El Lider de Pasos

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ÍNDICE

PAGINA N°

PROLOGO............................................................................................................................. 5 EL FENÓMENO RAYO............................................................................................................. 9 EL RAYO............................................................................................................................... 10

LA NUBE DE TORMENTA......................................................................................................... 10

LA GENERACIÓN DEL RAYO.................................................................................................... 12

EL NIVEL CERÁUNICO............................................................................................................. 19

TIPIFICACIÓN DEL RAYO COMO RIESGO................................................................................... 22

PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS................................................................ 23 PROTECCIÓN CONTRA RAYOS................................................................................................ 24

FILOSOFÍA BÁSICA DE PROTECCIÓN........................................................................................ 24

1) SISTEMAS BASADOS EN LA CONCENTRACIÓN DEL GRADIENTE ELÉCTRICO........................... 24

EL HILO DE GUARDIA....................................................................................................... 25

EL HILO PERIMETRAL....................................................................................................... 26

PARARRAYOS ACTIVOS: EL PARARRAYOS RADIACTIVO...................................................... 28

PARARRAYO IÓNICO DE GRAN RADIO DE ACCIÓN PROTEC-THOR MV-2K........................... 29

ENSAYO DEL PARARRAYOS MV-2K EN EL INTI-SEPTIEMBRE DE 2000............................... 31

INSTALACIÓN DE UN PARARRAYO IÓNICO PROTEC-THOR MV-2K........................................ 31

CÁLCULO DE LAS ÁREAS PROTEGIDAS.............................................................................. 32

EVALUACIÓN DEL “SISTEMA DE CONCENTRACIÓN DE GRADIENTE” DESDE EL PUNTO DE

VISTA DE LA SEGURIDAD..................................................................................................

33

2) SISTEMAS BASADOS EN LA CREACIÓN DE PLANOS DE TIERRA “LA PROTECCIÓN DE

MELSEN”........................................................................................................................

34

EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE FORMACIÓN DE PLANOS DE TIERRA DESDE EL PUNTO DE

VISTA DE LA SEGURIDAD..................................................................................................

36

3) LA JAULA DE FARADAY.................................................................................................... 37

EVALUACIÓN DE LA JAULA DE FARADAY DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA SEGURIDAD......... 38

4) LOS SISTEMAS DE DISIPACIÓN.......................................................................................... 39

SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS.............................................................................. 41 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS.............................................. 42

LA PROTECCIÓN EXTERIOR.................................................................................................... 42














PAGINA N°

a) EL ELEMENTO CAPTOR.................................................................................................... 43

LA CONCENTRACIÓN DE GRADIENTE DISMINUYE EN EL PARARRAYO DE VARIAS PUNTAS.............. 43

b) LA BAJADA. .................................................................................................................... 44

EVALUACIÓN DE LOS RIESGOS INHERENTES A LA BAJADA......................................................... 49

LA TOMA DE TIERRA............................................................................................................... 49

LOS ELECTRODOS UFER........................................................................................................ 53

USO DE UN ELECTRODO UFER EN UNA INSTALACIÓN DE PARARRAYOS...................................... 24

EVALUACIÓN DE LOS RIESGOS INHERENTES A LAS TOMAS DE TIERRA........................................ 55

LA PROTECCIÓN INTERIOR..................................................................................................... 55

PROTECCIÓN INTERIOR DE LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA............................................................ 27

M.P.O. (METODOLOGÍA DE PROCEDIMIENTO OPERATIVO)....................................................... 61 METODOLOGÍA DE PROCEDIMIENTO OPERATIVO (M.P.O.) LUEGO DE LA CAÍDA DE UN RAYO...... 62

METODOLOGÍA DE PROCEDIMIENTO OPERATIVO..................................................................... 67

APLICACIÓN DE LA M.P.O. A LA PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS.................. 67

ACCIÓN ANALÍTICA................................................................................................................ 68

A) DEFINICIÓN DE LAS ÁREAS DE RIESGO. ............................................................................ 68

B) EVALUACIÓN DE CONDICIONES FÍSICAS. ........................................................................... 69

C) DECISIÓN SOBRE PROTEGER O NO PROTEGER LAS DIFERENTES ÁREAS.............................. 71

PROTECCIÓN INTERIOR.......................................................................................................... 78

EL PROYECTO COMPLETO...................................................................................................... 79

LA ACCIÓN PREVENTIVA......................................................................................................... 80

SOBRE LA EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN............................................................. 82

CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN............................................................................................. 84

REFERENCIAS....................................................................................................................... 87














PRÓLOGO

A la memoria de MANUEL DOMINGO VARELA

Los apuntes que se encuentran condensados en la presente bibliografía (en la opinión del autor de estas líneas) son de un enorme valor cultural, ya que los mismos representan de manera sencilla y resumida, y por ello mismo asequible a la comunidad técnica en general, el reflejo del esfuerzo de más de 30 (treinta) años de

dedicación al estudio y tratamiento del fenómeno rayo, realizado por el distinguido Manuel

Domingo Varela.

En un tiempo marcado por el estereotipo cultural, por la inveteración intelectual sin duda a contrapelo del avance tecnológico imperante... y este mencionado

“avance tecnológico imperante” el que nos estigma de dos formas: 1ro la satisfacción

que en nosotros a veces hasta rallana el asombro cuando contemplamos la magnitud y la

velocidad con los que la tecnología se espeta sobre nuestras vidas.

2do La angustia al ver que la misma representa una lúgubre imposición de la selección

artificial, un plagio del pensamiento.

... Los sellos de control de calidad... la certificación de acuerdo a la calidad tal... hasta la certificación de tendencias, son algunos de los dignos exponentes de una “tecnology”, que persigue la traza ideal del aseguramiento de la calidad, de los

productos... del pensamiento?. Aunque se olvida, o se ignora, ¡o simplemente se prescinde! del ciclópeo esfuerzo

que realizaron y realizan para la humanidad el libre pensador, el individuo aislado, el

estudioso, el inventor, el apasionado. Me pregunto entonces, cual seria, por ej.:, la magnitud del sello de calidad, o la

certificación “X” para la actitud de seres humanos como COIFFIE que por pedido del físico D’allivar cerró con sus rudos dedos... una cuchilla de contacto que daba

continuidad hacia tierra de la “BAJADA” durante un experimento con pararrayos en el

siglo XVIII.














... y la satisfacción que tubo cuando una enorme chispa le evidenciaba que estaba

ante la presencia de un fenómeno físico, y no sobrenatural.

... y que para esta satisfacción haya arriesgado su vida.

... el mismo Benjamín Franklin y su idilio con el barrilete, que luego diera luz al

nacimiento del pararrayos. ... Faraday y su Jaula prodigia; Capart, Mielsen, Lodge, Szillard, Mc Erhon, Müller

Hillebrand, Baatz; son todos hechos de una madera que ya no viene, sin duda alguna

dignos del más imperecedero recuerdo.

M. D. Varela (con quien tuve el honor de compartir amistad, ideas y ¡hasta la

teoría! de una invención del suscribiente relacionada con los electrodos de tomas

de tierra) es uno de esos caballeros de los libros y del mameluco, a quien el sello de

calidad, y las certificaciones les son improcedentes. Como podría cuantificarse la trayectoria de M. D. Varela desde aquellos primeros

días, cuando no sin un gran esfuerzo consigue luego de estudiar a Capart, una

licencia de los hermanos franceses para fabricar en Argentina y en todo

Latinoamérica por primera vez el Ionocaptor o Pararrayos Radiactivo. Luego cuando el experimento (solicitado por el comité de normas DINN)

realizado por Müller Hillebrand demostró la ineficiencia del Pararrayos Radiactivo (y que

luego este pararrayos sería prohibido en su fabricación y uso en todo el mundo).

Entonces no menor fue la imaginación y el esfuerzo realizado por M. D. Varela hasta dar a

luz el Pararrayos Iónico MV – 2K, sin dudas precursor (como su creador) de los

pararrayos activos de verdaderamente gran radio de acción. Como podría mensurarse el esfuerzo de M. D. Varela, desde aquellos días en los

que encaró (sin referentes anteriores) la traducción de textos del idioma alemán,

relacionados por ej.: con el comportamiento de las tomas de tierra ante fuertes ondas de choque y permitir así que autores como Karl Berger, J. Wiesinger y P. Hasse puedan ser conocidos por la comunidad técnica de América latina... y que esta pudiera beneficiarse con la contribución de los autores mencionados en el campo

de las... “Tomas de tierra en estado dinámico”.














... La coordinación de tierras técnica hoy necesaria en los sistemas electrónicos, informáticos, etc. dada la creciente electronización de las instalaciones industriales, le planteó una cruzada, desarrollar una central que sin perder el concepto de

equipotenciación (pilar básico de seguridad para las personas y bienes en una

instalación de puesta a tierra) brindase salidas de ¡tierras filtradas, libres de ruido!, para usos tan específicos, en equipamientos que no admiten variaciones de ceros lógicos, y que no funcionan bien cuando son conectados a tierras ruidosas.

Entonces M. D. Varela dio a luz la Central Elaboradora de Tierras Erdhung cuya

eficacia esta demostrada (salvo algunas opiniones deformantes... las que por su

puesto nunca faltan). Un renglón aparte merecen las consideraciones y conceptos que a lo largo de

tantos años de estudio, y “obra”, ...principalmente “obra” (ese distintivo que diferencia

al estudioso del o los preocupado/s por el sello del control de calidad... y otros víveres) le permitió modelizar (luego de estudiar el ciclo de la acción humana) el M.P.O. “Metodología de Procedimiento Operativo” para su utilización o implementación

por parte de profesionales en Seguridad e Higiene Industrial, de empresas y fábricas en los Sistemas de protección contra descargas atmosféricas de plantas y naves

industriales, resaltando particularmente la actitud que el personal de planta debería adoptar al reportar la caída de un rayo.

Considero personalmente que la obra de M. D. Varela marca en nuestro país un hito fundamental en el estudio del rayo y en la aplicación de filosofías básicas de protección contra el mismo, como para considerarlo un “clásico”, ya que sus inventos y técnicas de trabajo una vez diseñados, de inmediato dejan de pertenecer a M. D. Varela ¡para ser de la comunidad técnica toda!... esto último es lo más

reconocible que un artista puede lograr, que sus obras sean consideradas anónimas.

Los apuntes condensados en la presente bibliografía forman parte de la obra colectiva titulada por el autor de estas líneas como “El líder de pasos avanza sobre la

tierra” obra que pretende brindar material de estudios para facultades e institutos en

el análisis de la física del fenómeno rayo.














La obra colectiva se encuentra en preparación, lejos está de ser terminada y esperamos de parte de todos los colegas, las inefables críticas que permitirán perfeccionar la misma (iniciativa que siempre estuvo presente en la personalidad de

M. D. Varela). ... Recuerdo al final de esta epístola aquellas palabras que Manuel expresó a

nuestro distinguido presidente de la Asociación Electrotécnica Argentina – Ingeniero

Eduardo L. Castiglioni en aquel precursor ensayo de laboratorio del Pararrayo Iónico MV –

2K realizado en el Laboratorio del INTI en febrero del año 1995. Con esa misma expresión es oportuno decirle a M. D. Varela “LAST BUT NOT

LEAST” por toda su obra.

DARDO L. YANACÓN

PALMAR LARGO – FORMOSA. ENERO DE 2002.














EELL FFEENNÓÓMMEENNOO RRAAYYOO














EL RAYO

LA NUBE DE TORMENTA

El rayo es, ni más ni menos, una chispa eléctrica producida mediante una nube

cargada de electricidad y la tierra o entre dos nubes cargadas con electricidad de

diferente signo, cuando las diferencias de tensión entre una y otra crea gradientes que el

aire entre ambas no es capaz de soportar.

Aparecen así dos tipos de rayos: los entre nube y tierra y los entre nube y nube. El

especialista en seguridad, salvo casos muy especiales, solo tendrá que resolver

problemas referentes al primer tipo por lo que nos ocuparemos de esta clase de rayos.

Entre los trece tipos de nubes que distinguen básicamente los meteorólogos hay uno

solo que se carga de electricidad. Es el cúmulo-nimbus que se genera a partir de

grandes bancos de cúmulos por efectos de vientos verticales que los elevan a

considerable altura (hasta doce mil metros en climas templados y hasta dieciocho mil en

tropicales) en que, al perder la eficiencia del mecanismo generador del viento, se

detienen.

Existen dos mecanismos de generación de vientos verticales que producen los

cúmulo–nimbus, siempre a partir de un banco preexistente de cúmulos. Uno, típico de las tormentas de clima templado, que produce el viento a partir del poder ascensional que adquieren las capas de aire calentadas en contacto con la tierra. Es

el proceso convectivo.

El otro mecanismo, llamado frontal, típico de las tormentas tropicales produce las

ráfagas verticales al chocar un frente de aire frío que se desplaza con un frente de aire

caliente. El primero se desplaza hacia abajo y el segundo hacia arriba generando

turbulencias que producen los cúmulo–nimbus.

Para nuestro tema no es indiferente cual sea el mecanismo generador de los vientos

verticales ya que el convectivo es auto extinguido al ser enfriada la tierra por la lluvia que casi siempre acompaña a las tormentas, cosa que no ocurre para el frontal. Por ello las tormentas tropicales son de mayor duración que las de clima

templado.














El área cubierta por el mecanismo vertical, en cualquiera de los dos mecanismos, es

limitada. Se concentra en una zona que no supera los 8 kilómetros de diámetro siendo

esta, la extensión máxima de las verdaderas chimeneas que se producen en los bancos

de cúmulos, en cuyo interior se generan los fenómenos de electrificación y que toman el

nombre de células de tormenta. Dado que lo normal es que un frente de tormenta cubra

una extensión mucho mayor que 8 Km., en todo momento hay varias células en proceso

de formación dependiendo su número del mecanismo: en tormentas tropicales hay

hasta 30 de estas células, mientras que cuando el proceso es convectivo no pasan de 10. Es el segundo motivo que encontramos que explica el porque la tormenta tropical es más destructiva, por rayos, que la de zona templada: mayor duración y

mayor cantidad de máquinas generadoras de rayos. Veamos ahora lo que ocurre dentro

de una célula de tormenta. En su comienzo el viento vertical es producido por el aire caliente cargado de vapor de agua en el proceso convectivo y por la energía cinética con la que se desplazan las masas de aire que chocan en el frontal. En

ambos casos el aire caliente, cargado de vapor de agua, se desplaza hacia arriba

encontrando en su camino aire cada vez más frío (característico de la zona de aire en

contacto directo con la tierra llamada “troposfera”) con lo que llega el momento en que el

vapor se condensa dejando en libertad su calor latente de vaporización, imprimiéndole

mayor poder ascensional. Al ir encontrando capas aún más frías, las gotitas se congelan

liberando nuevas cuotas de calor latente. Llega un momento en que todo el vapor de agua

está en forma de pequeñísimos granitos de hielo. Al no haber más fuente de calor el viento vertical cesa y los granitos, sin soporte, comienzan a caer en caída libre. El cúmulo-nimbus ha alcanzado el máximo de altura de que es capaz.

Los granitos de hielo, microscópicos al principio, en su caída van encontrando otros

granitos y, más abajo, también gotitas de agua que lo hacen levantar de tamaño y peso.

Pero también van encontrando vientos cada vez más fuertes al acercarse a la base de la nube, vientos cuyo empuje, al superar su energía cinética, los impulsan nuevamente hacia arriba, siempre aumentando de tamaño por las partículas

líquidas y sólidas que van encontrando en un proceso que se repite muchas veces.














Este es el proceso de formación del granizo.

Nuestro cúmulo-nimbus, gracias a sus vientos verticales, es también la única nube generadora de este meteoro.

Las zarandeadas gotitas contenidas en la nube de tormenta no solo experimentan

aumentar de tamaño en su repetido periplo. Hay una serie de complicados fenómenos

vinculados con la congelación, campo eléctrico terrestre y captación de iones, sobre

los cuales no corresponde que entremos, que hacen que se carguen de electricidad,

carga que va variando de signo a través de su viaje. Es de un signo cuando está en la

base de la nube y del signo contrario al fin de su camino ascensional. En el noventa y

cinco por ciento de los casos las gotitas de la base están cargadas negativamente. La

célula de tormenta adquiere así, desde el punto de vista eléctrico el aspecto de dipolo que

graficamos en la (Figura 1). Muchas veces, por razones no bien explicadas, aparece en la

base un bolsón pequeño de polaridad contraria a la que le corresponde transformándose

en tripolo (Figura 2).

Figura 1: El dipolo de tormenta Figura 2: El tripolo de tormenta

LA GENERACIÓN DEL RAYO

La célula de tormenta no es un fenomeno aislado. Se produce en un entorno físico en

el que los elementos más destacados son la tierra directamente debajo de la misma

y la capa de aire entre las dos que hace de elemento aislante. El conjunto actua como

un capacitor (Figura 3).














Figura 3: Capacitor nube-tierra

La carga inducida bajo la nube es la resultante de las producidas dentro de la misma

prevaleciendo el signo de la base por su menor cercania. La presencia de esta carga se

suma al proceso de generación de electricidad dentro de la nube, ya que, por inducción

genera en esta una carga igual, cuyo signo contrario coincide con el de la ya existente, sumándose.

Este proceso va haciendo aumentar la tensión en la base de la nube, con respecto a tierra, hasta valores increibles (100 a 1.000 millones de volts.) llegando a un

momento en que la rigidez dielectrica del aire no soporta más la tensión y se inicia una

chispa en uno de los términos, nube o tierra, hacia el otro.

En otro lugar (1) hemos mostrado que el aire tiene menor rigidez dieléctrica a medida

que se avanza desde tierra hacia la nube, de modo que la gran mayoria de los rayos se inician en la nube.

Pero ocurre que sobre la tierra misma, el mayor porcentaje de resistencia está dado por la capa de polución ambiental que termina a unos 100 o 200 metros de altura. Para cualquier estructura que supere esa altura, caso muy frecuentes en nuestros

días, comienza a adquirir relevancia la concentración del gradiente eléctrico en las puntas

y las chispas se inician sobre ella, con más frecuencia cuanto más elevada y más en forma de punta es. Esto se pone en evidencia en el gráfico de la Figura 4, extraído de

un trabajo de Horvath (2).














Figura 4: Porcentaje de rayos ascendentes según la altura del edificio

Esto hace intervenir la altura y aislamiento de los edificios en el riesgo de recibir un

rayo, como veremos mas adelante. Por ahora, de todo esto, nos queda claro que hay rayos que decienden desde la nube hacia tierra y que hay otros que ascienden

desde esta a la nube. Iniciada la chispa, su marcha hacia el otro polo no es continua. Por razones eléctricas

que hemos ya clarificado en otra parte (3) y que no corresponde considerar aquí, cuando la chispa ha recorrido una distancia no mayor de 80 metros se detiene como si tratara de recuperar fuerzas y, luego de un cortisimo lapso, reinicia su camino por

un tramo de parecidas dimensiones. Como la ionización del aire y, con ello su resistencia k no es homogenea, la marcha no

se reanuda en la misma direccion sino buscando siempre el camino mas fácil, a veces

bifurcándose debido a tener en frente mas de un camino en esas condiciones.

Así las cosas, por saltos de magnitud definida, avanza la chispa hacia el polo

opuesto con una velocidad aproximadamente igual a un tercio de la de la luz. Esta chispa,

en esta etapa, recibe el nombre de lider de pasos. Ocurre que en el corazón de la misma

un canal de no mas de centimetro y medio de diametro está formado por aire

totalmente ionizado (estado de la materia que recibe el nombre de plasma).














Esta caracteristica hace que, siguiendo lo que conocemos sobre física de los gases,

sea un conductor perfecto con lo que el lider de pasos va acercando hacia el polo

opuesto el potencial de aquel del cual proviene, con lo que el gradiente, o sea el resultado

de dividir este potencial por la distancia, va creciendo grandemente al disminuir esta. La

situación en un momento intermedio se grafica en la (Figura 5). En ella se destaca la

corriente de iones libres que escapan, por imposición del gradiente eléctrico, de todas las puntas situadas en la zona influenciada por el “lider”, que se estima con efectos

sensibles en alrededor de 10 km a partir de su vertical.

Figura 5: El lider de pasos avanza hacia la tierra

Esta marcha prosigue hasta que el “lider” se acerca tanto (se estima, en promedio

una distancia igual al último paso) que en algunos de los puntos altos, donde el

gradiemte es mayor, la rigidez dieléctrica del aire no lo soporta y de él salta una chispa a

su encuentro (Figura 6).














Figura 6: La corriente de retorno y el “punto de encuentro”

El punto en que ambas corrientes se conectan recibe el nombre de punto de encuentro y, en el momento en que esto ocurre, se produce un cortocircuito franco entre los 100, 200 o 300 millones de voltios de la nube con lo que se genera una intensísima corriente en sentido inverso al del lider de pasos que recibe el nombre de lider en flecha o dardo como se lo suele llamar en algunos trabajos españoles

(4).

Cuando el “dardo” llega a la nube con su carga de iones positivos se encuentra en una

situación muy especial: se encuentra frente a un sistema eléctrico formado por una

acumulación de gotitas o granitos de hielo separados entre si por una capa de aire muy

seco dado que el vapor de agua se ha condensado por efectos de la baja temperatura.

Sabemos que el aire en estas condiciones es muy buen aislante por lo que la carga de la nube no se neutraliza completamente sino que se produce un

chisporroteo hasta que las gotitas que se hallan a una determinada distancia, digamos trescientos o quinientos metros, cuyas cargas eléctricas son neutralizadas. Esta neutralización hace decrecer la corriente hasta su extinción.














Pero ocurre que nada a cambiado en la cinética de la nube y las gotitas cargadas de

electricidad son acercadas por el viento descendente hasta la zona puesta en contacto

con el polo opuesto produciendose una nueva descarga y otra mas hasta agotarse la

carga generada en la nube. El fenómeno se asemeja a lo que ocurre cuando retiramos

el cable de una bujia en el auto, con la diferencia que los pulsos de corriente son de menor intensidad. El mayor, por lejos, es el primer pulso y sobre él centraremos nuestra

atención.

Antes de seguir diremos que surge de evidencias fotograficas, de las que hay gran

acopio, que los fenomenos descriptos son los mismos, si el rayo es de nube-tierra o de tierra-nube, con la sola excepción de un pequeño porcentaje de rayos calientes que

tienen un solo pulso muy prolongado. Sobre el tema puede leerse la referencia 3. Esto

nos lleva a una conclusión que luego explicará una cantidad de disposiciones que se

toman el los sistemas de protección contra el rayo: en los rayos entre tierra-nube; y entre

los rayos nube-tierra, cualquiera, sea su sentido.

Cabe aquí otra observación: hemos centrado nuestra atención en las descargas entre

nube-tierra, como ya lo hemos dicho, por el hecho que el especialista en seguridad tiene

que ver mayormente con ellos. Hay, como es lógico, descargas de nube-nube que tienen

caracteristicas algo diferentes. Las descargas entre los dos polos dentro de una misma “nube” constituye el “relámpago”.

Todos los problemas que el rayo causa están vinculados con los pulsos de corrientes.

La importancia que tiene la tensión contra tierra que se genera en la nube solo se vincula

con ellos por el hecho de que a mayor tensión generada - a igualdad de otros parámetros físicos - mayor intensidad alcanza la corriente. Trataremos, pues, de

caracterizar muy brevemente estos pulsos.

Si bien los registros oscilográficos de muchos millones de rayos prueban que la forma del pulso es muy variable - casi puede decirse que no hay dos de la misma forma - se

ha podido establecer una configuración promedio sobre la que se trabaja, para

dimensionar en normas y especificaciones los elementos que forman los sistemas de

protección.














Hasta se han desarrollado fórmulas de exactitud suficiente para estos propósitos (5),

en todos los casos para la corriente en el punto de impacto.

La Figura 7 es una representación de este pulso promedio.

Figura 7: Curva del pulso de coriente de un rayo

Lo usual es caracterizar técnicamente estos pulsos por el tiempo en que alcanza la

corriente máxima, en el frente y el que tardan en alcanzar la mitad de esta corriente, en

la cola. En este caso la corriente máxima se alcanza a los cinco microsegundos y decrece al cincuenta por ciento en cincuenta microsegundos por lo que se lo

caracteriza diciendo que es un pulso 5/50.

Los elementos de este pulso tipo que hacen a nuestro tema son: la corriente máxima

Imax., responsable de las elevaciones de tensión al recorrer resistencias ohmicas, la

máxima escarpadura di/dt, que se halla en la cresta del segundo o tercer pulso,

responsable de las elevaciones de tensión al recorrer las impedancias inductivas que

encuentra la corriente en su camino y la suma de todos valores i² . dt dados por el área

bajo la curva, responsable de las elevaciones de temperatura al recorrer la corriente las

resistencias ohmicas.














Escapa a los límites que hemos impuesto a este manual el estudio teórico de estos

fenómenos y sus consecuencias pero para quien quiera hacerlo y sobre todo para mostrar

el grado de exactitud a que se ha llegado en el tema, cosa que sí queremos “enfatizar”

como reacción al oscurantismo que usualmente lo rodea, daremos algunas cifras

características (6).

La corriente máxima en el pico en un rayo promedio llega a 20 o 30.000 amperes. En

el 5% de los rayos supera los 150.000 amperes y este es el valor que toma el CP 326

británico para sus cálculos ya que pretende diseñar las instalaciones para soportar el 95% de las descargas previsibles.

El escarpamiento máximo varía en buena medida según sea la altura del edificio o

estructura sobre la que incide el rayo. Podemos adoptar para edificios de altura media

(20 a 25 metros un valor de 40 KA/microsegundo que es excedido en el 50% de los casos en pulsos subsiguientes al primero (en este es solo de 12 KA/microsegundo) o

de 120 KA/microsegundo que es excedido solo en el 5% de los casos (7).

No entraremos en el tema del calentamiento producido por el rayo. A nuestros fines

basta destacar que solamente un 5% de los rayos descendentes transfiere energía

suficiente para fundir hierro o cobre por lo que este tipo de rayos se conoce como “rayo frío”. En cambio, un alto porcentaje de los rayos ascendentes, los que transportan cargas

positivas, producen elevaciones tan importantes como para ser considerados “rayos

calientes”.

EL NIVEL CERÁUNICO

Los procesos que hemos descriptos se producen dentro de cada célula de tormenta,

que actúa como un generador individual de electricidad sin conexión alguna con sus

vecinas. Dependiendo de la energía puesta en juego dentro de la misma y de los factores

externos, una célula de tormenta genera durante los 30 a 60 minutos que dura su

actividad una vez que está madura, entre 2 y 3 rayos en promedio por minuto. A mayor

ionización del aire circundante produce mayor cantidad de rayos de menor energía.














El meteorólogo japonés Hatakeyama ha demostrado que la caída de estos rayos es

totalmente al azar con una separación promedio, para su país, del orden de los 3 Km (8).

De todo lo que antecede puede intuirse que, no siendo uniforme la distribución de las

tormentas ni su intensidad sobre el globo terrestre, tampoco lo será la cantidad de rayos

caídos por unidad de superficie y tiempo en todas partes.

Las estimaciones de Brookes, meteorólogo inglés, dan para todo el orbe la friolera de 100 rayos por segundo o sea ocho millones seiscientos mil por día, valor que

cierra bastante bien con el hecho de que el campo eléctrico terrestre se mantiene

inalterado a pesar del drenaje permanente de corriente desde la ionosfera a la tierra.

El mismo Brookes ha dividido toda la superficie terrestre en zonas isoceráunicas (de

iso, igual y ceráunico, del griego “queraunós”, rayo) o sea zona de igual caida de rayos

por unidad de superficie y tiempo. La Figura 8 muestra un mapa de sudamérica con la

zonificación preparada por Brookes.

La Asociación Meteorológica Mundial ha editado un mapa con las líneas

isoceráunicas en rayos por Km cuadrado y por año. En él encontraremos zonas

singulares como ambos polos que, por no tener las condiciones que generan las nubes de

tormenta, carecen de actividad ceráunicas, hasta la isla de Java que constituye el punto

de mayor actividad mundial. Resulta poco práctico el registrar los rayos caídos en una

determinada zona por lo que los observatorios registran, en vez de este dato los días de

tormenta definiendo como tal un día en que se oye el trueno, por lo menos una vez,

durante el mismo. Hay una relación estadística que permite calcular los rayos caídos cada

10 días de tormenta.

Esta forma de cálculo ha sido muy criticada por su impresición. Actualmente se la esta

abandonando para ser sustituida por el registro directo de las descargas, descontando las

que se realizan entre nubes, lo que, nuevamente introduce impresición dado que la

relación rayo nube-nube/rayo nube-tierra es solo estadística y válida para una zona

limitada.














La cifra que expresa la actividad ceráunica permite calcular la probabilidad de que un

rayo caiga sobre un edificio de determinadas dimensiones en planta. Por ejemplo,

supongamos una zona de 20 rayos por km cuadrado por año y un edificio de 2000 metros

cuadrados de planta. Ya que, según el trabajo de Hatakeyama, los rayos caen al azar, la

probabilidad es la misma para un metro cuadrado en cualquier ubicación dentro de la

zona y podemos calcular:

añorayosrayosxañoKm

m /04,0201/1

000.2 2

=

o, lo que es lo mismo, 4 rayos cada cien años o 1 rayo cada 25 años.

Figura 8: Impacto de rayos a tierra por milla cuadrada y por año, según la estimación de C.E.P. Brookes

Esta cifra, tratándose de un fenómeno aleatorio, no hace otra cosa que evaluar los

riesgos. En nuestra actividad profesional hemos encontrado un caso en que en una hora

cayeron dos rayos sobre el mismo pararrayos en que el riesgo era de un rayo cada 120

años.














TIPIFICACIÓN DEL RAYO COMO RIESGO

La somera descripción del fenómeno rayo que hemos hecho nos permite caracterizarlo

desde el punto de vista del riesgo. En primer lugar hemos visto que su generación

depende exclusivamente de los fenómenos que ocurren dentro de esas máquinas de

producir eléctricidad, las células de tormenta, que se hallan incluida en número variable

en un frente de tormenta que pasa impulsado por el viento sobre las estructuras que

deseamos proteger. Ello nos revitaliza la imagen de la mitología griega que nos muestra a

Zeus tonante repartiendo sin mirar adónde iban a caer sus rayos desde su nube.

A esta aleatoriedad fundamental sobre el punto de caída del rayo se agrega otra que

puede o no ser importante: todos los parámetros que hacen al poder destructivo de los rayos varían enormemente de unos a otros siguiendo una distribución

estadística conocida como normal con su valor modal. Si el sistema de protección

que adoptamos depende de algunos de ellos, como ocurre con los basados en

concentración de gradiente, su operatividad será también aleatoria.

Esta imagen, válida para los rayos descendentes, varía un poco para el caso de los

ascendentes. Para estos, la nube de tormenta acercándose va generando un campo eléctrico creciente en una determinada área de varios kilómetros cuadrados concentrándose este más en los puntos más elevados y de punta más aguda. Esto

hará que aquel punto en determinada área que presente más destacadamente esta

condición sea el de generación de la mayoría de los rayos: “ascendentes” deformando

esta preferencia la aleatoriedad. Este fenómeno tiene muy poca influencia en los rayos

“descendentes” (9).














PPRROOTTEECCCCIIÓÓNN CCOONNTTRRAA

DDEESSCCAARRGGAASS AATTMMOOSSFFÉÉRRIICCAASS














PROTECCIÓN CONTRA RAYOS

FILOSOFÍA BÁSICA DE PROTECCIÓN

Desde que Franklin, con su experimento famoso del barrilete y el de Marley, en las

cercanias de París (9), probará el carácter eléctrico del rayo, se ha puesto mucha

imaginación y estudio para resolver el problema de preservar vidas y haciendas de sus

destructivos efectos. No trataremos de hacer aquí la historia de esos desarrollos pero es

fundamental que sentemos los principios en que se basan.

Ya hemos dejado establecido que todos los efectos destructivos del rayo se relacionan

con los fenómenos asociados a sus poderosas corrientes pulsantes. Por lo tanto todo

sistema de protección debe apuntar a sacar lo que se quiere proteger de su camino y ello

es lo que pretenden hacer los diferentes sistemas desarrollados, que intentaremos

caracterizar.

1) SISTEMAS BASADOS EN LA CONCENTRACIÓN DEL GRADIENTE ELÉCTRICO

La primera idea que se le ocurre a Franklin, que expone en su comunicación a la

Academia de Ciencias y en la correspondiente adición de su “Poor Richard’s Almanac” es el de crear un punto que sea el más adecuado para que se produzca el salto de la corriente de retorno y desde allí manejar dicha corriente en su camino desde

tierra. Fué así que ideó colocar en el punto más elevado del edificio a proteger una varilla

de hierro “aguzada como aguja” y conectarla por medio de un conductor metálico.

Aparecen, por primera vez, los tres elementos básicos de un sistema de pararrayos: la punta captora, la bajada y la toma de tierra.

La punta captora es el elemento principal que crea, dada las condiciones físicas de la

construcción del sistema (es el punto puesto a tierra más cercano al rayo que avanza ya

que es el más alto, gran concentración de gradiente - ya que se aguza lo más posible

con ese fin), es además el punto más probable dentro de la zona protegida, de partida de

la corriente de retorno.














El sistema se completa con el conductor que une la punta a la tierra llamado bajada

del pararrayo y con un elemento captor en tierra de los iones que forman la corriente de

retorno, denominado toma de tierra.

La Figura 9 ilustra los elementos básicos de un pararrayos Franklin y su operación.

Este conjunto, que en épopcas de Franklin formaba todo el sistema protector ha sido

completado, con la evolución de la técnica, con un sistema de dispositivo accesorios pues

demostró ser insuficiente. Hoy en día reservamos para él, el nombre de “protección

primaria” y para el conjunto de los segundos el de “protección secundaria”. Esta última

denominación no quiere expresar que el segundo subsistema es de menor importancia,

ya que el sistema no funciona con la seguridad que puede proporcionar si no es completo,

sino que es la segunda línea de éste.

Figura 9: El pararrayos de Franklin.

EL HILO DE GUARDIA

Hay situaciones en que la punta de Franklin no resulta práctica. Es el caso en que

la zona a proteger es muy extendida en longitud y limitada en su ancho.














Tipico es el problema de las líneas de conducción de energía eléctrica, telefónicas,

aéreas, etc. Para este caso se recurre al hilo de guardia que está constituido por un

conductor colocado sobre los cables que se desea protejer, a una cierta altura sobre los

mismos.

La descarga a tierra se hace por medio de bajadas y tomas de tierra situadas a no

mucha distancia una de otras, generalmente en todas las torres de soporte de la línea.

Puede considerarse este sistema, que también ha sido utilizado con exito en la protección

de viviendas rurales, como una serie contínua de puntas Franklin.

La Figura 10 ilustra el uso del hilo de guardia para proteger líneas de alta tensión y la

Figura 11 el uso del mismo hecho en Polonia para un exitoso programa masivo de

protección de viviendas rurales.

Figura 10: El hilo de guardia

EL HILO PERIMETRAL

Es de observación diaria para quien está dedicado al tema de rayo que cuando éste

impacta un edificio no protegido lo hace con preferencia sobre las aristas y, sobre todo,

con gran frecuencia sobre los ángulos diedros que estas forman. La explicación física es

que, al ser estos lugares superficies constituyen puntos de concentración del gradiente eléctrico.














Esta comprobación a generado la idea de correr acompañando estas aristas e hilos

perimetrales, puestos a tierra. Las normas de los diferentes países establecen distancias

máximas y ubicación de las bajadas y tomas de tierra (10) y distancias máximas entre los

conductores de la malla.

Figura 11: El hilo de guardia usado en Polonia para protección de viviendas rurales.

La Figura 12 muestra un edificio protegido por el sistema del hilo perimetral según la

norma de la Underwriter’s Laboratories. Cabe destacar que la últimas investigaciones

parecen demostrar que las puntas Franklin colocadas en la parte superior son

innecesarias pero esta norma aún no las ha eliminado en su última edición.

Figura 12: El hilo perimetral (Protección Primaria)














Esta construcción se denomina vulgarmente en nuestro medio “Jaula de Faraday”

cometiendo un serio error conceptual que más adelante clarificaremos. Este error no es

puramente académico ya que para nuestro fines puede llevarnos a serias equivocaciones:

la jaula de Faraday es un sistema de “riesgo 0” mientras que el sistema de la Figura 12

ni si quiera llega a dar la protección de los otros miembros de la familia dentro de lo que

se considera su zona de protección. Para algunos autores, construidos dentro de las

dimensiones máximas permitidas por la normas, su protección alcanza solo al veinte por

ciento de estos.

PARARRAYOS ACTIVOS: EL PARARRAYOS RADIOACTIVO

El problema de la protección de grandes superficies que estan pobres y costosamente

resuelve el método anterior, es solucionado en forma mucho más económica por el

pararrayos radiactivo.

Si bien actualmente su uso está prohibido en nuestro país como en otros países del

mundo entero debido a la alta emisión de radioactividad de estos pararrayos, corresponde

el expresar los conceptos fundamentales o principios de su funcionamiento, ya que el

mismo “es el precursor” de todos los pararrayos activos de gran radio de acción,

existentes hoy en el mercado.

Este pararrayos mejora el funcionamiento de la punta Franklin - deteriorando la rigidez

dieléctrica del aire que la circunda agregando “isótopos” radiactivos en su inmediata

cercanía. Estos “isótopos”, por la acción ionizante de la “radiación alfa”, ionizan

fuertemente el aire que rodean la punta.

En estas condiciones el salto de la corriente de retorno es inducido por el rayo desde

una mayor distancia lo que aumenta el radio de acción de la punta (11).

La Figura 13 muestra un esquema del pararrayos radiactivo conocido en nuestra plaza

por IONOCAPTOR, seleccionado para ejemplificar por que tiene incluidos todos los

elementos necesarios para su correcto funcionamiento.














Puede aparecerse en la figura la punta Franklin y la ubicación de los elementos

radiactivos. Sobre estos elementos debemos destacar que, si bien en la primera etapa

todo los radiactivos usaron Radium Ra 226, en la actualidad prácticamente todo lo han

reemplazado por Americio Am 241. La razón es que el radium es un elemento

contaminante y el Americio no.

Figura 13: Pararrayos radiactivo IONOCAPTOR

El acelerador y el enfocador iónico, separados por el aislador forman un sistema

destinado a mantener los iones generados por el bombardero de las partículas alfa en su

correcta posición aunque soplen vientos cruzados y no deben faltar en un diseño

moderno.

Para una explicación del funcionamiento de este dispositivo remitimos a quien esté

interesado a la referencia 3.

PARARRAYO IÓNICO DE GRAN RADIO DE ACCIÓN PROTEC-THOR MV-2K

Protec-thor MV-2K es un poderoso ionizador del aire en sus inmediaciones. Está

equipado con emisor de iones y de un acelerador de partículas polarizadas. Ambos son

energizados por el campo electrostático de la nube de tormenta y luego, con mayor

intensidad, por el rayo que se acerca. Esto marca fundamentales diferencias con el

pararrayos radioactivo, con el que no debe confundirse.














Las diferencias mencionadas son:

• Salvo alguna excepción, el pararrayos radioactivo sólo tiene elementos emisores y no

aceleradores.

• La cantidad de ionización que produce el radioactivo es constante, y no depende del

rayo sino de la cantidad de isótopo radioactivo.

• La emisión y potencia del acelerador del Protec-thor MV-2K se incrementa en forma

directamente proporcional al cuadrado de la disminución de la distancia. A medida que

el líder de pasos se acerca, se incrementa la cantidad de iones producidos por efecto

Townsend. Queda así superada la incapacidad de radioactivo.

• La punta Franklin se dispara cuando en sus cercanías se produce, por efecto de la

tensión en la punta del rayo que se acerca, un gradiente de 6 Kv/cm. Este es un valor

característico del aire a temperatura y presión normales. La ionización producida por

los emisores y acelerador del Protec-thor MV-2K se incrementa grandemente al

acercarse el rayo, lo que deteriora la rigidez dieléctrica del aire y disminuye

notablemente el gradiente de disparo del pararrayos. Esto hace que un mismo rayo

induzca el retorno cuando el líder de pasos esta mas lejos, lo que explica la mayor

área de protección del Protec-thor MV-2K.

Pararrayos iónico Protec-thor MV-2K














ENSAYO DEL PARARRAYOS MV-2K EN EL INTI – SEPTIEMBRE DE 2000

Fotografía: Ensayo del pararrayos Iónico MV-2K realizado en laboratorios del INTI en septiembre de 2000.

INSTALACIÓN DE UN PARARRAYOS IÓNICO PROTEC-THOR MV-2K

Instalación típica:

La máxima altura a la que debe instalarse un

pararrayos Protec-thor MV-2K para ser eficiente es

40 mts. sobre el nivel del suelo. Si se instala sobre

azoteas de mayor altura solo deben considerarse

como protegidas las áreas situadas hasta 40 m por

debajo de su nivel.














CÁLCULO DE ÁREAS PROTEGIDAS: Primer paso:

• Determine las diferentes cotas,

tomando como base cortes de la

zona a proteger.

• Adopte una altura tentativa para el

pararrayos.

• Calcule los diferentes valores de

∆h entre el pararrayos y la zona a

proteger.

Segundo paso:

• En base a las diferencias de cotas

y la tabla adjunta, determine las

zonas protegidas en un plano de

planta.

• Si quedan zonas sin protección,

antes de decidirse a colocar un

segundo pararrayos, considere

levantar el ya ubicado; puede ser

más barato.

• El riesgo es una probabilidad.

Cuando se superponen dos áreas

al mismo nivel, como en la figura,

el riesgo de que ambas sean

violadas por un rayo se obtiene

como producto de ambas

probabilidades. Si el de cada área

es del 1 %, el de ambas

superpuestas es de 0,01 x 0,01 =

0,001. La seguridad aumentó.














EVALUACIÓN DEL “SISTEMA DE CONCENTRACIÓN DE GRADIENTE” DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA

SEGURIDAD

El sistema depende, para su operación de la tensión del rayo y de la distancia a que

pasa de la punta (9). Hay rayos sumamente débiles que, no por serlo dentro de la escala de tensiones que se manejan, dejan de producir estragos, que aún pasando

muy cerca de la punta captora no la operan. Por lo tanto el sistema si bien disminuye el

riesgo, no lo elimina. Es, por lo tanto, siempre un sistema de riesgo residual. Las

áreas más restringidas que han sido investigadas tienen un riesgo residual de 0,1%, vale

decir que de 1000 rayos que caigan sobre la zona protegída solo uno no será

interceptados por el pararrayos.

Esta probabilidad es pequeñísima pero para evaluarla debemos considerar que en una

jugada de lotería en que hay 40.000 números que participan la probabilidad de acertar el

primer premio es de 1/40.000 o sea 0,000025 o 0,0025%, 25 milésimos de la probabilidad de que un rayo viole la zona más restringida protegida por un pararrayos de punta. Sin embargo en todas las jugadas hay alguien a quien le cayó

“el rayo”.

Figura 14: Principio de formación de un plano equipotencial.














Lo anterior es solo para “tipificar” el fenómeno aleatorio. La disminución del riesgo es

real: si tenemos un pararrayos cuya zona de protección, en las condiciones anteriores,

sea 100 metros cuadrados situado en un área cuya actividad ceráunica es de 25 rayos

por Kilómetro cuadrado y por año con la probabilidad de que un rayo caiga sobre ella es

de 25/0,0001 = 0,0025 y la de que no sea interceptado por el pararrayos 0,0025 x 0,001 = 0,000025.

Por suerte existen a la fecha estadísticas que permiten evaluar la bondad del sistema.

Quizas el ejemplo más espectacular sea el Campanile de San Marco de Venecia, torre

de casi 115 metros de alto que fue dañada por el rayo en 1.388, 1.548, 1.565 y 1.653. Fue

destruida y reconstruida nuevamente en 1.417, 1.489, 1.745, 1.761 y 1.762. En 1.766 se proveyó del entonces novísimo sistema inventado por Franklin en 1753 sin que

hasta la fecha, más de 2 siglos despues haya sufrido daño alguno. Otro ejemplo es la Catedral de Siena, muy galpeada por el rayo en 1.777 en que se

la protege con el sistema de Franklin, sin sufrir daños desde entonces. Las

estadisticas de las compañías transportadoras de electricidad en que, por las gran

superficie abarcada por las líneas, tiene oportunidad de cumplirse la ley de los grandes

números, dan prueba de eficiencia del sistema dentro de los márgenes de riesgo

aceptados.

2) SISTEMAS BASADOS EN LA CREACIÓN DE PLANOS DE TIERRA “LA PROTECCIÓN DE MELSEN”

A fines del siglo pasado, en 1884, el físico Belga Melsen tuvo la idea de utilizar como

elemento captor del rayo un plano de tierra extendido sobre la estructura a proteger, como

si fuera un techo. “Para ello utilizó un corolario de la experiencia de Faraday” que

comentamos más adelante que dice que: si se tiene dos conductores al mismo

potencial suficientemente cercanos, el campo eléctrico se cierra aproximadamente al mismo potencial entre ellos. La figura 15 ilustra este principio.

Basándose en esa idea Melsen proyectó cruzar a cierta distancia sobre la estructura a

proteger dos alambres puestos a tierra. La Figura 15 ilustra el dispositivo ideado.














Figura 15, 16: Tanque protegido por el Sistema de Melsen

Esta protección resultó ser de gran eficiencia dado que en la zona central se forma un

verdadero plano de tierra que impide la formación de la descarga bajo de él. La unica precaución a tener en cuenta es que haya suficiente “distancia” entre la parte más

baja de la “catenaria” que forman los hilos y la estructura protegida, por dos razones: en primer lugar, si no hay suficiente altura, las superficies equipotenciales entre los dos alambres no alcanzan a unirse y la estructura queda desprotegida y, en segundo al recorrer la corriente de retorno la impedancia ofrecidas por las tomas

de tierra y los conductores produce fuertes elevaciones de tensión lo que puede conducir a descargas secundarias entre estos y la estructura lo que equivale a recibir directamente al impacto del rayo.

La teorización sobre el sistema elaborado por Melsen nos llevó a implementar una

costrucción mas elaborada que se muetran en lineas punteadas en la Figura 15/16.

Los techos metálicos, adecuadamente puestos a tierras, si tienen continuidad eléctrica

suficiente, son el caso límite del plano de tierra de “Melsen”.














Sobre estos, desde el punto de vista de la seguridad, debemos hacer una

observación: el techo formado por chapas superpuestas, caso chapa acanalada cincada,

tiene suficiente continuidad eléctrica con respecto a las tensiones que se manejan en el

rayo y son totalmente aptos como elemento captor. Un mal contacto entre chapas producirá, al ser corrido por la corriente de retorno, pequeñas chispas sin relevancia alguna, salvo en el caso en que el ambiente que cubre sea del tipo explosivo (Clase I, Divición I del NEC). En este caso no debe emplearse y solo puede

utilizarse el techo metálico autoportante, plegado y soldado, con muchas restricciones en

cuanto a su espesor debido a la posibilidad de perforaciones.

Queda como riesgo el hecho de que las tomas de tierra o las bajadas puedan tener

demasiada impedancia o que, por estar demasiado separadas, el recorrido de la corriente

de retorno entre estas y el punto de incidencia del rayo sea excesivo. En cualquiera de

estos casos, el techo adquiere demasiado potencial pudiéndose producir descargas

entre el mismo y estructuras anteriores puestas a tierra como cañerias. Un ejemplo

espectacular de este accidente se dió en los hangares del aeropuerto de Johannesburgo

en Sudáfrica.

Se confió el papel de bajada a la mampostería de los muros y, por ser estos de

conductividad insuficiente, en dos oportunidades se produjeron descargas secundarias en

su interior ocacionando una de ellas la muerte de dos personas.

Para evitar el excesivo recorrido entre bajadas y punto de incidencia se adopta

generalmente, como distancia máxima la fijada por las normas para el caso de las mallas de techo a que nos hemos referido anteriormente.

EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE FORMACIÓN DE PLANOS DE TIERRA DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA

SEGURIDAD

Si el sistema está bien construido, para todo lo que se halla debajo del plano de tierra

solo queda un riesgo residual: el que, por tener las diferentes tomas de tierras, hay diferentes resistencias, pueden generarse diferencias de potencial entre las mismas

que, en determinadas circunstancias, pueden producir chispas.














El riesgo se elimina uniendo todas las tierras con un anillo metálico perimetral con lo

que todo el sistema quedará equipotenciado acercándose a una jaula de Faraday que

comentaremos enseguida.

En las condiciones que hemos desarrollado el sistema es de riesgo cero para el impacto directo del rayo, por lo que suele utilizárselo en ciertas circunstancias aún

cuando concideraciones ajenas a la técnica, como estéticas o económicas se opongan a

ello.

3) LA JAULA DE FARADAY

Michel Faraday, genio de la física dedicado particularmente a la electricidad probó teórica y prácticamente que el campo electrico no se propaga en un espacio

cerrado por una superficie metálica continua, de conductividad infinita. También

demostró que si, en lugar de ser continua, esta superficie está formada por un tejido

metalico de malla suficintemente cerrada, lo anterior se cumple con gran aproximación.

No existiendo campo eléctrico, no hay posibilidad de existencia de diferencias de

potencial y por lo tanto no se generan corrientes. Si se logra un cituación de este tipo, todo lo contenido en el espacio encerrado por la superficie metálica es inmune al rayo.

Un ejemplo de esto es un automovil de modelo sedan. Hay inumerables ejemplos

experimentales en que las fotografías prueban que los pasajeros no son en absoluto

perturbados por la caida de un rayo sobre el techo.

Las contrucciones de hormigon armado, si se cuida de dar continuidad a las armaduras de piso, estructuras, paredes y techos permiten construir jaulas de Faraday muy eficientes y de poco costo adicional, con la importante ventaja de que

las zapatas de fundación de las columnas y las armaduras de las lozas de los pisos son unas efientísimas tomas de tierra que no requieren construción adicional alguna.

Cualquier construcción metálica cerrada como, por Ej. Un tanque de combustible

constituye una jaula de Faraday.














La única precaución que debe tomarse para evitar la formación de chispas entre él y el

suelo es ponerlo eficientemente a tierra por medio de jabalinas enterradas a distancia suficiente una de otra para evitar la formación de diferencias de potencial

entre ellas.

Para terminar con este sistema de protección debemos dedicar un párrafo a establecer

las condiciones que diferencian la jaula de Faraday de los otros sistemas que muchas veces se confunden con ella.

Para que exista jaula de Faraday el espacio protegido debe quedar completamente

encerrado por la misma. Es la única manera de conseguir la producción del hecho físico de que el campo eléctrico no se propague en su interior. Las vulgarmente mal

llamadas “jaulas de Faraday” que consisten en la costrucción de mallas de protección que

hemos visto como accesorios de los hilos perimetrales y los planos de tierra, con

múltiples bajadas no pasan de esto aunque, para evitar las diferencias de potencial entre

las tomas de tierra se las une, como hemos visto, por medio de un anillo perimetral

cerrado. El campo eléctrico sigue ingresando por los costados y la parte inferior

dentro de la estructura fallando la premisa fundamental de la construcción.

EVALUACION DE LA JAULA DE FARADAY DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA SEGURIDAD

Si está bien construida, lográndose evitar la propagación del campo eléctrico generado

por el rayo dentro del abiente protegido es una disposición de riesgo cero para el mismo,

tanto para el impacto directo como para las inducciones que generan sus efectos

indirectos.

A veces es un sistema muy costoso pero no lo es cuando el método de construcción lo facilita, por Ej. Cuando se trata de estructuras de hormigon armado,

sobre todo cuando el proyecto de protección se hace desde el principio con el proyecto

del edificio. Por lo general no se presentan las inhibiciones estéticas que suelen proscribir a las construcciones Melsen.














4) LOS SISTEMAS DE DISIPACIÓN

En sus trabajos Franklin prestó principal atención a la producción de corriente que teóricamente debían producirse en la punta de su pararrayos yendo a

neutralizar las cargas de la nube. En reiteradas oportunidades se quejó de que este

aspecto preventivo no fuera tenido en cuenta (12).

Estas ideas de Franklin llevaron al polaco Prokof Divish, “curé” de Preudoz, en

Moravia, a crear en 1.754 lo que llamó una máquina meteorológica destinada a neutralizar

las cargas generadas en la nube y, con ello, evitar la producción del rayo (13). Consistía en un pararrayos con dos mil puntas conectado a una toma de tierra por una bajada. Estas dos últimas no diferían de las ideadas por Franklin.

La experiencia, luego de múltiples aplicaciones hechas por entusiastas de las ideas de

Divish, fracasó rotundamente y fue desechada.

Posteriormente B.F.J. Schonland desarrolló un experimento para probar la existencia

de la corriente que la teoría indicaba debía salir de las puntas hacia las nubes cargadas

de electricidad (14). Para ello cortó un pequeño árbol en las cercanías de su base, lo

colocó sobre una plataforma aislada en la misma posición que habría tenido si no hubiéra

sido cortado y conectó un microamperimento entre el árbol aislado y su raíz. Al medir las

corrientes generadas por las nubes de tormenta al desplazarse sobre la zona halló que

estas realmente existen y que alcanzan valores máximos de 4 microamperes con la nube

colocada directamente encima del árbol.

Múltiples experiencias realizadas siguiendo los lineamientos del brillante experimento

de Schonland sobre pararrayos confirman las conclusiones del mismo y los valores

máximo medidos llegan, dadas las óptimas condiciones de conductividad y construcción

de las puntas a no más de 5 microamperes.

Los valores que hoy conocemos, que dan para la energía transferida por un rayo

promedio 30 culombios y para una célula de tormenta 3 a 10 rayos por minuto nos

permiten deducir la futilidad del intento de Franklin y Divish al tratar de neutralizar con

tan débiles corrientes semejantes cantidades de electricidad.














Pero lo que no puede lograrse con dos mil puntas es factible con 80 o cien mil o más.

En este hecho se basa una patente norteamericana de un sistema de neutralización de nubes sobre cuya aplicación, por lo menos dentro de lo que conocemos, no hay

experiencia en nuestro país.

A falta de experiencia directa diremos que la firma Lightning Elimination Consultant (LEC), propietaria de la patente a que nos referimos, presentan múltiples casos de

aplicación en los Estados Unidos de entre los cuales extraemos los siguientes (15).

a. ESTACIÓN DE RADIO OKLW, ONTARIO, CANADÁ

Sistemas de antenas compuestas de 5 torres de 92 metros de alto. Los registros de la

estación arrojan 25 salidas de servicios por año debído a los rayos. En noviembre de

1.972 LEC instaló disipadores en forma de disco en cada torre sin que hasta 1.979, fecha

del informe, se haya registrado un solo rayo sobre las mismas. Se han determinado corrientes de disipación de hasta 20 miliamperios.

b. ESTACIÓN DE TV FT MYERS, FLORIDA

Su antena está montada sobre una torre de 300 metros de altura. El nivel ceráunico es

de alrededor de 100 y, en promedio, la torre o antena fueron golpeadas por los rayos 48 veces por año. En 1.975 LEC instaló un disipador trapezoidal sin que, hasta 1.979 se

produjera ninguna salida de servicio.

c. INSTALACIÓN DE LA UNION OIL EN SANTANA, FLORIDA

El nivel ceráunico es de 260 en la zona lo que, dadas las dimensiones de la planta,

arroja un riesgo potencial de 200 rayos por año.

En la etápa del proyecto se contrató a LEC la protección contra rayo que se realizó

mediante cuatros disipadores de 25.000 puntas sobre tanque de almacenamiento y una

sombrilla disipadora sobre el regenerador y otra sobre la torre de comunicación de 100 de

altura. Entre 1.973 y 1.979 no cayó un solo rayo en el área mientras que en las zonas

vecinas cayeron de acuerdo con lo promedios calculados.














SSIISSTTEEMMAA DDEE PPRROOTTEECCCCIIÓÓNN

CCOONNTTRRAA RRAAYYOOSS














SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

Los diferentes sistemas de protección que acabamos de presentar tratan, como lo

hemos puntualizado, de sacar el elemento a proteger del camino de la corriente del rayo.

El carácter diferencial entre uno y otro es el fenómeno físico en que se apoya: concentración del gradiente eléctrico, formación de planos de tierra mediante el cerramiento del campo entre mallas o eliminación del campo dentro de una jaula de

Faraday para los tres primeros o eliminación del rayo para el cuarto. Todos tienen en

común tres elementos: un lugar preestablecido para recibir el rayo, una o varias conducciones a tierra y uno o varios dispersores en tierra para los tres primeros que

toman el rayo ya producido. Para el cuarto, destinado a evitar la producción del rayo, el

elemento captor se transforma en el disipador existiendo también la bajada y la toma de

tierra. Los fenómenos físicos que se manejan en los sistemas de captación del rayo tienen

características totalmentes diferentes de los que se manejan en el de disipación por lo

que deben tratarse por separado.

Los tres elementos comunes a los sistemas de captación forman, en conjunto, un

sistema al que damos el nombre de protección primaria (actualmente designada por las

normas de la especialidad como sistema de PROTECCIÓN EXTERIOR). En lo que sigue

los trataremos someramente por separado y veremos que de ninguna manera la

protección es completa si no se toma una serie de medidas adicionales debido a los

fenómenos que tienen su sede en el camino a tierra al ser recorrido por la corriente. Este

conjunto de medidas constituye también, como la protección primaria o exterior, un

subsistema del sistema completo: la protección secundaria (actualmente designada por

las normas de la especialidad como sistema de PROTECCION INTERIOR).

LA PROTECCIÓN EXTERIOR

Su función es recibir el impacto del rayo y disipar en tierra su energía. La característica

más salientes de sus elementos son:














a) EL ELEMENTO CAPTOR

Para los sistemas de concentración de gradiente son puntas agudas o hilos

metálicos.

Sabemos ya que en ese punto del sistema siempre sale la corriente en busca del lider

de pasos. Por lo tanto arrastra material metálico produciendo un debilitamiento y aún

cortes en los hilos y cavitaciones llamadas fulgamitas, en las puntas.

Con respecto a las puntas cabe algunas observaciones: cotidianamente se suelen

encontrar especificaciones en que se piden pararrayos de cuatro o más puntas. Es un

resabio de la época de Divish. La teoría nos muestra que desde el punto de vista

eléctrico “el pararrayo de una punta es más eficiente” como concentrador de gradientes que el de varias puntas. La Figura 17 muestra la razón.

Figura 17: El campo electrico se “concentra” en una punta.

El campo electrico se “redondea” alrededor de varias puntas.

LA CONCENTRACIÓN DE GRADIENTES DISMINUYE EN EL PARARRAYO DE VARIAS PUNTAS

Otra reminiscencia histórica es el material de la punta. Los primeros instaladores de

pararrayos hallaron que las agudas puntas que se hacían en las barras de hierro

(siguiendo las indicaciones de Franklin) se redondeaban en poco tiempo.

La conclusión que sacaron fué que el hierro no soportaba la agresión de los agentes

atmosféricos y comenzaron a hacerlas de metales nobles (platino, iridio, etc.). Hoy se suele especificar más modestamente de acero inoxidable a pesar de que sabemos

que la agresión de los agentes atmosféricos nada tiene que ver con este redondeo de las

puntas.














Hemos tenido ya noticia de que cada vez que pasa una nube electrificada sobre el

pararrayos sale una pequeña corriente del mismo. Esta pequeña corriente arrastra metal y es la responsable del deterioro siendo inútil el cambio del metal.

En cuanto a los hilos y alambres el daño que puede recibir el ser impactados por el

rayo es proporcional al material arrastrado de acuerdo a lo anterior o a la fusión producida

por efecto Joule que depende de la magnitud de los pulsos. Las dimensiones

especificadas por las normas para estos elementos tratan de que soporten el 95% de los

rayos. Para el caso de las chapas de techos metálicos las normas tratan de mantener

este criterio. Personalmente opinamos que salvo el caso en que se prevea algún daño

derivado de la elevación de tensión para lo que está debajo es antieconómico el hacerlo

ya que se especifican espesores de chapa que ninguna de las acanaladas actualmente en

uso sirva con este fin. El cambio de una chapa perforado por un rayo no involucra un

desembolso de consideración como para proscribir el uso de las comunes para formar el

plano de tierra. Aquí nuevamente los ambientes explosivos constituyen una excepción ya

que la fusión del material al ser perforada la chapa producirá la explosión.

La prohibición del uso de chapas metálicas muy finas con el objeto de formar planos

de tierra no está vinculada a consideraciones térmicas sino electrostáticas. Al levantar

fuertes tensiones son repelidas por la estructura cargada con el mismo signo de

electricidad y se desprenden totalmente.

b) LA BAJADA

Este elemento constituye la conección entre el captor y la tierra. Por él circula toda la

corriente del rayo. En su forma más elemental está formada por un conductor metálico

que puede ser cable, planchuela, alambre careciendo de importancia la forma de su

perfil.

El tema del material de construcción de las bajadas ha sido motivo de prolongada

polémica terminando por generalizarse el uso del cobre de acuerdo con una tendencia

que parece ser una superstición de los técnicos involucrados en el tema eléctrico.

Trataremos de clarificar la importancia de la conductividad del material.














Cualquier conductor, al paso de una corriente pulsante como la del rayo,

representa una resistencia ohmica y una impedancia:, valance de una componente inductiva y otra, de sentido contrario, capacitiva. Un simple cálculo nos permitirá tener

una idea de sus valores relativos.

La resistencia ohmica específica del cobre es 0,0175 ohmios por metro lineal del

conductor y por milímetro cuadrado de sección. Un cable de cobre de 50 milímetros

cuadrados de sección y 20 metros de longitud tiene como resistencia:

ohmiosxR 007,050

200175,0==

La impedancia inductiva de este mismo cable, recto, es de 1,6 microhenrios/metros

por lo que para el total será:

HxxmHxL 66 103220/106,1 −− ==

Si pensamos este conductor recorrido por un pulso como el de Figura 7, con los

valores promedios que hemos ya establecido, tendremos elevaciones de tensión dadas

por:

Tension en la resistencia ohmica:

VoltsohmiosxAEr 210007,0000.30 ==

Tensión en la impedancia inductiva:

VsegAxxHxEL 000.280.110/10401032 636 == −−

La comparación entre estos dos valores nos muestra que carece, para la misma

sección de bajada, de importancia el material de que se la construya siempre que sea

metal, aún en el caso del hierro que, al ser magnético, se satura al paso del pulso

reduciendo la sección. Como se vé, el cobre, tan especificado, es otro residuo de la historia, como los son, frente al valor de E L, los aisladores que suelen subsistir en las

bajadas. Algo así como si aún colocáramos el “fulgura rango” (dominó el rayo) de las

campanas medievales en las de nuestros días.














La anterior nos lleva a una conclusión que tendrá mucha importancia más adelante: es

un intento vano el pretender aislar el rayo. La única defensa que tenemos contra las

enormes tensiones que genera es el corto circuito.

El valor de L calculado es para la impedancia pura de un conductor recto. Demás está

decir que cada curva que se agregue a la bajada aumenta la impedancia y con ello la

tensión generada. Por este motivo todas las normas prohíben intercalar ángulos menores de 90 grados y limitan el número de estos aceptados y, desde ya, prohíben los rulos y espiras en su recorrido.

Un caso especial que suele presentarse muy frecuentemente es cuando se trata de

pasar el cable de bajada por un caño metálico. Si quiere la mala suerte que el caño no toque el conductor de bajada, actúa como el secundario en corto circuito de un transformador aumentando grandemente la impedancia. La solución es conectar caño

y cable metalicamente en la entrada y salida para que forme un solo conductor. Esto es

suficiente si la longitud del caño metálico es de no más de 3 a 4 metros. Para longitudes

mayores conviene colocar algún rulo de alambre en puntos intermedios del cable para que al tocar las paredes refuercen esta conexión.

Para el caso de varias bajadas no muy cercanas una de otra, como ocurre en el plano

de tierra. La corriente y con ella la tensión se divide entre todas dando una fracción de los

valores anteriores.

Este es el motivo por el cual nuestra norma IRAM 2184 prescribe dos bajadas diametrales opuestas para el pararrayos (en el caso de usar bajadas dedicadas o de

exprofeso).

Un caso particular lo presentan los edificios con estructura metálica o de hormigón

armado. Estos, para Baatz (16) “representan el mejor método de distribuir la corriente del rayo entre muchos caminos paralelos. Las grampas de refuerzo deben,

es claro, estar eléctricamente conectadas entre ellas por medio de grampas, soldadura o alambre de atar”.














Los mismos conceptos son afirmados por Golde (17) el cual remite a quien dude de la

eficiencia de las ataduras por alambre en las estructuras de hormigón a las experiencias

realizadas por Lunquist (18) sobre más de 1.000 probetas que demostraron que dos

vueltas de alambre de atar uniendo dos hierros superpuestos en el doble de su diámetro

soportan, embebidos en el hormigón, perfectamente el impacto del rayo.

En nuestra experiencia hemos encontrado una fuerte resistencia en profesionales no

suficientemente informados sobre el tema, a usar la estructura de hormigón armado como

bajada de pararrayos.

Nosotros insistimos en su uso, insistencia más que en razones económicas se basa en

la seguridad: como hemos visto la bajada de un pararrayos es un punto de concentración

de tensión que produce descargas secundarias contra cualquier persona o estructura

puesta a tierra que se encuentre cerca con el consiguiente riesgo de muerte o incendio.

En el caso del uso de la estructura metálica, si se toma adecuadamente el término aéreo

todo el edificio actua como un conductor de enorme sección con la consiguiente

disminución de impedancia y, con ello, de la tensión producida. Además, a los efectos de

la seguridad, todo lo contenido dentro del edificio está en una verdadera jaula de Faraday. Esto es particularmente beneficioso para equipos altamente sensitivos a los

voltajes inducidos como es el caso de los electrónicos.

Si la protección contra descarga atmosféricas forma parte del proyecto del edificio,

nada opta para eliminar dudas a asegurar la continuidad de la estructura mediante algún

método confiable.

El asegurar la continuidad del solo 10% de los hierros verticales, fuertemente cortocircuitados por las armaduras de las vigas y los estribos, es suficiente.

Desde ya las estructuras premoldeadas carecen de esta continuidad.

La Figura 18, extraida del trabajo de Baatz de referencia 16, pág. 623, muestra la

forma correcta de hacer una protección de este tipo, con hilo perimetral y malla asociada.














Figura 18: Protección de un edificio usando como bajada la estructura metálica

Hemos destacado: A. Hilo perimetral con sus mallas asociadas sobre el techo. Si la desición hubiera sido usar

puntas Franklin, o Pararrayos de gran radio de acción se lo hubiera colocado sobre un

mástil en la parte superior de la caja de máquinas de ascensores y se hubiera conservado, por

lo menos, uno de los conductores de conexión a dos puntos extremos de la estructura. Los

dos ayudan a la distribución de la corriente en la misma.

B. En un hilo perimetral que debe colocarse exteriormente conectado a la armadura

metálica cada 20 o 30 metros de altura para la protección contra rayos laterales.

C. Armaduras metálicas de bajada.

D. Nivel de piso.

E. Anillo o red de tierra de fundación.

F. Barra para actualización de potenciales de que hablaremos en el tema de la

protección secundaria o protección interior.

G. Conexión de la antena de televisión a la toma de tierra. Esta operación, totalmente

descuidada en nuestro medio, de norma en la mayor parte de los países coadyuva,

junto con otras medidas asociadas a la protección del aparato conectado a la antena.














EVALUACIÓN DE LOS RIESGOS INHERENTES A LAS BAJADAS

Todos los riesgos inherentes a las bajadas se derivan de las altísimas tensiones que

se generan en las mismas al ser recorridas por los pulsos del rayo. Cualquier persona,

colocada de pie, a menos de 1,80 o 2 metros de la bajada corre peligro de recibir una

descarga en su punto más prominente, la cabeza que le producirá la muerte.

La victima de este accidente es irrecuperable ya que, al recorrer la descarga de la cabeza a los pies, no solo fibrila el corazón consecuencia de cualquier accidente

eléctrico - recuperable con atención adecuada - sino que, además destruye en el cerebelo el centro respiratorio.

Si no es factible el uso de la estructura metálica del edificio como bajada, la única

previsión que debe tomar el personal de seguridad es el mantener las personas alejadas

por lo menos 2 metros de la misma colocando algún objeto o, si ello no es posible,

prevenir el peligro por medio de alguna señalización.

En lo que respecta a los bienes el peligro consiste en la producción de chispa entre las

bajadas y cualquier estructura u objeto puesto a tierra.

Cuando este tipo de estructura pasa a menos de 2 metros de la bajada (Nuestra IRAM 2184 establece 1,80 m.), iniciando el concepto de protección secundaria mucho

más amplio que esta simple medida, se prescribe la unión metálica entre ambos.

Baatz especifica (19) para las instalaciones eléctricas un espacio mínimo de 0,50 m.

siempre que el recorrido de la corriente en la bajada sea menor que 20 metros sin igualar

potenciales.

Todos estos riesgos se disminuyen por medio de bajadas múltiples suficientemente

separadas como para dividir la corriente en fracciones de la del rayo y se iliminan con el

uso de la estructura metálica como tal, siempre que se cuide la protección secundaria.

LA TOMA DE TIERRA

Sabemos ya que los iones necesarios para formar la corriente de retorno son extraidos

de la tierra por medio de lo que se llama dispersor de tierra.














Ocurre que, aún en las más óptimas condiciones de construcción la toma de tierra

tiene una resistencia de valor finito que, al ser recorrida por la corriemte, produce

tensiones. Todas las normas sobre instalaciones de pararrayos, tratando de disminuir los

riesgos derivados de estas tensiones limitan el valor permitido a la resistencia de tierra, limitación que va, desde un mínimo de 2 ohmios del código holandés, hasta el

máximo de 30 ohmios del sudafricano. Nuestra IRAM 2184, siguiendola a la Norma IEC 1024, prescribe para el sistema de puesta a tierra un valor máximo de 10

ohmios.

Como se sabe los valores de resistencia de dispersión (RA) de puesta a tierra que se

obtiene en una instalación de aterramiento, ya sea de electrodos individuales, o de

electrodos múltiples (mallas, anillos anulares, contrapesos, etc) dependen directamente

de la resistividad del suelo en el lugar del emplazamiento del sistema de puesta a tierra

(28). Lo que llevó a los especialistas en instalaciones de puesta a tierra a sugerir e

implementar el uso de diferentes aditivos químicos para reducir la resistividad del suelo.

En todos los casos el uso de estos agentes reductores de la resistividad tiene una

duración limitada en el tiempo.

La concepción de que toda instalación de aterramiento posee un valor de resistencia

de dispersión (RA) que depende directamente de la resistividad del suelo, llevo a la

generalización de la opinión, de que un suelo de elevada resistividad es un enemigo, y

que por lo tanto debe ser tratado como tal, generó una rigidez intelectual en los conceptos

sobre “el electrodo hemisférico de radio r” y a considerar solamente el uso de

electrodos químicos artificiales para mejorar la conducción en el hemisfério de electrodo

(29).

Sin embargo un nuevo concepto en el tratamiento del hemisfério del electrodo puede

verse consultando a la referencia (30) que trata el uso del electrodo líquido para tomas

de tierra en terrenos de alta resistividad.

De cualquier manera, los valores que alcanza la corriente del rayo en el pico hacen

que este intento no sea muy exitoso.














1

2

3

Supongamos, en primera aproximación, que el comportamiento de la resistencia de tierra no varíe para pulsos fuertes. No es así pero como hipótesis nos sirve. Hemos

dicho, al caracterizar el pulso del rayo, que el cinco por ciento supera los 150.000

amperes. Esta corriente, al transitar por los 10 ohmios de resistencia admitidos por la

Norma IRAM 2184 dará, en el punto de conexión de la bajada, 1.500.000 voltios.

En realidad no alcanza este valor por que al llegar a los 500 o 600 mil voltios los

componentes gaseosos del suelo producen un efecto de “corto circuito” bajada

rápidamente pero ya estos valores como riegos son apreciables. Si en ves de este valor

de corriente tomamos un pulso promedio de 30.000 amperes tendremos 300.000 voltios

que como riesgo da lo mismo.

D = Díametro del hemisferio

L = Longitud del hemisferio.

Figura 19: Hemisfério del Electrodo en los electrodos verticales. Circulación de corriente en la toma tierra

“La elevación de la tensión” se hace en función de la corriente que circula por la

unidad de resistencia. Si suponemos, Figura 19, homogénea la capa de tierra que rodea

al electrodo tendremos que a la distancia r 1 la corriente por unidad de superficie.

Será:














etcr

lirar

li ,22 1

221

1 ππ=−=

o sea, al crear r la relación entre ellas será del tipo

1

2

2

1

rr

ii

=

lo que dará para distancias cada ves mayores una gráfica de tensiones como la de la

Figura 20.

Una persona parada en las cercanías de la toma de tierra recibirá en sus pies una

diferencia de tension que puede ser mortal.

∆e que puede ser mortal

Figura 20: La tensión de paso al caer el rayo

El electrodo de tierra puede ser, o bien una pica hincada por percusión como se ha

dibujado en las Figuras 19 y 20, llamadas “jabalinas”, o bien conductores metálicos

enterrados. Las jabalinas lanzadas a la primera napa freática tienen la ventaja de disminuir por la profundidad la agudeza del gradiente de paso pero aparte del costo

mucho mayor tiene el inconveniente de agregar longuitud a la bajada y, con ello, aumentar las tensiones generadas en las mismas.














La forma de disminuir el gradiente der paso y aún suprimirlo es adoptar cofiguraciones

de electrodo formadas por conductores paralelos a la superficie del terreno como

triángulos, “patas de ganso” o anillos cerrados que circundan la construcción. Desde el

punto de vista de la seguridad esta última solución es la más perfecta.

En el momento de la caída del rayo se levantan en la toma de tierra las fuertes

tensiones a que hemos hecho referencia más arriba. Si hay alguna otra estructura

metálica enterradas en las cercanía puede ocurrir que el estrato de tierra existente entre

las dos no soporte el esfuerzo y salte una chispa entre ambas. Percances de este tipo son muy destructivos y frecuentes en estructuras separadas entre 10 y 12 metros.

Hay un caso límite reportado por Müller Hildebrand de 70 metros de distancia (20).

Para evitar este riesgo todas las normas modernas prescriben la unificación de las

tomas de tierras, contrariamente a lo que es habitual en nuestro medio. Cuando por

cualquier motivo es deseable el tener tierras independientes para algún servicio como

ocurre con comunicaciones o en la transmisión de datos se la conecta a la tierra

común a través de algún elemento semiconductor o descargador gaseoso de tensión

de ruptura adecuada. Este, justamente con medidas adecuadas de protección, (de que

nos ocuparemos más adelante) constituye el segundo elemento que encontramos en

nuestro camino, es el del Subsistema de protección secundaria o Protección interior.

LOS ELECTRODOS UFER

A fines de la década del 60 Ufer comenzó a preocuparse por la posibilidad de de usar

las fundaciones de los edificios con estructura de hormigón armado como tomas de tierra

(21). Poco después, en el año 1.971, Fagan y Lee presentaron un trabajo de

investigación donde probaban el excelente comportamiento de los electrodos de Ufer

desde el punto de vista de los pulsos del rayo (22).

El ciclo se completó en el año 1972 al aparecer un trabajo de Wiener (23) en que

comparaba el comportamiento de los electrodos Ufer con jabalinas hincadas por

percusión como tomas de tierra de uso general.














El resultado, ampliamente aceptado hoy en día es que los electrodos Ufer son totalmente satisfactorios como toma de tierra para todo uso ofreciendo, en muchos casos, ventajas sustanciales. Para el caso del pararrayos ofrece la ventaja, muy

importante desde el punto de vista de la seguridad, de que al dispersar la corriente sobre una gran superficie elimina el peligro del gradiente de paso.

Nuestra experiencia personal es que estos electrodos dan resistencia increiblementes

bajas, sobre todo en edificios con grandes extensiones de piso de hormigón armado, muy

frecuente en plantas industriales.

La Figura 21 nos muestra el uso de un anillo perimetral conectado al sistema de

pararrayos extraído del trabajo Baatz de la referencia (16).

Figura 21: Anillo perimetral conectado a un sistema de Pararrayos

USO DE UN ELECTRODO UFER EN UNA INSTALACIÓN DE PARARRAYOS

En la figura hemos destacado: DC = Para bajadas del pararrayos;

FE = Anillo perimetral de la tierra embedido en el hormigón de la fundación;

BEP = Ecualizador de potenciales de la protección secundaria;

WS = Alimentación de agua;

WM = Medidor de agua;

HC = Tablero eléctrico de entrada;

SD = Descargador de la protección secundaria.














EVALUACIÓN DE LOS RIESGOS INHERENTES A LAS TOMAS DE TIERRA

Como en el caso de las bajadas, todos los riesgos inherentes a las tomas de tierras se

asocian, como hemos visto, a las enormes tensiones generadas por la circulación de la

corriente de rayo a través de la resistencia de tierra.

La primera providencia a tomar para disminuir el riesgo del gradiente de paso consiste

en diseñar una configuración de electrodo que no lo produzca. El anillo perimetral

alrededor de la construcción es la solución tecnicamente más correcta. Más económica

pero no tan optima en la toma de tierra el “pata de ganso”, con 3 cables horizontales convergentes y un punto enterrados a 60 u 80 cm de profundidad. Los Electrodos

Ufer son una espléndida solución, sobre todo asociados con la estructura del hormigón armado como bajada.

Cuando las circunstancia imponen el hincado de jabalina única suele no bastar la

distancia a que hemos anotado, debe alejarse el transito de personas para prevenir el

riesgo inherente a la toma de tierra para atenuación del gradiente de paso. Se recurre

entonces a medios accesorios de atenuación como enterrar la cabeza de la jabalina

mediante cámara de inspección y, en última instancia, la construcción de pavimentos

aislantes de 10 o 15 metros cuadrados alrededor de esta última.

En lo que respecta al riesgo para los bienes la única forma de prevenirlo con seguridad es la igualación de potenciales.

LA PROTECCIÓN INTERIOR

A esta altura de nuestros razonamientos resulta muy fácil introducir al concepto de

tomar medidas adicionales al subsistema de protección primaria (Protección Exterior) para

evitar los peligros derivados de la circulación de la corriente del rayo por el mismo. Estas

medidas constituyen el subsistema que hemos llamado de protección secundaria

(Protección Interior).














Aquí cabe una observación importante: hasta ahora hemos hablado de tensiones generadas por la circulación de la corriente del rayo involucrando en

nuestras conclusiones solamente a las estructuras sometidas al impacto directo del mismo. Pero ocurre que los fenómenos asociados a rayos generan poderosísimos campos electromagnéticos variables inducidos por los pulsos que lo forman.

En estas condiciones el canal del rayo actúa de la misma manera que un mástil

irradiante y las estructuras magnéticas situadas en las cercanías, al levantar esos

campos, se cargan con muy fuertes tensiones con tanto mayor intensidad cuando más

cerca se hallan del punto de impacto. Líneas aéreas de comunicaciones o de electricidad,

antenas y aún las máquinas de los ascensores situadas en los puntos prominentes sobre las azoteas de los edificios sufren la influencia de estos campos por lo que su

consideración debe ser incluida en la protección secundaria (Protección Interior).

El primer paso que hemos encontrado en la sistematización secundaria, es la

protección contra tensiones inducidas en las bajadas. La experiencia indica, para

edificios altos, que la ecualización debe acerce aproximadamente cada 30 metros de

altura, distancia suficiente para que la bajada adquiera diferencias de potencial

significativas con respecto al punto de ecualización. En edificios altos o en torres de

comunicaciones es importante el cuidar esta periodicidad. En la parte superior del edificio

debe incluirse: las estructuras inducidas, torres metálicas de antenas y masas metálicas de maquinarias así como cañerías de alimentación al tanque de agua. Ya

nos hemos ocupado de la equipotenciación de las masas enterradas con respecto a la

tierra de pararrayos.














R

S

T

Tierra de Ejercicio

Tierra de Ejercicio

Tierra de Protección

Descargadores

Caben aquí dos observaciones: la primera es que la igualación de potenciales debe hacerse en un punto para la cual es conveniente habilitar una placa o barra

metálica a la que se conectan todos los puntos que deben igualarse. Estas conecciones,

salvo aquellas que serán recorridas por la corriente del rayo (bajadas y conductor de tierra) no requiere secciones muy fuertes por que por ellas circulará solamente las

corrientes necesarias para saturar las capacidades distribuidas siempre del orden de los

micro o, a lo sumo, miliamperes. La segunda observación se refiere a los conductores

que llevan las fases de la instalación eléctrica.

La Figura 22 representa esquematicamente la situación.

Figura 22: Igualación de Potenciales en un punto

PROTECCIÓN INTERIOR DE LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA

En el caso de la caída de un rayo se genera entre la bajada y el neutro de la

instalación, puesto a una tierra lejana en la usina de generación, una deferencia de

potencial que no es soportada por la aislación de los cables de baja tensión destruyendo

la instalación eléctrica.

Por tal motivo las normas VDE del grupo 100, primeras que se ocuparon del

problema, prescriben la unión del neutro a la tierra del pararrayos (primer paso de la

unificación de tierra).














Pero ocurre que con esta disposición las fases, dentro del cable, quedan al potencial

de tierra, digamos 200.000 voltios, más o menos, tampoco soportable por la aislación del

cable.

El problema se resuelve intercalando entre fase y neutro, o sea fase y tierra, un

semiconductor que, cuando la diferencia de tensión supera un cierto valor, cortocircuite

ambos conductores (protección contra cortocircuito). Para mantener la sistematización

que separa la tierra de protección de la tierra de ejercicio, se coloca un cuarto

semiconductor entre ellas. Nosotros hemos variado la disposición adoptada por la norma

VDE colocando el cuarto semiconductor en la tierra de ejercicio (neutro) “para mantener nuestro sistema de protección del riesgo eléctrico por seccionamiento del neutro juntamente con las fases”.

Para quien se preocupa de la reacción de los fusibles ante el cortocircuito

generalizado de la disposición anterior, en el momento de la caída del rayo diremos que

su duración no supera los 3 (tres) microsegundos, lapso totalmente insuficiente para la

destrucción del más sensible fusible.

Para la protección de los equipos de la linea de fuerzas motriz o de comunicaciones

como líneas o cables telefónicos o bajadas de antena, etc. Estas deben equiparse de

semiconductores a la entrada a los efectos de cortocircuitar las sobretensiones que

ingresan desde el exterior.

Existe toda una gama de semiconductores con diferente condiciones de operaciones

empezando por descargadores autovalvulares con “varistor” (resistencia variable) de

carburo de silicio o los MOV’s de oxidos metálicos que permiten el paso de las

tensiones de alimentación siguiendo por los descargadores gaseosos usados en

telefonía, los diodos de Zenner, etc. que permiten el paso de tensiones cada vez menores

a los efectos de proteger los más sensibles equipos transistorizados y llegando hasta los

actuales “supresores” de sobretensión (dignos exponentes de la tecnología de hoy) en

los cuales la velocidad de operación supera 1 (uno) nanosegundo, confiandose a estos

supresores la protección contra sobretensiones transitorias en los equipos informaticos de

alta perfomance y costo economico.














Para la protección de los equipos de telecomunicaciones, del lado antena, además de

estos semiconductores hay dispositivos que cortocircuitan la antena, como puente de

cuarto de onda, arandelas estrelladas (supresores de estaticos) o puentes de diodos.

Para el lado de alimentación la técnica también ha desarrollado filtros de bobina y

condensador.

El uso de este equipamiento, coordinando los niveles de protección con los de

aislamiento del equipo en diferentes etapas o niveles de protección es tarea de

especialistas y solo se menciona aquí a los efectos de notificar de su existencia.

Se completa así el sistema de protección con sus dos fases. A los efectos de

ejemplificar, en la Figura 23 tomamos del mencionado trabajo de Baatz, Página 620, un

caso muy sencillo de protección de una casa con hilo perimetral como elemento captor.

Figura 23: Protección completa de una casa contra descargas atmosféricas














Hemos destacado los siguientes elementos:

a) Constructivos:

F = Antena de comunicaciones.

OP = Cañeria de gas.

G = Junta aislante colocada por la compañía de gas.

WP = Cañeria de agua.

H = Medidor de agua.

EC = Cable de energía eléctrica.

K = Botella terminal del mismo.

L = Medidor de electricidad.

M = Canaleta metálica.

N = Caño desagotador de agua.

O = Ventilador.

b) Protección primaria (Protección exterior):

A = Hilo perimetral.

B = Bajadas.

C = Anillo de toma de tierra.

D = Puntas Franklin.

c) Protección secundaria (Protección interior):

BEP = Barra de igualación de potenciales.

I = Puente protector del medidor de agua.

J = Semiconductor (autovalvular) protector del medidor de gas.

P = Conexiones a tierra.














MM..PP..OO..

((MMEETTOODDOOLLOOGGÍÍAA DDEE PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO OOPPEERRAATTIIVVOO))














COMPARACIÓN

6

ESTIMULO

1

DECISIÓN

2

ACCIÓN

5

PLANIFICACIÓN

3

PREPARACIÓN

4

METODOLOGÍA DE PROCEDIMIENTO OPERATIVO (M.P.O.) LUEGO DE LA CAÍDA DE UN RAYO

En lo siguiente se describe, (para interés de los especialistas dedicados a la seguridad

industrial) el ciclo de la Acción Humana; de uno de los métodos existentes para evaluar la conducta, y poner en práctica por parte del personal de la planta o fábrica, la actitud e iniciativas a tomar luego de la caída de un rayo.

Del trabajo de los señores Riccardi y Cuttuli (trabajo hoy considerado un “clásico”

en organización industrial) se extrae el ciclo de la Acción Humana ante un hecho no

previsto tratando de no recaer en la llamada “Acción repetitiva”.

Porque, cuando la acción es repetitiva, se suelen saltear algunos etapas que quedan

“implícitas” en el circuito por haberse realizado de una vez por todas en la acción inicial.

La Figura 24 muestra la gráfica de ese proceso que explicaremos.

Figura N° 24: El ciclo de acción humana

Inmediatamente que se hace presente el estímulo crea una insatisfacción en el

espíritu que lleva al segundo paso: tomar una decisión (25). Esta decisión puede ser

seleccionada entre tres únicas: “No se puede hacer nada” y el ciclo Básico se corta;

“hay que hacer algo pero esperemos a ver que pasa” y el ciclo se detiene a la espera

de mayor información y “voy a hacer algo” y el ciclo continúa en el tercer paso en que se simplifica la acción a tomar para remover la insatisfacción.














En el cuarto paso se procede a la preparación de los medios para llevar adelante la planificación establecida en el tercero, que son utilizados en el quinto paso: la acción

- Terminado esto queda como consecuencia natural la comparación entre el resultado

obtenido y el estímulo que se intentaba eliminar – Esta se manifiesta como persistencia

de una parte del estímulo o su totalidad sí la secuencia que acabamos de enumerar no es

la adecuada.

Los resultados de la comparación pueden ser: o bien el ciclo es adecuado y al

terminar la acción se ha removido el estímulo, o bien este no es anulado el cien por ciento pero el porcentaje residual es aceptable (no supera el nivel de estímulo necesario)

o no lo es.

La acción puede ser (frente a los resultados anteriores), de dos tipos: o bien no se

repite y, si se está frente al tercer caso de comparación, solo queda el lamentarse frente

a la no consecución del objetivo como cuando se está de cacería, se yerra el disparo y la

posible presa huye. O bien la operación es repetitiva como sería el caso del empleado

que día tras día oye sonar el despertador (estímulo), se viste, desayuna y toma el

colectivo para llegar a horario a la oficina. En este caso hay dos posiciones: o bien se está en uno de los primeros dos casos que hemos mencionado (se llega a horario

después de la secuencia con más o menos margen de tiempo) o bien esto no ocurre. En

este último caso ese porcentaje no eliminado de estímulo actúa como desencadenante

de un nuevo ciclo en que se corrigen los medios.

Si en el primer ciclo el resultado es satisfactorio: y la acción es repetitiva, en los

ciclos subsiguientes queda suprimida la decisión, ya tomada, la preparación, ya hecha y

probablemente buena y la preparación también ya realizada. Este es el ciclo de acción

rutinaria que se muestra en la Figura 25.














ESTIMULO

COMPARACIÓN

ACCIÓN

Figura 25: La acción rutinaria

Todas las acciones humanas desde las más simples hasta las más complicadas

siguen implícita o explícitamente el ciclo descrito. Un buen ejemplo para una Planta

industrial de las que actúan por producción repetitiva (fábricas) podría ser la producción

para un año calendario. El estímulo está representado por el plan de ventas que, en

cantidad y calidad, es confeccionado por el respectivo departamento. La decisión esta

representada por el plan de producción (no coincide con el de ventas debido a los stocks

de producto terminado) que, luego de las discusiones con los departamentos de

Producción y Financiero, aprueba la Gerencia. La planificación abarca la confección de,

prototipos planos, documentación y programas parciales necesarios para tener a tiempo

los materiales instalaciones y servicios. La preparación consiste en la ejecución de

matrices y dispositivos ampliaciones de fábrica compra de materiales, etc. La acción, es

obvio consiste en la producción del programa establecido. La comparación constituye un

capítulo aparte en la técnica de Dirección.

Todo el ciclo anterior desmenuzado, demuestra estar formado por una infinidad de

ciclos individuales que siguen la secuencia establecida para el ciclo de acción humana.

Por ejemplo la producción de una de las piezas que forman parte del producto o el

ensamblado del mismo, o la construcción del prototipo; del producto que se fabricará, etc.

Es un buen ejercicio el analizar las acciones ejecutadas en la planta industrial desde

este punto de vista (26).














El ciclo de actuación rutinaria merece particular atención. Obsérvese que el

estímulo para que el ciclo se repita está dado por la comparación, mejor dicho por la

diferencia hallada en la misma. Es un hecho harto conocido en fisiología que cualquier

estímulo repetido va perdiendo acción estimulante (por ejemplo: un sonido que se

sostiene termina por no oírse). También en este caso esta ley se cumple inexorablemente

y la diferencia con el tiempo, puede ser desmesurada en cualquier sentido y la acción

se seguirá cumpliendo mecánicamente.

Cualquier empresa está plagada de ejemplos de lo que decimos (por ejemplo: el

gerente de planta en un momento dado, necesita el informe diario de los obreros

presentes clasificados por sección, edad y sexo).

Se diseña un formulario para presentar los datos y la oficina respectiva comienza a

prepararlo todos los días y la secretaría de Gerencia a recibirlo y analizarlo según el

programa establecido. Al cabo de algunos meses el interés de la Gerencia por estos

estudios se debilita y al fin no se hacen más. El formulario seguirá confeccionándose diariamente y será archivada sin que nadie lo vea.

PAUL TILBORY en su inefable “Tratado de la estupidez humana”, nos cuenta el

caso de una guardia que, diariamente establecía la policía londinense frente a un

determinado domicilio. En un momento determinado alguien (debió de ser algún recién

llegado) inquirió la razón. Resultó ser que muchos años antes vivió allí un ministro.

Esta característica embotante de la acción rutinaria es responsable de, la mayor parte

del trabajo inútil que se realiza en las empresas y explica el porqué cuando nos

incorporamos a un nuevo trabajo hallamos una cantidad de cosas irracionales realizadas

por el personal de la empresa. Los éxitos iniciales no deben ensoberbecernos porque

la condición de “outsiders” nos lo ha deparado pero en poco tiempo estaremos

atrapados en el sistema. Un directivo inteligente siempre considera la opinión de los nuevos aunque no siempre les de la razón.














Patrón

Compara-

sino

Informe sobre

diferencia

Correccio-

nes

Operación

Decisión sobre

corrección

Las técnicas modernas de Dirección han diseñado un mecanismo para controlar que el

efecto anterior no se produzca. Su aplicación requiere esfuerzo de Dirección y, por lo

tanto, siguiendo el principio de PARETO, se lo utiliza para todos los controles importantes

dejando que en las acciones irrelevantes se siga produciendo el efecto retardador. A

veces se contratan periódicamente auditorias para limpiar la organización de sus

efectos.

El sistema consiste en acotar perfectamente el estimulo de modo que sea medible,

medir los resultados de la acción y compararlo con el patrón o “standard” establecido y

según sea la magnitud de la diferencia o desvío, no actuar o actuar para corregir el

proceso. Esta última operación, que se rige por los principios de la Dirección de

excepción, configura un proceso de realimentación negativa que hace tiempo hemos

graficado como se muestra en la Figura 26 (27).

Figura 26: Control de operaciones por patrones.

La rama de corrección del patrón o standard que hemos graficado con trazo cortado

pertenece al circuito de realimentación negativa y solo debe usarse para el caso en que la

reiteración de desvíos muestre que el standard esta mal estudiado. En una producción

puede ser muy traumatizante.














Acción

analítica

Acción

correctiva

Acción

Preventiva

Acción

evaluativa

Objetivo “riesgo cero”

Neutralización, eliminación de

causas

desencadenantes.

Decisión sobre corrección

METODOLOGÍA DE MANTENIMIENTO OPERATIVO.

La metodología para la aplicación del M.P.O., tal como es presentada por su autor,

opera en tres áreas bien definidas: analítica, correctiva y preventiva. Completa el

circulo con una evaluación de resultados que actúa en la misma forma que la rama inferior

del circuito de realimentación negativa del grafico de la Figura 26.

En la Figura 27 reproduciremos el grafico explicativo tal como es presentado en la

referencia 24.

Figura 27: Las acciones del M.P.O. – Fuente: Riccardi – Cutuli “Objetivo riesgo cero”.

APLICACIÓN DE LA M.P.O. A LA PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

Dado que, como es natural, la aplicación del método a nuestra especialidad tiene

particularidades específicas entraremos directamente al tema refiriéndonos en todo

momento a la exposición de la referencia 24.














ACCIÓN ANALÍTICA

Esta acción es válida tanto para la evaluación de riesgos como para apreciar la situación de los mismos en un momento dado. Para el primer caso, evaluación de

riesgos en proyectos nuevos, lo recomendable es hacerlo como parte del proyecto.

Grandes economías pueden hacerse diseñando las protecciones en esta etapa y no

después de la construcción del edificio.

A veces hasta la posibilidad de usar económicamente un sistema de riesgo cero

se pierde si esta evaluación se hace luego de definido el proyecto de obra civil.

La evaluación periódica de la situación de riesgo es indispensable dado que,

especialmente en plantas industriales, no queda igual a la de proyecto por mucho tiempo.

El agregado de una antena para comunicaciones, un tanque de solvente o un área de

proceso que crea un ambiente explosivo generan muchas situaciones que es necesario

evaluar.

Este proceso consta de varios pasos:

A) Definición de las áreas de riesgo.

B) Evaluación de las condiciones físicas de los elementos constituyentes de las diferentes

áreas.

C) Decisión sobre proteger o no las diferentes áreas.

A) DEFINICIÓN DE LAS ÁREAS DE RIESGO:

Es el primer paso que luego condiciona los otros. Podemos, desde el punto de vista de

su utilización, clasificar las áreas en tres categorías;

Gran riesgo: En las que agrupamos locales en donde hay equipos de gran valor o que

pueden producir gran lucro cesante al ser dañados. A esta categoría

también pertenecen locales que almacenan explosivos o inflamables que en

la clasificación del NEC pertenecen a la clase 1. El desastre que son

capaces de producir estos locales ante el impacto de un rayo es físico en

vez de económico como el caso de los anteriores.














Riesgo medio: Pertenecen a esta categoría todas las áreas que sin estar incluidas en la

anterior albergan actividad humana permanentemente o equipo de valor

normal susceptible de incendiarse por acción de las descargas

atmosféricas o instalaciones que pueden ser destruidas por ellas.

Desde el punto de vista de su altura, con prescindencia de las

consideraciones anteriores, se tratan como de gran riesgo las estructuras

que se destacan por más de 30 (treinta) metros con respecto a las que la

rodean y de riego medio las de menos de 30 (treinta) metros.

Poco riesgo: Áreas de actividad humana circunstancial como lugares de transito.

Lugares que albergan materiales no susceptibles de incendiarse como

depósitos de hierro, playas de almacenamiento de contenedores

metálicos, cualquiera que su contenido, etc.

B) EVALUACIÓN DE CONDICIONES FÍSICAS

Es de suma importancia para cualquier proyecto de protección el establecer los puntos más destacados, su altura, utilización y material de que están construidos.

Tratándose de casas habitación o estructuras aisladas podrá prescindirse de un plano

pero en plantas complejas es indispensable un plano de planta a escala dando a cada

estructura un número de referencia.

A solo titulo de ejemplo podemos establecer la siguiente lista de control (“Check List”)

que debe acompañarlo.














N° Ref. Naturaleza Utilización Material Altura 1. Chimenea Escape de humos Mampostería ----- 2. Chimenea Gases inflamables Mampostería ----- 3. Chimenea Gases no inflamables Mampostería ----- 4. Chimenea Escape de humos Metal ----- 5. Chimenea Gases inflamables Metal ----- 6. Chimenea Cualquier tipo Plástico ----- 7. Chimenea Gases no inflamables Metal ----- 8. Chimenea Humos Hormigón armado ----- 9. Chimenea Gases inflamables Hormigón armado ----- 10. Chimenea Gases no inflamables Hormigón armado ----- 11. Tanque elevado Agua Mampostería ----- 12. Tanque elevado Agua Hormigón armado ----- 13. Tanque elevado Agua Metálico ----- 14. Tanque elevado Combustible liviano Mampostería ----- 15. Tanque elevado Combustible liviano Hormigón armado ----- 16. Tanque elevado Combustible liviano Metálico ----- 17. Tanque elevado Combustible pesado Mampostería ----- 18. Tanque elevado Combustible pesado Hormigón armado ----- 19. Tanque elevado Combustible pesado Metálico ----- 20. Tanque elevado Solventes Mampostería ----- 21. Tanque elevado Solventes Hormigón armado ----- 22. Tanque elevado Solventes Metálico ----- 23. Tanque elevado Líquido no inflamable Mampostería ----- 24. Tanque elevado Líquido no inflamable Hormigón armado ----- 25. Tanque elevado Líquido no inflamable Metálico ----- 26. Tanque subt. Combustible liviano Cualquiera ----- 27. Tanque subt. Combustible pesado Cualquiera ----- 28. Tanque subt. Solventes Cualquiera ----- 29. Tanque subt. Liquido no inflamable Cualquiera ----- 30. Torre comunicación Antena cerrada Madera ----- 31. Torre comunicación Antena abierta Madera ----- 32. Torre comunicación Con balizamiento Madera ----- 33. Torre comunicación Antena abierta Metálica ----- 34. Torre comunicación Antena cerrada Metálica ----- 35. Torre comunicación Con balizamiento Metálica ----- 36. Torre comunicación Antena abierta Hormigón armado ----- 37. Torre comunicación Antena cerrada Hormigón armado ----- 38. Torre comunicación Con balizamiento Hormigón armado ----- 39. Otros puntos prom. Madera ----- 40. Otros puntos prom. Metálico ----- 41. Otros puntos prom. Hormigón armado -----

El dato del material de que están construidos los edificios es de suma importancia en el diseño de la protección. Es fundamental tener discriminado el material y forma en que está construido el techo. Con la misma finalidad que la anterior hemos preparado la siguiente lista de

situaciones comunes en nuestro medio.














Edificios Estructura

N° ref Superficie Material Altura 1. ----- Mampostería ----- 2. ----- Mampostería estructura metálica ----- 3. ----- Madera ----- 4. ----- Hormigón armado ----- 5. ----- Hormigón armado premoldeado ----- 6. ----- Totalmente metálico -----

Techo 1. ----- Abierto, sin techo ----- 2. ----- Paja ----- 3. ----- Madera ----- 4. ----- Madera o aluminiun foie ----- 5. ----- Madera y tejas ----- 6. ----- Chapas metal. Armaz. armado ----- 7. ----- Ídem. Cabriadas metálica ----- 8. ----- Ídem. Ídem. Vent. Plástico ----- 9. ----- Chapa soldada. Autoport. ----- 10. ----- Hormigón armado premoldeado ----- 11. ----- Hormigón armado colado ----- 12. ----- Otros -----

Pisos 1. ----- Tierra apisonada 2. ----- Contrapiso hormigón 3. ----- Ídem y mosaico todo tipo 4. ----- Hormigón articulado 5. ----- Madera 6. ----- Hormigón armado 7. ----- Chapa antideslizante 8. ----- Otros

El dato del piso es útil para el caso en que se proyecta una Jaula de Faraday.

C) DECISIÓN SOBRE PROTEGER O NO PROTEGER LAS DIFERENTES ÁREAS

Sabemos que la generación del rayo sobre una determinada área es un fenómeno aleatorio sujeto exclusivamente a las leyes de la probabilidad. Sabemos también que

la densidad de estos rayos, vale decir la cantidad de los mismos que caen sobre la unidad de superficie en la unidad de tiempo no es la misma en todas las regiones del globo. Es decir que la posibilidad de que un rayo “se abata” sobre una estructura

de determinadas dimensiones en planta depende, en primer lugar, de la zona en que

está ubicada.














También hemos visto que la posibilidad de que un rayo que está ya cayendo en una

determinada zona elija una estructura es mayor cuanto mayor sea su altura o, mejor

aún, cuanto más se destaque en los elementos que la circundan.

Además es de toda evidencia y no requiere demostración que los daños que un rayo

puede producir no son indiferentes a la naturaleza de los elementos sobre los que cae. No

es lo mismo el que la vida humana, invalorable en términos económicos, este

involucrada, como es el caso de una escuela, un hospital o un cinematógrafo o que el

rayo caiga sobre un deposito de explosivos, con el desastre consiguiente, que si cae

sobre un deposito de chatarra de hierro. El tema de la zonificación de que ya hemos

hablado adquiere su real importancia tratándose de estos temas.

A estos datos del problema se agregan los referentes al aspecto económico. Salvo en

el caso de la vida humana, que queda fuera de esta consideración, es evidente que el

costo de la protección debe mantener cierta relación con el valor de lo protegido.

Con esto se relaciona la elección del Sistema de Protección a emplear: pudiera ser que en algún caso se justifique el uso de una mayor seguridad que esta ofrece.

Para el personal de seguridad involucrado en Plantas Industriales el problema tiene,

además, otra variante: el de la zonificación por riesgos que ya hemos tratado

detalladamente.

Se plantean así las siguientes cuestiones: decisión sobre proteger o no proteger el

área y, decidida la protección, la elección del sistema a usar.

El primer intento racional de tomar la primera de estas decisiones que conocemos se

encuentra en la edición 1965 del código británico CP 329 que, adoptando la sugestión

de uno de sus miembros del Comité de Normas, Shipley, de que la necesidad de

proteger una estructura contra el rayo depende de una serie de factores perfectamente

definibles, adoptó los siguientes:

a. Uso de la estructura.

b. Tipo de construcción.

c. Contenido de la misma o, lo que es lo mismo, consecuencias previsibles.

d. Grado de aislamiento en que se halla.














e. Tipo de comarca.

f. Altura de la construcción.

g. Actividad ceráunica de la región.

El método adoptado consiste en establecer para cada factor una escala de valores

según sean las variantes que puede presentar. Por suma de los valores de los siete índices mencionados se obtiene un coeficiente de riesgo. Si no se supera un

determinado valor, la protección no es absolutamente necesaria quedando librado al

criterio del proyectista el hacerla o no. Se exceptúan de este tratamiento, según el criterio

del código, los polvorines y las chimeneas para los que deja opción: siempre deben

protegerse.

Los juegos de valores establecidos por la norma británica para su área de aplicación

son: Índice A – Uso de la Estructura

Casa habitación y otros edificios de tamaño comparable. 2 Ídem, ídem con antenas. 4 Fábricas, talleres y laboratorios. 6 Edificios de oficinas, hoteles, departamentos o pisos y otros edificios residenciales no incluidos más abajo. 7

Lugares de reunión, por ejemplo: iglesias, cines, teatros, museos, exhibiciones, tiendas, correos, estaciones, aeropuertos y stadiums. 8

Escuelas, hospitales, jardines de infantes y asilos. 10

Índice B – Tipo de construcción Con armazón de acero recubierta de mampostería, con cualquier cubierta de techo no metálico. 1

De hormigón armado con cualquier cubierta de techo no metálica (°). 2 De ladrillo; hormigón a la vista o mampostería con cualquier cubierta de techo no metálica 4 Con armazón de acero recubierta de mampostería u hormigón armado con cubierta metálica. 5 Con vigas de madera o recubiertas de madera con cubierta de techo no metálica. 7 De ladrillos, hormigón a la vista, mampostería, con vigas de madera pero con cubierta metálica. 8

Cualquier edificio con techo de paja. 10 (°) Una estructura metálica a la intemperie, que es continua hasta el nivel del suelo está excluida de las tablas

ya que no presenta riegos. No requiere otra protección contra rayos que una adecuada puesta a tierra.














Índice C – Contenido o consecuencias Casa habitación y edificio de oficinas, fábricas o talleres que no contienen elementos valiosos o especialmente susceptibles (°). 2

Construcciones industriales o agrícolas con contenido especialmente susceptibles. 5 Centrales eléctricas, de gas, telefónicas o de radio. 6 Plantas industriales clave, monumentos antiguos, edificios históricos, museos, galerías de arte u otros edificios con contenidos especialmente valiosos. 8

Escuelas, hospitales, jardines de infantes, hogares de ancianos, lugares de reunión. 10 (°) Esto significa plantas esencialmente valiosas o materiales vulnerables al fuego o a los efectos

del fuego.

Índice D – Grado de aislamiento

Estructura localizada en una gran área de estructuras o árboles de la misma o mayor altura, por ejemplo una gran ciudad o bosque. 2

Estructura localizada en un área con pocas estructuras o árboles de similar altura. 5 Estructura completamente aislada o que excede por lo menos el doble la altura de los edificios o árboles que la rodean. 10

Índice E – Tipo de comarca

Comarca llena a cualquier nivel. 2 Comarca serrana. 6 Comarca montañosa entre 1000 y 3000 pies (300 a 1000 mts aproximadamente) 8 Comarca montañosa entre a más de 3000 pies (1000 mts. aproximadamente). 10

Índice F – Altura de la estructura

Altura sobre nivel del piso (°) Valor de F Excede de No excede de

---------- 9 metros. 2 9 metros. 15 metros. 4 15 metros. 18 metros. 5 18 metros. 24 metros. 8 24 metros. 30 metros. 11 30 metros. 38 metros. 18 38 metros. 46 metros. 22 46 metros. 53 metros. 30

(°) Estructuras mayores de 53 metros requieren protección en todos los casos.














Índice G – Actividad ceráunica Número de días de tormenta por año Valor de G

Excede de No excede de ---------- 3 2

3 6 5 6 9 8 9 12 11

12 15 14 15 18 17 18 21 21

Si de que se dispone es el de rayos caídos por Km cuadrado (Km 2) y por año puede

usarse el valor de 3 (tres) rayos por cada 10 días de tormenta para convertir.

El código establece que cuando el índice obtenido por suma de los valores parciales da un número superior a los 40 (cuarenta) se impone protección. Cuando no, su uso es optativo.

A los efectos de ejemplificar tomaremos tres casos comunes. Caso A B C D E F G Suma

Escuela: Edificio de ladrillos. Ubicación ciudad. Llanura. Altura 14 mts. Act. ceráunica entre 15 y 18 d . t./año.

10 4 10 2 2 4 17 49

Edificio de departamentos: Hormigón armado. Ciudad. Serranías. Altura 18 mts. Act. Ceráunica entre 15 y 18 d . t./ año.

7 2 2 2 6 4 17 40

Casa habitación: Planta ladrillos. Techo tejas. Rodeada de árboles de mayor altura. Llanura. Act. Ceráunica entre 12 a 15 d . t./ año.

2 4 2 2 2 2 14 28

Si se decide instalar bajada independiente, según lo exigen algunas normas deberá

ponerse especial cuidado en unir metálicamente estas con la estructura de hierro del

hormigón armado en la parte superior o cada 30 (treinta) metros o fracción si su altura es

mayor, para evitar la rotura explosiva en el momento de la caída del rayo.

En este tipo de chimeneas, cuando se evacuan humos y se usa su estructura de hierro

como la bajada se requiere de un aro perimetral en la parte superior unido metálicamente a esta como elemento captador. Si evacuan gases inflamables es

aconsejable el alejar del arco eléctrico por el método explicado en las chimeneas

metálicas que sea más practicable.














Las chimeneas de plástico, frecuentes en la industria química por razones de

corrosión, no requieren protección.

En la actualidad todo el esfuerzo detallado en el CP 329 británico del año 1965

(considerado referente entonces) en las técnicas de decisión de protección de bienes y

personas según el riesgo y el emplazamiento geográfico del lugar, ante la caída de rayos

ha sido sensiblemente resumido (sin omitir la valiosa contribución del CP 329) en la actual

IEC 1024 sancionada en 1993 titulada “Protection of structures against lightning Part 1 General Principes” a la cual sigue, y es homologación de la misma nuestra Norma IRAM N° 2184 – 1 – 1 – Año 1997 “PROTECCION DE ESTRUCTURAS CONTRA DESCARGAS ELECTRICAS ATMOSFERICAS”.

Asimismo se encuentra próxima de sanción la Norma IEC 1024 – 1 – 2 que trata sobre

“La Selección de los Niveles de Protección de Estructuras en base a los Riesgos del daño”

A veces se usan las estructuras elevadas como punto de ubicación de pararrayos

Franklin para aprovechar el mayor cubrimiento dado por la altura. No hay contraindicación

alguna, excepción hecha de los pararrayos activos montados sobre chimeneas.

Los venteos de tanques de almacenamiento de combustibles livianos y otros volátiles

deben ser, en todos los casos, protegidos por arrestallamas de acuerdo a normas (la

867 de YPF, por ejemplo). Si bien el tanque metálico puesto a tierra está bien protegido,

el venteo es el punto crítico pues, por ser el más alto del sistema puede ser sede de la

descarga y los gases inflamados producir la explosión hacia el interior. Los tanques con

techo desplazable requieren tratamiento especial para evitar la producción de chispas

entre cuerpo y techo. Los tanques de almacenamiento de gases licuados no requieren

otra protección que su puesta a tierra.

Los tanques de almacenamiento de agua, cuando son metálicos, tienen protección

suficiente con la puesta a tierra, cosa que puede hacerse a través de la cañería de

alimentación si es metálica. Si son de mampostería pueden protegerse con un hilo

perimetral o una punta Franklin. Si son de hormigón basta con un hilo perimetral unido a

la armadura de hierro cada 2 (dos) metros.














Para detalles constructivos y materiales remitimos a la Norma IRAM 2184

complementada con algunas extranjeras prestigiosa como la VDE 0185. Partes 1,2/11-82,

el CP 326 inglés o la Underwriter´s Laboratories, norteamericana. La NFPA 780, la BS

6651 para el caso de Elementos pasivos de concentración de gradiente, y de mallas e

hilos de captación.

A la Norma francesa NFC 17-102 “Protection des Structures et des zones ouvertes

contre la foudre par paratonnerre á dispositif d’amorçage”. Año 1995 – y a la Norma española UNE N° 21186 “Protección de Estructuras Edificaciones y zonas abiertas mediante Pararrayos con dispositivos de Cebado. Año 1996” sugerimos remitirse en

el caso de Proyecto e Instalación de Pararrayos Activos de gran radio de Acción, hasta

tanto se sancione en nuestro país la IRAM N° 2 (actualmente en estudio) relacionada con la Protección de Estructuras Edificaciones y zonas abiertas mediante Pararrayos con dispositivo de Cebado

En cuanto a las bajadas, aunque ello no está tácitamente enunciado en la IRAM 2184 pero sí está permitido en su texto, propiciamos el uso del hierro del hormigón,

cuando ello es posible, por razones de seguridad.

Por las mismas razones de seguridad propiciamos las tomas de tierra cuya

configuración garantice la ausencia de “gradiente de paso” y “descalificamos” la

jabalina a la primera napa de agua aún muy usada. La “toma de tierra en anillo”

adherida a los cimientos, especificada por la VDE es excelente: asegura ausencia de

diferencias de potencial dentro del anillo, no es onerosa si se la instala en el momento de

la construcción y facilita además la instalación de la protección Interior o secundaria.

Un capitulo especial requieren las torres que soportan las antenas de

telecomunicaciones, incluyendo las de televisión domiciliarias. En nuestro país son casi

exclusivamente metálicas pero en otras latitudes suelen ser usuales los postes de madera

o de hormigón. En el primer caso no es indispensable el agregado de punta Franklin salvo

quiera apartar la corriente de retorno de la antena como ocurre con los “iluminadores”

de las parábolas de los microondas, muy débiles a los esfuerzos electrodinámicos

producidos por la misma. En los demás casos es imprescindible.














Cuando se trata de torres o mástiles metálicos propiciamos el cuerpo de los mismos

como bajada. En los otros casos es imprescindible el hacerla cuidando el unir los hierros

de la estructura con la misma en la parte superior si el poste es de hormigón.

La protección interior o secundaria en estas torres es de primerísima prioridad para la

seguridad del equipo y de los operadores. Debe realizarse en colaboración con el

especialista en comunicaciones.

PROTECCIÓN INTERIOR

El manejo sin riesgos de la corriente de retorno exige se preste especial atención a

esta parte del sistema. Lo más seguro es que si esta segunda etapa, que de ninguna

manera es complementaria, no se realiza, el sistema no funcione. El caso de las torres de

comunicaciones es típico: la sola instalación del subsistema primario no protege ni al equipo ni al operador.

Es fundamental que la igualación de potenciales se haga en un mismo punto del edificio pero ello no obsta para que se interconecten las masas metálicas entre sí en

otros puntos. Dado que esta igualación de potenciales produce elevación de tensión en el

paquete de estructuras así protegido, sobre todo en edificios muy extendidos como ocurre

en plantas industriales, es conveniente el poner frecuentemente a tierra las cañerías

aéreas a los efectos de no transferir estas tensiones a puntos alejados.

Según hemos establecido ya, la coordinación de aislaciones y protecciones es

fundamental para el funcionamiento del subsistema secundario.

Una cuestión muy frecuentemente descuidada en el subsistema secundario es la

aislación de la zona protegida contra las sobretensiones producidas fuera del área.

Hay estructuras metálicas como rieles de ferrocarril, alambrados, cañerías aéreas, etc.

que, al extenderse fuera de la zona protegida, pueden conducir sobretensiones

producidas por descargas atmosféricas fuera de ella creando puntos débiles en el sistema

protector. La forma de eliminar estos puntos débiles consiste en poner a tierra por medio

de jabalinas hincadas estas estructuras en los puntos en que cruzan los límites de dicha

zona.














Todo cuanto se ha dicho sobre el proyecto de protección ceráunica apunta a disminuir

y, si ello es posible, eliminar los riesgos derivados de las descargas atmosféricas. Quedan

todavía algunas acciones preventivas a tomar cuando condiciones preexistentes hacen

impracticable el colocar las bajadas y tomas de tierra fuera del itinerario de las personas.

En este caso, en el momento que se desarrolla la tormenta, los transeúntes están

expuestos a los riesgos de las sobretensiones en las bajadas y a gradiente de paso en las

tomas de tierra. Si estas últimas no se pueden construir en los paliativos del gradiente que

hemos expuesto, lo que corresponde es alejar la circulación mediante algún artificio que

puede ir desde un seto de jardinería hasta una verja de hierro o madera. Menos eficaz por

último recurso es el pintar en el piso la zona de peligro con la simbología correspondiente

acompañada con un cartel de advertencia.

EL PROYECTO COMPLETO

De ser posible el proyecto de protección debe consistir en:

1. Un plano de planta en escala en que se identifiquen por medio de convenciones las

áreas y puntos singulares que constituyen la situación a proteger.

2. Un plano de planta, que puede ser el mismo anterior en que se desarrolle el proyecto

indicando la ubicación de elementos captadores, bajadas, tomas de tierra, etc que

constituyen la protección primaria. Es indispensable que sobre este plano se

diferencien por rayado o color las áreas de protección con diferente riesgo

superpuesta con la discriminación de áreas de riesgos potencial clasificadas por el

personal de seguridad a requerir el proyecto.

3. Planos y circuitos de detalle de la protección secundaria en los puntos en que esta

suficientemente definida como tableros de alimentación de fuerza motriz, barras

equipotenciadoras, etc. Estos son indispensables en los casos de torres de

comunicación.

4. Memoria técnica en que se justifiquen los diferentes tipos de protección primaria

adoptados frente a la clasificación por áreas de riesgo potencial.














Deberán darse detalles de instalaciones refiriéndose a las normas a que se ajustan.

La memoria deberán establecerse las medidas adoptadas como protección secundaria

justificando técnicamente cada una de ellas.

La discusión del proyecto, su aprobación y ejecución de acuerdo a normas cierra el

capitulo de la Acción Correctiva si se ha procedido de acuerdo a las consideraciones

técnicas que hemos esbozado, la situación quedara protegida dentro de un cierto margen

de riesgo residual que se ha adoptado como premisa del proyecto.

LA ACCIÓN PREVENTIVA

El proyecto de protección aprobado y revisado en el paso anterior crea una nueva

situación de riesgo mejorada. En esta acción se tiende a evitar que las mismas varié por

deterioro a través del tiempo o lo que la hagan variar nuevas situaciones o elementos

agregados. Esto se realiza por dos vías diferentes que pasamos a analizar.

La primera vía es la manutención de las instalaciones, función que si bien no

corresponde a la era de seguridad la vigilancia de su correcta realización si le compete.

Toda la instalación de pararrayos de cualquier tipo requiere manutención que de rutina

debe ser realizada cada 2 (dos) años o menos, si se prefiere. Las verificaciones mínimas

a realizar son: revisión de las puntas captadoras. Estas, por acción de las nubes cargadas

de electricidad van perdiendo agudeza y, por lo tanto eficiencia. Cuando han recibido una

descarga fuerte se producen a cierta distancia de la punta cavitaciones que las deterioran

(fulgamitas). Los pararrayos radioactivos (actualmente de uso prohibido en todo el

mundo) requieren como parte de la rutina de manutención la limpieza de los elementos

radiactivos con algún liquido alcalino adecuado y la revisión y el ajuste de la tuerca de los

exitadores y enfocadores en caso de estar provista de estos aditamentos, para

asegurarse la continuidad eléctrica.

El segundo elemento a verificar es la continuidad de las bajadas. Si bien esto puede

hacerse mediante inspección visual es preferible usar un instrumento adecuado.

La corrosión suele cortar bajadas en forma que no es detectable a simple vista.














El mismo telurímetro que se usa para la medición de tierra, convenientemente

preparado para medición de resistencias, es muy adecuado.

La tercera verificación consiste en la medición de la resistencia de tierra. Toda

instalación moderna de pararrayos debe llevar sus bajadas munidas de un elemento

seleccionador que permita esta medición de la tierra desconectada del resto del sistema.

Es muy importante el llevar registro de los valores medidos a los efectos de detectar las

variaciones sistemáticas que ocurren, por modificación de las napas de agua o

pasivización de los elementos de que está constituida la toma de tierra.

Esto último suele ser muy frecuente en los conductores envainados en plomo que

figuran en algunas especificaciones europeas.

Cuando la extensión de una toma de tierra es pequeña como el caso de una jabalina o

una “pata de ganso” el método usual de medir es el de dos electrodos auxiliares y, si no

hay espacio para hincarlos, el uso de una tierra de referencia cuya resistencia se mide

sumada a la bajo control. Si se dispone de dos tierras de referencia la medición por

triangulación es más exacta ya que no tiene el error obligado del método anterior.

Cuando la tierra bajo medición es extendida, el método de los dos electrodos auxiliares arroja errores muy grandes. Por ello se ha diseñado una metodología basada en la superposición de tres curvas que da resultadas muy satisfactorios.

En cuanto a la manutención de los elementos de protección interior o secundaria, los

puntos más débiles son los semiconductores de cortocircuito. A veces, cuando son

sometidos a descargas muy fuertes, quedan permanentemente cortocircuitados. Por ello

es conveniente, sobre todo cuando quedan en el camino de la corriente del rayo,

equiparlos con fusibles y alarmas. El resto, siendo elementos pasivos, solo estará

sujeto a riesgo de desconexiones propias de las instalaciones que debe ser verificado

visualmente.

Es conveniente que el organismo responsable de Manutención prepare una rutina de

verificación periódica siguiendo las indicaciones anteriores y cualquier otra que la

modalidad operativa de la planta industrial le aconseje.














Una lista de control (“Check List”) para todos los elementos pasivos instalados será de

mucha utilidad. El contratista de las instalaciones puede ser un buen colaborador para

prepararla. El papel del Organismo de Seguridad es la vigilancia de que la rutina de

Manutención se realice con la prioridad establecida.

La segunda vía por la que se realiza la Acción Preventiva es la revisión periódica de la situación resultante del proyecto. Para esto es de fundamental importancia el

disponer de los planos que hemos mencionado en los puntos 1 y 2 del proyecto, copia de

los cuales debe quedaren poder del organismo responsable de Seguridad a los efectos de

cumplir con esta función tan importante, conocida en Organización Industrial por

mantener la situación del proyecto.

Para llevar adelante esta acción no hay más remedio que repetir todo el M.P.O.

desde el principio verificando, a partir de una nueva situación analítica, la situación de

las áreas, las listas de puntos singulares, etc.

El legado con los estudios que dieron origen a la situación de riesgos que se supone

estar manejando, n poder del organismo de Seguridad de los realizó, facilitará

grandemente la tarea destacando las situaciones nuevas a las que deberán oponerse

nuevas acciones correctivas para mantener el mismo grado de seguridad y, a veces,

mejorarlo. Puede ocurrir que nuevas condiciones técnicas o económicas o de cualquier

otro tipo aconsejan en algunas de estas revisiones el variar a otra situación de menor

riesgo residual. En este caso se procederá a variar el proyecto.

SOBRE LA EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN

El sistema de defensa contra el rayo actúa como uno de acción repetitiva. Por lo tanto,

si las condiciones hachas al introducir el M.P.O. son válidas, debe responder al ciclo de

Actuación y, sobre todo, la evaluación de su comportamiento y sus posibles correcciones se deben ajustar al circuito de realimentación negativa de la Figura 26. Y lo hace, pero la metodología de operación para colocarse en el circuito luego de la primera acción está sujeta a acondiciones muy particulares que es necesario

analizar.














En primer lugar, terminada la construcción del sistema de protección, el ciclo se

detiene en el paso de Preparación a la espera de la Acción para poder realizar la

comparación que permitirá la evaluación del comportamiento del conjunto. Esta espera

puede ser muy larga. A veces, dependiendo de la extensión en planta del área protegida,

puede ser de muchos años. Si bien, como hemos dicho, el hecho de la caída de un rayo

es totalmente aleatoria, la probabilidad en la zona está uniformemente distribuida

tendiendo a cumplirse con mayor precisión cuanto más extendida es la misma.

En una zona cuya actividad ceráunica es de 20 rayos por Km 2 y por año, en el

caso de una línea de transmisión eléctrica de 300 Km de longitud, tomando una zona de

50 metro de ancho (25 metros a cada a lado del hilo de guardia) la probabilidad será: 300 Km x 0,05 Km x 20 rayos/Km 2 = 300. Con toda probabilidad se registraran valores muy

similares a esta cifra, en más o en menos, en promedio cada año.

Pero sobre una casa habitación de 20 m x 30 m en la misma zona, la probabilidad será

de 0,02 Km x 0,03 Km x 20 rayos/Km 2 = 0,012 rayos por año o sea 1,2 rayos cada cien años. Siendo tan pequeño el universo probabilístico puede ocurrir que nunca

opere dos veces en una hora como es el caso nuestra experiencia relatado anteriormente.

La ley de los grandes números no tienen ocasión de operar en este caso. Y si no hay

caída de rayos no hay posibilidad alguna de evaluar el comportamiento del sistema ya

que no disponemos de medios para simularlo.

Otra particularidad del circuito de control la constituye el patrón de comparación.

Sabemos que según sea el sistema de protección que adoptemos, el elemento captador

en el sistema primario opera con riesgo cero o con riesgo residual. Para el primer caso, la

evaluación es fácil: el sistema opera o no, resultando en este ultimo caso que estuvo mal

diseñado o mal construido. Para el segundo caso, si el sistema no opera, la determinación

de si el rayo era suficientemente débil como para caer dentro del riesgo aceptado es muy

difícil y podrá hacerse solo en casos muy excepcionales.

El resto del sistema es técnica pura y si algo no funciona es porque hay algún error de

debe corregirse.














Con estas consideraciones en mente podemos entrar al análisis del comportamiento

del sistema.

Frente a la eventualidad de la caída de un rayo pueden darse no más de tres

circunstancias: hay testigos oculares del hecho, no hay testigos oculares pero se pueden evaluar los efectos por las huellas dejadas y no hay testigos ni huellas. En

este último caso no procede el análisis.

Para el análisis en los dos primeros casos el único medio idóneo para no dejar ningún

hecho de lado es el uso de un cuestionario preestablecido. En nuestra actuación diaria

hemos ido perfeccionando uno que remitimos a nuestros clientes cada vez que nos

enteramos de la caída de un rayo en nuestras instalaciones. Aunque estimamos que aún

es más susceptible de mejoras, las respuestas recibidas nos han permitido perfeccionar

nuestros proyectos. A continuación lo incluimos en su estado actual.

CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN

El rayo (solo si hubo testigos)

¿Cómo cayo? ¿Directamente sobre el pararrayos o fue desviado por este?

¿No cayó sobre el pararrayos? ¿La distancia al pie del mismo fue poca o mucha?

¿Puede apreciarla aproximadamente? ¿No se vio pero se oyó caer muy cerca?

El Sistema (solo si hubo testigos)

¿Se notaron chispas en las bajadas? ¿Altura aproximada en que se produjeron las

mismas?

¿Si no hubo chispas, se iluminaron las bajadas?

¿Se notaron chispas en algún punto dentro del edificio? ¿Dónde?

¿Alguna otra anomalía que se hay visto u yodo en las instalaciones?

¿Alguna persona sufrió estando alejada de la bajada alguna descarga eléctrica?

Determinar el lugar.














Los efectos (haya o no testigos)

Deterioros sufridos por el elemento captador.

Deterioros sufridos por las bajadas.

Desprendimientos de grampas en zonas rectas.

Desprendimiento de las grampas de unión de diferentes tramos empalmados del cable de

bajada.

Cortes en el cable de bajada: a) por fusión o b) por esfuerzo.

Huellas en las estructuras cercanas producidas por chispas.

Rajaduras en la mampostería en las inmediaciones de las bajadas.

Desprendimiento del hormigón en las cercanías de las bajadas.

Si hubo alguna persona transitando cerca de la bajada, ¿Sintió alguna molestia? ¿Sintió

erizamiento de cabello?

Si hubo alguna persona transitando cerca de la toma de tierra, ¿Sintió alguna molestia?

¿De que tipo?

En los casos anteriores, ¿Estaba dentro o fuera de la zona demarcada como peligrosa si

la hubiera?

¿Hay huellas de chispas en las cañerías o masas metálicas dentro del edificio?

¿Hay semiconductores en la protección secundaria en cortocircuito?

¿Alguna persona en áreas cercanas o lejanas del punto de equipotencialización sufrió

descargas eléctricas en la vecindad o cañerías de agua o gas?

¿Hubo cables destruidos en la instalación eléctrica?

¿Hubo fusibles quemados?

¿Operó algún disyuntor?

¿Hubo motores eléctricos quemados?

¿Sufrieron algún deterioro los equipos telefónicos?

¿Sufrieron algún deterioro los equipos de computación?

¿Sufrieron algún deterioro los equipos de comunicaciones asociados a torres?

¿Sufrieron algún deterioro los equipos de balizamiento asociados con torres?














¿Los operadores de los equipos de comunicación o computación detectaron la producción

de chispas?

Algunos otros elementos que se detectaron en las instalaciones eléctricas o de

comunicación.

El análisis de las contestaciones a este cuestionario realizado individualmente por todo

el personal involucrado, las contestaciones, se entiende, recolectadas y verificadas por el

personal de seguridad cada vez que se produzca la caída de un rayo permitirá detectar

fallas y estudiar correcciones. Este análisis debe ser hecho con todo cuidado. Para el personal de Seguridad la caída del rayo es el acontecimiento feliz que le permite poner a prueba el sistema de protección.

Hemos dejado para el final la consideración de la acción permanente de vigilancia de

la manutención del sistema a cargo del personal de Seguridad. En la tarea diaria ocurren

accidentes, bajadas cortadas por zorras o camiones, pararrayos abatidos por el viento,

etc. La detección y solicitud de reparación de estos desperfectos a Manutención es del

área de Seguridad.

También hay otras observaciones que no requieren la caída del rayo para poner en

marcha el sistema de corrección: los rayos caídos fuera de la zona protegida que se cuelan por las estructuran metálicas pueden ser causa de accidentes si la

protección no está bien hecha o se ha cortado. También los llamamos “rayos secos”

que se producen sobre las torres de comunicaciones suelen ser una causa de

desperfectos en los equipos. Es tarea de Seguridad la constatación permanente y estudio

de soluciones asesorada por el especialista que corresponda.














REFERENCIAS

1) M.D. Varela: Protección contra descargas atmosféricas – Revista deElectrotécniaN°

197.

2) Horváth T.: Gleichwertige Fläche und relative Einschlags gefar als charakteristische

Ausdrücke des Schutzeffektes von Blitzableitern – Munich 1.971.

3) M.D. Varela: Protección contra el rayo – Apuntes del curso dictado en Celulosa

Argentina – Pág. 31 y siguientes – (1.976).

4) Para un tratamiento más a fondo de estos enómenos y todos los asociados puede

verse Uman Martin A. “Lightning” Mc Graw Hill, N. York; Golde R. H. “Lightning

Protection”– Edward Arnold, N. York o los apuntes de la referencia 3.

5) Un tratamiento riguroso de este tema se hace en R. H. Golde “Ligtning Corrents and

Related Parameters” en la obra colectiva “Lightning”, Tomo I, Academic Press, N.

York– Pueden cosultarse datos en la referencia 3.

6) El tema esta excelentemente tratado en la obra de Golde de referencia 4 y con mucho

mayor rigor en el Tomo I (Physics of Lightning” de la obra colectiva de referencia 5.

7) Berger Anderson R.B. y Kröningre H. – “Parameters of Lightning Flashes” – Electra N°

40 (1.975).

8) Hatakeyama H. – “The distribution of the sudden change of electric field on the Earth’s

Surfece due to Lightning discharges“ – Recent Advances in Atmosferic Electricity –

Pregamon Press (1.958).














9) M. D. Varela: Area protegida por un pararrayos de punta – Revista Electrotécnica N° 5

(1.983).

10) Como ejemplo pueden verse: Nuestra IRAM 2184, el código CP326 inglés del cual

esta ha tomado sus prescipciones o la muy prestigiada del Underwriter’s Association

de los Estados Unidos.

11) Para una historia del desarrollo del pararrayos radiactivo puede verse referencia 3,

Páginas 42 a 44 y para una teoría de su funcionamiento la misma, páginas 54 a 58.

12) Recomendamos la lectura de la referncia 9 y, sobre todo de la bibliografía contenida

en la misma.

13) Una buena descripción de la idea de Divish, con ilustraciones puede hallarse en el

Journal of the Franklin Institute de Julio de 1.962, Páginas 37 a 40.

14) B. F. J. Schonland – “Atmosferic Electricity” – Methuen, Londres – Páginas 38 y 39.

15) Carpenter Roy B. – “Lightning Strike Elimination, the History of the Dissipation Array

Systems”.

16) Baatz H.: “Protection of Structures” – En la obra colectiva de la referencia 5, Tomo III,

Página 622.

17) Golde R. H.: Referencia 4, Página 82.

18) Lundquist S.: “Stosstromfestigkeit von Stahlbeton und Aluminiumblech”

Blitzshutzkonferenz, Lugano 1.967.














19) Baatz – op. Cit. Página 623.

20) Golde R. H.: “Lightning Protection” – Página 59.

21) Ufer H. G.: “Investigation and Testing of footing – type grounding electrodes for

electrical installations” – Power Apparatus and Systems 83, Páginas 1.042 y 1.043.

22) Fangan y Lee – “The use of concrete enclosed reinforcing rods as grounnding rods” –

Trans. IEEE – IGA 6 – Páginas 337 a 348.

23) Wenner P.: “A comparison of concrete encased grounding electrodes to driven

gronnding rods” – Trans. IEEE – IGA 6 – Páginas 282 a 287.

24) R. Riccardi – J. A. Cutuli – “Objetivo Riesgo Cero” – Ed. Dirección y Gestión. B. Aires –

El trabajo tal como fue presentado, puede leerse en el Apéndice I, Página 193 y las

consideraciones de su aplicación al “Objetivo Riesgo Cero”, en Páginas 155 a 162.

25) M. D. Varela: Segundas Jornadas de Ingeniería Industrial. Centro Argentino de

Ingenieros – 1.962.

26) M. D. Varela: Organización de la Producción – “La Empresa como Sistema”. Ed. La

Línea Recta (1.978).

27) Pardo – Varela – Vila – Organización de la Producción – Tomo VIII, Página 11. Ed. La

Línea Recta (1.965).

28) Dardo L. Yanacon – “Estudios de Resistividad de Terrenos Montañosos, por medio de

levantamiento topografico”. Año: 1.998














29) Jhon H. Carpenter – Electrodo CHEM – RODS. Para Tomas de Tierra. IEEE–

Transactions N° 331. Año: 1.982.

30) Dardo L. Yanacon – Electrodo Organico–Líquido DJ - 5865 para Tomas de Tierra.

Año: 1.998.

31) Dardo L. Yanacon – loise M. Petard – Arritmia en Redes de Alta Tensión por

consecuencia de Descargas Atmosféricas (Trabajo presentado en el Congreso sobre

Rayos) Medellin – COLOMBIA. Año: 1.998.

32) Dardo L. Yanacon - “El Potencial Espontaneo SP del suelo ante Fenómenos

Impulsivos”. Año: 1.999.





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