El rayo.pub - Tecnología e Ingeniería Merlin

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Tecnología e Ingeniería Merlín
EL RAYO
El Rayo es uno de los espectáculos más extraordinarios de la naturaleza, el brillante resplandor que une a la tierra con el
cielo que puede aparecer zigzagueante o bien como una lı́nea resplandeciente, seguida de un tremendo y retumbante
trueno que pueden alcanzar cientos de Kiloamperios.
Las consecuencias de la descarga directa provocan daños a personas o
cosas, incendios, interrupciones en la energía eléctrica y pueden originar grandes pérdidas en la producción.
La protección contra descargas atmosféricas cons tuye un tema de vasto
alcance al que van unidos importantes problemas de protección y seguridad.
¿ Como se forman ?
Se ha observado a través del desarrollo de la actividad cotidiana
que la aparición de la electricidad estática es causa de muy variados problemas donde va implı́cito el factor riesgo y seguridad que es el motivo de este estudio.
Durante la formación de nubes de tormenta,
cuando el aire frı́o se encuentra sobre el aire
caliente y húmedo, quiere decir que se avecina una tormenta eléctrica, las corrientes de
aire ascendentes y descendentes destruyen
los fragmentos de hielo que se encuentran en
las nubes llamados CUMULUS NIMBUS y
generan
cargas
eléctricas estáticas crecientes, formándose concentraciones positivas en la parte alta de la nube, en la parte inferior de la nube se concentran cargas negativas desarrollándose el siguiente fenómeno.
Al presentarse estas condiciones, se forma en
la tierra por inducción una concentración de
cargas electrostáticas precisamente debajo
Como sabemos dos cuerpos cargados eléctricamente con signos opuestos se atraen en este
de las nubes (normalmente son de signo pocaso: nube = negativo y tierra = positivo.
sitivo) cuya intensidad dependerá de la carga
almacenada en las nubes, cuando las cargas llegan a ser lo su icientemente grandes se produce el rompimiento del dieléctrico del aire y se produce un canal de energı́a conocido como rayo piloto que principia a descender de la nube hacia la
tierra, haciendo bruscos e irregulares movimientos, este canal es de polaridad negativa.
Este canal o Rayo piloto baja en forma pulsante efectuando suspensiones en su avance de 10 a 12 microsegundos se comienza a rami icar transformándose, el rayo viaja a una velocidad de 150 a 350 Kilómetros por segundo, este rayo piloto
hasta aquı́ viaja silencioso y casi sin luz.
Cuando se acerca a la tierra un gran campo eléctrico se establece, originando que en la tierra, en los sitios en donde la carga inductiva se concentra, parta hacia arriba un lujo eléctrico o rayo piloto secundario al encuentro del primero este canal ascendente a diferencia de descendente es positivo.
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Al encuentro de las trayectorias anteriores, se establece entre la nube y la tierra un canal de corriente continuo cuya distancia de choque es de aproximadamente 15 a 50 metros de la super icie terrestre, al hacer contacto estos dos grandes
canales de energı́a de polaridad diferente, se produce
una luz muy intensa llamada Relámpago y produce el
trueno que siempre acompaña a este fenómeno.
Este trueno es por el entallamiento del aire a gran
velocidad debido al choque de energı́a que generan 30 000 grados centı́grados y 160 000 AMP, en
este instante se producen los efectos térmicos, dinámicos, acústicos, y quı́micos de los rayos.
Es importante resaltar que por existir en una nube
varias concentraciones de carga electroestática, se
aprovecha este canal o cause y se produce el fenómeno de descargas sucesivas. Las estadı́sticas muestran que al menos más del 60% de los rayos tienen
por lo menos dos descargas sucesivas.
Una de las preguntas más frecuentes es: ¿El Rayo es
de nube a tierra o de tierra a nube?
Antes de responder a la pregunta primero hay que comprender que es un rayo y para esto comencemos recordando algo sobre el atomo.
Según la teorı́a atómica, toda la materia tiene una estructura parecida al sistema solar, la materia esta compuesta por átomos comparativamente tan separados entre si como los cuerpos celestes en el espacio interestatal.
Esto explica porque los rayos X y las radiaciones pueden penetrar cuerpos aparentemente sólidos, el átomo consiste en un núcleo con
carga positiva al que rodea un núcleo variable de electrones cuya carga es negativa estos electrones se mueven alrededor del núcleo en una gran diversidad de orbitas, por lo general las cargas negativas de los electrones y las cargas positivas del núcleo son iguales, en algunos electrones su orbita se encuentra bastante próxima al núcleo, y otros se encuentran orbitando muy distante del mismo,
hasta mezclarse con electrones de otros núcleos; el desarrollo de este fenómeno es lo que da origen a la generación de energı́a eléctrica.
En conclusión, el exceso o de inid de electrones en la materia causa un desequilibrio en la misma obteniendo los siguientes
resultados:
1º. Tendrá mayor carga positiva si existe
dé icit de Electrones.
2º. Tendrá mayor carga negativa si existe
exceso de Electrones.
Este desequilibrio de electrones es el que
conocemos como Electricidad Estática.
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RIESGOS DEL RAYO
Efectos directos
Efectos luminosos : El acercamiento de la caída de un rayo sensibiliza violentamente la retina de un observador
una impresión tal que el ojo queda durante largos segundos deslumbrado
sin poder recuperar la visión.
Efectos electrodinámicos : Los efectos electrodinámicos se producen
cada vez que algunas partes de los conductores por dónde pasan corrientes
del rayo se encuentran en un campo magnético creado por otras partes o
por los conductores paralelos. Se mani iestan por esfuerzos mecánicos sustanciales, de atracción y de repulsión, aún más intensos si los conductores
están cercanos y la corriente es fuerte.
Efectos térmicos : estos efectos
están relacionados con la cantidad
de carga implicada durante la caı́da del rayo esto se traduce en la
fusión más o menos importante de
material en el lugar del impacto cuando se trate de materiales de gran resistividad, en los materiales que son malos conductores, se libera una gran cantidad
de energı́a en forma de calor la humedad contenida en estos materiales provoca
entonces un aumento brusco de presión que puede provocar su estallido.
Efectos debidos al cebado : La resistividad del terreno hace que las tomas
de tierra tengan una cierta resistencia
y puedan generar durante el paso de
la corriente del rayo, una subida brusca del potencial de la toma de tierra de la
instalación. También se crean unas diferencias de potencial entre ciertos elementos metálicos., de aquı́ el interés en procurar una buena realización de las
tomas de tierra y a la unión equipotencial de las masas metálicas cercanas a las
bajantes.
Efectos acústicos : El trueno se debe a una brusca elevación de presión (2
a 3 atmósferas) del canal de descarga contraı́do por las fuerzas electrodinámicas durante la caı́da del rayo. El tiempo que dura el trueno depende de la longitud del canal ionizado. La propagación en frecuencias elevadas de los componentes espectrales liberados por la onda de
impacto, se efectúa perpendicularmente al canal. Para las frecuencias bajas, esta propagación es omnidireccional; de ahı́
las diferentes formas de sonidos percibidos por un observador siguiendo la distancia y la orientación de los canales sucesivos tomados por el relámpago.
EFECTOS INDIRECTOS
Conducción : se trata de una sobretensión que se propaga a lo largo de un conductor que ha tenido contacto directo con el rayo. Este efecto es más destructor
ya que la mayorı́a de la energı́a del rayo se propaga a lo largo de la red.
Este problema se puede evitar instalando una protección que pueda soportar
una corriente alta.
Inducción : provocada por el campo electromagnético emitido por el rayo, genera
una sobretensión sobre los conductores en un perı́metro proporcional a la potencia y a la velocidad de variación del rayo.
En consecuencia, bajo la in luencia de variaciones bruscas de corriente, los cables e
incluso las canalizaciones que se comportan como antenas pueden estar sometidas
a sobretensiones destructoras.
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RIESGOS DEL RAYO
En consecuencia, bajo la in luencia de variaciones bruscas de corriente, los cables e incluso las canalizaciones que se
comportan como antenas pueden estar sometidas a sobretensiones destructoras.
El retorno de tierra : en el momento de la
caı́da del rayo, una sobretensión puede
entrar por la tierra, lo que puede ser en
parte regulado por uniones equipotenciales
de las masas y de las tierras del conjunto de
la instalación de una estructura
NECESIDAD DE PROTECCION
Las consecuencias de la descarga directa provocan daños a personas o cosas, incendios, interrupciones en la energía eléctrica y pueden originar grandes perdidas en la producción.
La protección contra Descargas Atmosféricas cons tuye un tema de vasto alcance al que van unidos importantes problemas
de protección y seguridad.
Nota: Hasta la fecha, no hay ningún disposi vo capaz de evitar la formación de los rayos.
Sin embargo, sí es posible crear un camino de descarga a erra que minimice sus efectos perjudiciales sobre el entorno: el Sistema
de Protección contra el Rayo.
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PROTECCION
El principio consiste en crear uno o varios puntos de impactos preferenciales del rayo, a través de elementos conductores de baja
impedancia, a in de canalizar y disipar en el suelo la corriente del rayo. Este conjunto permite captar y conducir el rayo garantizando la protección de la estructura.
Existen cinco tipos de sistemas de protección contra el rayo que permiten asegurar la protección de su estructura :

Protección con puntas simples (PTS)

Protección con mallas.

Protección con cables tendidos.

Protección con pararrayos con dispositivo de cebado (PDC)

Protección con componentes naturales.
Como ya vimos básicamente la protección de un edi icio o estructura contra rayos, se basa en proveer una vı́a o camino para lograr
que un rayo circule inofensivamente hacia tierra sin que en su recorrido produzca daños terribles .
Una de las inalidades de un sistema de pararrayos, es que debido a la concentración de cargas existentes en el terreno y la
nube logra que el pararrayos produzca un efecto ionizador en la atmósfera, esta ionización en el pararrayos origina un efecto de trazador ascendente con el objetivo de tener mayor posibilidad de captar la descarga atmosférica disminuyendo el
peligro de que la descarga atmosférica impacte en alguna zona de mayor riesgo.
Es importante destacar que para este efecto suceda el sistema de puesta a
tierra tiene una función primordial ya que si el diseño de la puesta a tierra
del pararrayos no es la adecuada este efecto no se realizara la misma atracción y disipación de la descarga
Por lo que es importante que los valores de resistividad de los disipadores o
electrodos no superen los 25 Homs como lo marcan las normas.
Es de suma importancia recordar que la protección contra descargas atmosféricas no se logra realizando un estudio con la valoración de riesgo, niveles
La necesidad de protección contra el rayo debe considerarse en las primeras fases del diseño de la estructura.