve; sin embargo, existen costos ambientales significativos asociados con la producción artificial de nieve.
Según la Agencia Europea del Medio Ambiente , la duración de las temporadas de nieve en el hemisferio norte ha disminuido cinco días cada década desde la década de 1970, lo que ha aumentado la demanda de producción de nieve artificial. Algunas estaciones de esquí utilizan nieve artificial para extender sus temporadas de esquí y aumentar las nevadas naturales; sin embargo, hay algunas estaciones que dependen casi por completo de la producción de nieve artificial. [1] La nieve artificial se utilizó ampliamente en los Juegos Olímpicos de Invierno de 2014 en Sochi, los Juegos Olímpicos de Invierno de 2018 en Pyeongchang y los Juegos Olímpicos de Invierno de 2022 en Pekín para complementar las nevadas naturales y proporcionar las mejores condiciones posibles para la competición. [2]
La producción de nieve requiere temperaturas bajas. La temperatura límite para la fabricación de nieve aumenta a medida que disminuye la humedad. La temperatura de bulbo húmedo se utiliza como métrica, ya que tiene en cuenta la temperatura del aire y la humedad relativa. La temperatura de bulbo húmedo siempre es inferior a la temperatura exterior. Cuanto más húmedo sea el aire, menos humedad puede absorber. Cuanto mayor sea la humedad atmosférica, más frío debe ser para convertir las pequeñas gotas de agua en cristales de nieve.
Ejemplos:
Para poner en marcha un sistema de producción de nieve artificial se necesita una temperatura de bulbo húmedo de -2,5 °C (27,5 °F). Si la humedad atmosférica es muy baja, este nivel se puede alcanzar a temperaturas ligeramente superiores a 0 °C (32 °F), pero si la humedad del aire es alta, se requieren temperaturas más frías. Las temperaturas cercanas al punto de congelación se denominan temperaturas límite o temperaturas limítrofes. [3] Si la temperatura de bulbo húmedo desciende, se puede producir más nieve de forma más rápida y eficiente.
La producción de nieve es un proceso que consume mucha energía y tiene impactos ambientales, los cuales inherentemente limitan su uso.
Los estadounidenses Art Hunt, Dave Richey y Wayne Pierce inventaron el cañón de nieve en 1950, [4] [5] pero obtuvieron una patente algún tiempo después. [6] En 1952, el Catskill Resort Hotel de Grossinger se convirtió en el primero del mundo en utilizar nieve artificial. [7] La fabricación de nieve comenzó a utilizarse ampliamente a principios de la década de 1970. Muchas estaciones de esquí dependen en gran medida de la fabricación de nieve.
La producción de nieve ha alcanzado una mayor eficiencia a medida que aumenta la complejidad. Tradicionalmente, la calidad de la producción de nieve dependía de la habilidad del operador del equipo. Hoy en día, el control por computadora complementa esa habilidad con una mayor precisión, de modo que un cañón de nieve funciona solo cuando la producción de nieve es óptima.
Las consideraciones clave en la producción de nieve son aumentar la eficiencia del agua y la energía y aumentar la ventana ambiental en la que se puede producir nieve.
Las plantas de producción de nieve artificial requieren bombas de agua (y, a veces, compresores de aire , si se utilizan lanzas), que son muy grandes y costosas. La energía necesaria para producir nieve artificial es de aproximadamente 0,6–0,7 kW h/m3 para las lanzas y de 1–2 kW h/m3 para los cañones de ventilador. La densidad de la nieve artificial es de entre 400 y 500 kg/m3 y el consumo de agua para producir nieve es aproximadamente igual a esa cifra. [8]
La fabricación de nieve comienza con un suministro de agua, como un río o un embalse. El agua se bombea a través de una tubería en la montaña mediante bombas eléctricas muy grandes en una estación de bombeo. Esta agua se distribuye a través de una intrincada serie de válvulas y tuberías a todos los senderos que requieran la fabricación de nieve. La mayoría de las estaciones también añaden un agente nucleante para garantizar que la mayor cantidad posible de agua se congele y se convierta en nieve. Estos productos son materiales orgánicos o inorgánicos que facilitan que las moléculas de agua adquieran la forma adecuada para congelarse en cristales de hielo . Los productos no son tóxicos y son biodegradables.
El siguiente paso en el proceso de fabricación de nieve es añadir aire mediante una planta de aire. Esta planta suele ser un edificio que contiene compresores de aire industriales eléctricos o diésel del tamaño de una furgoneta o un camión. Sin embargo, en algunos casos, la compresión del aire se proporciona mediante compresores portátiles montados en remolques y alimentados con diésel que se pueden añadir al sistema. Los cañones de nieve tipo ventilador tienen compresores de aire eléctricos incorporados, lo que permite un funcionamiento más económico y compacto. Una zona de esquí puede tener las bombas de agua de alto rendimiento necesarias, pero no una bomba de aire. Los compresores incorporados son más económicos y sencillos que tener una estación de bombeo dedicada. El aire generalmente se enfría y se elimina el exceso de humedad antes de enviarlo fuera de la planta. Algunos sistemas incluso enfrían el agua antes de que entre en el sistema. Esto mejora el proceso de fabricación de nieve, ya que cuanto menos calor haya en el aire y el agua, menos calor debe disiparse a la atmósfera para congelar el agua. Desde esta planta, el aire viaja por una tubería separada que sigue el mismo camino que la tubería de agua.
El agua se mezcla a veces con proteínas ina (activas para la nucleación del hielo) de la bacteria Pseudomonas syringae . Estas proteínas sirven como núcleos eficaces para iniciar la formación de cristales de hielo a temperaturas relativamente altas, de modo que las gotitas se conviertan en hielo antes de caer al suelo. La propia bacteria utiliza estas proteínas ina para dañar a las plantas. [9]
Las tuberías que siguen los senderos están equipadas con refugios que contienen hidrantes, energía eléctrica y, opcionalmente, líneas de comunicación montadas.
Mientras que los refugios para cañones de ventilador requieren solo agua, electricidad y tal vez comunicación, los refugios de lanza generalmente también necesitan hidrantes de aire. Los refugios híbridos permiten máxima flexibilidad para conectar cada tipo de máquina de nieve, ya que tienen todos los suministros disponibles. La distancia típica para los refugios de lanza es de 100 a 150 pies (30 a 46 m), para los cañones de ventilador de 250 a 300 pies (76 a 91 m). Desde estos hidrantes 1+Se conectan mangueras resistentes a la presión de 1 ⁄ 2 a 2 pulgadas (38 a 51 mm) de manera similar a las mangueras contra incendios con levas a la máquina quitanieves.
La infraestructura para apoyar la producción de nieve puede tener un impacto ambiental negativo, alterando los niveles freáticos cerca de los embalses y el contenido de minerales y nutrientes del suelo debajo de la nieve. [10]
Existen muchos tipos de cañones para fabricar nieve artificial; sin embargo, todos ellos comparten el principio básico de combinar aire y agua para formar nieve. En la mayoría de los cañones, el tipo o la "calidad" de la nieve se puede modificar regulando la cantidad de agua en la mezcla. En otros, el agua y el aire simplemente se activan o desactivan y la calidad de la nieve se determina según la temperatura y la humedad del aire.
En general, existen tres tipos de cañones para fabricar nieve: de mezcla interna, de mezcla externa y de ventilador. Estos vienen en dos estilos principales: cañones de agua y aire y cañones de ventilador.
Una pistola de agua con aire se puede montar en una torre o en un soporte en el suelo. Utiliza agua y aire a mayor presión, mientras que una pistola con ventilador utiliza un potente ventilador axial para impulsar el chorro de agua a una gran distancia.
Un ventilador de nieve moderno generalmente consta de uno o más anillos de boquillas que inyectan agua en la corriente de aire del ventilador. Una boquilla separada o un pequeño grupo de boquillas se alimenta con una mezcla de agua y aire comprimido y produce los puntos de nucleación para los cristales de nieve. Luego, las pequeñas gotas de agua y los diminutos cristales de hielo se mezclan y propulsan hacia afuera mediante un potente ventilador , después de lo cual se enfrían aún más a través de la evaporación en el aire circundante mientras caen al suelo. Los cristales de hielo actúan como semillas para hacer que las gotas de agua se congelen a 0 ° C (32 ° F ). Sin estos cristales, el agua se sobreenfriaría en lugar de congelarse . Este método puede producir nieve cuando la temperatura de bulbo húmedo del aire es tan alta como -1 ° C (30 ° F). [11] [12] Cuanto más baja sea la temperatura del aire, más y mejor nieve puede producir un cañón. Esta es una de las principales razones por las que los cañones de nieve generalmente se operan por la noche. La calidad de la mezcla de las corrientes de agua y aire y sus presiones relativas son cruciales para la cantidad de nieve producida y su calidad.
Los cañones de nieve modernos están completamente informatizados y pueden funcionar de forma autónoma o ser controlados de forma remota desde una ubicación central. Los parámetros operativos son: tiempo de inicio y de parada, calidad de la nieve, temperatura máxima de bulbo húmedo en la que se puede operar, velocidad máxima del viento, orientación horizontal y vertical y ángulo de barrido (para cubrir un área más amplia o más estrecha). El ángulo y el área de barrido pueden seguir la dirección del viento.
Existen versiones más pequeñas de las máquinas de nieve que se encuentran en las estaciones de esquí, en escala reducida para funcionar con suministros de aire y agua del tamaño de un hogar. Las máquinas de nieve caseras se abastecen de agua ya sea de una manguera de jardín o de una hidrolavadora , que produce más nieve por hora. También existen planes para máquinas de nieve caseras hechas con accesorios de plomería y boquillas especiales, o boquillas de hidrolavadora. El aire presurizado generalmente se suministra desde compresores de aire estándar.
Los volúmenes de nieve que se producen con los generadores de nieve caseros dependen de la mezcla de aire y agua, la temperatura, las variaciones de viento, la capacidad de bombeo, el suministro de agua, el suministro de aire y otros factores. El uso de un pulverizador casero no funcionará a menos que las temperaturas estén muy por debajo del punto de congelación del agua.
Para la temporada de esquí 2009-2010, se estimó que alrededor del 88% de las estaciones de esquí pertenecientes a la Asociación Nacional de Áreas de Esquí de los EE. UU. usaban nieve artificial para complementar las nevadas naturales. [13] En los Alpes europeos, la proporción de pistas de esquí que se pueden cubrir con nieve artificial varía entre países (Alemania 25%, Francia 37%, Suiza 53%, Austria 70%, Italia 90%). [14] Desde 1985, las temperaturas promedio agregadas en los Estados Unidos contiguos para los meses de noviembre a febrero han sido consistentemente superiores a las temperaturas promedio para esos meses medidas entre 1901 y 2000 [15] como se grafica en la Figura 1. Tal tendencia limita y alienta el uso de nieve artificial. El aumento de las temperaturas dará como resultado un mayor derretimiento de la nieve y una disminución de las nevadas, lo que obligará a las estaciones de esquí a depender más del uso de nieve artificial. Sin embargo, una vez que las temperaturas se acercan a los 6 °C (43 °F), la fabricación de nieve no es viable dada la tecnología actual. La fotografía de Parsenn a la derecha muestra el uso de nieve artificial para complementar la nevada natural. La franja blanca que desciende por la montaña es una pista de esquí que se ha abierto gracias al uso extensivo de tecnología de fabricación de nieve.
A medida que el uso de nieve artificial se hace más común y eficiente, los desarrolladores pueden intentar construir nuevas estaciones de esquí o ampliar las existentes, como fue el caso de la estación de esquí Arizona Snowbowl . Tal acción podría causar una deforestación significativa, la pérdida de ecosistemas frágiles y raros y oposición cultural. Los altos costos asociados con la producción de nieve artificial sirven como barrera de entrada para su uso. Se estima que en 2008 costó aproximadamente US$131.000 comprar un cañón de nieve y desarrollar la infraestructura necesaria. En total, se han invertido aproximadamente US$61 millones en tecnología de fabricación de nieve en los Alpes franceses, US$1.005 en Austria y US$415 en Suiza. [16] Además, el 50% de los costos de energía promedio de una estación de esquí estadounidense se generan por la producción de nieve artificial. [13]
Las máquinas para fabricar nieve permiten a las estaciones de esquí extender sus temporadas y mantener sus negocios en épocas de bajas nevadas. Con las tendencias cambiantes del clima, las nevadas se están volviendo cada vez más impredecibles, lo que pone en peligro el éxito económico de las estaciones de esquí. Entre 2008 y 2013, las estaciones de esquí y snowboard estadounidenses experimentaron ingresos anuales de aproximadamente 3 mil millones de dólares estadounidenses. [17] Estos altos niveles de ingresos aumentan la demanda de cantidades predecibles y adecuadas de cubierta de nieve, que se puede lograr mediante prácticas de fabricación de nieve artificial. Si bien el beneficio económico de las estaciones de esquí ha sido de alrededor de 3 mil millones de dólares estadounidenses en los últimos años (ver Figura 2), se estima que el valor económico adicional del turismo de invierno en los Estados Unidos es de alrededor de 12,2 mil millones de dólares estadounidenses por año. [17] [13] Estos beneficios adicionales vienen en forma de gastos en hoteles, restaurantes, gasolineras y otros negocios locales. Además, el turismo de invierno genera alrededor de 211.900 puestos de trabajo en Estados Unidos, lo que equivale a un total aproximado de 7.000 millones de dólares estadounidenses pagados en prestaciones y salarios, 1.400 millones de dólares estadounidenses pagados en impuestos estatales y locales y 1.700 millones de dólares estadounidenses pagados en impuestos federales. Los beneficios económicos de los deportes de nieve son grandes, pero también frágiles. Se calcula que en años de menores nevadas, la actividad económica disminuye en aproximadamente 1.000 millones de dólares estadounidenses. [13]
La implementación y el uso de tecnologías de producción de nieve artificial requieren la realización de importantes proyectos de infraestructura, que provocan importantes perturbaciones en los ecosistemas locales. Un importante proyecto de infraestructura asociado con el uso de tecnología de producción de nieve artificial es el embalse de montaña. Muchos embalses de montaña son diques de contención que alimentan tuberías de agua subterráneas y plantean importantes riesgos de seguridad para las poblaciones y los ecosistemas cercanos. Además de los peligros que plantean los embalses y las presas convencionales, los embalses de montaña están sujetos a una variedad de peligros específicos de la montaña, como avalanchas, corrientes rápidas y deslizamientos de tierra. Aproximadamente el 20% de los embalses de montaña se construyen en sitios propensos a avalanchas, y alrededor del 50% son propensos a peligros muy altos. Además, los embalses de montaña expulsan agua muy rápidamente, lo que provoca inundaciones masivas y pone en peligro significativamente la seguridad pública. La gravedad de estos peligros aumenta debido a su posible impacto en las poblaciones y propiedades de las zonas más bajas. [18]
Las máquinas para fabricar nieve artificial generalmente requieren entre 3.000 y 4.000 metros cúbicos de agua por hectárea de pendiente cubierta. [18] En consecuencia, se necesitan aproximadamente 106 galones (400 litros) de agua para producir un metro cúbico de nieve, y las máquinas para fabricar nieve artificial utilizan alrededor de 107 galones (405 litros) de agua por minuto. [16] [19] Una cantidad significativa de esta agua se pierde debido a la evaporación y, por lo tanto, no se devuelve al nivel freático. [20] [21] Además, se necesitan aproximadamente de 3,5 a 4,3 kWh de energía para producir un metro cúbico de nieve; sin embargo, este número puede ser tan alto como 14 kWh, o tan bajo como 1 kWh por metro cúbico de nieve. [22] La fabricación de nieve artificial representa aproximadamente el 50% de los costos de energía promedio de la estación de esquí estadounidense, lo que equivale a unos $ 500.000. [13]
Las estaciones de esquí suelen utilizar agua mineralizada para producir nieve artificial, lo que tiene efectos adversos sobre los ecosistemas circundantes y los niveles freáticos. Los embalses de montaña suelen estar llenos de agua altamente mineralizada y el agua de escorrentía de estos embalses afecta la composición mineral y química de las aguas subterráneas, lo que a su vez contamina el agua potable. Además, los embalses de montaña no permiten que el agua se filtre de nuevo al suelo, por lo que el agua solo vuelve al nivel freático a través de la escorrentía. [18]
Como resultado de los cambios en los patrones climáticos, la producción de nieve artificial se ha convertido en una importante actividad generadora de ingresos debido a la escasez de nieve natural. Sin embargo, plantea importantes amenazas ambientales que pueden servir para perpetuar el problema que provocó un aumento de la demanda de nieve artificial en primer lugar.
La EPA pronostica que las temperaturas aumentarán entre 0,28 °C (0,5 °F) y 4,8 °C (8,6 °F) a nivel mundial con un aumento probable de 1,5 °C (2,7 °F), y un aumento promedio de las temperaturas en los EE. UU. de entre 1,7 °C (3 °F) y 6,7 °C (12 °F) para 2100. Además, los científicos predicen que la capa de nieve en el hemisferio norte disminuirá en un 15% para fines de siglo con la disminución de la capa de nieve y el acortamiento de las temporadas de nieve al mismo tiempo. [23] Se ha proyectado que para la década de 2050, menos de la mitad de las 21 ubicaciones históricamente utilizadas para los Juegos Olímpicos y Paralímpicos de Invierno (hasta Beijing 2022) aún tendrían condiciones climáticas confiables. [24] Estos cambios previstos en los patrones de temperatura y nevadas inducirán a las estaciones de esquí a depender más de la nieve artificial que utiliza cantidades significativas de agua y electricidad. Como resultado, las estaciones de esquí contribuirán aún más a la producción de gases de efecto invernadero y al problema de la escasez de agua .
Además de los impactos ambientales a largo plazo, la producción de nieve artificial plantea desafíos ambientales inmediatos. La nieve artificial tarda entre dos y tres semanas más en derretirse que la nieve natural. Por ello, el uso de nieve artificial introduce nuevas amenazas y desafíos para la flora y fauna locales. Además, el alto contenido de minerales y nutrientes del agua utilizada para producir nieve artificial cambia la composición del suelo, lo que a su vez afecta a las plantas que pueden crecer. [20]
Además de los efectos directos de la producción de nieve artificial, las prácticas de fabricación de nieve producen diversos efectos secundarios.
Las externalidades positivas que se derivan de la producción de nieve artificial incluyen impactos positivos en las economías locales, mayores oportunidades para la actividad física y mejores condiciones de competencia. Además, la producción de nieve artificial permite a las estaciones de esquí extender la cantidad de tiempo que están operativas, aumentando así las oportunidades de que la gente participe en actividades físicas al aire libre. [25] Finalmente, la composición de la nieve producida mediante cañones de nieve difiere de la de la nieve natural y, como tal, proporciona mejores condiciones para las competiciones de deportes de invierno. [2] A menudo es la favorita de los profesionales por ser rápida y "hiperadherente", pero también aumenta su miedo a caerse sobre ella. [26] [27]
Las externalidades negativas más visibles que resultan de la fabricación de nieve artificial son los impactos ambientales adversos. Sin embargo, además de los impactos ambientales, la producción de nieve artificial genera externalidades culturales y sociales negativas significativas. Entre esas externalidades se incluyen cuestiones relacionadas con el uso de la tierra y los derechos sobre ella. Muchas estaciones de esquí alquilan montañas y pistas al Servicio Forestal de los Estados Unidos , lo que plantea interrogantes sobre cómo se puede y se debe utilizar la tierra y quién debería ser el árbitro para determinar los usos apropiados.
Un ejemplo específico de una externalidad cultural negativa es la controversia en torno al uso de nieve artificial en Arizona Snowbowl , una estación de esquí en el norte de Arizona. Arizona Snowbowl está situada en los picos de San Francisco, que son uno de los lugares más sagrados para varias tribus nativas americanas en el área de Four Corners, incluida la Nación Navajo . En 2004, Arizona Snowbowl alquilaba sus pistas al Servicio Forestal de los Estados Unidos y buscaba construir nuevas pistas de esquí y aumentar la producción de nieve artificial. El proyecto propuesto implicaría la tala de aproximadamente 74 acres (30 ha) de bosque, el uso de agua recuperada para producir nieve artificial, la construcción de un estanque de retención de tres acres para agua recuperada y la instalación de una tubería subterránea. Un grupo de demandantes formado por miembros de seis tribus nativas americanas y varias otras organizaciones presentó una demanda contra el Servicio Forestal de los Estados Unidos y Arizona Snowbowl. Los demandantes alegaron que emprender un proyecto de este tipo alteraría y dañaría significativamente la naturaleza cultural y espiritual de la montaña. Este recurso legal finalmente fracasó en 2009. [28]
En sueco, se utiliza la expresión "cañón de nieve" (Snökanon) para designar el fenómeno meteorológico de la nieve por efecto lago . Por ejemplo, si el mar Báltico aún no está helado en enero, los vientos fríos procedentes de Siberia pueden provocar importantes nevadas.
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