DESCARGAS

S O L U C I O N E S

P R E V E N C I O N

E S

T I P O S

F A C T O R E S

E Q U I P O S

E L E M E N T O S

D

E

S

C

A

R

G

A

S

A

M

O

S

F

E

R

I

C

A

LOS

RAYOS.

El rayo es la unión violenta de las

cargas positivas y negativas,

constituyendo una descarga eléctrica a

través de gases de baja conductividad.

Las descargas pueden ocurrir de nube

a nube o de nube a tierra.

Estas últimas son a las que nos referiremos, por ser las

que provocan daños tanto en tierra, como en el agua.

Usualmente las nubes están cargadas negativamente

en su base y positivamente en su parte superior. Por

inducción electrostática la tierra resultará positiva

inmediatamente debajo de tal nube. Se establece así

una diferencia de potencial enorme, produciéndose el

rayo cuando se vence la rigidez dieléctrica del medio

(aire o vapor de agua). Simultáneamente con el rayo se

produce la luz (relámpago) y sonido (trueno).

LAS NUBES

Ya hemos dicho que la troposfera está constituida en muy poca proporción, por vapor de agua. Cuando este vapor de agua es movido a capas superiores debido a vientos verticales, llega a condensarse.

Si esa condensación es elevada, el vapor de agua condensado no puede suspenderse en el aire y cae en forma de lluvia, nieve o granizo.

Una nube es un conjunto de esas gotitas de vapor en agua en suspensión en el aire. Pueden alcanzar formas, tamaños y colores muy diversos.

Los principales mecanismos de generación de las corriente de ascendente de aire que ayudan a la formación de nubes son:

I. El choque de la corriente de aire contra una montaña, causa una corriente vertical.

II. El choque entre distintas turbulencias de aire.

Aunque existen otros fenómenos de condensación del vapor de agua, tales como la niebla, centraremos el estudio en las nubes, ya que a ellas se debe la generación de tormentas.

TIPOS DE NUBES

Existen tres tipos fundamentales de nubes:

Estratiformes (estratos): son nubes planas y de poco espesor, debidas a corrientes de elevación el aire muy débiles. Se forman en las capas bajas de la troposfera.

Cirriformes (cirros): formadas por cristales de vapor de agua. Tienen forma filamentosa muy tenue. Se forman en las capas más altas de la troposfera.

Cumuliformes (cúmulos): son planas en su parte inferior y presentan cúpulas en la superior, debidas a fuertes elevaciones de aire. Estas nubes se formas en la zona intermedia de la troposfera. Un tipo de estas son los cumulonimbos, llamadas comúnmente nubes de tormenta, de tonos oscuros son las encargadas de producir precipitaciones y tormentas.

LAS NUBES.

Cómo se inicia la descarga eléctrica sigue siendo un tema de debate.4 Los científicos han estudiado las causas fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosféricas (viento, humedad y presión) hasta los efectos del viento solar y a la acumulación de partículas solares cargadas.5 Se cree que el hielo es el elemento clave en el desarrollo, propiciando una separación de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.5

Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcánicas, o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga estática.

FORMACIÓN DEL RAYO

Impactos del rayo

T

I

P

O

S

d

e

R

A

Y

O

s

Rayo nube a tierra

Rayo perla

Rayo Staccato

Rayo bifurcado

Rayo tierra a nube

Rayo nube a nube

PARARRAYOS.

Un sistema pararrayos es un elemento que

se compone de tres partes:

Pararrayo propiamente dicho

Cable o elemento conductor

Tierra Física (en el caso de embarcaciones,

el elemento que asegure contacto eléctrico

con el agua).

Factores Determinantes en un Pararrayos

1. Conductividad

La resistencia total desde el pararrayos hasta la placa será de menos de 0,03 ohms.

2. Conexionado y disposición

Las interconexiones deben ser mínimas;

La trayectoria será lo más sencilla posible, evitando curvas pronunciadas y ángulos rectos, según se detalla

a continuación:

La sección del conductor de bajada será de cobre de 50 mm2, por lo menos.

El elemento receptor (punta del pararrayo) deberá estar dispuesto de tal forma que sobresalga por lo menos

15 cm con respecto a cualquier otro elemento que este montado.

3. Placa de descarga y puesta a masa:

la placa de contacto directo con el agua será de cobre, de más de 0,2 m2 de superficie, y de un espesor que

no sea inferior a 4 mm, fijado en una posición tal que se encuentre en todo momento en contacto con el

agua, en cualquier condición de navegación.

Los cuerpos metálicos interiores (motor, tanques de agua y nafta, mecanismos metálicos de timón, etc. ) se

conectarán a la placa de contacto con el agua (especialmente el motor para que la corriente de descarga no

pase por los cojinetes) o al conductor de bajada principal.

4. Precauciones.

Todo elemento por el cual circula corriente provoca un campo magnético alrededor del mismo, se deberá

prestar atención entonces en la ubicación del instrumental eléctrico, electrónico y de navegación.

Debe evitarse el uso de combinación de metales que formen cuplas galánicas o electrolíticas tal que

aceleren la corrosión en presencia de humedad o en inmersión directa. Si es impráctica emplear la

combinación conveniente, pueden reducirse los efectos de la corrosión con revestimientos adecuados o

conectores especiales.

EFECTOS PRODUCIDOS POR LA CAÍDA DE UN RAYO

Los rayos son señales eléctricas de alta

frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello,

son causa de interferencias en sistemas

electrónicos. Por ello, para dirigir a tierra las

descargas atmosféricas se requiere de las

técnicas para señales en altas frecuencias.

A la frecuencia debida a la descarga del rayo, la

impedancia de un cable de cobre usado en las

puestas a tierra (de unos 1.64 uH/m) presenta un

carácter predominantemente inductivo. En

conductores de más de 10 metros la impedancia

que representan es muy elevada, lo cual impide la

conducción de la corriente. Como los rayos se

reflejan como cualquier onda de alta frecuencia,

es básico que la impedancia a tierra sea baja para

la descarga, ya que todas las partes del sistema

conectadas a tierra, elevarán y bajarán su

potencial con respecto de tierra al tiempo de la

descarga.

La carga electrostática

Los pulsos electromagnéticos

Los pulsos electrostáticos

El sobrevoltaje transitorio.

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

El pararrayos por sí solo no sirve

como protección contra los rayos.

Ha de ser conectado a tierra.

Un correcto diseño del sistema de

puesta a tierra es fundamental

para asegurar la correcta

conducción de la descarga

eléctrica del rayo. Para ello,

debemos asegurarnos que el

conjunto del sistema de

puesta a tierra tiene una

resistencia menor de 10 W ,

así como asegurarnos de que

no existan bucles que

produzcan tensiones

inducidas.

El sistema de puesta a tierra

consta, principalmente, de:

Tomas de tierra.

Anillos de enlace.

Punto de puesta a tierra.

Líneas principales de tierra.

Existen varias formas de proteger una torre de comunicación.

Una manera es colocar una punta pararrayos en la cima de la torre y de ahí un conductor de

cobre por toda la longitud de la torre. Sin embargo, por estar el cobre y el acero en contacto, se

corroe el acero, además otro inconveniente es la inductancia del cable tan largo que crea una

trayectoria de tan alta impedancia que no es efectivo como circuito a tierra. Por lo que se

recomienda usar la estructura con una punta electrodo en su parte superior y conectores

adecuados para su conexión al acero estructural. Sin embargo esto puede crear interferencia en

antenas de radio y se puede evitar la recepción en determinadas zonas.

Cuando sea factible, se debe mantener una separación de por lo menos 180 cm entre los

conductores de los sistemas de comunicación y los conductores de pararrayos. Incrementando

la distancia entre la torre y el edificio del transmisor y usando blindajes tipo Faraday se puede

reducir el impacto de la descarga en el equipo y se evitarán interferencias en los equipos.

La función de las protecciones primarias es la de evitar los

daños producidos en la infraestructura de los edificios e

instalaciones debidos al impacto directo de una descarga

atmosférica. Estos daños suelen venir en forma de

incendios y electrocuciones, debido a la enorme cantidad

de energía contenida en el rayo en el momento del

impacto. Estos daños son aún mas importantes en

aquellas zonas en las que se almacenen o manipulan

materiales inflamables o radiactivos.

A la hora de diseñar nuestro sistema de protección contra

efectos primarios debemos tener en cuenta que deben

cubrirse las siguientes necesidades:

Protección de edificaciones y estructuras.

Protección de torres de comunicación.

Protección de líneas aéreas.

Otros tipos de protección.

Habrá que tener siempre presente que los mecanismos de

protección primaria que se adopten tal solo protegen al

edificio e instalaciones exteriores, pero no a los equipos

que haya dentro de la edificación.

Dentro de los mecanismos de protección primaria se

encuentran los pararrayos, puestas a tierra, jaulas de

Faraday y cables de guarda.

C O M O R E S U M E N D E L A P R O T E C C I Ó N P R I M A R I A Q U E

H A D E T E N E R S E E N C O N S I D E R A C I Ó N A L A H O R A D E

D I S E Ñ A R U N A E D I F I C A C I Ó N O S I S T E M A ,

P R O P O N E M O S E L S I G U I E N T E E J E M P L O D E

P R O T E C C I Ó N T O T A L C O N T R A L O S E F E C T O S

P R I M A R I O S D E L A S D E S C A R G A S D E O R I G E N

A T M O S F É R I C O .

S I S T E M A D E C A P T A C I Ó N D E R A Y O S ( P A R A R R A Y O S )

E N F O R M A D E M A L L A Y C O N D U C T O R D E B A J A D A .

A C T U A L M E N T E S E T I E N D E A I N S T A L A R M A L L A S D E

1 0 X 1 0 M .

P R O T E C C I Ó N C O N D E S C A R G A D O R E S C O N E C T A D O S

D I R E C T A M E N T E A U N A B U E N A T O M A D E T I E R R A D E

L A E N T R A D A D E U N A L Í N E A D E A L T A T E N S I Ó N .

E L T É R M I N O " C O N O D E P R O T E C C I Ó N " S E U S A

F R E C U E N T E M E N T E P A R A D E S C R I B I R E L V O L U M E N

I N T E R N O D E P R O T E C C I Ó N A L C A N Z A D O P O R E L

P A R A R R A Y O S .

D E B I D O A Q U E L A T O R R E D E L A S A N T E N A S S U P O N E

L A P R I N C I P A L D I A N A O B L A N C O D E L O S R A Y O S ,

C O N V I E N E C A N A L I Z A R L A M Á X I M A C O R R I E N T E D E L

R A Y O A T I E R R A E N L A B A S E D E L A T O R R E .

E N E L C A S O D E Q U E R E R P R O T E G E R U N R E P E T I D O R

D E R A D I O O T V S E D E B E D I S P O N E R U N A N I L L O D E

C A B L E E N T E R R A D O D E , C O M O M Í N I M O 1 0 M M D E

D I Á M E T R O A L R E D E D O R D E L E D I F I C I O P O R F U E R A ,

S U P L E M E N T A D O C O N P I C A S ( E L E C T R O D O S )

C L A V A D O S A T I E R R A .

P R O T E C C I Ó N D E L E D I F I C I O D O N D E S E S I T Ú A E L

R E P E T I D O R C O N E N M A L L A D O S U B T E R R Á N E O

S U P L E M E N T A D O C O N P I C A S Y T E R M I N A L E S A É R E O S .

L O S P A R A R R A Y O S D E B E N S I T U A R S E A U N A

D I S T A N C I A D E C Ó M O M Á X I M O 7 M E N T R E S Í , S I S E

D E S E A F O R M A R U N A P R O T E C C I Ó N M Á S A M P L I A .

C U A N D O S E D E S E A L A P R O T E C C I Ó N D E G R A N D E S

Á R E A S , Z O N A S R E S I D E N C I A L E S O E D I F I C I O S , O

C U A N D O L A A L T U R A D E L P A R A R R A Y O S R E Q U E R I D O

N O E S P R Á C T I C A , S E P U E D E N I N S T A L A R V A R I O S

P A R A R R A Y O S P A R A P R O P O R C I O N A R U N A

S U P E R P O S I C I Ó N D E L O S V O L Ú M E N E S P R O T E G I D O S .

EQUIPOS