El Rayo Las averías y desperfectos causados anualmente por el rayo a la industria se cuantifican en miles de millones. Naturalmente la orografía de cada país determina el número y la intensidad de las tormentas que se producen, riesgo que varía dentro de un mismo país. El conocimiento de las zonas de riesgo es una información importante para determinar eficazmente el tipo de protección más adecuada contra el rayo. Los efectos de un rayo pueden ser ocasionados por un impacto directo o por causas indirectas. Mientras que un impacto directo puede tener consecuencias catastróficas para estructuras, personas o animales, los daños por causas indirectas suelen ser más numerosos con cuantiosas pérdidas económicas. Causas indirectas son la caída de rayos en las inmediaciones o sobre tendidos aéreos o inducciones en estos conductores. En condiciones atmosféricas propicias, dadas principalmente en verano, se crea dentro de la nube una separación de cargas colocándose las negativas en la base de la nube mientras las positivas lo hacen en la parte superior. El potencial dentro de la nube es generalmente del orden de varios millones de voltios.
Protecciones Tanto el sistema de protección externo como interno estarán apoyados por un buen sistema de toma de tierra, para la evacuación de las corrientes del rayo, así como una adecuada equipotencialidad entre todos los sistemas de tierra, tanto de los sistemas de protección como de los circuitos eléctricos y telefónicos del espacio a proteger. A continuación, veremos las distintas formas en que podemos protegernos de los efectos de un rayo. La decisión de dotar a una estructura de un adecuado Sistema de Protección Contra el Rayo (SPCR) depende de factores como la probabilidad de caídas de rayo en la zona, su gravedad y consecuencias para personas, maquinaria u operatividad en empresas. Para realizar una correcta protección debemos dotar nuestra estructura de dos sistemas de protección: protección externa contra impactos directos de rayo (pararrayos, tendido o jaula de Faraday), y protección interna contra sobretensiones provocadas por la caída del rayo en cualquier tendido de cable (limitadores de tensión).
Protecciones Externas de Impacto Directo Para la protección de estructuras y personas se hace necesaria la utilización de un sistema de protección contra el rayo (SPCR), el cual debe atraer el rayo y canalizar las corrientes hacia tierra. Entre las estructuras en las que es necesaria la instalación un SPCR podemos citar: · Edificios o zonas abiertas con concurrencia de público. ·Depósitos de materias peligrosas · Edificios del patrimonio cultural, etc.
Pararrayos Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. El primer modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor.
Estructura y funcionamiento Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en referencia al terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas. El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables a las descargas eléctricas, sobre todo en el sector de las telecomunicaciones, electromecánicas, automatización de procesos y servicios, cuando hay tormenta con actividad eléctrica de rayos.
Jaula de Faraday El sistema consiste en la recepción del rayo a través de un conjunto de puntas captadoras unidas entre sí por cable conductor, formando una malla, y derivarla a tierra mediante una red de bajantes conductores. · Múltiples puntas captadoras. ·Red de unión de las diversas puntas. · Una bajante conductora por punta captadora. · Una toma de tierra por bajante. · Unión equipotencial de las tomas de tierra y circuito general de tierras.
Sistema de Cebado Los pararrayos con sistema de cebado o cebadores, emiten descargas eléctricas de polaridad inversa al rayo, consiguiendo atraerlo y elevar el punto de impacto por encima de la estructura a proteger, por lo que crea mayor radio de cobertura en la base, frente a un pararrayos convencional. Un pararrayos con sistema de cebado no es comparable a una simple punta Franklin, sino a toda una instalación de ellas, necesarias para cubrir el mismo área de protección, con el consiguiente ahorro en instalación y materiales de bajantes, tomas de tierra, equipotencialidad de las mismas, etc. También presenta ventajas con respecto a los otros sistemas para la protección de estructuras abiertas, como pueden ser superficies al aire libre, instalaciones deportivas, etc. En resumen, el sistema ofrece grandes ventajas y un ahorro considerable con respecto a los sistemas pasivos de captación.
Índice de Riesgo Es importante determinar el índice de riesgo en una descarga atmosférica, por tal razón este índice determina la importancia de la protección a instalar. Una estimación probabilística toma en cuenta los siguientes factores: · Resistividad del suelo. · Las dimensiones externas de la estructura y de cualquier estructura adyacente conectada eléctricamente. · La longitud de los cables aéreos que salen de la estructura. · La densidad de descargas en la localidad asociada con el número de días de tormenta al año. · El tipo de construcción -principalmente la altura, tipo de techo, y esquema de protección (si existe) en el lugar. En general, mientras mas grande es, mayor es la probabilidad de ser impactada. · Factores geográficos -la altura vertical sobre el nivel del mar y la relación con otras estructuras, por ejemplo cuán cerca está de árboles altos. · Perfil de tierra y terreno. Estos factores toman en cuenta el área de exposición formada por la estructura y los cables conectados a ella y la metodología capacita para calcular el riesgo de impacto. Si el riesgo es menos que 1 en 100 000 entonces generalmente no se requiere protección.