Pararrayos

TRABAJO COLABORATIVO 1

1. ¿Cómo funciona un pararrayos y cuáles tipos hay?

Para explicar cómo funcionan los pararrayos primero tenemos que saber qué es un rayo. Los rayos son descargas electrostáticas que impactan en la superficie terrestre con una potencia que varía entre 200 mil y un millón de voltios. Se originan únicamente en las nubes en las que se han formado cristales de hielo. El movimiento de estos cristales acumula una fuerte carga de electricidad estática.

Las diferencias de cargas eléctricas entre la tierra y la atmósfera hacen que se produzca la descarga. Al caer, el rayo va buscando los lugares por donde más fácilmente puede conducirse, y estos en general son cualquier elemento con forma vertical como árboles o edificios.

El pararrayos fue inventado por Benjamin Franklin en 1753, y su función es la de atraer los rayos para evitar que caigan en otros lugares peligrosos. Esta construido por una antena metálica que termina en forma de punta, donde se encuentra una bola de cobre o de platino. La barra vertical de la antena está unida a tierra por un cable conductor que lleva la descarga hacia el suelo.

Es de vital importancia que el pararrayos esté en un lugar bien alto, por encima de cualquier otra estructura que pueda haber en la zona. Los rayos se rigen por los mismos principios de la electricidad. Estos nos dicen que la electricidad siempre buscará moverse por la zona que más fácil le resulte. Y en el caso de los rayos lo más seguro es que caiga en el punto más alto, que es también el punto más cercano al que se originó el rayo, arriba en la nube.

Otra característica de suma importancia en un pararrayo es el cable que lleva la corriente al suelo, el cable neutraliza el poder destructivo de los rayos gracias a que permite una polarización de las cargas eléctricas, que lleva la descarga al suelo.

Esquema de la estructura y el funcionamiento de un pararrayos.

En la figura se observan las partes de una instalación de un pararrayos y sus funciones

Tipos de Pararrayos

Una vez que se vea la necesidad de colocar un pararrayos, puede escogerse entre varios tipos:

• De puntas.

• De jaula de Faraday.

Dentro de los pararrayos de puntas podemos considerar los siguientes:

• Tipo Franklin.

• .Radiactivo.

• Piezoeléctrico

• Ión - corona solar.

• Tipo Franklin. Se basa en la teoría del poder de las puntas que consiste en que las descargas eléctricas se dirigen al punto más alto, es decir, hacia la punta del pararrayos. El sistema está formado por una varilla de unos 2 metros de acero galvanizado de 50 ms. de diámetro cuya punta está recubierta de wolframio (p.f. 3.650 ºC) con el fin de soportar las altas temperaturas que produce el rayo al caer. La zona de cobertura es un cono.

• Tipo radiactivo. Contiene una caja con una pequeña cantidad de isótopo radiactivo cuya finalidad es ionizar el aire de forma suplementaria. Los iones que se producen favorecen el canal que ha de seguir el rayo lo que hace que su campo de protección sea el de una semiesfera de unos 200 m. De radio que cae hasta el suelo en forma de cilindro.

Nota. El real decreto 1428/86 del Ministerio de Industria y energía prohíbe expresamente este tipo de pararrayos.

• Tipo piezoeléctrico. Se basan en el fenómeno que presenta el cuarzo que al ser presionado produce una descarga eléctrica entre dos electrodos. En este caso, la fuerza la produce el viento al actuar sobre el vástago del pararrayos, por lo que funciona mejor en caso de temporal.

• Tipo ión-corona solar. Incorporan un dispositivo eléctrico productor de iones de forma permanente. Es más eficaz que el radiactivo y no es peligroso. Dispone de dos electrodos entre los que se producen efluvios eléctricos y una pequeña luminosidad (efecto corona). El dispositivo necesita energía eléctrica para el ionizador y ésta se consigue generalmente con un panel solar.

• Tipo jaula de Faraday. Se basa en el conocido fenómeno descubierto por el físico inglés Michel Faraday. Se llama también "reticular" y consiste en un retículo o malla tendida a lo largo de los aleros del tejado de grandes edificios y conectada eléctricamente a tierra.

Hay que hacer notar que los edificios modernos con estructura metálica, cumplen una función similar a las jaulas de Faraday, por lo que la probabilidad de que un rayo entre en uno de estos edificios es extremadamente pequeña.

2. ¿Qué principios y leyes de la electrostática se aplican en el diseño y elaboración

de un pararrayos? Justificar y ejemplificar cada propuesta

Las normativas de pararrayos y principios básicos de funcionamiento de los pararrayos. Las normativas UNE-21185 y 186 de pararrayos no son de obligado cumplimiento, son solo una guía de recomendación e incumplen el Reglamento Eléctrico de Baja Tensión. Los diferentes principios de funcionamiento de los pararrayos en punta no se cumplen.

En 1747 B. Franklin inició sus experimentos sobre la electricidad. Adelantó una posible teoría de la botella de Leyden, defendió la hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico y propuso un método efectivo para demostrarlo. Su teoría se publicó en Londres y 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. Desde entonces el pararrayos tipo Franklin no ha evolucionado.

Todos los pararrayos que acaban en una o varias puntas tienen como principio la excitación y captación del rayo. En mayor o menor grado generan efectos segundarios de contaminación electroestática y electromagnética que afectan con la posible destrucción a las instalaciones eléctricas y equipos, por ese motivo los fabricantes de pararrayos recomiendan protecciones suplementarias en las instalaciones internas para minimizar los efectos de la subida de tensión temporal (sobre tensión) en los equipos eléctricos, de telecomunicaciones, audiovisual y cualquier otro que contengan electrónica sensible, durante la descarga del rayo en el pararrayos.

Durante la evolución industrial, no existían tecnologías electrónicas tan sensibles como las actuales. Si miramos a nuestro alrededor, pocos son los equipos eléctricos o electromecánicos

...