Pararrayos
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Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Este artilugio fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. Este primer pararrayos se conoce como "pararrayos Franklin", en homenaje a su inventor.
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[editar] Historia
En 1747 Benjamín Franklin inició sus experimentos sobre la electricidad; defendió la hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico y propuso un método efectivo para demostrarlo. En 1752 publicó en Londres en su famoso almanaque (Poor Richard’s Almanack), una aplicación donde propuso la idea de utilizar varillas de acero en punta, sobre los tejados, para protegerse de la caída de los rayos. Su teoría se ensayó en Inglaterra y Francia antes incluso de que él mismo ejecutara su famoso experimento con una cometa en 1752. Inventó el pararrayos y presentó la llamada teoría del fluido único para explicar los dos tipos de electricidad atmosférica, la positiva y negativa.
A partir de entonces nacen los pararrayos que, contrariamente a lo que indica su nombre, se diseñan para excitar y atraer la descarga para luego conducirla adonde no ocasione daños. La confianza de protección era tan grande en la sociedad, que inconscientemente, no contemplaban sus riesgos, llegándose incluso a diseñar estéticos paraguas con pararrayos incorporado.
En 1753, el ruso Georg Wilhelm Richmann siguió las investigaciones de B. Franklin para verificar el efecto de protección, pero en su investigación, un impacto de rayo lo fulminó cuando éste fue excitado y atraído por el pararrayos, recibiendo una descarga eléctrica mortal cuando manipulaba parte de la instalación del pararrayos.
En 1919 Nikola Tesla definió correctamente el principio de funcionamiento del pararrayos, rebatiendo las teorías y la técnica de B. Franklin y su patente. Desde entonces, la industria del pararrayos ha evolucionado y se fabrican modelos de distinto diseño, como pararrayos de punta simple, con multipuntas o punta electrónica, pero todos con el mismo principio físico de funcionamiento: ionizar el aire a partir de un campo eléctrico natural generado en el suelo por la tormenta, con el principio de excitar y capturar el rayo en la zona que queremos proteger. Una instalación de pararrayos está compuesta, básicamente de 3 elementos, un electrodo captador (pararrayos), una toma de tierra eléctrica y un cable eléctrico para conducir la corriente del rayo, desde el pararrayos a la toma de tierra.
[editar] Estructura y funcionamiento
Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero), con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio. El cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio un cable de cobre conductor. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en referencia al terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas. En principio, un pararrayos protege una zona teórica de forma cónica con el vértice en el cabezal; el radio de la zona de protección depende del ángulo de apertura de cono y a su vez éste depende de cada tipo de protección. Las instalaciones de pararrayos se regulan en cada país por guías de recomendación o normas.
El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables a las descargas eléctricas, sobre todo en el sector de las telecomunicaciones, electromecánicas, automatización de procesos y servicios, cuando hay tormenta con actividad eléctrica de rayos. Casi todos los equipos incluyen tecnologías electrónicas sensibles a las perturbaciones electromagnéticas y variaciones bruscas de la corriente. La fuente más importante de radiación electromagnética es la descarga del rayo en un elemento metálico, o en su caso en un pararrayos. Las instalaciones de pararrayos generan pulsos electromagnéticos de gran potencia cuando funcionan.
[editar] Otros tipos de pararrayos
[editar] Pararrayos desionizador de carga electrostática
A partir del 2002 se desarrolla y patenta el pararrayos desionizador de carga electrostática. Algunos autores[1] aseguran que gracias a su diseño anula el campo eléctrico en las estructuras, inhibiendo por tanto la formación del rayo en la zona que se protege al adelantarse al proceso de formación del rayo, para debilitar el campo eléctrico presente, en débiles corrientes que se fugan a la toma de tierra evitando posibles impactos de rayos en las estructuras. Otros autores afirman que su presencia no constituye una protección distinta a la otorgada por un pararrayos convencional.[2] Al respecto se ha afirmado que:
[editar] Pararrayos con dispositivo de cebado
Un pararrayos con dispositivo de cebado es un pararrayos que incorpora un dispositivo de cebado (PDC), electrónico o no, que garantiza una mayor altura del punto de impacto del rayo, aumentando así, el área de cobertura y facilitando la protección de grandes áreas, simplificando y reduciendo costes de instalación.
Su funcionamiento se basa en el siguiente proceso:
Cuando se dan las condiciones atmosféricas para la formación de nubes con carga eléctrica (cumulonimbus), el gradiente atmosférico aumenta de una forma rápida, creando un campo eléctrico de miles de V/m, entre nube y tierra. Durante este proceso, el sistema PDC capta y almacena la energía de la atmósfera en su interior. El cabezal emite un trazador ascendente en forma de impulso de alta frecuencia a partir de la energía almacenada, cuando el control de carga detecta que está próxima la caída de un rayo (valor de tensión cercano al de ruptura del gradiente de la atmósfera). Mediante el trazador ascendente, se facilita un camino ionizado de baja impedancia para la descarga hacia tierra de la energía almacenada en la nube, a través del conductor bajante de la instalación, neutralizando el potencial de tierra.
El nivel de protección está relacionado con la eficiencia requerida para que un sistema de protección contra el rayo intercepte las descargas sin riesgo para las personas, estructura e instalaciones. Indica la eficacia del sistema de protección dentro del volumen a proteger.
[editar] Normativa de pararrayos
[editar] Código Técnico de la Edificación
El Código Técnico de la Edificación (CTE)s un marco normativo de obligado cumplimiento en España en el que se regulan las exigencias básicas de calidad que deben cumplir los edificios, incluidas sus instalaciones, para satisfacer los requisitos básicos de seguridad y habitabilidad, en desarrollo de lo previsto en la disposición adicional segunda de la Ley 38/1999, de 5 de noviembre, de Ordenación de la Edificación (LOE). Es de aplicación en obras de edificación de nueva construcción, obras de ampliación, modificación, reforma o rehabilitación, cambio de actividad o uso del edificio existente.
En la sección de utilización nº8 (SU 8) "Seguridad frente al riesgo causado por la acción del rayo", indica la obligatoriedad de instalar dispositivos para la protección externa contra el rayo, en función del índice de riesgo de la instalación a proteger. Además, en su punto B.2 indica que "siempre que se instale un pararrayos es obligatorio disponer de un sistema de protección interno comprendido por dispositivos que reducen los efectos eléctricos y magnéticos de la corriente de descarga atmosférica dentro del espacio a proteger".
[editar] UNE 21186
La norma española UNE 21186 "Protección de estructuras y edificaciones y zonas abiertas mediante pararrayos con dispositivos de cebado" trata la protección mediante pararrayos con dispositivo de cebado, contra los impactos directos del rayo en estructuras corrientes y zonas abiertas (áreas de almacenamiento, áreas de ocio,...). Asimismo, contempla la protección contra los efectos del paso de la corriente del rayo por el sistema de protección. Todo ello, con el objetivo de proteger con la mayor eficacia posible a personas y bienes materiales.
[editar] Necesidad de los pararrayos
El rayo es un fenómeno meteorológico que genera severos efectos térmicos, eléctricos y mecánicos, en función de su energía durante la descarga. Se conocen rayos con trayectoria ascendente y descendente, que varían de valor en función de la actividad tormentosa y su situación geográfica. Los valores de corriente que pueden aparecer en un solo rayo, oscilan entre 5.000 y 350.000 amperios, siendo la media de 50.000 amperios. Las temporadas de tormentas, son cada vez más amplias durante el año apareciendo incluso en invierno, y su distribución geográfica es muy variable, pudiendo ver variaciones importantes en los mapas ceráunicos de la actividad de tormentas y la densidad de rayos.
La elevada intensidad de un rayo puede provocar paro cardíaco o respiratorio por electrocución de un ser vivo, debido al paso de la corriente de descarga. El impacto directo de un rayo provoca daños en las estructuras (edificios, antenas telecomunicaciones, industrias,...). El impacto de un rayo disipa calor por el efecto Joule y por tanto, puede llegar a provocar incendios.
El cambio climático es uno de los mayores causantes del aumento de la actividad de tormentas y del aumento de la densidad de rayos, y por defecto de la aparición de tantos accidentes en instalaciones protegidas con pararrayos en punta.[4]
El aumento de la actividad solar incrementa la actividad eléctrica de la atmósfera, generando inesperadas tormentas electromagnéticas y termodinámicas que no aparecen en los modelos climáticos, ni en las previsiones. Esta actividad eléctrica es, entre otros fenómenos meteorológicos conocidos, otro detonante del aumento de la actividad de rayos nube tierra o tierra nube. Según la NASA las tormentas solares tendrán su máximo previsto para el año 2012. El Secretario General de la Organización Meteorológica Mundial 2010 (OMM 2010), Michel Jarraud, instó a la comunidad internacional a actuar con urgencia para poner fin al cambio climático.
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), varios organismos nacionales e internacionales han formulado directrices que establecen límites para la exposición a campos electromagnéticos (CEM) en el trabajo y en los lugares de residencia, en este sentido, estas directrices afectan directamente a las instalaciones de pararrayos, ya que ponen en peligro la continuidad de la industria y la salud de las personas en el trabajo.
[editar] Véase también
[editar] Referencias
- ↑ Pararrayos, su función y posibilidades por Ángel Rodríguez
- ↑ There Is No Magic To Lightning Protection: Charge Transfer Systems Do Not Prevent Lightning Strikes por William Rison
- ↑ Pararrayos no convencionales por César Briozzo y María Simon
- ↑ Accidentes en instalaciones protegidas con pararrayos en punta
