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Atmosféricas Realizada por: Virginia Saa

C.I 18.872.835

Marzo 2012

¿Que son descargas atmosféricas?

Sistemas de Pararrayos.

Entretenimiento.

¿Sabias que?

Mitos.

Estándares de protección.

Sistema de Franklin.

Importancia de los Pararrayos.

Protección de Estructuras y Edificios.

La descarga atmosférica conocida como rayo, es la

igualación violenta de cargas de un campo eléctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o, entre nubes.

Los rayos que nos interesan por su efecto, son los de nube

a tierra, y en éstos se pueden encontrar 4 tipos: 2

iniciados en las nubes, y 2 iniciados en tierra, ya que pueden ser positivos o negativos. Los más comunes,

siendo el 90 % de los rayos detectados, son de una nube

negativa hacia tierra.

Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas eléctricos

distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas. A consecuencia de ello, pueden circular grandes corrientes

en las canalizaciones metálicas, y entre conductores que

conectan dos zonas aisladas. Pero, aún sin la descarga,

una nube cargada electrostáticamente crea diferencias de potencial en la tierra directamente debajo de ella.

El campo eléctrico debajo de una nube de tormenta es

generalmente considerado entre 10 y 30 kV/m. Es

importante, comparar estos valores con el de 1.5 kV/m con el que las puntas empiezan a emitir iones.

Una nube de tormenta promedio podría contener unos 140

MWh de energía con voltajes hasta de 100 MV, con una

carga en movimiento intra nube de unos 40 Coulombs.

Esta energía es la que se disipa mediante los rayos, con

corrientes pico que van de unos cuanto kilo amperes a unos 200 kA con un percentil (50) de 20 kA, de acuerdo

con los datos del Sr. R. B. Bent. El Electric Power

Research Institute (EPRI) en su Transmission Line

Descargas Atmosféricas

Reference Book, 345 kV and above. 2da. Edición, Págs.

545-552, maneja una magnitud promedio de una descarga negativa de 31 kA, con una pendiente promedio máxima

de 24.3 kV/us. Y para las descargas que siguen a la

primera, una magnitud menor aunque más rápidas, con un

promedio de 39.9 kV/us, y hasta 70 kV/us ha sido

registrado. Los rayos de una nube positiva hacia tierra contienen más

carga que sus contrapartes negativos, por lo que son muy

estudiados. En general no exhiben el mismo

comportamiento de pasos de los negativos, y suceden más

frecuentemente en tormentas invernales con nieve y en

latitudes altas.

Algunas particularidades aumentan la probabilidad de la

caída de rayos en un lugar. Por ejemplo, la frecuencia de

descargas en un lugar es proporcional al cuadrado de la

altura sobre el terreno circundante. Esto hace que las estructuras aisladas sean particularmente vulnerables.

Además, las puntas agudas incrementan también la

probabilidad de una descarga.

Daños Causados por las Descargas Atmosféricas

Distintos Tipos de Descargas Atmosféricas

La protección de estructuras es más tolerante que una

protección electrónica. Así, un edificio puede tolerar hasta

100,000 V mientras que componentes electrónicos a 24 V

se dañarán con voltajes sostenidos de 48 volts!

Los rayos ocurren con diferentes intensidades y un

sistema que proteja contra su efecto deberá ser diseñado

tomando en cuenta los rayos promedio o mayores del área

en cuestión. Las descargas no pueden ser detenidas, pero la energía puede ser desviada en una forma controlada. El

intentar proteger contra descargas directas puede ser

excesivamente caro

Un sistema de protección contra descargas, llamado de

pararrayos, debe:

Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado terminal aérea.

Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables conductores que

transfiere la energía de la descarga mediante

trayectorias de baja impedancia, y;

Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra.

Como los rayos se reflejan como cualquier onda de alta

frecuencia, es básico que la impedancia a tierra sea baja para la descarga, ya que todas las partes del sistema

conectadas a tierra, elevarán y bajarán su potencial con

respecto de tierra al tiempo de la descarga. Como ejemplo

una malla de 30 x 30 m con 36 cuadrados, de cable de 0.5

cm de diámetro tiene una inductancia de 400* 10-7 H, lo

que dará una impedancia de 25 ohms bajo una onda triangular con tiempo de pico de 1.2 us

Sistemas de Pararrayos

Entretenimiento

Sabías ¿Qué?

Rayos, relámpagos, truenos, centellas y otras yerbas...

En este preciso instante, en el mundo hay miles de Tormentas

Eléctricas en actividad generando no solo precipitaciones, sino

también otros fenómenos. Entre ellos uno de los más

mortíferos y espectaculares que tiene la naturaleza: El Rayo

Los Rayos entran en la categoría de “electro-meteoros”. Se

hacen presentes formando una línea muy brillante y

zigzagueante que se extiende entre una nube y otra o bien

entre una nube de Tormenta y el suelo. Sin embargo hay otro

caso un poco más raro que es el de las Centellas, que se presentan en forma de esferas muy luminosas y también

brillantes cuya trayectoria es errática o a veces quedan

suspendidas en el aire. El rayo es uno de los fenómenos más

peligrosos de la naturaleza y pronosticar con precisión el lugar

y el momento donde estos van a caer es realmente imposible.

Otro fenómeno que está directamente relacionado con el rayo pero que se percibe con el sentido del oído es el trueno.

Sabias ¿Que?

¿Sabías que los rayos del sol te ayudan

contra la osteoporosis?

La osteoporosis es una de las dolencias más temidas por las mujeres. Este mal que ataca a los huesos, es el responsable de su debilitamiento, lo que ocasiona frecuentes fracturas y fisuras. La deficiencia del calcio y del fósforo, componentes que los fortifican, es la principal causa. Pero, ¿sabías que los rayos solares pueden ser tu gran

aliado este verano para combatir y prevenir este mal? La formación de los huesos y dientes se debe a la interacción de muchas vitaminas y nutrientes, pero es el calcio, el mineral que tiene una participación más protagónica, pues se encarga de que estos se mantengan lo suficientemente fuerte para resistir el movimiento y proteger los órganos del cuerpo. Esta enfermedad es más común en las mujeres por las siguientes

razones: durante la menopausia, la producción de estrógenos baja. Los

estrógenos también contribuyen a tener huesos fuertes. Esta carencia, sumada a la natural cantidad menor de masa ósea que tenemos en comparación a los hombres, hace que se precipite su pérdida.

Además, tanto mujeres como hombres ya habrán alcanzado el máximo

de su masa ósea a los 35 años. A partir de esa edad comenzarán a perderla. Todos estos factores nos hacen mucho más propensas a sufrir de osteoporosis. Podemos obtener la importantísima vitamina D a través de la exposición a los rayos del sol. Los rayos solares no contienen vitamina D en sí mismos. Lo que hacen es convertir la grasa subcutánea que tenemos en vitamina D, esta,

actúa sobre el calcio y el fósforo haciendo que se absorban en el organismo. Aún cuando últimamente se ha hablado de los efectos negativos de la exposición prolongada al sol (debido a la radiación ultravioleta), como vemos, tomar sol de manera moderada es muy beneficioso. Para obtener dichos beneficios, se recomienda exponerse al sol como

máximo 15 minutos hasta 3 veces por semana en brazos piernas y cara. Luego de ello, hay que protegerse con una crema con protección SPF.

Un rayo no cae dos veces en un mismo lugar”.

¡Cuántas veces hemos oído eso! ¡Pues sepa que

es una gran mentira !!! Está comprobado que un

rayo puede caer más de una vez en un mismo

lugar.

Otras creencias populares contribuyen a que las

personas tengan dudas sobre este asunto y

continúen arriesgándose. Una de las más

comunes es la de pensar que están protegidos

por el pararrayos del vecino. Gran error.

Hay una confusión incluso mayor. Muchos creen

que los pararrayos pueden atraer los rayos a sus

edificios y, por miedo, se rehúsan a instalarlos.

En realidad, el pararrayos es un camino seguro

para conducir la energía generada por el rayo a

la tierra.

Otra duda común es si los pararrayos protegen o

no los equipos electrónicos. Para eso deben ser

usados un aterramiento eléctrico (cable a tierra)

y supresores de brotes. Todo el sistema de

aterramiento debe ser equipo potencializado.

Mitos

Tanto en Europa (donde caen menos rayos que en

nuestros países latinoamericanos), como en

Norteamérica, se ha debatido mucho sobre los

métodos de protección, tanto así que en misma

Europa permanecen los dos estándares de

protección, el llamado Franklin/Faraday, que es el

tradicional, y el de puntas de inicio (early streamers

en inglés). En EUA, el estándar aprobado por la

asociación contra el fuego (NFPA) es el

Franklin/Faraday y, se conoce como NFPA-780. El

otro, no fue aceptado como parte del estándar, ya

que se considera de efectividad igual que una punta

del tipo Franklin.

Importante: De acuerdo con el artículo 55 de la Ley Federal de Metrología y Normalización, las normas

NMX sí son obligatorias para el gobierno federal y sus dependencias, por lo que la NMX-J-549-ANCE de pararrayos sí les aplica. ARTÍCULO 55.- En las controversias de carácter civil, mercantil o administrativo, cuando no se especifiquen las características de los bienes o servicios, las autoridades judiciales o administrativas competentes en sus resoluciones deberán tomar como referencia las normas oficiales mexicanas y en

su defecto las normas mexicanas. Sin perjuicio de lo dispuesto por la ley de la materia, los bienes o servicios que adquieran, arrienden o contraten las dependencias y entidades de la administración pública federal, deben cumplir con

las normas oficiales mexicanas y, en su caso, con las normas mexicanas, y a falta de éstas, con las internacionales.

Estándares de

Proteccion

Benjamín Franklin fue el primero en darse cuenta que la altura era un factor importante en

el diseño de protecciones contra rayos.

El rango de atracción de un pararrayos es la distancia sobre la cual un pararrayos sencillo

vertical de una altura dada sobre un plano limpio, atrae una descarga atmosférica. El espacio protegido por tal dispositivo define el

lugar en que la construcción no suele ser afectada por una descarga directa.

El sistema más sencillo y más antiguo de

pararrayos, es el que consiste en terminales aéreas de cobre, bronce o aluminio anodizado terminadas en punta, llamadas puntas Franklin,

colocadas sobre las estructuras a proteger de los rayos. Este sistema se aplica en iglesias, casas

de campo, graneros y otras estructuras ordinarias.

Sistemas de

Franklin

Los sistemas de protección contra descargas

atmosféricas (SPDA), popularmente conocidos como

pararrayos, son equipos fundamentales para la

seguridad estructural de las edificaciones, actuando

también indirectamente en la protección de las

personas.

Este tipo de protección está reglamentada por

normas técnicas que, entre otros puntos, se

preocupa de la calidad de los materiales empleados

en una instalación. Asimismo, las normas prohíben

metales ferrosos galvanizados electrolíticamente.

En casos de ambientes agresivos, las normas exigen

la utilización de metales nobles, descartando el uso

del aluminio y elementos ferrosos. El cobre, por ser

más durable y susceptible a la humedad, conquistó a

los profesionales del área y se tornó en el material

más usado en estas aplicaciones.

El cobre es el metal más indicado en los SPDA, pues

es fácil de instalar y eficiente en la protección contra

una descarga atmosférica, sin sufrir la acción del

tiempo. Eso garantiza una continuidad en la

conducción del rayo.

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo

es atraer un rayo y canalizar la descarga

eléctrica hacia tierra, de modo tal que no cause

daños a construcciones o personas. Este

artilugio fue inventado en 1753 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.

Este primer pararrayos se conoce como

"Pararrayos Franklin" en homenaje a su

inventor.

Importancia de los

Pararrayos

Protección de Tanques

Ciertos tanques están autoprotegidos contra rayos, como se menciona en . Por ejemplo, un tanque que es eléctricamente continuo y de por lo menos 3/16" de grueso no puede ser dañado por las descargas directas. Pero, el tanque debe estar sellado contra el

escape de vapores que puedan incendiarse .

Los tanques se conectan a tierra para alejar la energía de una descarga directa así como para evitar las cargas electrostáticas. Tanques mayores de 6 metros de diámetro en concreto, asfalto o en tierra están sin duda conectados a tierra. Tanques menores a esa medida, necesitan un medio adicional para conectarlos a tierra. Esto puede lograrse de tres maneras. La más simple es conectarlos a sistemas de

tuberías que no tengan uniones aisladas. El segundo método consiste en conectar un mínimo de 2 electrodos espaciados no más de 30m entre ellos radialmente al tanque. Y, por último, el método más novedoso es el de emplear el acero de refuerzo del

muro de contención de derrames. Ver en el capítulo de Materiales, los electrodos

empotrados en concreto.

Protección de

Estructuras y Edificios.

Protección de torres

de comunicación

Las subestaciones de potencia son protegidas por puntas pararrayos colocadas sobre las

estructuras, y por los hilos de guarda de las líneas que rematan en la subestación. Los hilos

de guarda están conectados directamente a la malla de tierra de la subestación.

En el caso de las estructuras metálicas tipo rejilla (lattice), la mismas estructuras forman

una jaula de Faraday de protección

PROTECCIÓN DE

ÁRBOLES

PROTECCIÓN

subestaciones eléctricas