comparativo de pararrayos.pdf

Info In form rmac ació ión n de ar arar arra ra os Com Com ar arat ativ ivo o

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Realizo: Ing. Ernesto Solís

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Comparativo de pararrayos nuevas tecnologías y tradicionales

Información de ararra os Com arativo

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Inicio del 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.

Están compuestos por una barra de hierro coronada o similar esta punta es colocada en la parte más alta del edificio al que protegen. La barra está unida, mediante un cable conductor, a tierra (la toma de tierra es la prolongación del conductor que se ramifica en el suelo, o placas conductoras también enterradas, o bien un tubo sumergido en el agua de un pozo). En principio, el radio de la zona de protección de un pararrayos es igual a su altura desde el suelo, y evita los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos, como edificios, árboles o personas. Las normas actuales relacionadas con las instalaciones reglamentarias de pararrayos, pretenden como objetivo de la protección del rayo, salvaguardar la vida de las personas y animales junto a sus propiedades y remarcan que en mayor o menor grado, aceptan que no existe una protección absoluta contra el fenómeno de las tormentas eléctricas, sino sólo una protección adecuada. Las normativas dejan abierta la posibilidad de aplicar otros sistemas de protección, donde la necesidad de soluciones para la protección del rayo sea particularmente más exigente.

El principio básico del rayo. 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 una tormenta la tensión eléctrica en la atmósfera puede llegar a valores de 200,000 a 1’000,000 de voltios entre la ionosfera y el suelo. En todo el mundo se generan más de 44,000 tormentas con más de 8’000,000 de rayos, que descargan su energía a tierra. Los rayos y

relámpagos son el reflejo de esta reacción de carga eléctrica entre la atmósfera y la tierra. El rayo se forma normalmente en las puntas más predominantes o de menor resistencia y en aquellos lugares donde el contexto ambiental facilite la transferencia de cargas que ionizarán el aire, como en este caso son los pararrayos. En la atmósfera podemos encontrar, en buen tiempo, una diferencia de potencial de entre 100 y150 Voltios por metro en tierra, a nivel de mar. Según se forman los núcleos y células de tormenta, la tensión eléctrica aumenta progresivamente y con ella la ionización del aire(normalmente positiva (+) en el 95 % de los casos). Durante este proceso, la tensión eléctrica puede llegar a límites de tensión superiores a los 45,000 V/m en la punta del pararrayos.

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Este efecto causa en la punta del pararrayos chispas diminutas en forma de luz, ruido audible, radiofrecuencia, vibraciones en el conductor, ozono y otros compuestos. 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, en ese instante, la descarga está a punto de aparecer y g enerar los daños colaterales del impulso electromagnético; el rayo es el resultado de la saturación de cargas entre la nube y tierra, se encarga de transferir, en un instante, parte de la energía acumulada; el proceso puede repetirse varias veces en las instalaciones donde la resistencia de la tierra es menor. El pulso electromagnético generado por el contacto eléctrico en el pararrayos, es el resultado del campo magnético transitorio generado por la corriente que circula en el canal de descarga del rayo. La corriente de neutralización fluye muy rápidamente, en proporción a la impedancia del canal de descarga y a la carga eléctrica de la nube, los rangos de crecimiento de estos pulsos de corriente, varían proporcionalmente según la descarga. Se han medido valores superiores a 510,000 Amperios por microsegundo, la media es de 100,000 amperios por segundo, la energía radiada viaja a la velocidad de la luz, propagándose a grandes distancias y afectando grandes áreas geográficas. Durante este proceso de carga y descarga, nos podemos sentir inquietos y con sensación electrizante, por causa del campo eléctrico de alta tensión que se genera temporalmente en la zona, puede cubrir unos 150-300 metros de radio, el estrés electromagnético puede aparecer y tener la sensación de respirar mejor o más fresco, olor a ozono, ruido de chispas, dolor de cabeza, tensión nerviosa, hormigueo, pelos de punta, palpitaciones, etc. 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.

Protecciones del rayo Como elemento protector de los circuitos eléctricos, se utilizan en la actualidad dos tipos de pararrayos, los de Resistencia Variable y los de Óxido de Zinc. Los primeros asocian una serie de explosores y unas resistencias no lineales (varistancias) capaces de limitar la corriente después del paso de la onda de choque. Se caracterizan por su tensión de extinción a frecuencia industrial más alta bajo la cual el pararrayos puede descebarse espontáneamente. Los segundos están constituidos solo por varistancias y reemplazan a los anteriores cada vez más, ya que su característica principal es la no linealidad de las varistancias de ZnO, que facilitan que la resistencia pase de unos 1.5 MOhms a 15 Ohms entre la tensión de servicio y la tensión nominal de descarga.

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Estos elementos son esenciales contra la proteccion de descargas atmosféricas aunque en realidad lo esencial es en protecciones externas del cual se explica en este documento. Casi todas las descargas naturales de rayos se inician en el interior de las nubes y progresan en forma de árbol de diferentes ramas a tierra. Unas se compensan con cargas negativas y las otras con cargas positivas; en su trayectoria transportan corrientes eléctricas que pueden llegar como término medio de 30.000 Amperios a valores máximos superiores a los 300.000 Amperios durante millonésimas de segundo, con potenciales que se han llegado a estimar en valores que sobrepasaban los 15 millones de voltios y desprendiendo una energía térmica superior a los 8.000 grados. Se realizara comparación de tecnologías y la capacidad de cada una, entre tradicional y tecnologías en sistemas complementarios o integrales de equipamiento.

Normativas 

NOM-001-SEDE-2005 ART. 250

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NMX-J-549-ANCE-2005

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CEI/IEC 1024-1

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NF-C-17-102

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NFPA-780

Los sistemas tradicionales como nuevas tecnologías cumplen con las normativas antes mencionadas. Comparativo

Existen diversas tecnologías de pararrayos como son Tradicionales tipo Franklin o jaulas de Faraday Ionizantes Desionizadores Pasivas y activas Radiactivas

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Tradicionales tipo Franklin o jaulas de Faraday Estas tecnologías eran eficientes en el campo magnético atrayente de rayos, sobre lugares que no conllevan conjunto de infraestructura cercana, hoy en día la mancha urbana de las ciudades requiere de nuevas tecnologías que protejan con mayor amplitud contra descargas atmosféricas

Ionizantes La función específica del pararrayos IONIZANTES o cebado es la de producir ionización dirigida hacia la nube, canalizando desde su origen la posible descarga eléctrica. Entre el conjunto excitador, que se encuentra en el mismo potencial que el aire circundante, la punta y el conjunto deflector, que se hallan a igual potencial que la Tierra, se establece una diferencia de potencial que es tanto más elevada cuanto más alto es el gradiente de potencial atmosférico y, por ende, cuanto más inminente se halla la formación del rayo.

Desionizadores Los Pararrayos Desionizadores de Carga Electroestática incorporan un sistema de transferencia de carga (CTS). Se caracteriza por facilitar la transferencia de la carga electroestática entre nube y tierra antes del segundo proceso de la formación del rayo, anulando el fenómeno de ionización o efecto corona en la tierra.

El cabezal del pararrayos está constituido por dos electrodos de aluminio separados por un aislante dieléctrico. Todo ello está soportado por un pequeño mástil de acero inoxidable. Su forma es esférica y el sistema está conectado en serie entre la toma de tierra eléctrica y la atmósfera que lo rodea.

Durante el proceso de la tormenta se genera un campo de alta tensión en tierra que es proporcional a la carga de la nube y su distancia de separación del suelo. A partir de una magnitud del campo eléctrico natural en tierra. La instalación equipotencial de tierras del pararrayos, facilita la transferencia de las cargas por el cable eléctrico. Estas cargas, indiferentemente de su polaridad, se concentran en el electrodo inferior del pararrayos que está conectado a la toma de tierra por el cable eléctrico y situado en lo más alto de la instalación.

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Pasivos y Activos Los sistemas pasivos son aquellos en los que por su sola ubicación con relación al suelo y a la fuente de carga electrostática atmosférica provocan una ionización en una punta y atraen cargas de signo opuesto, se instalan para recibir descargas eléctricas atmosféricas, dentro de esta clasificación entran puntas de descarga convencionales, puntas de “punta múltiple”, puntas con toroides, puntas elevadas macizas, hilos de guarda y otros medios semejantes. Los sistemas activos son aquellos que generan carga eléctrica y continuamente están “bombardeando” a la atmósfera con iones, los cuales se pretende que repelan o neutralicen a las cargas electrostáticas atmosféricas, esto en teoría provoca la cancelación de descargas o minimización de la energía descargada, durante algún tiempo se construyeron puntas con núcleo radioactivo como fuente iónica pero por el riesgo que entraña su mantenimiento y potencial efecto contaminador actualmente están prohibidos, recientemente se desarrollaron elementos con partes piezoeléctricas que por la sola agitación de corrientes de aire crean presiones internas que bastan para generar potenciales eléctricos, aunado a este efecto generador se aprovechó el principio del vénturi para crear corrientes ascendentes de aire, con lo cual se ha logrado un efectivo “bombardeo iónico” a la atmósfera, dentro de esta clasificación se encuentran prácticamente todas las puntas de protección europeas.

Radiactivas Un pararrayos radiactivo o ionizante, está basado en la utilización de una fuente radiactiva para ionizar el espacio su alrededor y así volverlo un punto atractivo al impacto de un rayo. Las radiaciones ionizantes constituyen un factor de riesgo clasificado como físico al que pueden exponerse las personas por causas naturales o tecnológicas. Todas las fuentes utilizadas para uso en medicina, en la industria, en la investigación o para enseñanza, tienen la particularidad de su larga vida útil, de tal manera que si el pararrayos va a durar 430 años, muy seguramente el edificio donde se instaló va a ser demolido antes que eso ocurra y puede terminar la fuente radiactiva entre los escombros El efecto de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos, no es un hallazgo reciente, viene con el descubrimiento de los rayos X en 1895 y la radiactividad en 1896, cuando comenzaron a notarse lesiones tumorales. Debido a los efectos nocivos de las radiaciones ionizantes, es importante evaluar los riesgos potenciales que están presentes cuando se poseen fuentes emisoras de este tipo de radiación, los cuales dependen de las características del radionúclido, del tipo de radiación que emita y de la forma como se utilice. Los residuos radiactivos se clasifican en tres tipos según su período de semidesintegración: menor a seis días, entre 6 y 71 días y más de 71 días. Los de los pararrayos van desde 10 hasta 5700 años. Estos pararrayos de nueva tecnología en estos momentos son prohibidos.

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Descripción de Sistemas de Pararrayos TOTAL GROUND Los sistemas de pararrayos TOTAL GROUND , son un elemento complementado como un

sistema de protección ante descargas atmosféricas, el cual comprende en su complemento con una punta de pararrayos, un acoplador de conexión, un electrodo de puesta a tierra y un componente orgánico que ayuda a la mejor disipación de la descarga. El electrodo TOTAL GROUND , está elaborado con cobre electrolítico altamente conductivo,

tratado especialmente para retardar el efecto de la corrosión, todos los modelos de electrodo puesta a tierra de TOTAL GROUND incluyen un dispositivo de filtración de baja frecuencia LCR con bornes de conexión. El sistema de pararrayos TOTAL GROUND, incluye un compuesto orgánico llamado H2Ohm, elaborado con material higroscópico coagulante de humedad mismo que cuenta con certificado de pruebas (LAPEM) y certificado de laboratorio acreditado ante EMMA con valores dentro de la norma CRETIB de no toxicidad ni daño al medio ambiente. Los sistemas como su nombre lo dice, trabajan en complemento, por medio del electrodo puesta a tierra, polariza el terreno con signo negativo en la superficie primaria y positivo en la secundaria siendo este un sistema catódico. Con la ayuda de la punta captadora, provoca el alejamiento de cargas atmosféricas de signo negativo, que bien sabemos el 95% de tormentas atmosféricas son de carga negativa y las de carga positiva se disipan correctamente a tierra por el sistema de pararrayos, convirtiendo la corriente eléctrica en calor. El área de protección que genera la nueva tecnología la origina el electrodo y no la Punta de pararrayos. Dependiendo el modelo de electrodo, el área de protección es de 80, 160, 200 y 300 metros de diámetro como mínimo. El dispositivo de filtración con que cuenta el electrodo, ayuda a que la descarga eléctrica no tenga un regreso como en los sistemas tradicionales, convirtiendo al sistema TOTAL GROUND en un sistema unidireccional. La instalación está garantizada a la entrega con pruebas de resistencia de menos de 2 Ohm impedancia y 10 años de operatividad libre de mantenimiento. CUMPLE CON LAS NORMAS: 

NOM-001-SEDE-2005 ART. 250



NMX-J-549-ANCE-2005



CEI/IEC 1024-1

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NF-C-17-102



NFPA-780

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Realizo: Ing.


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Ernesto Solís

Esquema de protección atmosférica con sistema TOTAL GROUND

Kabah # 1592 Jardines del Sol, Zapopan, Jalisco, C.P. 45050

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www.totalground.com



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Tabla comparativa

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Sistemas

descripción inversión cobertura

altura

duración

Sistema tradicional

Puntas tipo Bajo Franklin costo

Poca duración

Ionizantes

Puntas cebado

No brinda cobertura solo depende de mayor altura Depende de una altura máxima para mayor cobertura

de Alto costo

Baja cobertura de protección Baja cobertura

Amplia duración pero depende de tierra tradicional



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Tabla comparativa

9

Sistemas

descripción inversión cobertura

altura

duración

Sistema tradicional

Puntas tipo Bajo Franklin costo

Puntas cebado

No brinda cobertura solo depende de mayor altura Depende de una altura máxima para mayor cobertura

Poca duración

Ionizantes

Baja cobertura de protección Baja cobertura

Des ionizante

Puntas Alto activas a costo gradiente

Baja cobertura

Depende de una altura máxima para mayor cobertura

Pasivas y activas

Puntas macizas

Costo medio

Baja cobertura

Dependen altura especifica

radiactivas

Puntas de radionúclido radiactivas ionizantes

Alto costo

Amplia cobertura de alto riesgo a la salud

A mayor altura mayor aplicación y no radial

TOTAL GROUND

Puntas Costo pasivas, medio activas atrayentes y repelentes del Rayo

La de mayor cobertura de protección y sistema complemen tario de efectividad

No depende de una altura especifica solo a 3 metros por encima de cualquier estructura

de Alto costo

de

Amplia duración pero depende de tierra tradicional Amplia duración pero depende de tierra tradicional Amplia duración pero depende de tierra tradicional Es la de mayor duración con residuos peligrosos radiactivos Amplia duración y con T. Fisica de nueva tecnología mayor a 10 años de efectividad


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BENEFICIOS

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Los sistemas TOTAL GROUND, protegen no solamente a los equipos electrónicos, sino brindan una protección al ser humano que es la prioridad principal de nuestros productos.

VENTAJAS SISTEMA

Pararrayos TOTAL GROUND

VENTAJAS

Sistema unidireccional con 10 años de garantía libre de mantenimiento, adaptable a las condiciones del terreno de fácil instalación, con coberturas de protección divididas por modelo, de 80, 160, 200, y 300 metros de diámetro, sistema complementario y de acción repelente del 95 % de tormentas Atmosféricas de polaridad negativa y atrayentes de rayos del 5 % de tormentas atmosféricas de polaridad positiva. Esta acción es gracias al electrodo TOTAL GROUND en su aplicación de separaciones de polaridades del terreno dando un efecto de electro imán.

El sistema de tierra física otorga una medición efectiva menor a 2 Ohm, y se recomienda que se revise por lo menos una vez al año, ya que no está exento de cambios en el terreno, y/o daños externos como robo de partes y físicos. Estos sistemas brindan la garantía de un camino efectivo de la descarga atmosférica, evitando daños, y su sistema unidireccional garantiza una protección contra descargas externas provenientes del terreno.

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