Informe pararrayos

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Rayo
El rayo es una poderosa descarga electrostática natural, producida durante una tormenta eléctrica. La descarga eléctrica precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago), causada por el paso de corriente eléctrica que ioniza las moléculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda de choque. La electricidad (corriente eléctrica) que pasa a través de la atmósfera calienta y expande rápidamente el aire, produciendo el ruido característico del rayo; es decir, el trueno.
Generalmente, los rayos son producidos por partículas negativas por la tierra y positivas a partir de nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos. Cuando un cumulonimbo alcanza la tropopausa, las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas, causando un relámpago y/o rayo. Esto produce un efecto de ida y vuelta; se refiere a que al subir las partículas instantáneamente regresan causando la visión de que los rayos bajan.
La disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo relacionado con los rayos se denomina ceraunología.
Secuencia del relámpago, dura 0,32 s
	
Formación del rayo 
Relámpago del Catatumbo, Venezuela. La fábrica de ozono de la Madre Naturaleza. Este fenómeno es capaz de producir 1.176.000 relámpagos por año, produciendo el 10% de la capa de ozono del planeta.
El primer proceso en la generación del rayo es la separación de cargas positivas y negativas dentro de una corriente aérea ascendente, fuerte en estas nubes, acumulando así una carga de electricidad estática muy poderosa. Los cristales positivamente cargados tienden a ascender, lo que hace que la capa superior de la nube acumule una carga electrostática positiva. Los cristales negativamente cargados y los granizos caen a las capas del centro y del fondo de la nube, que acumula una carga electrostática negativa.
El rayo también puede producirse dentro de las nubes de cenizas de erupciones volcánicas, o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga estática.[1] [2]
Cómo se inicia la descarga eléctrica sigue siendo un tema de debate.[3] 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.[4] 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.[4]
Prevención de impacto de un rayo 
Existen situaciones en las que el peligro de recibir el impacto de un rayo se genera en pocos minutos.
Los lugares más seguros durante una tormenta eléctrica son los vehículos, ya que conducen la electricidad al suelo por su parte exterior, no dañando a sus ocupantes.
Dentro de un edificio deben tomarse las siguientes precauciones:
Cerrar/alejarse de puertas y ventanas.
Alejarse de instalaciones eléctricas.
Desconectar electrodomésticos (en la medida de lo posible).
No usar teléfonos fijos, sólo inalámbricos o móviles.
Cerrar las puertas al salir.
Dentro de un vehículo deben tomarse las siguientes precauciones:
Cerrar todas las puertas y ventanas.
No tocar partes metálicas del vehículo.
Por ningún motivo abandonar el vehículo.
En caso de que el individuo sea sorprendido por la tormenta eléctrica mientras se encuentra al aire libre, se recomienda lo siguiente:
En caso de haber un edificio o vehículo muy cerca, intentar llegar a él.
Alejarse de objetos altos (árboles, postes o cualquier objeto que sobresalga).
Buscar una zona que se encuentre un poco más baja que el terreno circundante.
No acostarse, ya que la tierra húmeda conduce muy bien la electricidad.
Intentar agacharse lo más posible, pero tocando el suelo sólo con las plantas de los pies.
No resguardarse en cuevas o accidentes geográficos similares, ya que se acumula el aire ionizado que aumenta la probabilidad de descarga.
Está erróneamente extendido que, dada la velocidad del sonido en el aire -340 m/s-, para determinar la distancia a la que caen los rayos, sólo es necesario contar los segundos entre relámpago y trueno. Sin embargo esto, en términos generales, está lejos de la realidad. El trueno se desplaza por medio de ondas explosivas y no mediante ondas acústicas ordinarias, siendo las primeras de propagación mucho más rápida que las acústicas, y de valor no constante. La velocidad de propagación de las ondas explosivas ronda los 12-14 Km/s, unas cuarenta veces mayor que la del sonido. El rayo genera ondas explosivas que se propagan a través del aire, y se identifican como un chasquido inicial. Cuando el efecto sonoro es fuerte y brusco, el rayo se ha producido muy cerca del espectador, y las ondas percibidas son de tipo explosivo, que aún no se han destruido. Cuando la descarga eléctrica está muy anticipada respecto de la percepción del sonido, se oyen descargas sordas que oscilan en intensidad, y que llegan al espectador con retraso respecto del rayo. Esto indica una distancia mayor respecto del punto de descarga. Sin embargo, no es posible determinar la distancia bajo estas circunstancias, ya que la onda explosiva que transporta el sonido viaja con velocidad variable: a velocidad supersónica inicialmente, y cuando la onda explosiva se destruye a la velocidad del sonido.
Otro elemento para saber que el rayo puede "dispararse" en fracciones de segundo es el campo electrostático que eriza los pelos, preanuncio del "pulso electromagnético".
Impactos de rayo 
Sabina hendida por un rayo
Como es sabido, el rayo tiende a caer en lugares altos que lo conduzcan hasta la tierra, lugar a donde debe ir a parar. Por norma general un objeto cubre el doble de distancia a la redonda que su altura; es decir, si un cuerpo mide 10 m, todos los rayos que caigan en un radio de 20 m caerán generalmente sobre él.
En caso de sufrir la caída de un rayo, la probabilidad de muerte no es tan grande como puede parecer, ya que el 94% de los afectados sobreviven. No obstante, hay que tener presente que, si bien el impacto no resulta mortal, las secuelas pueden ser permanentes. Algunas de las consecuencias son las siguientes:
Pérdida de la consciencia, amnesia temporal o pérdida total de la memoria.
Funcionamiento irregular de órganos temporal o permanente.
Muerte de miembros u órganos.
Pérdida de la capacidad de sentir el frío, consecuencia que, aunque simple, resulta muy incómoda: es muy frecuente en personas con este problema contraer catarros, gripes, pulmonías e hipotermias, que pueden llevarlos a la muerte.
Aún teniendo la fortuna de no sufrir estas secuelas, son muchos los casos que precisan tratamiento psicológico para que el afectado elabore su accidente y el consecuente miedo que probablemente sienta por las tormentas, lluvias o incluso las simples nubes
Pararrayos
Un pararrayos.
Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a construcciones o personas. Este artilugio fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. Este primer pararrayos se conoce como "pararrayos Franklin", en homenaje a su inventor.
Historia de la protección contra los rayos 
Iglesia con pararrayos.
En 1747 Franklin inició sus experimentos sobre la electricidad. Adelantó una posible teoría de la botella de Leyden, defendió la hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico y propuso un método efectivo para demostrarlo. Su teoría se publicó en Londres y se ensayó en Inglaterra y Francia antes incluso de que él mismo ejecutara su famoso experimento con una cometa en 1752. Inventó el pararrayos y presentó la llamada teoría del fluido único para explicar los dos tipos de electricidad atmosférica, la positiva y negativa.
Estructura y funcionamiento 
Los pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero), con un cabezal captador. El cabezal puede tener muchas formas en funciónde su principio de funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio al que protegen. El cabezal está unido a tierra, mediante un cable de cobre conductor. La toma de tierra se hace mediante picas hincadas en el terreno, mediante placas conductoras también enterradas, o bien con un tubo sumergido en el agua de un pozo. En principio, un pararrayos protege una zona teórica de forma cónica con el vértice en el cabezal; el radio de la zona de protección depende del ángulo de apertura de cono y a su vez éste depende de cada tipo de protección.
El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos, como edificios, árboles o personas incluyendo el propio edificio que se protege.
Para entender cómo funciona un pararrayos, se resume cómo se presenta el campo eléctrico de alta tensión, llamado también sombra eléctrica.
Tipos de pararrayo
	Pararrayo convencional.
En 1753 Benjamín Franklin efectuó  experimentos sobre la propiedad que tienen las puntas agudas  puestas en contacto con la tierra. Para ello ató en un cometa una llave metálica y la hizo volar  durante una tormenta  eléctrica.  Resultó que la llave se cargó con electricidad. Este hecho se explica por cuanto las nubes tienen cargas eléctricas y los rayos son descargas eléctricas, así lo entendió y lo expuso Benjamín Franklin. 
Como consecuencia de este experimento nació el  pararrayo. Con el correr de los años a  este tipo de pararrayos, inventado por Benjamín Franklin,  se conoció y se conoce como  pararrayo convencional  franklin.
El   radio de protección  del pararrayo convencional Franklin es muy limitado, siendo casi igual a su altura. Es decir un  pararrayo franklin  instalado a  una  altura de 30 metros tendrá un radio de protección igual a 30 metros.
Pararrayo radiactivo.
Dada  la limitación del radio de protección del  pararrayo convencional franklin llevó a los estudiosos a pensar en formas de  incrementar  el radio de protección del pararrayo convencional franklin.
Es así que en 1914 el físico Húngaro Leo Zillard teoriza que al adicionarse sales radiactivas a  los pararrayos franklin  este incrementaba su radio de protección  hasta 100  metros. 
En 1923 el físico Gustavo Capart, colega de los hermanos Curie, patenta el primer pararrayo radiactivo provisto de radio 226  publicitando un radio de protección de 100  metros. En 1931 se inicia su instalación a nivel mundial. En 1962  el  científico  Muller Hillebrand. y  H. Baatz, realizaron  estudios con respecto a los pararrayos radiactivos y sus  resultados fueron expuestos en la Primera Conferencia Internacional del Rayo, llevado a cabo en Yugoslavia, pronunciándose contra los pararrayos radiactivos, por  inoperantes al no acreditar un radio de protección de 100 metros y por contener riesgo radiológico.  Resultaron ser cancerígenos.
Por esta razón a partir de 1985 se inició el desmontaje de los pararrayos radiactivos a nivel países desarrollados y el material radiactivo (americio 241) fue devuelto a Inglaterra, país que la producía. 
Inglaterra al verse inundado de su propio material radiactivo, americio 241, voltea los ojos a países tercer mundistas  para recalar  su basura radiactiva, americio 241,  y es así como llega al Perú, a través de los propios pararrayos radiactivos y bajo la falsa bondad que protegía  hasta un radio de 100 metros, con la diferencia que el pararrayo radiactivo tenía marca nacional, había sido autorizada por el Instituto Peruano de Energía Nuclear y contaba con patente de invención otorgada por el INDECOPI …. 
Solo el 2001 el Ministerio de Energía y Minas prohibió la fabricación de pararrayos radiactivos y  hasta el día de hoy el IPEN no enmienda  su error al no prohibir la instalación de este tipo de pararrayos y  obligar el retiro de todos los pararrayos radiactivos  instalados a nivel nacional, por significar grave riesgo para la salud, la ecología,  el medio ambiente y la vida misma.
PARARRAYOS CON DISPOSITIVO DE CEBADO (PDC).
Luego del fiasco de los pararrayos radiactivos la comunidad científica se aboco al  estudio de nuevas formas de protección contra el rayo, dando nacimiento,  a finales de los ochenta,  pararrayos provistos con dispositivos que emitían un  “trazador ascendente”, llamándolos  pararrayos con dispositivo de cebado o pararrayos PDC. 
Rayo, para interceptarlo y derivarlo a tierra. Básicamente es el principio de funcionamiento de los pararrayos con dispositivo de cebado o pararrayos del tipo PDC. Su fabricación, instalación y mantenimiento están  normados por la UNE 21 186 y la NFC 17 102, entre otras normas internacionales.
Los pararrayos PDC se sub-divide a su vez en:
Pararrayos piezoeléctricos
Pararrayos electrónicos
Pararrayos PDC puros o mecánicos.
Pararrayos piezoeléctricos
Utilizan fuentes exteriores (paneles solares, baterías o cristales de cuarzo) para generar el campo eléctrico artificial.
El inconveniente del pararrayo piezoeléctrico radica en que al colapsar la fuente exterior de energía eléctrica el pararrayo piezoeléctrico deja de activarse y por consiguiente deja de funcionar.
Pararrayos electrónicos.
Su dispositivo de cebado  está compuesto por elementos electrónicos y la alimentación eléctrica es  generada por las propias cargas eléctricas de las nubes.
El inconveniente de los pararrayos electrónicos radica en  que a la caída de un rayo existe la posibilidad que su dispositivo electrónico sufra averías que finalmente inutilice el pararrayo electrónico.
Pararrayos PDC puros o mecánicos.
Su dispositivo de cebado es forjado a través de las propias formas geométricas de su construcción de acero y la alimentación eléctrica proviene de las propias cargas eléctricas que generan las nubes.
Los pararrayos del tipo PDC para ser considerados como tales deben contar mínimamente con un certificado de evaluación otorgado por laboratorio de alta tensión acreditada y los resultados deben acreditar su radio de protección.
	
	
	
	
	
	               
Pararrayo PDC electrónicos
Pararrayos con dispositivo de cebado electrónico, normalizado según UNE 21.186.
Útil para protección externa contra rayos para todo tipo de edificaciones.
Normas de aplicación:
UNE 21.185
UNE 21.186 
CEI 1024-1
NFC 17.102
UNE 50.164-1
- Eje central y cuerpo exterior fabricados en acero inoxidable. AISI 316.
- Casquillos interiores de latón. 
Pararrayo Stream.
Es un Pararrayos con dispositivo de cebado de última generación. Su tecnología ha sido diseñada para generar un trazador ascendente (partículas ionizadas) que atraiga y capture con mayor facilidad los rayos. Esta reducción en el tiempo de captura aumenta el radio de protección.
INGESCO© PDC Stream es el resultado de nuestros programas de I+D. Esto nos ha permitido desarrollar un eficaz dispositivo de cebado con una actuación inteligente, que sólo se activa ante un riesgo real de impacto directo de un rayo, disminuyendo así el riesgo de descargas innecesarias.
Normas de aplicación:
UNE 21.185
UNE 21.186
CEI 1024-1
NFC 17.102
UNE 50.164-1
	
	Los Sistemas de puesta a tierra,
Los Sistemas de puesta a tierra están concebidos para drenar a tierra las corrientes de falla o la energía proveniente del rayo, protegiendo de esta manera la vida de las personas,  equipos eléctricos y electrónicos.
En el sistema de puesta a tierra se conectan todas las partes metálicas de los equipos de una instalación que normalmente no están energizados, pero  en caso de descargas eléctricas o sobretensiones pueden derivar estas al cuerpo humano o dañar los equipos electrónicos. 
Las descargas eléctricas y las sobretensiones se generan como consecuencia de caídas de rayos o fallas en los sistemas de alimentación eléctrica.
Una sobretensión siempre se descargará por un camino más fácil,  es decir por donde  ofrezcan menor resistencia 
Por ejemplo si existiese una falla eléctrica y toquemos un artefacto eléctricoy no se cuente con un buen sistema de puesta a tierra, la corriente circulará por nuestro cuerpo  con las  graves consecuencias  para nuestra salud.
Las consecuencias pueden variar desde un pequeño hormigueo hasta quemaduras graves y paro cardíaco inmediato, tal como se grafica a continuación:
CONSECUENCIAS...
	Intensidad de la corriente
(en miliamperios)
	Posible efecto en el cuerpo humano 
	1 mA
	Nivel de percepción. Una leve sensación de hormigueo. Aún así, puede ser peligroso bajo ciertas condiciones.
	5 mA
	Leve sensación de choque; no doloroso, aunque incómodo. La persona promedio puede soltar la fuente de la corriente eléctrica. Sin embargo, las reacciones involuntarias fuertes a los choques en esta escala pueden resultar en lesiones. 
	6-30 mA
	Choque doloroso donde se pierde el control muscular. Esto se conoce como "la corriente paralizante" o "la escala bajo la cual hay que soltar la fuente".
	50-150 mA
	Dolor agudo, paro respiratorio, contracciones musculares severas. La persona no puede soltar la fuente de electricidad. Puede sobrevenir la muerte. 
	1000-4300 mA
	Fibrilación ventricular (el ritmo cardíaco cesa.) Ocurren contracciones musculares y daño a los nervios. La muerte es muy probable. 
	10,000 mA
	Paro cardíaco, quemaduras severas y con toda probabilidad puede causar la muerte. 
TIPOS DE PUESTAS  A TIERRA.
En el Perú se ha generalizado el uso de sistemas de puestas a tierra compuesto por electrodos de cobre, elementos conductivos, etc.
Puestas a tierra convencionales (Utilizan sal y carbón; sales electrolíticas; cemento conductivo y/o  bentonita)
Electrodos de cobre electrolítico.
Electrodos cooperwel.
Flejes.
Picas y placas.
Cada uno de estos elementos tiene su particularidad. Por ejemplo para terrenos rocosos se utiliza arreglos de puestas a tierra con  placas con muy buenos resultados.
Electrodos químicamente activados
Utiliza elementos denominados “electroquímicos”  que cumplen con la función de disminuir la resistividad del terreno, absorber y retener la humedad existente.
	
	
	
	
	
	
	
	
	Protección Interna,
Los  pararrayos, sean pararrayos convencionales franklin o pararrayos PDC,  nos protegen contra caídas de rayos directos. Los rayos  por lo general causan  graves daños a las personas e instalaciones. Pero no solamente el problema que generan los rayos son por caídas directas,  también se da por las graves consecuencias al caer en  zonas cercanas o sobre conductores eléctricos.
La descarga del  rayo sobre cualquier cable conductor, tanto en líneas eléctricas (redes de alta, media y  baja tensión) , líneas de datos (telefónicas, internet e informáticas), líneas de alta frecuencia (antenas, cables coaxiales de radio frecuencia y transmisión), cables de alarmas o conductores  de conexión de sistemas de puestas a  tierra (pozos a tierra convencionales, ecológicos o libre mantenimiento);  provocan  lo que denominamos sobre voltajes o  transitorios , los mismos que se caracterizan por su corta duración,  crecimiento rápido y valores de cresta muy elevados (varios cientos de kV),  dañando todos los equipos electrónicos, digitales, de comunicaciones o computo que  encuentre a su paso.
Las descargas eléctricas transitorias se caracterizan por ser picos de tensión muy elevados de muy  corta duración y con un crecimiento muy rápido,  que  dañan ostensiblemente los equipos que encuentran a su paso, tal el caso de las centrales telefónicas, fax, tarjetas de equipos electrónicos, equipos de data y computo,  etc. por lo que los equipos de protección habituales y que es muy utilizado en nuestro medio, tal el caso de los  estabilizadores de voltaje y supresor de picos, o equipos de protección magneto térmicos y diferenciales no están preparados para detectar y reaccionar frente a este tipo de fenómenos. 
Contamos con una gama de equipos de protección contra caídas de rayos indirectos o sobre voltajes, los mismos que deben  ser instalados   conforme a los criterios técnicos ya establecidos a nivel internacional, siendo que debemos utilizar protectores en niveles de protección  A, B, C y D, conforme a los prescrito por normas técnicas internacionales.
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