Pararrayos

Pararrayos

Un pararrayos és un instrument l'objectiu del qual és atraure un raig ionizado de l'aire per a conduir la descàrrega cap a la Terra, de tal modo que no cause danys a persones o construccions. Va ser inventat en 1750 per Benjamin Franklin. El primer model es coneix com «pararrayos Franklin», en homenage al seu inventor.

Un raig colpejant el pararrayos de la CN Tower en Toronto, Canadà.

Història

En 1752 Benjamin Franklin va iniciar els seus experiments sobre l'electricitat; va defendre l'hipòtesis de que les tormentas són un fenomen elèctric i va propondre un método efectiu per a demostrar-ho. En 1753 va inventar el pararrayos en Amèrica i potser, independentment, també va ser inventat pel chec Prokop Diviš en 1754.

L'artícul més antic de Franklin sobre l'electricitat.

En 1752 Franklin va publicar en Londres, en el seu famós almanac (Poor Richard’s Almanack), un artícul a on va propondre l'idea d'utilisar varetes d'acer en punta, sobre les teulades, per a protegir-se de la caiguda dels rajos. La seua teoria es va ensajar en Anglaterra i França abans inclús de que ell mateixa eixecutara el seu famós experiment en una cometa en 1752. Va inventar el pararrayos i va presentar la cridada teoria del decorregut únic per a explicar els dos tipos d'electricitat atmosfèrica, la positiva i negativa...

A partir de llavors varen nàixer els pararrayos que, contràriament a lo que indica el seu nom, es varen dissenyar per a atraure la descàrrega i després conduir-la a terra, lloc a on no ocasiona danys. La confiança de protecció era tan gran en la societat que, inconscientment, no contemplaven els seus riscs, i inclús varen aplegar a dissenyar-se estètics paraigües en pararrayos incorporat.

En 1753, el rus Georg Wilhelm Richmann va seguir les investigacions de Franklin per a verificar l'efecte de protecció, pero en la seua investigació un impacte de raig ho va fulminar quan este va ser excitat i atret pel pararrayos, i va rebre una descàrrega elèctrica mortal quan manipulava part de l'instalació del pararrayos.

En 1919 Nikola Tesla va definir correctament el principi de funcionament del pararrayos, i va rebatre les teories i la tècnica de Rebuig Franklin i el seu palés. Des de llavors, l'indústria del pararrayos ha evolucionat i es fabriquen models de distint disseny, com pararrayos de punta simple, pararrayos en multipuntas o pararrayos en punta electrònica, pero tots en el mateix principi físic de funcionament: ionizar l'aire a partir d'un camp elèctric natural generat en el sol per la tormenta, en el principi d'excitar i captar els rajos que pogueren caure en la zona que es desija protegir. Una instalació de pararrayos està composta, bàsicament, de tres elements: un electrodo captador (pararrayos), una pren de terra elèctrica i un cable elèctric per a conduir la corrent del raig, des del pararrayos a la pren de terra.

Estructura i funcionament

Esquema de l'estructura i el funcionament d'un pararrayos.

Les instalacions de pararrayos consistixen en un màstil metàlic (acer inoxidable, alumini, coure o acer) en un cabezal captador. El cabezal té moltes formes en funció del seu primer funcionament: pot ser en punta, multipuntas, semiesfèric o esfèric i deu descollar per damunt de les parts més altes de l'edifici per a evitar que una gran cantitat de càrrega elèctrica provoque danys, com a incendis o inclús la mort de persones o animals. El cabezal està unit a una pren de terra elèctrica per mig d'un o varis cables de coure, acer o alumini. La pren de terra es construïx per mig de piques de metal que fan les funcions d'electrodos en el terreny o per mig de plaques de metal conductores també enterrades. En principi, es va supondre que un pararrayos protegix una zona teòrica de forma cònica en el vèrtiç en el cabezal a on el radi de la zona de protecció depén de l'àngul d'obertura de con, i este a la seua volta depén de cada tipo de protecció. No obstant, en el pas de temps es va vore que la forma de calcular l'àrea protegida és més complexa (referències a la UNE21186, CTE, UNE-EN62305). Les instalacions de pararrayos es regulen en cada país per guies de recomanació o normes.

L'objectiu principal d'estos sistemes és reduir els danys que pot provocar la caiguda d'un raig sobre atres elements. Molts instruments són vulnerables a les descàrregues elèctriques, sobretot en el sector de les telecomunicacions, electromecàniques, automatisació de processos i servicis, quan hi ha una tormenta en activitat elèctrica de rajos. Casi tots els equips electrònics inclouen components sensibles als destorbament electromagnètics i variacions brusques de la corrent. La font més important de radiació electromagnètica és la descàrrega del raig en un element metàlic o, en el seu cas, en un pararrayos.

Per a que un sistema de protecció contra el raig siga segur, tots els seus elements deuen complir en les seues respectives normatives, tant en les seues característiques com en la seua instalació.

Atres tipos de pararrayos

Pararrayos Compensador Múltiple de Camp Elèctric (C.M.C.E.)

És un sistema protecció contra descàrregues atmosfèriques d'alta tecnologia, conta un captador passiu dissenyat per a equilibrar i compensar en tot moment el camp elèctric variable existent en l'entorn, que generen els fenomens atmosfèrics, anulant d'esta manera la formació alvançada del trazador ascendent evitant l'impacte del raig contra l'estructura, generant un envolvente de protecció en la seua àrea de cobertura, drenando les càrregues elèctriques a un sistema de terra, en una corrent que es troba a escala dels miliamperes (inofensives). Este model conta en certificacions a estudis de laboratoris, i a normatives estàndars a nivell mundial.

"Basada en els principis de funcionament d'un pararrayos creat per científic Nikola Tesla en el seu palés 1.266.175, presentat per la mateixa en l'any 1918, un pararrayos de major seguritat i funcionalitat molt distinta de lo convencional, ya que per lo general la mateixa genera inseguritat a causa la potent energia durant la descàrrega al sistema terra i sobretot pèrdues costoses; segons les paraules de Dr. Nikola Tesla". El c.m.c.i. és una evolució desenrollada del pararrayos primitiu creat pel físic, que desioniza i equilibra en tot moment les càrregues atmosfèriques a través dels seus compensadors.

Pararrayos desionizador de càrrega electrostàtica

Alguns autors asseguren que gràcies al seu disseny el pararrayos desionizador de càrrega electrostàtica anula el camp elèctric en les estructures, inhibint per tant la formació del raig en la zona que es protegix en alvançar-se al procés de formació del raig, per a debilitar el camp elèctric present, en dèbils corrents que es fuguen a la pren de terra i eviten possibles impactes de rajos en les estructures. Atres autors afirmen que la seua presència no constituïx una protecció distinta a l'otorgada per un pararrayos convencional. Al respecte s'ha afirmat que:

«No hi ha evidència teòrica ni experimental que sustente la possibilitat d'impedir la formació del raig ni d'estendre la zona de protecció més allà d'un captor convencional».

Investigacions de l'electrostàtica de l'atmòsfera, han demostrat que objectes terminats en punta immersos en un camp electrostàtic de suficient magnitut, generaran flámulas (streamers). Mentres més puntagut siga l'objecte, més ràpidament es crearà la flámula sent més competitiu el que té puntes en totes direccions. Atenent a este fenomen és freqüent trobar elements de protecció cada volta en major cantitat d'elements puntaguts, orientats en diverses direccions. Els elements constituïts per barres rebran les descàrregues elèctriques en ells mentres que, aquells que estan constituïts per centenars d'agulles agudes en un cos que remeda un raspall o brocha, canalisen les corrents electrostàtica. Són denominats Disipadores Estàtics i estan sent cada volta més utilisats en la protecció d'estructures metàliques.

De la mateixa manera que ocorre en els pararrayos CMCE, no existix en l'actualitat cap normativa que regule la fabricació, ensaig i instalació d'este tipo de dispositius.

Pararrayos en estructures metàliques i grues

Els pararrayos són productes confiables de protecció contra rajos per a la majoria de les instalacions, llevat les estructures metàliques. L'estructura metàlica ya està molt exposta als rajos i un pararrayos adicional en la part superior de la mateixa està aumentant el risc de ser colpejat per un raig. Per als edificis ordinaris, de formigó, el pararrayos atrau el raig i transferix la corrent al cable conductor i deixa que la corrent fluïxca a través del conductor i alcanç la terra.

Quan el sistema de pararrayos s'aplica sobre l'estructura metàlica, esta és, ya per sí, lo suficientment conductora, en gran secció metàlica, com per a que la corrent la preferixca a ella com a via, per lo que bota sobre ella i el flameo o arqueig (flashover) al seu entorn pot danyar l'equipament adossat a l'estructura i persones prop d'ella, fenomen que es verifica en la pràctica (o es requerix colocar conductors a terra conductors de gran secció de metal millor conductor que la torre, preferentment barres rectes de coure convenientment colocades). Per això, els pararrayos no convenen en estructures metàliques com a torres de telecomunicacions, torres de radi-tv, grues torre, turbines eòliques, etc. En estes, les companyies expertes en protecció coloquen Disipadores Estàtics. Tal com es discutix en l'epígraf anterior, la demostració científica sobre la seua efectivitat real, és difícil de constatar i no es té un model matemàtic del fenomen. Els propietaris de les torres han preferit apostar per otorgar una protecció en estos elements relativament barats, fàcils de fixar a les estructures, no requerixen cablejat de pren de terra. A lo llarc de l'us per anys, comparant estadístiques es podrà conéixer si, en l'orde pràctic, esta solució és eficaç o no.

Pararrayos en llínees de transmissió d'alt voltage

Les llínees de transmissió d'alt voltage disponen de fils destinats expressament per a la protecció contra el raig. Encara que són efectius, en la pràctica, encara s'observen danys en les llínees donada l'impredictible naturalea d'estos fenomens naturals. Sembla coherent l'explicació de que el cable, per ser redó, no contribuïx lo suficient per a atraure la descàrrega ni per a canalisar les corrents electrostàtiques que van per davant del núvol carregat. El raig descarrega en els punts alts i aguts de les torres i en recodos o canvis de curvatura del propi cable. En estos punts s'està prestant particular atenció per a incrementar la protecció de les llínees i es practiquen recursos com els Disipadores Estàtics.

Pararrayos Compensador de Camp Elèctric Variable (PDCE o DDCE)

Erro al crear miniatura:

Funcionament PDCE/DDCE

És un sistema captador passiu dissenyat per a equilibrar i desionizar en tot moment les càrregues elèctriques que generen els fenomens atmosfèrics, complix esta funció a través de compensadors, generant un envolvente de protecció en la seua àrea de cobertura. El seu principi de funcionament està basat en compensar, equilibrar el camp elèctric variable existent en l'entorn, d'esta manera anula la formació del trazador ascendent alvançant-se a la formació del raig evitant l'impacte contra l'estructura, drenando les càrregues elèctriques a un sistema de terra, en una corrent que es troba a escala dels miliamperes. Este model conta en certificacions a estudis de laboratoris, i a normatives estàndars a nivell mundial.

Pararrayos en dispositiu d'acebat

Un pararrayos en dispositiu d'acebat és un pararrayos que incorpora un dispositiu d'acebat (PDC), electrònic o no, que garantisa una major altura del punt d'impacte del raig, aumentant aixina l'àrea de cobertura i facilitant la protecció de grans àrees, simplificant i reduint costs d'instalació.

El seu funcionament es basa en el següent procés:

Quan es donen les condicions atmosfèriques per a la formació de núvols en càrrega elèctrica (cumulonimbus), el gradient atmosfèric aumenta d'una forma ràpida, creant un camp elèctric de mils de volts/metro entre núvol i terra. Durant este procés, el sistema PDC capta i almagasena l'energia de l'atmòsfera en el seu interior. El cabezal emet un trazador ascendent en forma d'impuls d'alta freqüència a partir de l'energia almagasenada quan el control de càrrega detecta que està pròxima la caiguda d'un raig (valor de tensió propenc al de ruptura del gradient de l'atmòsfera). Per mig del trazador ascendent, es facilita un camí ionizado de baixa impedència per a la descàrrega cap a terra de l'energia almagasenada en el núvol, a través del conductor baixant de l'instalació, neutralisant el potencial de terra.

Un atre tipo és el Pararrayos PDCE que va ser dissenyat per a reduir el temps d'una descàrrega atmosfèrica, lo que li permet conseguir una major capacitat en la captura del raig. Conserva totes les seues propietats tècniques inicials despuix de cada descàrrega i no precisa de font d'alimentació externa.

La norma UNE 21186 regula la protecció contra el raig per mig de pararrayos en dispositiu d'acebat .

El nivell de protecció està relacionat en l'eficiència requerida per a que un sistema de protecció contra el raig intercepte les descàrregues sense risc per a les persones, per a l'estructura i per a les instalacions. Indica l'eficàcia del sistema de protecció dins del volum a protegir.

Archiu:Nevjansk tower ground upwards view.jpg

La Torre inclinada de Nevyansk coronada per una barra metàlica i posada a terra en un complex sistema de barres de reforç.

Archiu:Prokop Divis rodny domek edit.jpg

«Machina meteorològica», inventada per Václav Prokop Diviš, que funcionava com un pararrayos.

Normativa de pararrayos

Còdic Tècnic de l'Edificació

El Còdic Tècnic de l'Edificació (CTE) és un marc normatiu d'obligat compliment en Espanya en el que es regulen les exigències bàsiques de calitat que deuen complir els edificis, incloses les seues instalacions, per a satisfer els requisits bàsics de seguritat i habitabilitat, en desenroll de lo previst en la disposició adicional segona de la Llei 38/1999, de 5 de novembre, d'Ordenació de l'Edificació (LOE). És d'aplicació en obres d'edificació de nova construcció, obres d'ampliació, modificació, reforma o rehabilitació, canvi d'activitat o us de l'edifici existent.

En la secció d'utilisació n.º 8 (SU 8) «Seguritat front al risc causat per l'acció del raig», indica l'obligatorietat d'instalar dispositius per a la protecció externa contra el raig, en funció de l'índex de risc de l'instalació a protegir. Ademés, en el seu punt B.2 indica que «sempre que s'instale un pararrayos és obligatori dispondre d'un sistema de protecció intern comprés per dispositius que reduïxen els efectes elèctrics i magnètics de la corrent de descàrrega atmosfèrica dins de l'espai a protegir».

En el Còdic Tècnic de l'Edificació (CTE) s'especifica que "els dispositius captadores podran ser puntes Franklin, malles conductores i pararrayos en dispositiu d'acebat".

UNE 21186

La norma espanyola teua-norma/busca-la teua-norma/norma/?c=N0048559 UNE 21186 «Protecció d'estructures, edificacions i zones obertes per mig de pararrayos en dispositius d'acebat» tracta la protecció per mig de pararrayos en dispositiu d'acebat, contra els impactes directes del raig en estructures corrents i zones obertes (àrees d'almagasenament, àrees d'oci, etc.). Aixina mateix, contempla la protecció contra els efectes del pas de la corrent del raig pel sistema de protecció. També descriu els ensajos que deuen passar estos pararrayos per a provar les seues característiques (el seu temps d'alvanç, que determina la seua ràdio de protecció) i per a assegurar que soporten condicions ambientals adverses i corrents repetides de raig. Tot això, en l'objectiu de protegir en la major eficàcia possible a persones i bens materials.

UNE-EN IEC 62305 "Protecció contra el raig"

És una norma que consta de quatre parts, i regula la protecció contra el raig per mig de puntes Franklin i malles.

La norma teua-norma/busca-la teua-norma/norma/?c=N0048496 UNE-EN IEC 62305-1 especifica que "No existixen dispositius o métodos capaços de modificar els fenomens atmosfèrics naturals fins al punt d'impedir les descàrregues dels rajos."

Necessitat dels pararrayos

Archiu:Lightning struck tree 1.jpg

Restants d'un eucalipto alcançat per un raig.

El raig és un fenomen meteorològic que genera severs efectes tèrmics, elèctrics i mecànics, en funció de la seua energia durant la descàrrega. Es coneixen rajos en trayectòria ascendent i descendent, que varien de valor en funció de l'activitat tormentosa i la seua situació geogràfica. Els valors de corrent que poden aparéixer en un sol raig oscilen entre 5000 i 350.000 amperis, en una mija de 50.000 amperis. Les temporades de tormentes són cada volta més àmplies durant l'any i apareixen inclús en hivern; la seua distribució geogràfica és molt variable, i pot haver variacions importants en els mapes ceráunicos de l'activitat de tormentes i la densitat de rajos. Les normatives de protecció contra el raig (en Espanya, UNE-EN62305 i UNE21186) disponen de guies per al càlcul de risc d'una estructura i la necessitat d'instalar un sistema de protecció contra el raig.

L'elevada intensitat d'un raig pot provocar desocupació cardíaca o respiratòria per electrocució d'un ser viu, pel pas de la corrent de descàrrega. L'impacte directe d'un raig provoca danys en les estructures (edificis, antenes telecomunicacions, indústries, etc.). L'impacte d'un raig dissipa calor pel efecte Joule i, per tant, pot aplegar a provocar incendis.

El canvi climàtic és un dels majors causants de l'aument de l'activitat de tormentas i de l'aument de la densitat de rajos, i per defecte de l'aparició de tants accidents en instalacions protegides en pararrayos en punta.

L'aument de l'activitat solar incrementa l'activitat elèctrica de l'atmòsfera, i genera inesperades tormentes electromagnètiques i termodinàmiques que no apareixen en els models climàtics ni en les previsions. Esta activitat elèctrica és, entre atres fenomens meteorològics coneguts, un atre detonant de l'aument de l'activitat de rajos núvol-terra o terra-núvol.

Segons l'Organisació Mundial de la Salut (OMS), varis organismes nacionals i internacionals han formulat directrius que establixen llímits per a l'exposició a camps electromagnètics (CEM) en el treball i en els llocs de residència. En este sentit, estes directrius afecten directament a les instalacions de pararrayos, ya que posen en perill la continuïtat de l'indústria i la salut de les persones en el treball.

Vore també

• Alta tensió elèctrica
• Camp elèctric
• Electricitat
• Història de l'electricitat
• Sobretensiones

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Pararrayos.

Archiu:Wiktionary-logo-v2.svg Pararrayos en el Viccionari.