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¿Cómo funciona un pararrayos?

Cuando nos preguntan sobre cómo funciona un pararrayos, tenemos que indicar que este es el terminal aéreo que se encarga de la protección externa de un edificio o estructura contra los impactos directos de estas descargas atmosféricas.

Antes de ver cómo funciona un pararrayos, vamos a entrar en contexto con un poco de historia y los posibles efectos del rayo.


Historia

Un tormentoso 15 de junio de 1752, un científico inventor llamado Benjamín Franklin, hizo volar en Filadelfia una cometa de estructura metálica atada con una cuerda de seda a la que previamente había insertado una llave metálica colocándola cerca de su mano.

Gracias a aquel experimento, pudo observar que a través del hilo de seda, la electricidad llegaba hasta la llave y saltaban chispas eléctricas. De este modo, confirmó que la llave se cargaba electrostáticamente, demostrando así que las nubes tenían carga eléctrica y que los rayos eran grandes descargas electrostáticas.

Franklin descubrió que si el rayo (o “el fuego eléctrico”, como él lo llamaba), cuando salía de las nubes, encontraba un conducto metálico en su camino a tierra en el que meterse, este se quedaba allí y se disipaba. Como resultado de aquel loco experimento, un año más tarde, en 1753, descubrió el pararrayos llamado tipo Franklin y aquella cometa se convertiría en la más famosa de la historia.


Efectos de los rayos

Entre las diferentes consecuencias que pueden tener los rayos, podemos citar los efectos térmicos, fisiológicos, electrodinámicos, electroquímicos, entre otros, aunque por su importancia, destacaremos los térmicos y los fisiológicos. Los efectos térmicos se deben a la alta temperatura que alcanza el canal por donde circula la corriente de un rayo, pudiendo llegar a ser de hasta 20.000°C, lo que ocasiona grandes daños cuando dicha descarga eléctrica alcanza, por ejemplo, un árbol o bien impacta sobre una estructura. Por otro lado, los efectos fisiológicos afectan principalmente a los seres vivos y se deben a las tensiones de paso y contacto que aparecen al producirse la descarga del rayo a tierra. Para combatir y mitigar estos efectos, las normativas de protección contra el rayo establecen medidas de seguridad para las personas y los animales, como por ejemplo, las redactadas en el Anexo D de la norma UNE 21186:2011.

También existen normativas internacionales que tratan el tema de los efectos de la corriente de los rayos en el cuerpo humano y en el ganado (IEC TR 60479-4:2011), y otras normativas, que establecen los procedimientos de seguridad para la reducción de riesgos cuando nos encontramos en el exterior de una estructura o edificio (IEC/TR 62713). El rayo tiene también dos efectos asociados muy característicos: el relámpago, que es su efecto luminoso debido a la circulación de tanta corriente (hasta 200 kA); y el trueno, que es el efecto sonoro debido a la onda expansiva del aire al ser calentado en unos pocos microsegundos a altísimas temperaturas.


Funcionamiento

Entonces, el pararrayos es un terminal aéreo que realiza la protección externa de un edificio o estructura de los posibles impactos directos de los rayos. Para ello, el equipo debe instalarse siempre por encima de la parte más elevada del edificio o estructura a proteger, encargándose de captar y canalizar de forma segura la descarga del rayo a tierra.

Para captar dicha descarga, los pararrayos disponen de una punta y un cuerpo metálico, que están conectados mediante una red conductora a un sistema de puesta a tierra de baja impedancia (inferior a 10O) en donde se disipa la descarga del rayo. En condiciones de tormenta, entre el sistema nube-tierra aparece un gran voltaje debido a la gran cantidad de cargas eléctricas que hay presentes tanto en la base de la nube como en el suelo. Ese gran voltaje es el detonante para que se inicie el líder descendiente del rayo, que irá perforando el dieléctrico de aire que se encuentra entre la nube y el terreno. El campo eléctrico E (kV/m) tan elevado que aparece en esa zona, produce que a través del cuerpo del pararrayos, se inicie también una circulación de cargas eléctricas ascendentes y de signo contrario a modo de trazador ascendente, que irán a encontrarse y recombinarse con el líder descendiente, captándolo y descargándolo a tierra.


Sistemas de protección externa

En la actualidad, existen cuatro sistemas de protección externa que están avalados por normativas:

Pararrayos Franklin.

Jaula de Faraday.

Pararrayos con dispositivo de cebado (PDC).

Cables de guarda.


Debido a sus ventajas con respecto a los otros sistemas de protección externa, el pararrayos con dispositivo de cebado (PDC) es el más utilizado actualmente, pues nos proporciona un mayor radio de protección que los otros sistemas (hasta 80 m de radio en el nivel I de protección) y su instalación es muy sencilla, pues en algunos casos, solo requiere de un conductor de bajada para conducir la corriente del rayo y de una puesta a tierra para disipar toda su energía. Como consecuencia de todos estos factores, la instalación de un sistema de pararrayos PDC es simple, fácil, rápida y tiene un costo muy económico cuando lo comparamos con los demás sistemas.


Diseño e instalación

Para el correcto diseño de un sistema protección contra el rayo en una estructura, se debe llevar a cabo en primer lugar un análisis del riesgo de la misma para determinar si es necesaria su protección. En el caso afirmativo que sea necesaria la protección, deberemos calcular el nivel de protección o factor de seguridad a aplicar en dicha estructura (I, II, III o IV).

Una vez hayamos calculado el nivel de protección para dicha estructura, seleccionaremos unos de los cuatro sistemas de protección externa contra el rayo que mejor se adapte a vuestras necesidades.

Si el método seleccionado es el de pararrayos PDC, se seguirán todas las pautas y directrices marcadas por la normativa que regula este tipo de pararrayos (UNE 21186:2011 o CTE DB-SUA-8).


» Artículo contribución de Ingesco y gentileza de
CLAS Ingeniería Eléctrica S.A., distribuidor en Chile de esta marca española.
www.ingesco.com/es / www.clas.cl
Abril 2018
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Comentarios acerca de este artículo
Edgardo Rivera Rhona SA (10/05/2018)

Los rayos son una de las causas de transformadores de distribución dañados lo que produce mayor interés por sistemas de descarga a tierra de sobretensiones momentáneas tanto en media como baja tensión, es común en la actualidad ver en tableros eléctricos los supresores de transientes TVSS (llamados pararrayos o limitador de sobretensión) tanto en Tablero General como en los Tableros de Distribución para cargas electrónicas. Una excelente medida de protección de la instalación para los rayos y anomalías de tensión de la red de distribución de energía eléctrica mas esto debe complementarse con una programada medición del sistema de puesta a tierra de la instalación y revisión de los TVSS.

MarceloPalacios Q y V Soluciones Tecnológicas (02/05/2018)


falta informacion de los pararrayos.
gracias

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