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Un pararrayos o conductor de rayos ( en inglés británico ) es una varilla de metal montada en una estructura y destinada a proteger la estructura de un rayo . Si un rayo cae sobre la estructura, lo más probable es que golpee la varilla y sea conducido a tierra a través de un cable, en lugar de atravesar la estructura, donde podría iniciar un incendio o causar una electrocución . Los pararrayos también se denominan remates , terminales aéreos o dispositivos de terminación de rayos.
En un sistema de protección contra rayos, un pararrayos es un componente único del sistema. El pararrayos requiere una conexión a tierra para realizar su función protectora. Los pararrayos vienen en muchas formas diferentes, incluyendo huecos, sólidos, puntiagudos, redondeados, tiras planas o incluso con forma de cepillo de cerdas. El atributo principal común a todos los pararrayos es que todos están hechos de materiales conductores, como cobre y aluminio . El cobre y sus aleaciones son los materiales más comunes utilizados en la protección contra rayos. [1]
El primer pararrayos propiamente dicho fue inventado por el padre Prokop Diviš , un sacerdote y científico checo , que erigió un pararrayos conectado a tierra en 1754. El diseño de Diviš implicaba una varilla de hierro vertical rematada con un cable conectado a tierra, destinada a atraer los rayos y conducirlos de forma segura al suelo. [2] Su aparato experimental, conocido como la "máquina meteorológica", fue anterior a los experimentos más ampliamente reconocidos de Benjamin Franklin . [ cita requerida ] Franklin, sin conocer el trabajo de Diviš, desarrolló y popularizó de forma independiente su propio diseño de pararrayos, que fue ampliamente adoptado en Europa y América del Norte. La contribución de Franklin hizo avanzar significativamente la comprensión y la aplicación de los sistemas de protección contra rayos, aunque el trabajo conceptual anterior de Diviš sigue siendo un hito importante en la historia de la ingeniería de seguridad eléctrica.
En lo que más tarde se convertiría en los Estados Unidos , el conductor de pararrayos puntiagudo (sin conexión a tierra), también llamado atractor de rayos o varilla de Franklin , fue inventado por Benjamin Franklin en 1752 como parte de su exploración pionera de la electricidad . Aunque no fue el primero en sugerir una correlación entre la electricidad y los rayos, Franklin fue el primero en proponer un sistema viable para probar su hipótesis. [3] Franklin especuló que, con una varilla de hierro afilada hasta la punta, "el fuego eléctrico, creo, sería extraído de una nube silenciosamente, antes de que pudiera acercarse lo suficiente para impactar". Franklin especuló sobre los pararrayos durante varios años antes de su experimento de la cometa . [ cita requerida ]
En el siglo XIX, el pararrayos se convirtió en un motivo decorativo. Los pararrayos se adornaban con bolas de vidrio ornamentales [4] (ahora apreciadas por los coleccionistas). El atractivo ornamental de estas bolas de vidrio se ha utilizado en veletas . Sin embargo, el propósito principal de estas bolas es proporcionar evidencia de un rayo al romperse o caerse. Si después de una tormenta se descubre que falta una bola o está rota, el propietario debe verificar el edificio, la varilla y el cable de conexión a tierra para ver si hay daños.
En ocasiones se utilizaban bolas de vidrio macizo en un método que pretendía impedir que los rayos cayeran sobre barcos y otros objetos. [ cita requerida ] La idea era que los objetos de vidrio, al no ser conductores, rara vez eran alcanzados por un rayo. Por lo tanto, según la teoría, debe haber algo en el vidrio que repele los rayos. Por lo tanto, el mejor método para evitar que un rayo cayera sobre un barco de madera era enterrar una pequeña bola de vidrio macizo en la punta del mástil más alto. El comportamiento aleatorio de los rayos combinado con el sesgo de confirmación de los observadores aseguró que el método ganara bastante credibilidad incluso después del desarrollo del pararrayos marino poco después del trabajo inicial de Franklin.
Los primeros pararrayos en los barcos debían izarse cuando se preveía la llegada de un rayo, pero su tasa de éxito fue baja. En 1820, William Snow Harris inventó un sistema eficaz para instalar protección contra rayos en los veleros de madera de la época, pero a pesar de las pruebas exitosas que comenzaron en 1830, la Marina Real Británica no adoptó el sistema hasta 1842, cuando la Marina Imperial Rusa ya lo había adoptado.
En la década de 1990, los "puntos de luz" fueron reemplazados tal como se construyeron originalmente cuando se restauró la Estatua de la Libertad en lo alto del edificio del Capitolio de los Estados Unidos en Washington, DC . [2] La estatua fue diseñada con múltiples dispositivos que tienen puntas de platino. El Monumento a Washington también estaba equipado con múltiples puntos de luz, [5] y la Estatua de la Libertad en el puerto de Nueva York es alcanzada por un rayo, que es desviado a tierra.
Un sistema de protección contra rayos está diseñado para proteger una estructura de daños causados por rayos interceptándolos y pasando de manera segura sus corrientes extremadamente altas a tierra . Un sistema de protección contra rayos incluye una red de terminales de aire, conductores de conexión y electrodos de tierra diseñados para proporcionar una ruta de baja impedancia a tierra para posibles impactos.
Los sistemas de protección contra rayos se utilizan para evitar que los rayos dañen las estructuras. Los sistemas de protección contra rayos mitigan el riesgo de incendio que suponen los rayos para las estructuras. Un sistema de protección contra rayos proporciona una ruta de baja impedancia para la corriente del rayo con el fin de reducir el efecto de calentamiento de la corriente que fluye a través de materiales estructurales inflamables. Si un rayo atraviesa materiales porosos y saturados de agua, estos materiales pueden explotar literalmente si su contenido de agua se convierte en vapor por el calor producido por la alta corriente. Por eso, los árboles suelen ser destrozados por los rayos.
Debido a los altos niveles de energía y corriente asociados con los rayos (las corrientes pueden superar los 150.000 A) y al tiempo de ascenso muy rápido de un rayo, ningún sistema de protección puede garantizar una seguridad absoluta contra los rayos. La corriente del rayo se divide para seguir todos los caminos conductores hasta tierra, e incluso la corriente dividida puede causar daños. Los "destellos laterales" secundarios pueden ser suficientes para iniciar un incendio, hacer estallar ladrillos, piedras u hormigón, o herir a los ocupantes de una estructura o edificio. Sin embargo, los beneficios de los sistemas básicos de protección contra rayos han sido evidentes durante más de un siglo. [6]
Las mediciones a escala de laboratorio de los efectos de [cualquier investigación sobre rayos] no son escalables para aplicaciones que involucren rayos naturales. [7] Las aplicaciones de campo se han derivado principalmente de prueba y error basadas en la mejor investigación de laboratorio intencionada de un fenómeno altamente complejo y variable.
Los elementos que componen un sistema de protección contra rayos son los terminales aéreos (pararrayos o dispositivos de terminación de descargas), los conductores de unión, los terminales de tierra (varillas, placas o mallas de puesta a tierra) y todos los conectores y soportes que completan el sistema. Los terminales aéreos suelen estar dispuestos en los puntos superiores de la estructura del tejado o a lo largo de ellos, y están unidos eléctricamente entre sí mediante conductores de unión (denominados "conductores de bajada" o " conductores de bajada "), que están conectados por la ruta más directa a uno o más terminales de puesta a tierra. [8] Las conexiones a los electrodos de tierra no solo deben tener una resistencia baja, sino que también deben tener una autoinducción baja .
Un ejemplo de una estructura vulnerable a los rayos es un granero de madera. Cuando un rayo cae sobre el granero, la estructura de madera y su contenido pueden incendiarse por el calor generado por la corriente del rayo que atraviesa partes de la estructura. Un sistema básico de protección contra rayos proporcionaría una ruta conductora entre un terminal aéreo y la tierra, de modo que la mayor parte de la corriente del rayo seguiría la ruta del sistema de protección contra rayos, y una cantidad sustancialmente menor de corriente atravesaría materiales inflamables.
Originalmente, los científicos creían que un sistema de protección contra rayos de este tipo, compuesto por terminales aéreos y "conductores de bajada", dirigía la corriente del rayo hacia la tierra para que se "disipara". Sin embargo, la fotografía de alta velocidad ha demostrado claramente que el rayo en realidad está compuesto tanto de un componente de nube como de un componente de tierra con carga opuesta. Durante el rayo "nube-tierra", estos componentes con carga opuesta suelen "encontrarse" en algún lugar de la atmósfera muy por encima de la tierra para igualar las cargas previamente desequilibradas. El calor generado cuando esta corriente eléctrica fluye a través de materiales inflamables es el peligro que los sistemas de protección contra rayos intentan mitigar proporcionando una ruta de baja resistencia para el circuito del rayo . No se puede confiar en ningún sistema de protección contra rayos para "contener" o "controlar" los rayos por completo (ni, hasta ahora, para evitar los rayos por completo), pero parecen ayudar enormemente en la mayoría de las ocasiones en que caen rayos.
Las estructuras con armazón de acero pueden conectar los elementos estructurales a tierra para brindar protección contra rayos. Un mástil de bandera de metal con su base en la tierra es un sistema de protección contra rayos extremadamente simple en sí mismo. Sin embargo, las banderas que ondeen en el mástil durante la caída de un rayo pueden incinerar por completo.
La mayoría de los sistemas de protección contra rayos que se utilizan hoy en día son del diseño tradicional de Franklin . [8] El principio fundamental utilizado en los sistemas de protección contra rayos de tipo Franklin es proporcionar una ruta de impedancia suficientemente baja para que el rayo viaje a través de ella hasta llegar a tierra sin dañar el edificio. [9] Esto se logra rodeando el edificio en una especie de jaula de Faraday . Se instala un sistema de conductores de protección contra rayos y pararrayos en el techo del edificio para interceptar cualquier rayo antes de que golpee el edificio.
Es posible que en la torre inclinada de Nevyansk se haya utilizado intencionadamente un pararrayos . La aguja de la torre está coronada por una varilla metálica en forma de esfera dorada con pinchos. Este pararrayos está conectado a tierra a través de la estructura de varillas de refuerzo que atraviesa todo el edificio.
La Torre Nevyansk fue construida entre 1721 y 1745 por orden del industrial Akinfiy Demidov . La Torre Nevyansk se construyó 28 años antes del experimento y la explicación científica de Benjamin Franklin. Sin embargo, la verdadera intención detrás del techo de metal y las barras de refuerzo sigue siendo desconocida. [10]
En muchas ciudades europeas, las torres de las iglesias, que solían ser las estructuras más altas de la ciudad, corrían el riesgo de ser alcanzadas por un rayo. Peter Ahlwardts ("Consideraciones razonables y teológicas sobre los truenos y los relámpagos", 1745) aconsejaba a las personas que buscaban protegerse de los rayos que se dirigieran a cualquier lugar excepto dentro o alrededor de una iglesia. [11]
Actualmente se debate si la "máquina meteorológica" inventada por el sacerdote premonstratense Prokop Diviš y erigida en Brenditz (hoy Přímětice, parte de Znojmo ), Moravia (hoy República Checa ) en junio de 1754, cuenta como una invención individual del pararrayos. El aparato de Diviš, según sus teorías privadas, tenía como objetivo evitar las tormentas eléctricas por completo privando constantemente al aire de su electricidad superflua. Sin embargo, el aparato estaba montado en un poste independiente y probablemente mejor conectado a tierra que los pararrayos de Franklin en ese momento, por lo que servía como pararrayos. [12] Después de las protestas locales, Diviš tuvo que cesar sus experimentos meteorológicos alrededor de 1760.
Un pararrayos es un dispositivo, básicamente un espacio de aire entre un cable eléctrico y la tierra, que se utiliza en sistemas de energía eléctrica y sistemas de telecomunicaciones para proteger el aislamiento y los conductores del sistema de los efectos dañinos de los rayos. El pararrayos típico tiene un terminal de alto voltaje y un terminal de tierra.
En telegrafía y telefonía , un pararrayos es un dispositivo que se coloca en el lugar donde los cables entran en una estructura, con el fin de evitar daños a los instrumentos electrónicos en el interior y garantizar la seguridad de las personas que se encuentran cerca de las estructuras. Las versiones más pequeñas de los pararrayos, también llamados protectores contra sobretensiones , son dispositivos que se conectan entre cada conductor eléctrico en un sistema de energía o comunicaciones y la tierra. Ayudan a evitar el flujo de corrientes normales de energía o señal a tierra, pero proporcionan un camino por el que fluye la corriente de alto voltaje del rayo, sin pasar por el equipo conectado. Los pararrayos se utilizan para limitar el aumento de voltaje cuando una línea de comunicaciones o eléctrica es alcanzada por un rayo o está cerca de un rayo.
En los sistemas de transmisión eléctrica aérea , se pueden montar uno o dos cables de tierra más livianos en la parte superior de las torres, postes o torres que no se utilizan específicamente para enviar electricidad a través de la red. Estos conductores, a menudo denominados cables "estáticos", "piloto" o "protectores", están diseñados para ser el punto de terminación del rayo en lugar de las propias líneas de alto voltaje. Estos conductores están destinados a proteger los conductores de energía primarios de los rayos .
Estos conductores están conectados a tierra ya sea a través de la estructura metálica de un poste o torre, o mediante electrodos de tierra adicionales instalados a intervalos regulares a lo largo de la línea. Como regla general, las líneas eléctricas aéreas con voltajes inferiores a 50 kV no tienen un conductor "estático", pero la mayoría de las líneas que transportan más de 50 kV sí lo tienen. El cable conductor de tierra también puede soportar cables de fibra óptica para transmisión de datos.
Las líneas más antiguas pueden utilizar pararrayos que aíslan las líneas conductoras de la conexión directa a tierra y pueden utilizarse como líneas de comunicación de baja tensión. Si la tensión supera un umbral determinado, como durante la terminación de un rayo en el conductor, "salta" los aisladores y pasa a tierra.
La protección de las subestaciones eléctricas es tan variada como los propios pararrayos y a menudo es propiedad de la compañía eléctrica.
Los radiadores de las antenas de radio pueden estar aislados del suelo mediante un descargador de chispas en la base. Cuando un rayo cae sobre el mástil, salta por este descargador. Una pequeña inductividad en la línea de alimentación entre el mástil y la unidad de sintonización (normalmente un devanado) limita el aumento de tensión, protegiendo al transmisor de tensiones peligrosamente altas. El transmisor debe estar equipado con un dispositivo para controlar las propiedades eléctricas de la antena. Esto es muy importante, ya que podría quedar una carga después de la caída de un rayo, dañando el descargador o los aisladores.
El dispositivo de vigilancia apaga el transmisor cuando la antena muestra un comportamiento incorrecto, por ejemplo, como resultado de una carga eléctrica no deseada. Cuando se apaga el transmisor, estas cargas se disipan. El dispositivo de vigilancia realiza varios intentos para volver a encenderlo. Si después de varios intentos la antena sigue mostrando un comportamiento incorrecto, posiblemente como resultado de un daño estructural, el transmisor permanece apagado.
Lo ideal es que la parte subterránea del conjunto se encuentre en una zona de alta conductividad del terreno. Si el cable subterráneo es capaz de resistir bien la corrosión , se puede cubrir con sal para mejorar su conexión eléctrica con el terreno. Si bien la resistencia eléctrica del pararrayos entre el terminal aéreo y la Tierra es una preocupación importante, la reactancia inductiva del conductor podría ser más importante. Por este motivo, la ruta del conductor de bajada se mantiene corta y las curvas tienen un radio grande. Si no se toman estas medidas, la corriente del rayo puede formar un arco sobre una obstrucción resistiva o reactiva que encuentre en el conductor. Como mínimo, la corriente del arco dañará el pararrayos y puede encontrar fácilmente otra ruta conductora, como el cableado o la plomería del edificio, y provocar incendios u otros desastres. Los sistemas de conexión a tierra sin baja resistividad al terreno pueden seguir siendo eficaces para proteger una estructura contra daños causados por rayos. Cuando el suelo tiene poca conductividad, es muy superficial o inexistente, se puede ampliar el sistema de puesta a tierra añadiendo varillas de puesta a tierra, un conductor de contrapeso (anillo de puesta a tierra), radiales de cable que sobresalgan del edificio o se pueden utilizar las barras de refuerzo de un edificio de hormigón como conductor de puesta a tierra ( puesta a tierra Ufer ). Estas adiciones, si bien no reducen la resistencia del sistema en algunos casos, permitirán la dispersión del rayo en la tierra sin dañar la estructura. [14]
Se deben tomar precauciones adicionales para evitar descargas eléctricas laterales entre objetos conductores sobre o dentro de la estructura y el sistema de protección contra rayos. La sobretensión de la corriente del rayo a través de un conductor de protección contra rayos creará una diferencia de voltaje entre éste y cualquier objeto conductor que se encuentre cerca de él. Esta diferencia de voltaje puede ser lo suficientemente grande como para causar una descarga eléctrica lateral peligrosa (chispa) entre los dos que puede causar daños significativos, especialmente en estructuras que albergan materiales inflamables o explosivos. La forma más eficaz de prevenir este daño potencial es asegurar la continuidad eléctrica entre el sistema de protección contra rayos y cualquier objeto susceptible a una descarga eléctrica lateral. Una conexión eficaz permitirá que el potencial de voltaje de los dos objetos suba y baje simultáneamente, eliminando así cualquier riesgo de descarga eléctrica lateral. [15]
Se utiliza una cantidad considerable de material para fabricar sistemas de protección contra rayos, por lo que es prudente considerar cuidadosamente dónde una terminal aérea proporcionará la mayor protección. La comprensión histórica de los rayos, a partir de las declaraciones de Ben Franklin, suponía que cada pararrayos protegía un cono de 45 grados. [16] Se ha demostrado que esto no es satisfactorio para proteger estructuras más altas, ya que es posible que los rayos caigan en el costado de un edificio.
El Dr. Tibor Horváth desarrolló un sistema de modelado basado en una mejor comprensión de la dirección de destino de los rayos, llamado método de la esfera rodante. Se ha convertido en el estándar por el que se instalan los sistemas tradicionales de varillas de Franklin. Para comprender esto es necesario saber cómo se "mueve" el rayo. A medida que el líder de un rayo salta hacia el suelo, avanza hacia los objetos que se encuentran en tierra más cercanos a su trayectoria. La distancia máxima que puede recorrer cada paso se denomina distancia crítica y es proporcional a la corriente eléctrica. Es probable que los objetos sean alcanzados si están más cerca del líder que esta distancia crítica. Es una práctica estándar aproximar el radio de la esfera a 46 m cerca del suelo. [17]
Es poco probable que un objeto fuera de la distancia crítica sea alcanzado por el pararrayos si hay un objeto sólidamente conectado a tierra dentro de la distancia crítica. Las ubicaciones que se consideran seguras contra los rayos se pueden determinar imaginando las posibles trayectorias de un pararrayos como una esfera que viaja desde la nube hasta el suelo. Para la protección contra rayos, basta con considerar todas las esferas posibles a medida que tocan los puntos de impacto potenciales. Para determinar los puntos de impacto, considere una esfera rodando sobre el terreno. En cada punto, se simula una posición de pararrayos potencial. Es más probable que los rayos caigan donde la esfera toca el suelo. Los puntos sobre los que la esfera no puede rodar y tocar son los más seguros contra los rayos. Los pararrayos deben colocarse donde eviten que la esfera toque una estructura. Sin embargo, un punto débil en la mayoría de los sistemas de desviación de rayos es el transporte de la descarga capturada desde el pararrayos hasta el suelo. [18] Los pararrayos se instalan típicamente alrededor del perímetro de los techos planos o a lo largo de los picos de los techos inclinados a intervalos de 6,1 m o 7,6 m, dependiendo de la altura del pararrayos. [19] Cuando un techo plano tenga dimensiones mayores a 15 m por 15 m, se instalarán terminales de aire adicionales en el medio del techo a intervalos de 15 m o menos en un patrón de cuadrícula rectangular. [20]
La forma óptima de la punta de un pararrayos ha sido controvertida desde el siglo XVIII. Durante el período de confrontación política entre Gran Bretaña y sus colonias americanas, los científicos británicos sostenían que un pararrayos debería tener una bola en su extremo, mientras que los científicos americanos sostenían que debería haber una punta. En 2003 [actualizar], la controversia no se había resuelto por completo. [21] Es difícil resolver la controversia porque los experimentos controlados adecuados son casi imposibles, pero el trabajo realizado por Charles B. Moore , et al., [22] en 2000 ha arrojado algo de luz sobre el tema, encontrando que los pararrayos moderadamente redondeados o con punta roma actúan como receptores de impacto marginalmente mejores. Como resultado, las varillas con punta redonda se instalan en la mayoría de los sistemas nuevos en los Estados Unidos, aunque la mayoría de los sistemas existentes todavía tienen varillas puntiagudas. Según el estudio,
Los cálculos de las intensidades relativas de los campos eléctricos sobre varillas afiladas y romas expuestas de manera similar muestran que, si bien los campos son mucho más fuertes en la punta de una varilla afilada antes de cualquier emisión, disminuyen más rápidamente con la distancia. Como resultado, a unos pocos centímetros por encima de la punta de una varilla roma de 20 mm de diámetro, la intensidad del campo es mayor que sobre una varilla similar, más afilada y de la misma altura. Dado que la intensidad del campo en la punta de una varilla afilada tiende a estar limitada por la fácil formación de iones en el aire circundante, las intensidades de campo sobre varillas romas pueden ser mucho más fuertes que las de distancias mayores de 1 cm sobre varillas más afiladas.
Los resultados de este estudio sugieren que las varillas metálicas moderadamente romas (con relaciones de altura de la punta a radio de curvatura de la punta de aproximadamente 680:1) son mejores receptores de impactos de rayos que las varillas más afiladas o muy romas.
Además, la altura del pararrayos con respecto a la estructura a proteger y a la propia Tierra también influirá. [23] [24]
La teoría de transferencia de carga establece que se puede evitar que un rayo caiga sobre una estructura protegida reduciendo el potencial eléctrico entre la estructura protegida y la nube de tormenta. Esto se hace transfiriendo carga eléctrica (por ejemplo, desde la Tierra cercana al cielo o viceversa). [25] [26] La transferencia de carga eléctrica desde la Tierra al cielo se realiza instalando productos de ingeniería compuestos por muchos puntos sobre la estructura. Se observa que los objetos puntiagudos efectivamente transferirán carga a la atmósfera circundante [27] [28] y que se puede medir una corriente eléctrica considerable a través de los conductores a medida que se produce ionización en el punto en el que hay un campo eléctrico, como sucede cuando hay nubes de tormenta en lo alto.
En los Estados Unidos, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) no respalda actualmente [ ¿cuándo? ] un dispositivo que pueda prevenir o reducir los impactos de rayos. El Consejo de Normas de la NFPA, tras una solicitud de un proyecto para abordar los sistemas de matriz de disipación[tm] y los sistemas de transferencia de carga, rechazó la solicitud de comenzar a elaborar normas sobre dicha tecnología (aunque el Consejo no excluyó el desarrollo de normas futuras después de que se presentaran fuentes confiables que demostraban la validez de la tecnología y la ciencia básicas). [29]
La teoría de la emisión temprana de pararrayos propone que si un pararrayos tiene un mecanismo que produce ionización cerca de su punta, entonces su área de captura de rayos aumenta considerablemente. Al principio, se utilizaron pequeñas cantidades de isótopos radiactivos ( radio-226 o americio-241 ) como fuentes de ionización [30] entre 1930 y 1980, que luego se reemplazaron con varios dispositivos eléctricos y electrónicos. Según una patente temprana, dado que los potenciales de tierra de la mayoría de los pararrayos son elevados, la distancia del camino desde la fuente hasta el punto de tierra elevado será más corta, lo que creará un campo más fuerte (medido en voltios por unidad de distancia) y esa estructura será más propensa a la ionización y la ruptura. [31]
AFNOR, el organismo de normalización nacional francés, emitió una norma, NF C 17-102, que cubre esta tecnología. La NFPA también investigó el tema y hubo una propuesta para emitir una norma similar en los EE. UU. Inicialmente, un panel de terceros independientes de la NFPA declaró que "la tecnología de protección contra rayos [Early Streamer Emission] parece ser técnicamente sólida" y que había una "base teórica adecuada para el concepto y diseño de pararrayos [Early Streamer Emission] desde un punto de vista físico". [32] ) El mismo panel también concluyó que "el sistema de protección contra rayos recomendado [NFPA 781 estándar] nunca ha sido validado científica o técnicamente y los pararrayos de varilla Franklin no han sido validados en pruebas de campo en condiciones de tormenta eléctrica".
En respuesta, la American Geophysical Union concluyó que "[e]l Panel Bryan no revisó esencialmente ninguno de los estudios y la literatura sobre la eficacia y la base científica de los sistemas tradicionales de protección contra rayos y se equivocó al concluir que no había base para la Norma". La AGU no intentó evaluar la eficacia de ninguna de las modificaciones propuestas a los sistemas tradicionales en su informe. [33] La NFPA retiró su propuesta de edición preliminar de la norma 781 debido a la falta de evidencia de una mayor eficacia de los sistemas de protección basados en emisiones de pararrayos tempranos en comparación con las terminales aéreas convencionales.
Los miembros del Comité Científico de la Conferencia Internacional sobre Protección contra Rayos (ICLP) han emitido una declaración conjunta en la que manifiestan su oposición a la tecnología de Emisión Temprana de Electrones. [34] La ICLP mantuvo una página web con información relacionada con los ESE y las tecnologías relacionadas hasta 2016. [35] Aun así, el número de edificios y estructuras equipados con sistemas de protección contra rayos ESE está creciendo, así como el número de fabricantes de terminales aéreos ESE de Europa, América, Oriente Medio, Rusia, China, Corea del Sur, países de la ASEAN y Australia. [ cita requerida ] [36]
Los rayos que caen sobre una estructura metálica pueden variar desde no dejar evidencia, excepto, quizás, un pequeño agujero en el metal, hasta la destrucción completa de la estructura. [37] Cuando no hay evidencia, el análisis de los rayos es difícil. Esto significa que un impacto en una estructura no instrumentada debe confirmarse visualmente, y el comportamiento aleatorio de los rayos dificulta tales observaciones. [37] [38] [39] [40] También hay inventores que trabajan en este problema, [41] [42] como a través de un cohete de rayos . Si bien los experimentos controlados pueden estar fuera de lugar en el futuro, se están obteniendo datos muy buenos a través de técnicas que utilizan receptores de radio que buscan la "firma" eléctrica característica de los rayos utilizando antenas direccionales fijas. [43] [44] [45] [46] A través de técnicas precisas de sincronización y triangulación, los rayos pueden ubicarse con gran precisión, por lo que los impactos en objetos específicos a menudo pueden confirmarse con confianza.
La energía de un rayo suele oscilar entre 1 y 10 mil millones de julios . Esta energía se libera normalmente en un pequeño número de descargas independientes, cada una con una duración de unas pocas decenas de microsegundos (normalmente entre 30 y 50 microsegundos), a lo largo de un periodo de aproximadamente una quinta parte de un segundo. La gran mayoría de la energía se disipa en forma de calor, luz y sonido en la atmósfera.
Las aeronaves están protegidas por dispositivos montados en la estructura de la aeronave y por el diseño de sistemas internos. Los rayos generalmente entran y salen de una aeronave a través de la superficie exterior de su fuselaje o a través de mechas estáticas . El sistema de protección contra rayos proporciona rutas conductoras seguras entre los puntos de entrada y salida para evitar daños a los equipos electrónicos y proteger el combustible inflamable o la carga de las chispas .
Estos caminos están construidos con materiales conductores. Los aislantes eléctricos solo son efectivos en combinación con un camino conductor porque los rayos bloqueados pueden superar fácilmente la tensión de ruptura de los aislantes. Los materiales compuestos se construyen con capas de malla de alambre para que sean lo suficientemente conductores y las juntas estructurales se protegen haciendo una conexión eléctrica a través de la junta.
Los cables blindados y las carcasas conductoras proporcionan la mayor parte de la protección a los sistemas electrónicos. La corriente del rayo emite un pulso magnético que induce corriente a través de los bucles formados por los cables. La corriente inducida en el blindaje de un bucle crea un flujo magnético a través del bucle en la dirección opuesta . Esto disminuye el flujo total a través del bucle y el voltaje inducido a su alrededor.
La ruta conductora de rayos y el blindaje conductor transportan la mayor parte de la corriente. El resto se desvía alrededor de los componentes electrónicos sensibles mediante supresores de voltaje transitorio y se bloquea mediante filtros electrónicos una vez que el voltaje que pasa es lo suficientemente bajo. Los filtros, al igual que los aisladores, solo son efectivos cuando los rayos y las corrientes de sobretensión pueden fluir a través de una ruta alternativa.
Una instalación de protección contra rayos en una embarcación comprende un pararrayos montado en la parte superior de un mástil o superestructura y un conductor de puesta a tierra en contacto con el agua. Los conductores eléctricos se fijan al protector y descienden hasta el conductor. En una embarcación con un casco conductor (de hierro o acero), el conductor de puesta a tierra es el casco. En una embarcación con un casco no conductor, el conductor de puesta a tierra puede ser retráctil, estar fijado al casco o fijado a una orza .
Algunas estructuras tienen un riesgo inherentemente mayor o menor de ser alcanzadas por un rayo. El riesgo de una estructura es una función del tamaño (área) de la estructura, la altura y la cantidad de rayos que caen por año por milla cuadrada en la región. [47] Por ejemplo, un edificio pequeño tendrá menos probabilidades de ser alcanzado por un rayo que uno grande, y un edificio ubicado en un área con una alta densidad de rayos tendrá más probabilidades de ser alcanzado por un rayo que uno ubicado en un área con una baja densidad de rayos. La Asociación Nacional de Protección contra Incendios proporciona una hoja de trabajo de evaluación de riesgos en su estándar de protección contra rayos. [48]
La evaluación de riesgos por rayos de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) consta de cuatro partes: pérdida de seres vivos, pérdida de servicio al público, pérdida de patrimonio cultural y pérdida de valor económico. [49] La pérdida de seres vivos se considera la más importante y es la única pérdida que se tiene en cuenta para muchas aplicaciones industriales y comerciales no esenciales.
La introducción de los sistemas de protección contra rayos en las normas permitió que diversos fabricantes desarrollaran sistemas de protección según una multitud de especificaciones. Existen múltiples normas internacionales, nacionales, corporativas y militares de protección contra rayos.
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de agosto de 2024 ( enlace )