Trabajo Colaborativo 1 Campos Electromagneticos

INTRODUCCION

Este trabajo se realiza con el fin de conocer los contenidos de la unidad uno adicionalmente con el fin de interactuar con los compañeros del grupo y así poder enriquecer los conceptos trabajando en equipo y con un análisis de manera compartida donde cada una de las personas del grupo realice los aportes para que los trabajos queden de la mejor manera.

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CONTENIDO

1. ¿Cómo funciona un pararrayos y cuáles tipos hay?

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. El primer modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor. H

Estructura y funcionamiento

Esquema de la estructura y el funcionamiento de un pararrayos.

Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y 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. 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 éste a su vez depende de cada tipo de protección. Las instalaciones de pararrayos se regulan en cada país por guías de recomendación o normas.

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El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables a las descargas eléctricas, sobre todo en el sector de las telecomunicaciones, electromecánicas, automatización de procesos y servicios, cuando hay tormenta con actividad eléctrica de rayos. Casi todos los equipos incluyen tecnologías electrónicas sensibles a las perturbaciones electromagnéticas y variaciones bruscas de la corriente. La fuente más importante de radiación electromagnética es la descarga del rayo en un elemento metálico o, en su caso, en un pararrayos. Las instalaciones de pararrayos generan pulsos electromagnéticos de gran potencia cuando funcionan.

Tipos de Pararrayos

 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. 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.

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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.

El nivel de protección está relacionado con la eficiencia requerida para que un sistema de protección contra el rayo intercepte las descargas sin riesgo para las personas, para la estructura y para las instalaciones. Indica la eficacia del sistema de protección dentro del volumen a proteger.

 Pararrayos puntas simple Franklin (PSF)

Características básicas. Son electrodos de acero o de materiales similares acabados en una o varias puntas, denominados Punta simple Franklin, no tienen ningún dispositivo electrónico ni fuente radioactiva. Su medida varía en función del modelo de cada fabricante, algunos fabricantes colocan un sistema metálico cerca de la punta para generar un efecto de condensador.

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Su principio de funcionamiento. Durante el proceso de la tormenta se generan campos eléctricos de alta tensión entre nube y tierra (1). Las cargas se concentran en las puntas más predominantes a partir de una magnitud del campo eléctrico (2). 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 (efecto corona 3). Este fenómeno arranca una serie de avalancha electrónica por el efecto campo, un electrón ioniza un átomo produciendo un segundo electrón, éste a su vez junto con el electrón original puede ionizar otros átomos produciendo así una avalancha que aumenta exponencialmente. Las colisiones no resultantes en un nuevo electrón provocan una excitación que deriva en el fenómeno luminoso. A partir de ese momento, el aire cambia de características gaseosas al límite de su ruptura dieléctrica (Trazador o canal ionizado) (4). El rayo es el resultado de la saturación de cargas entre nube y tierra, se encarga de transferir en un instante, parte de la energía acumulada; el proceso puede repetirse varias veces. El objetivo de estos pararrayos atrae-rayos es proteger las instalaciones del impacto directo del rayo, excitando su carga y capturando su impacto para conducir su potencial de alta tensión a la toma de tierra eléctrica. Se conocen casos en los que parte del pararrayos ha desaparecido a causa del impacto, que superó los 200.000 Amperios. Algunos estudios demuestran que estos equipos no son eficaces.

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 Pararrayos Sistema Jaula de Faraday

Este sistema hace desaparecer todo peligro del rayo, por un flujo constante y efectivo en la potencia que producen los protones. En lugar de un flujo peligroso a través de paredes. azoteas, chimeneas, etc de esta manera las cargas positivas, son conducidas a través de una malla formada por conductores de cobre los cuales se ligan a las puntas neutralizadas y son disipadas inofensivamente en la atmósfera o bien neutralizadas por las nubes a una distancia segura, arriba de la construcción que tiene la protección de un sistema de PTQ. Cuando la carga de electrones es muy fuerte, y el rayo baja las nubes, el sistema de PTQ da una protección completa, ya que conduce inmediatamente a tierra por medio de los conductores de eléctrodos a tierra expresamente diseñados y construidos de acuerdo con las normas mas avanzadas de la materia, evitando así todo peligro.

EL SISTEMA DE PARARRAYOS TIPO JAULA DE FARADAY, consiste en:

 Elemento Receptor, de la descarga que lo constituye las puntas con 30 CMS. de protección con su respectiva base, colocadas estratégicamente en las partes de la construcción que pueden recibir una descarga.

 Elemento Conductor, formado por cable de cobre Trenzado de fabricación especial para sistemas de pararrayos, que tiene como misión transportar a tierra la corriente de la descarga.

 Electrodos de Tierra, elementos que proveen un contacto intimo del sistema con el Terreno, para lo cual se utilizan bayonetas ó rehiletes dependiendo del tipo de suelo, para conseguir la resistencia a tierra deseada.

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 Pararrayos avanzados En la actualidad la protección de circuitos eléctricos (líneas de alta tensión, catenarias, etc..) incluye dispositivos de descarga que no deben confundirse con pararrayos. Su función consiste en descargar a tierra las tensiones producidas por los rayos , de una forma mas eficiente que la simple descarga a tierra por un cable con poca resistencia. Estos dispositivos, se utilizan en la actualidad de dos tipos: los de Resistencia Variable y los de Óxido de Zinc. Los primeros asocian una serie de explosores y unas resistencias no lineales

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