Trabajo Colaborativo 2 Campos Electromagneticos

INTRODUCCION

En este trabajo, vamos a dar una explicación básica de cómo funciona un pararrayos, las clases, los principios y leyes de la electrostática que se aplican en el diseño de los pararrayos, las zonas del mundo con mayor incidencia de rayo y la normatividad vigente que regula esta ingeniería. El objetivo fundamental de este trabajo es establecer medidas de protección que garanticen la seguridad de las personas, de la vida animal y de la preservación del medio ambiente, previniendo y minimizando o eliminando los riesgos de origen eléctrico. Estas prescripciones parten de que cumplan los requisitos civiles, y de fabricación. Establece las exigencias que garantice la seguridad con base en el buen funcionamiento de las instalaciones, la confiabilidad, calidad y adecuada utilización del equipo de protección pararrayo.

OBJETIVOS.

• Conocer los principios de la electrostática.

• Conocer una de las aplicaciones más importantes en el estudio de la electrostática.

• Conocer que es una descarga atmosférica.

• Comprender como controlar este tipo de fenómeno.

• Conocer el marco legal que regula el diseño de un pararrayos.

Que es un pararrayos

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un y canalizar la descarga eléctrica hacia tierra, de modo tal que no cause daños a construcciones o personas. Este artilugio fue inventado en Benjamín Franklin mientras efectuaba una serie de experimentos sobre la propiedad que tienen las puntas agudas, puestas en contacto con la tierra, de descargar los cuerpos electrizados situados en su proximidad

Los pararrayos consisten en un mástil metálico con un cabezal captador. Este cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico, debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio.

El cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio un cable de cobre conductor. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en referencia al terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas.

Tipos de pararrayos

Existen dos tipos fundamentales de pararrayos:

Pararrayos de punta:

Formada por una varilla de 3 a 5 m de largo, de acero galvanizado de 50 mm de diámetro con la punta recubierta de wolframio (para soportar el calor producido en el impacto con el rayo). Si además se desea prevenir la formación del rayo, pueden llevar distintos dispositivos de ionización del aire.

Pararrayos de puntas:

se basan en el "efecto punta". Es el típico pararrayos formado por una varilla metálica acabada en una o varias puntas.

Dentro de los pararrayos de puntas podemos considerar los siguientes:

. Tipo Franklin.

. Radiactivo.

. Piezoeléctrico Ión - corona solar.

Tipo Franklin. Se basa en la teoría del poder de las puntas que consiste en que las descargas eléctricas se dirigen al punto más alto, es decir, hacia la punta del pararrayos. El sistema está formado por una varilla de unos 2 metros de acero galvanizado de 50 mm. de diámetro cuya punta está recubierta de wolframio (p.f. 3.650 ºC) con el fin de soportar las altas temperaturas que produce el rayo al caer. La zona de cobertura es un cono.

Tipo radiactivo. Contiene una caja con una pequeña cantidad de isótopo radiactivo cuya finalidad es ionizar el aire de forma suplementaria. Los iones que se producen favorecen el canal que ha de seguir el rayo lo que hace que su campo de protección sea el de una semiesfera de unos 200 m. De radio que cae hasta el suelo en forma de cilindro.

Tipo piezoeléctrico. Se basan en el fenómeno que presenta el cuarzo que al ser presionado produce una descarga eléctrica entre dos electrodos. En este caso, la fuerza la produce el viento al actuar sobre el vástago del pararrayos, por lo que funciona mejor en caso de temporal.

Tipo ión-corona solar. Incorporan un dispositivo eléctrico productor de iones de forma permanente. Es más eficaz que el radiactivo y no es peligroso. Dispone de dos electrodos entre los que se producen efluvios eléctricos y una pequeña luminosidad (efecto corona). El dispositivo necesita energía eléctrica para el ionizador y ésta se consigue generalmente con un panel solar.

Tipo jaula de Faraday. Se basa en el conocido fenómeno descubierto por el físico inglés Michel Faraday. Se llama también "reticular" y consiste en un retículo o malla tendida a lo largo de los aleros del tejado de grandes edificios y conectada eléctricamente a tierra.

Otros tipos de pararrayos son:

Pararrayos desionizador de carga electrostática

Algunos autores aseguran que gracias a su diseño el pararrayos desionizador de carga electrostática anula el campo eléctrico en las estructuras, inhibiendo por tanto la formación del rayo en la zona que se protege al adelantarse al proceso de formación del rayo, para debilitar el campo eléctrico presente, en débiles corrientes que se fugan a la toma de tierra y evitan posibles impactos de rayos en las estructuras. Otros autores afirman que su presencia no constituye una protección distinta a la otorgada por un pararrayos convencional.5 Al respecto se ha afirmado que:

No hay evidencia teórica ni experimental que sustente la posibilidad de impedir la formación del rayo ni de extender la zona de protección más allá de un captor convencional.

Pararrayos con dispositivo de cebado

Un pararrayos con dispositivo de cebado es un pararrayos que incorpora un dispositivo de cebado (PDC), electrónico o no, que garantiza una mayor altura del punto de impacto del rayo, aumentando así el área de cobertura y facilitando la protección de grandes áreas, simplificando y reduciendo costes de instalación Su funcionamiento se basa en el siguiente proceso:

Cuando se dan las condiciones atmosféricas para la formación de nubes con carga eléctrica (cumulonimbus), el gradiente atmosférico aumenta de una forma rápida, creando un campo eléctrico de miles de voltios/metro entre nube y tierra. Durante este proceso, el sistema PDC capta y almacena la energía de la atmósfera en su interior. El cabezal emite un trazador ascendente en forma de impulso de alta frecuencia a partir de la energía almacenada cuando el control de carga detecta que está próxima la caída de un rayo (valor de tensión cercano al de ruptura del gradiente de la atmósfera). Mediante el trazador ascendente, se facilita un camino ionizado de baja impedancia para la descarga hacia tierra de la energía almacenada en la nube, a través del conductor bajante de la instalación, neutralizando el potencial de tierra

Pararrayos tipo ión-corona solar

este tipo de pararrayos incorpora un dispositivo eléctrico de generación de iones de forma permanente, constituyendo la mejor alternativa a los pararrayos atómicos. La energía necesaria para su funcionamiento suele proceder de fotocélulas.

Pararrayos de tipo piezoeléctrico

se basa en la capacidad de los materiales piezoeléctricos, de producir carga eléctrica a partir de los cambios en su estructura debido a presiones externas.

Pararrayos de tipo radiactivo

Consiste en una barra metálica en cuyo extremo se tiene una caja que contiene una pequeña cantidad de isótopo radiactivo, cuya finalidad es la de ionizar el aire a su alrededor mediante la liberación de partículas alfa; Este aire ionizado favorece generación del canal del rayo hasta tierra, obteniendo un área protegida de forma esférico-cilíndrica.

Principios y leyes de la electrostática en la que se rigen los pararrayos

El principio del funcionamiento de los pararrayos consiste en que la descarga electrostática se produce con mayor facilidad, siguiendo un camino de menor resistividad eléctrica, por lo cual un metal se convierte en un camino favorable al paso de la corriente eléctrica. Los rayos caen también principalmente en los objetos más elevados ya que su formación se favorece cuanto menor sea la distancia entre la nube y la tierra.

Durante el proceso de la tormenta se generan campos eléctricos de alta tensión entre nube y tierra. Las cargas se concentran en las puntas más predominantes a partir de una magnitud del campo eléctrico. Alrededor de la punta o electrodo aparece la ionización natural o efecto corona, resultado de la transferencia de energía. Este fenómeno es el principio de excitación para trazar un canal conductor que facilitará la descarga del fenómeno rayo (Leader).En función de la transferencia o intercambio de cargas, se pueden apreciar, en la punta del pararrayos, chispas diminutas en forma de luz, ruido audible a frito, radiofrecuencia, vibraciones del conductor, ozono y otros compuestos. Este fenómeno arranca una serie de avalancha electrónica por el efecto campo, un electrón ioniza

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