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• Jairo Culajay

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INDICE INDICE .................................................................................................................... 1 OBJETIVOS ............................................................................................................ 2 INTRODUCCION .................................................................................................... 2 Tipos de Rayos ....................................................................................................... 3 Efectos del rayo....................................................................................................... 4 Principales sistemas de protección ......................................................................... 6 Criterios de montaje .............................................................................................. 13 CONCLUSIONES.................................................................................................. 14 RECOMENDACIONES ......................................................................................... 14 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 15

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OBJETIVOS General: Conocer los sistemas de protección electro-atmosférico instrumento utilizado para dominar las pérdidas humanas, accidentes y protección a los activos de la industria.

tipo pararrayo, reducción de

Específicos: 1. 2. 3. 4.

Dar a conocer en forma breve lo que es el rayo. Explicar con claridad los tipos de rayos que existen. Conocer los sistemas de protección contra rayos que existen, su Funcionamiento y sus diferencias. Conocer los beneficios de aplicar este sistema en las edificaciones.

INTRODUCCION Los principales efectos del rayo son: efectos térmicos, efectos debido a los cebados, efectos electrodinámicos, efectos electroquímicos, efectos acústicos (trueno), efectos de inducción, efectos luminosos y efectos indirectos. De lo anterior, deviene la importancia de los pararrayos, que están destinados a preservar edificaciones, estructuras y zonas de terreno donde los impactos directos del rayo y sus descargas atmosféricas son canalizados hasta el suelo. Los pararrayos los hay de tipo jaula de Faraday y con puntas. Los de puntas pueden ser con dispositivos ionizantes o de cebado y sin dispositivos ionizantes. La selección de los métodos de protección dependerá de las posibilidades técnicas ofrecidas por cada sistema, el costo, lo estético de las realizaciones y la evaluación del riesgo del rayo.

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Tipos de Rayos En la actualidad se hablan de dos tipos de rayos los rayos positivos y los rayos negativos, pero es importante conocer los demás tipos de rayos que existen, para luego dar paso a los rayos positivos y negativos. Rayos difusos: se presentan como un resplandor que ilumina el cielo a causa de ser muy frecuentes en verano, se les denominaba relámpagos de calor. A pesar de ello, se ha comprobado que no es una forma especial del rayo, sino solamente los reflejos en el cielo de una tempestad muy lejana, localizada debajo del horizonte, cuyas chispas eléctricas no se ven y cuyo ruido no se escucha. Rayos laminares: son aquellos resplandores que resultan de la descarga dentro de la nube, entre la carga eléctrica positiva y la negativa. Rayo esferoidal, rayo de bola o rosario: se presenta en forma de esfera luminosa, llegando a alcanzar el tamaño de una pelota de fútbol. En algunas ocasiones aparecen varios de ellos formando como un rosario. Algunas veces desaparecen repentinamente, con un gran estallido y otras se esfuman silenciosamente. Rayos negativos estos rayos son aquellos cuando la descarga se produce desde la nube hacía la tierra, estos son los que comúnmente observamos, estos rayos negativos caen con un porcentaje del 80%, o sea que de cada 10 rayos que observamos 8 son de este tipo. Rayos negativos: como se puede observar en la gráfica en Guatemala la temporada donde se producen más descargas en de Abril a Octubre, llegando a su momento cumbre en Mayo, Julio y Septiembre, además se puede observar que la cantidad es significante ya que caen más de 10,000 rayos diarios en estos meses. Rayos positivos: estos rayos son aquellos cuando la descarga se produce desde la tierra hacia el cielo, estos son más raros y los más destructivos, de los cuales debemos cuidarnos ya que estos son los responsables de la mayoría de perdidas monetarias y humanas, en la industria, estos rayos positivos caen con un porcentaje del 20%, o sea que de cada 10 rayos que observamos 2 son de este tipo. Como se puede observar estos rayos son menos probables que los negativos ya que no todos los meses caen gran cantidad de descargas y a diferencia de la gráfica de los rayos negativos el total de los rayos que se observan en los meses del año, son por mes no por día como en la anterior gráfica. Por lo que determinamos que de Mayo a Septiembre son los meses a tener en cuenta para nuestra protección.

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Efectos del rayo EFECTOS TERMICOS: estos efectos son los que van ligados a la cantidad de descargas de rayos. Para los materiales con gran resistividad al calor, el rayo derrite las partes donde se dio el impacto. En los materiales de poca conductividad, una gran cantidad de energía como esta es expulsada en forma de fuego. Tales efectos pueden causar explosiones. EFECTOS DEBIDOS A LAS DIFERENTES RESISTENCIAS: la resistividad de la tierra inhabilita a esta a funcionar como un protector de drenaje por lo que aumenta el potencial de la descarga. Esto crea las diferentes potencias entre las partes de metal que se encuentren en el lugar de la descarga. Por lo que todo equipo que necesite de una conexión a tierra debe de realizarse con mucho cuidado y con el equipo ideal, para un buen aterrizaje de las partes. EFECTOS ELECTRODINAMICOS: estos son los causados cuando equipos están cerca del lugar donde la corriente del RAYO viaja, por lo que puede ocasionar saltos de energía ya que estos se atraen. EFECTOS ACUSTICOS EL TRUENO: el trueno se da debido al crecimiento de la presión de 2 a 3 atmósferas en el canal de la descarga. El trueno produce una vibración que lastima los equipos que trabajan con frecuencias. EFECTOS INDUCTIVOS: estos efectos son el gran reto de protección de los equipos para la protección de descargas. Cuando el Rayo se aproxima a un sitio y viaja a través de sus conductores, este crea una gran cresta magnética de voltaje que produce altos, y algunas veces destructivos, voltajes inductivos. Debe formarse un circuito electromagnético cerrado entre el conductor del rayo y los circuitos eléctricos. Es por esto que los sistemas de protección deben ser designados cuidadosamente y deben incluir cualquier protección adicional necesaria. EFECTOS LUMINOSOS: un rayo crea una imagen en la retina del observador que suele dejarle deslumbrado por severos segundos antes de recobrar la visión. EFECTOS INDIRECTOS: Compensación de potencial o paso de voltaje. La dispersión de la corriente del rayo en el suelo, depende de la naturaleza del terreno. Un suelo heterogéneo puede crear peligrosas Estaciones climatológicas de mayor incidencia

En Guatemala, las estaciones o estación que may hay que tener en cuenta para la protección contra descargas electro atmosféricas comprende entre los meses de Abril a Octubre época donde se producen la mayorcantidad de descargas tanto de rayos positivos como de rayos negativos.

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Principio fundamental de la protección Es proporcionar uno o varios caminos por los cuales una descarga atmosférica puede llegar a la tierra sin pasar por partes del edificio que no sean conductoras, ya que, los daños que puede causar el calor y los esfuerzos mecánicos sobre éstos es severo, mientras que en las partes metálicas son despreciables si su sección es adecuada. Requisitos de la protección La protección se obtiene colocando terminales aéreas de metal en las partes más altas de los edificios o sus protuberancias, con conductores que enlacen las terminales aéreas con las de tierra; así, una adecuada cantidad de puntas de metal bien proporcionadas y distribuidas, dan un grado satisfactorio de protección. Elementos que determinan la protección Es indispensable realizar un estudio previo con el objeto de determinar si es justificable el instalar un sistema de protección y cuál es más adecuado. Dentro de estos factores podemos considerar: el nivel isosceráunico, tipo de edificio, el techo, la estructura, suelo, valor, naturaleza y contenido del edificio, exposición, peligro personal y perdidas indirectas.

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Principales sistemas de protección Tipo Franklin (pararrayos con punta) El primero fue instalado por Benjamín Franklin en 1760, costa de una simple asta de hierro vertical que termina con una punta conectada a tierra. Este tipo de aparato fue utilizado en Europa y América con modificaciones de poca importancia (punta de platino). En este tipo de pararrayos, la descarga ascendente se propaga hacia el trazador descendente de la nube tras una larga fase de transición. Es el sistema más sencillo y más económico cuando se trata de proteger áreas pequeñas. Debido a que su zona de protección es pequeña, se hace necesario instalar un gran número de puntas para proteger las edificaciones, y traen consigo instalaciones muy costosas y un deterioro de la estética de las mismas. Con las desventajas mencionadas, prácticamente ya no se utiliza; se observó solo en edificaciones antiguas con más de 25 años construidas.

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La zona de protección de este pararrayos se limita al volumen del cono, cuyo radio de labase, es igual a la altura, de donde el ángulo de protección es de 45°

Ingesco PDC

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Permite producir una ionización de las partículas de aire alrededor de la punta del captador, que genera un trazador ascendente dirigido hacia la nube. Esta corriente de iones intercepta y canaliza desde su origen la descarga eléctrica del rayo. Entre el conjunto excitador (que se encuentra al mismo potencial que el aire circundante) y 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, es decir, cuanto más inminente es la formación del rayo.

Características El terminal aéreo de captación INGESCO® PDC, es un pararrayos activo que cumple las siguientes especificaciones técnicas: 

Dispone de un dispositivo de cebado: o

Un dispositivo de anticipación del trazador ascendente

o

Un condensador electroatmosférico

o

Un acelerador atmosférico

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Un sistema de aislamiento certificado por el Laboratorio de Alta Tensión LABELEC.

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Su estructura está fabricada en Acero Inoxidable AISI316L

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Dispositivo de cebado fabricado en Acero Inoxidable AISI 316L y poliamida (PA 66)

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Alta resistencia a la temperatura

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Alta resistencia a la intemperie y atmósferas corrosivas

Instalación

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

La punta del pararrayos debe estar situada, como mínimo, dos metros por encima del punto más alto de la edificación que protege.



Para su instalación sobre el mástil, el pararrayos precisará de la correspondiente pieza de adaptación.



Se deberá proteger el cableado de las cubiertas contra las sobretensiones y conectar a los bajantes las masas metálicas presentes dentro de la zona de seguridad.



El pararrayos debe conectarse a una toma de tierra mediante uno o varios cables conductores que bajarán, siempre que sea posible, por el exterior de la construcción, con la trayectoria más corta y rectilínea posible.



La toma o tomas de tierra, cuya resistencia no puede superar los 10 ohmios, deben garantizar una dispersión lo más rápida posible de la descarga del rayo.

CONDUCTORES DE BAJADA DE UN PDC

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El pararrayos estará unido a tierra con dos bajantes como mínimo ubicados en fachadas opuestas siempre que sea posible. Los conductores de bajada deben instalarse por el exterior del edificio, evitando la proximidad de conducciones eléctricas y de gas. Su trayectoria debe ser lo más rectilínea posible, siguiendo el trayecto más corto a tierra, evitando cualquier acodamiento o remonte brusco. Cuando varios pararrayos PDC están instalados en el mismo edificio pueden compartir bajantes. El bajante a tierra debe estar correctamente fijado y tensado, tomando como referencia 3 abrazaderas por metro de conductor. Proteger la parte inferior del bajante mediante un tubo de protección de 2 m como mínimo. Se recomienda la instalación de un contador de rayos por encima del tubo de protección, para realizar la verificación y mantenimiento de la instalación.

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Piezoeléctricos de Saint -Elme Debido al problema de contaminación radioactiva del ambiente los pararrayos radioactivos han quedado prohibidos en muchos lugares, lo que motivo la creación de los pararrayos de emisión controlada dentro de los cuales están los pararrayos Piezoeléctrico Saint Elmo de la Franklin France. El sistema piezoeléctrico de ionización tiene por efecto principal la disminución del tiempo de cebado del efecto corona; así al favorecer el aumento del campo eléctrico, la presencia de un electrón germen en la punta captora (electrón raro en la atmósfera indispensable para el proceso de cebado). La creación de un canal de aire ionizado ascendente en la prolongación del pararrayos formando un streamer o rayo trazador ascendente, que al encuentro con la descarga se convierte en líder conduciendo el rayo por un canal ionizado sin provocar daños a las estructuras

Para escoger el adecuado, se aplica la tabla

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Jaula de Faraday (los pararrayos con jaulas malladas) En 1844 el físico belga Melses plantea proteger los edificios mediante una caja de Faraday compuesta de cintas metálicas y alambres distribuidos en la superficie de la construcción. Es un sistema muy eficaz; su base es la eliminación de cargas eléctricas en el interior de la jaula, independientemente de la carga externa existente; su objetivo es crear un cuerpo conductor, en el cual toda la carga se encuentra en la superficie y consiste en una malla bien distribuida en la superficie de la edificación que va a proteger, conectadas entre sí y provistos en los extremos superiores de pequeñas puntas llamadas puntas de choque y en su parte inferior por tomas a tierra. La eficiencia de este sistema es buena; se limita al área de construcción de la edificación y no a sus alrededores. Para su instalación, hay que referirse al Lightning Protection Institute Standard of practice LPI 175 La instalación de este tipo de pararrayos es frecuentemente difícil y costosa debido a la complexidad de las estructuras a proteger. Se necesitan 26 puntas captadoras, 26 conductores de bajada y una toma de tierra en bucle cerrada para garantizar la protección contra el rayo de la estructura siguiente :

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Criterios de montaje Para un pararrayos de puntas ionizantes deben de verificarse los siguientes puntos: a) Asegurar que la punta esté por lo menos a 2 metros por encima de cualquier elemento de la zona por proteger b) Naturaleza y sección de los materiales utilizados para los conductores de bajada c) Trayectoria, emplazamiento y continuidad eléctrica de los conductores de bajada d) Fijación mecánica de los diferentes elementos de la instalación e) Respetar las distancias de seguridad y/o la presencia de uniones equipotenciales f) Resistencia de las tomas de tierra g) Interconexión de las tomas de tierra En cualquier caso, cuando la totalidad o parte de un conductor no sea visible, es aconsejable realizar una medida de su continuidad eléctrica.

Disposiciones particulares Antenas La existencia de una antena sobre el tejado de un edificio aumenta los riesgos de impacto de rayo y éste puede convertirse en el primer elemento susceptible de recibir la descarga. Cuando se trata de una antena receptora, el mástil que soporta la antena debe de estar unido directamente o por medio de una vía de chispas a los conductores de bajada de la instalación, mediante un conductor adecuado, excepto sí la antena está fuera de la zona protegida o sobre otro techo. El cable coaxial deberá de protegerse con protector contra sobre tensiones. Se puede utilizar un mástil común, cuando se cumpla todas las condiciones siguientes:  El mástil común está constituido por tubos de sujeción lo suficientemente resistentes para no necesitar vientos.  Los pararrayos de puntas ionizantes están fijados en la punta del mástil  La punta del pararrayos de ionización sobrepasa, por lo menos en dos metros la antena más próxima  La fijación del conductor de bajada está efectuada por medio de una abrazadera de unión fijada directamente sobre la punta  La trayectoria del cable coaxial de la antena se realiza por el interior del mástil de la antena. En el caso de una torreta, es preferible pasar el cable coaxial por el interior de un tubo metálico.

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CONCLUSIONES Los sistemas que existen para la protección contra el impacto directo de un rayo son las Puntas Franklin, la Jaula de Faraday y lospararrayos ionizantes tales como el Saint Elme marca Franklin France®, cada uno con su sistema de operación y protección, el sistema de protección ionizante tiene mayor área de protección con el mismo costo que los sistemas convencionales, los sistemas de protección convencionales son más caros que los sistemas ionizantes, el sistema de protección que tiene mayor cobertura por unidad es el ionizante, siguiéndole el de Punta Franklin y por último, la Jaula de Faraday; el sistema que conlleva menor número de accesorios de instalación es el ionizante. Queda demostrado que los resultados, a la hora de aplicar este sistema de protección ionizante contra rayos, son inmediatos pues se protege en ese momento las instalaciones, se reducen gastos y es mejor la protección del personal.

RECOMENDACIONES 1. Se recomienda que cuando se construya cualquier sistema de protección contra descargas electro-atmosféricas, todas la uniones, derivaciones y empalmes deben fijarse o soldarse de la mejor forma posible para evitar falsos contactos. 2. Antes de instalar el circuito de tierra del sistema de protección contra descargas electro-atmosféricas, se recomienda establecer las características del suelo. 3. Se recomienda establecer un período de mantenimiento anual para todos los sistemas, con el objeto de obtener un buen funcionamiento. 4. Es recomendable aplicar este sistema de protección en la industria ya que en nuestro país existe la necesidad de implementar Sistemas de protección contra Rayos en un corto plazo, que permitan la reducción de costos para ser competitivos dentro del marco de la creciente globalización e industrialización, por lo que actualmente existe la necesidad de desarrollar la cultura en seguridad y reducción de costos, a las empresas guatemaltecas.

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BIBLIOGRAFIA Tesis: Criterios para selección, diseño, montaje y comparación de costos en pararrayos para edificaciones aplicados en Guatemala. Jose Estuardo Molina Castañeda Guatemala 2004. Tesis: Introduccion y aplicación de un sistema de protección electro-atmosferico tipo parrrayo ionizante, Luis Antonio Juarez Hancer, Guatemala 2006. https://www.ingesco.com/es/productos/pararrayos-ingesco-pdc https://conduzinc.com/productos-para-sistemas-de-tierra/sistema-depararrayos/jaulas-faraday/ http://stiguatemalasa.wixsite.com/stiguatemala/productos-2

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