Pararrayos

INTRODUCCIÓN

El rayo es una poderosa descarga electrostática natural producida durante una tormenta eléctrica; generando un "pulso electromagnético". La descarga eléctrica precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago), causada por el paso de corriente eléctrica que ioniza las moléculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda de choque. La electricidad (corriente eléctrica) que pasa a través de la atmósfera calienta y expande rápidamente el aire, produciendo el ruido característico del rayo; es decir, el trueno. Generalmente, los rayos son producidos por partículas positivas por la tierra y negativas a partir de nubes de desarrollo vertical llamadas cumulo-nimbos. Cuando un cumulo-nimbo alcanza la tropopausa, las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas, causando un relámpago o rayo. Esto produce un efecto de ida y vuelta; se refiere a que al subir las partículas instantáneamente regresan causando la visión de que los rayos bajan. Este trabajo consiste precisamente en mencionar los sistemas de protección contra descarga atmosférica (SPDA), mas conocido como pararrayos, se hablara sobre los tipos de pararrayos que existen, el principio de funcionamiento, las leyes físicas que rigen en el diseño y elaboración de los mismos.

Como funciona un pararrayo y cuales tipos hay?

Un pararrayos se compone de varias partes fundamentales: un mástil que siempre debe ser metálico y un cabezal que puede terminar en punta o en forma redondeada. Este cabezal está ionizado y a su vez está unido a una toma de tierra, también metálica, por un hilo conductor de electricidad.

Al estar cargado de forma inversa a la electricidad que lleva el rayo, el pararrayo lo atrae y lo conduce hasta la toma de tierra. De esta forma se evita que pueda caer aleatoriamente en el terreno, el objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos, como edificios, árboles o personas incluyendo el propio edificio que se protege. La idea del pararrayos fue creada originalmente por el inventor estadounidense Benjamín Franklin, que la puso en práctica para demostrar la naturaleza eléctrica de las tormentas.

Un pararrayo 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 este depende de cada tipo de protección.

Pararrayos puntas simples Franklin (PSF)

1. Características básicas. Son electrodos de acero o de materiales similares acabados en una o varias puntas, denominados Punta simple Franklin, no tienen ningún dispositivo electrónico ni fuente radioactiva. Su medida varía en función del modelo de cada fabricante, algunos fabricantes colocan un sistema metálico cerca de la punta para generar un efecto de condensador.

2. Su principio de funcionamiento. Durante el proceso de la tormenta se generan campos eléctricos de alta tensión entre nube y tierra (1). Las cargas se concentran en las puntas más predominantes a partir de una magnitud del campo eléctrico (2). Alrededor de la punta o electrodo aparece la ionización natural o efecto corona, resultado de la transferencia de energía. Este fenómeno es el principio de excitación para trazar un canal conductor que facilitará la descarga del fenómeno rayo (Leader).

En función de la transferencia o intercambio de cargas, se pueden apreciar, en la punta del pararrayos, chispas diminutas en forma de luz, ruido audible a frito, radiofrecuencia, vibraciones del conductor, ozono y otros compuestos (efecto corona 3). Este fenómeno arranca una serie de avalancha electrónica por el efecto campo, un electrón ioniza un átomo produciendo un segundo electrón, éste a su vez junto con el electrón original puede ionizar otros átomos produciendo así una avalancha que aumenta exponencialmente. Las colisiones no resultantes en un nuevo electrón provocan una excitación que deriva en el fenómeno luminoso. A partir de ese momento, el aire cambia de características gaseosas al límite de su ruptura dieléctrica (Trazador o canal ionizado) (4). El rayo es el resultado de la saturación de cargas entre nube y tierra, se encarga de transferir en un instante, parte de la energía acumulada; el proceso puede repetirse

3. El objetivo de estos pararrayos. atrae-rayos es proteger las instalaciones del impacto directo del rayo, excitando su carga y capturando su impacto para conducir su potencial de alta tensión a la toma de tierra eléctrica.

Se conocen casos en los que parte del pararrayos ha desaparecido a causa del impacto, que superó los 200.000 Amperios. Algunos estudios demuestran que estos equipos no son eficaces.

Pararrayos con dispositivo de cebado (PDC)

Analicemos algunos principios básicos.

Características básicas. Están formados por electrodos de acero o de materiales similares acabados en una punta. Incorporan un sistema electrónico que genera un avance teórico del trazador; otros incorporan un sistema piezoeléctrico que genera un efecto similar. Los dos sistemas se caracterizan por anticiparse en el tiempo en la captura del rayo, una vez que se produce la carga del dispositivo electrónico de excitación (cebador). Las medidas de los cabezales varían en función del modelo de cada fabricante. No incorporan ninguna fuente radioactiva. Cabe destacar que en España se llaman “PDC”, en Francia “PDA” y en USA “ESE”.

El principio de funcionamiento sigue siendo el mismo que los pararrayos tipo Franklin, la diferencia tecnológica de estos equipos está en el sistema electrónico, que aprovecha la influencia eléctrica del aumento de potencial entre la nube y la tierra para autoalimentar el cebador. Son componentes electrónicos que están alojados normalmente en el interior de un envase metálico y colocado en la parte más cercana de la punta del pararrayos y sirve para excitar la avalancha de electrones (ionización). La excitación del rayo se efectúa ionizando el aire por impulsos repetitivos. Según aumente gradualmente la diferencia de potencial entre el pararrayos y la nube, aparece la ionización natural o efecto líder. Son mini descargas que salen de la punta con más intensidad para ionizar el aire más lejos; este fenómeno es el principio de excitación

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