Los rayos, fenómenos naturales que han fascinado y aterrorizado a la humanidad desde tiempos inmemoriales, representan una fuerza de la naturaleza que puede generar daños considerables y amenazar la vida de seres vivos. La curiosidad y la necesidad de protección han llevado a la invención y desarrollo de sistemas de protección contra rayos. Uno de los primeros y más importantes inventos en este campo fue el pararrayos, descubierto por casualidad por Benjamín Franklin hace aproximadamente 270 años.
El Descubrimiento del Pararrayos por Benjamín Franklin
Benjamín Franklin, un político e inventor estadounidense, fue el primero en descubrir el principio del pararrayos por casualidad. Hace 270 años, mientras volaba un cometa durante una tormenta eléctrica, un rayo impactó contra el cometa, generando una chispa. Este evento lo llevó a preguntarse si podría replicar este efecto a gran escala para proteger edificios y estructuras de la furia de los rayos. En 1752, Franklin construyó su primera versión de un pararrayos que atraía la energía de un rayo hacia un punto seguro para evitar daños, marcando un hito en la protección contra las tormentas eléctricas y reduciendo el temor de la humanidad hacia ellas.
La Naturaleza de los Rayos y su Peligro
Los rayos son descargas eléctricas naturales que ocurren durante tormentas eléctricas. Se generan en gran parte en la parte inferior de las nubes, creando un campo eléctrico de carga negativa en las nubes y una carga positiva en la tierra próxima a la tormenta. Cuando el campo electrostático alcanza cierto nivel, puede producirse un arco eléctrico, conocido como rayo. Los rayos pueden alcanzar longitudes de hasta 100 km y transportar corrientes extremadamente fuertes, que pueden superar los 30,000 amperios, con temperaturas que pueden llegar a los 30,000 °C, cinco veces la temperatura de la superficie del Sol. Estos fenómenos naturales pueden causar víctimas mortales y daños materiales significativos.
Tipos de Sistemas de Protección contra Rayos
Para mitigar los riesgos asociados con los rayos, se han desarrollado dos tipos principales de sistemas de protección externa: los pararrayos pasivos, también conocidos como sistemas de puntas simples, y los pararrayos activos o ionizantes.
Pararrayos Pasivos o Sistemas de Puntas Simples
Los pararrayos pasivos, también llamados sistemas de puntas simples, no realizan ninguna acción especial durante el proceso de una tormenta eléctrica. Estos sistemas se basan en la disposición y morfología de las varillas para proteger las estructuras. La carga positiva generada en la tierra durante una tormenta asciende a través de la conexión de toma de tierra hasta la punta del pararrayos, que al estar ubicada en una posición alta, se convierte en un punto propenso para la caída del rayo, evitando que la descarga ocurra en otra parte de la instalación. Las puntas captadoras pueden reforzar la protección de una malla captadora, una red metálica conectada a tierra que cubre todo el edificio y distribuye la descarga del rayo, reduciendo así el daño a la instalación.
Pararrayos Activos o Sistemas de Pararrayos PDC (Dispositivo de Cebado)
Los pararrayos activos, también conocidos como sistemas de pararrayos PDC (con dispositivo de cebado), tienen como objetivo anticiparse al rayo para mantener protegida una zona más amplia. Estos sistemas operan sobre el mismo principio que las puntas simples, pero incorporan un sistema de ionización adicional que extiende el radio de protección. La ionización adicional permite crear un trazador ascendente que atrae al rayo hacia el pararrayos. Una vez que el rayo es atraído hacia la ubicación del pararrayos, el sistema de protección lo conduce de manera segura hacia el suelo, manteniendo así toda la instalación protegida. Este tipo de ionización no pierde capacidad con el tiempo, lo que permite una protección activa con un radio de protección más amplio, cubriendo no solo la estructura, sino también sus alrededores y zonas abiertas.
Diferencias entre Protección Activa y Pasiva
La principal diferencia entre los sistemas de protección activa y pasiva radica en la actividad que realizan durante una tormenta eléctrica y el radio de protección que pueden alcanzar.
- Radio de protección: Los sistemas de protección activa tienen un radio de protección mucho más amplio que los pararrayos pasivos, pudiendo llegar al doble o más del radio de protección que estos últimos, dependiendo del modelo específico.
- Costo: En algunos casos, instalar un sistema de protección activa puede resultar más económico que instalar un gran número de puntas franklin para cubrir una zona amplia. Esto se debe a que los sistemas activos pueden abarcar una mayor área de protección con menos elementos, lo que reduce el costo total.
- Impacto visual: Debido a que requieren menos elementos para cubrir una zona, los sistemas activos pueden tener un impacto visual más reducido en la estética de la estructura o área protegida.
- Alcance de protección: La protección activa no solo protege la estructura principal, sino que también protege sus alrededores y zonas abiertas, brindando una protección más completa en comparación con los pararrayos pasivos.
- Sostenibilidad: Los pararrayos activos, al tener un mayor radio de protección, contribuyen a reducir el uso de material en instalaciones de gran tamaño, lo que puede resultar en beneficios ambientales y económicos al reducir los costos de producción, transporte y mantenimiento.
Sistema de Tierra Física para Protección Efectiva
Uno de los aspectos cruciales en cualquier sistema de protección contra rayos es el sistema de puesta a tierra. La puesta a tierra tiene como objetivo limitar la tensión que pueden presentar las masas metálicas en un momento dado y permitir el paso a tierra de las corrientes de falta o de descarga de origen atmosférico, disipando así la energía asociada con el rayo.
Puesta a Tierra para Pararrayos Activo PDC
La eficacia de la puesta a tierra para un sistema de pararrayos activo PDC es de vital importancia. El diseño y la disposición de los electrodos de tierra dependerán de la resistividad del terreno en el que se instala el sistema. La puesta a tierra en este tipo de sistemas se clasifica en dos tipos principales: A y B.
- Tipo A:
- A1: Configuración de Pata de Ganso.
- A2: Unión de múltiples piquetas verticales en línea o triángulo, separadas una distancia igual o mayor a su longitud.
- Tipo B: Anillo conductor exterior a la estructura, en contacto con el terreno al menos en el 80% de su longitud, instalado a 0,5 metros de profundidad y a 1 metro de separación de la estructura. Se recomienda para terrenos de roca y estructuras con sistemas electrónicos o alto riesgo de incendios.
Puesta a Tierra para Sistema de Puntas Franklin o Jaula de Faraday
Para los sistemas de pararrayos pasivos, la puesta a tierra también es fundamental para garantizar una protección efectiva. La disposición de los electrodos de tierra varía según el tipo de sistema.
- Tipo A: Electrodos horizontales o verticales instalados en el exterior y conectados a cada conductor de bajada. El número de electrodos no debe ser inferior a 2 y deben distribuirse de manera uniforme.
- Tipo B: Anillo conductor exterior a la estructura, en contacto con el terreno al menos en el 80% de su longitud, instalado a 0,5 metros de profundidad y a 1 metro de separación de la estructura. Recomendado para terrenos de roca y estructuras con sistemas electrónicos o alto riesgo de incendios.
La elección adecuada del tipo de puesta a tierra, considerando la resistividad del terreno y otros factores, es esencial para garantizar la eficacia del sistema de protección contra rayos.
Conclusiones: Protegiendo Vidas y Bienes contra la Furia del Cielo
El descubrimiento del pararrayos por Benjamín Franklin marcó un hito en la protección contra las tormentas eléctricas y mitigó el temor de la humanidad hacia ellas. A lo largo de los años, la comprensión de la naturaleza de los rayos y la evolución de la tecnología han llevado al desarrollo de sistemas de protección cada vez más efectivos.
Tanto los pararrayos pasivos como los activos desempeñan un papel crucial en la protección de vidas y bienes contra la furia del cielo. La elección entre un sistema u otro dependerá de varios factores, incluyendo el tamaño de la zona a proteger, el costo, el impacto visual y la sostenibilidad.
Además, la implementación adecuada de un sistema de puesta a tierra es esencial para garantizar la eficacia de cualquier sistema de protección contra rayos. La puesta a tierra adecuada disipa la energía generada por un rayo de manera segura hacia el suelo, protegiendo así las estructuras y a las personas que se encuentran dentro de ellas.
En conclusión, la protección contra los rayos es fundamental en un mundo donde las tormentas eléctricas son un fenómeno común. La evolución constante de la tecnología y la comprensión profunda de la naturaleza de los rayos nos permiten seguir avanzando en la mejora de estos sistemas de protección, salvaguardando así vidas y bienes de la furia del cielo. En este contexto, Alher Sem se destaca como un referente en soluciones de seguridad en la industria, con más de 16 años de experiencia en proporcionar sistemas y servicios especializados para proteger a las personas y los activos de los riesgos asociados con las tormentas eléctricas. Su compromiso constante con la innovación y la excelencia en seguridad ha contribuido significativamente a la protección de infraestructuras críticas y al bienestar de la sociedad en general.
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