Trabajo Colaborativo 1 Campos Electromagneticos

TRABAJO COLABORATIVO 1 Campos Electromagneticos

INTRODUCCIÓN

Benjamín Franklin desarrolló una de las herramientas de seguridad contra los efectos de la naturaleza más efectiva, como lo es el Pararrayos, el cuál es hoy en día ampliamente utilizado para proteger contra rayos altas edificaciones y otras estructuras. En el presente trabajo veremos su funcionamiento, tipos, la normatividad que lo rige y algunos de los principios electrostáticos que en él se aplican.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

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

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un y canalizar la descarga eléctrica hacia tierra, de modo tal que no cause daños a construcciones o personas. Este artilugio fue inventado por Benjamín Franklin mientras efectuaba una serie de experimentos sobre la propiedad que tienen las puntas agudas, puestas en contacto con la tierra, de descargar los cuerpos electrizados situados en su proximidad.

El pararrayos corriente es una varilla puntiaguda de un metal, se sitúa en la parte superior del edificio y se conecta por medio de un alambre de cobre grueso con una placa del mismo, que se encuentra enterrada profundamente en la tierra. Los electrones pueden trasladarse fácilmente por el pararrayos, ir desde la carga negativa de la nube que está encima y dejar cargas positivas en la punta del pararrayos, las cuales adquieren tal fuerza y cohesión que ionizan el aire que las rodea. A diferencia de las cargas de la punta, las del aire ionizado pueden ascender hacia la nube, rechazadas por las cargas positivas que quedan detrás del pararrayos y atraídas por las negativas de la nube. Por lo tanto, si el rayo se produce entonces, recorrerá el camino más corto y fácil, que es el que conduce al pararrayos. Y como éste está conectado al suelo, el rayo, al tocar la punta metálica, se descarga a tierra sin causar daños. Esas moléculas cargadas que ascienden hacia la nube forman un "viento eléctrico" que si alcanza la nube neutraliza su carga negativa e impide que descienda la chispa eléctrica. Por eso la principal ventaja del pararrayos consiste en evitar la producción de la tan temida descarga eléctrica, por lo que su utilidad es doble.

Existen varios tipos de pararrayos:

o Pararrayos de puntas:

Formada por una varilla de 3 a 5 m de largo, de acero galvanizado de 50 mm de diámetro con la punta recubierta de wolframio (para soportar el calor producido en el impacto con el rayo). Si además se desea prevenir la formación del rayo, pueden llevar distintas dispositivos de ionización del aire.

• De tipo Flanklin: se basan en el "efecto punta". Es el típico pararrayos formado por una varilla metálica acabada en una o varias puntas.

La zona protegida por un pararrayos clásico de Flanklin tiene forma cónica.

Fig. Zona protegida por un pararrayos clásico.

En este tipo de pararrayos, el efecto de compensación de potencial es muy reducido, por lo que en zonas con alto riesgo suelen usarse otro tipo de pararrayos.

 De tipo radiactivo: consiste en una barra metálica en cuyo extremo se tiene una caja que contiene una pequeña cantidad de isótopo radiactivo, cuya finalidad es la de ionizar el aire a su alrededor mediante la liberación de partículas alfa.

Este aire ionizado favorece generación del canal del rayo hasta tierra, obteniendo un área protegida de forma esferico-cilíndrica.

El Real Decreto 1428/86 del Ministerio de Industria y Energía prohíbe expresamente el uso de este tipo de pararrayos.

Fig. Zona protegida por un pararrayos radiactivo

 Tipo ión-corona solar: este tipo de pararrayos incorpora un dispositivo eléctrico de generación de iones de forma permanente, constituyendo la mejor alternativa a los pararrayos atómicos. La energía necesaria para su funcionamiento suele proceder de fotocélulas.

 De tipo piezoeléctrico: se basa en la capacidad de los materiales piezoeléctricos, de producir carga eléctrica a partir de los cambios en su estructura debido a presiones externas (tales como las producidas por el viento durante un vendaval).

Para mejorar el comportamiento de los pararrayos de punta, puede usarse la técnica denominada "matriz de dispersión", que consiste en un conjunto de puntas simples o ionizadoras cuya misión es la de ofrecer multitud de puntos de descarga entre tierra y nube, así modo la repartir esa descarga de neutralización en una región mayor de modo que se reduce la aparición de puntos con distintos potenciales que favorezcan la aparición del rayo.

o Pararrayos reticulares o de jaula de Faraday: consisten en recubrir la estructura del edificio mediante una malla metálica conectada a tierra.

Fig. Zona protegida mediante pararrayos reticular.

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.

o Pararrayos con dispositivo de cebado (PDC)

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 para trazar un camino conductor intermitente que facilitará la descarga del fenómeno rayo. El conjunto electrónico

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