ARARRAYOS

ARARRAYOS2013

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ARARRAYOS

UNIVERSIDAD MARIANO GALVEZFACULTAD DE ARQUITECTURASEDE ANTIGUA GUATEMALAJONATHAN JOSUE PARADA01/04/2013

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Introduccin.Segn los fenmenos naturales es necesario idear da con da sistemas que nos ayuden a protegernos de los mismos, justamente este es el caso del sistema de proteccin pararrayos, este fenmeno es dato en todas partes del mundo, el inventor de este sistema fue Benjamn Franklin 1753 El primer modelo se conoce como pararrayos Franklin, en homenaje a su inventor.Esta conformado por un varios componentes entre ellos, cabezal portador, pieza de adaptacin, entre otras descritas a continuacin.Adems de existir diversos sistemas que podemos implementar para los terreno en los cuales es necesario este sistema, algunos sistemas para la puesta en tierra podramos mencionar algunos como, usar placas de cobre, varillas de cobre o bien alguna mezcla qumica que ayude a aumentar la resistividad del suelo.

PararrayosUnpararrayoses un instrumento cuyo objetivo es atraer unrayoionizandoel aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daos a las personas o construcciones. Fue inventado en1753porBenjamn Franklin. El primer modelo se conoce como pararrayos Franklin, en homenaje a su inventor.

HistoriaEn 1749Benjamn Franklininici sus experimentos sobre laelectricidad; defendi la hiptesis de que lastormentasson un fenmeno elctrico y propuso un mtodo efectivo para demostrarlo. En 1749 invent el pararrayos en las Amricas1y quizs, independientemente, tambin fue inventado porProkop Divien Europa en 1754.ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO Llas instalaciones de pararrayos consisten en un mstil metlico (acero inoxidable,aluminio,cobreoacero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en funcin de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesfrico o esfrico y debe sobresalir por encima de las partes ms altas del edificio. El cabezal est unido a una toma de tierra elctrica por medio de un cable de cobre conductor. Latoma de tierrase construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en referencia al terreno o mediante placas de metal conductoras tambin enterradas. En principio, un pararrayos protege una zona terica de forma cnica con el vrtice en el cabezal; el radio de la zona de proteccin depende del ngulo de apertura de cono, y ste a su vez depende de cada tipo de proteccin.

EFECTO PUNTALas cargas alrededor de un conductor no se distribuyen uniformemente, sino que se acumulan ms en las partes afiladas.De esta manera, si se tiene un objeto en forma de punta sometido a un intenso campo electrosttico (como el generado por una nube de tormenta), la acumulacin de cargas en la punta es tambin muy elevada.Esta propiedad fue aprovechada por Benjamn Franklin para disear su pararrayos a mediados del siglo XVIII.Ya hemos comentado que normalmente las nubes de tormenta tienen su base cargada negativamente, mientras que la regin de tierra que se encuentra debajo de ellas, por efecto de induccin electroesttica, presenta carga positiva.Las cargas negativas de la nube se repelen entre s y son atradas por las cargas positivas de la tierra.Puesto que el pararrayos est conectado a tierra, sus electrones son repelidos por los de la nube con lo que queda cargado positivamente al igual que la tierra bajo la nube.PARTES PRINCIPALES DEL PARARRAYOSLa barra:es cilndrica de 3 a 5 metros de altura, con una punta o puntas de hierro galvanizado o de cobre.Anteriormente se usaban puntas conocidas como Faraday de 30, 60, 90, y 120 cms., formando un anillo alrededor de la techumbre del edificio, cada una de estas puntas se una a la siguiente punta formando una red de puntas y cables.Ahora se usa una punta conocida como dipolo que consiste en una barra de metal de o 5/8 terminada en una fina punta y con un aditamento especial para acoplarse a un mstil de aluminio de 3, 6, 9 o 12 metros y al mismo tiempo conectarse a un cable conductor de cobre No. 2 aislado (o ms grueso). El conductor areo: est formado de cable de cobre de ms de 8 mm de dimetro o cable de hierro de ms de 11 mm de dimetro, aunque tambin se puede emplear tubos de los mismos materiales. Una condicin importante es que no est aislado del edificio que protege.El conductor subterrneooelectrodo de puesta a tierra:consiste en placas de cobre o de hierro galvanizado de un metro cuadrado de superficie por lo menos, hundidas en el agua de un pozo o mejor en la tierra hmeda y enlazada al conductor areo. Si el terreno es seco, es mejor usar como conductor subterrneo un cable muy largo enterrado alrededor de la casa. Se debe tomar en cuenta que el radio de la base circular (R) es igual a la altura (A) del pararrayos.A cambio de este tipo de conductor subterrneo se usan actualmente electrodos de puesta a tierra, que consisten en una solera de cobre cubierta por una masa de compuesto electroqumico a base de coke, sulfato de cobre, diversas sales, y otros.Electrodo ElectroqumicoRehileteVarilla CaperweldConductores elctricos (cables): El cable o conductor elctrico se conecta a la punta receptora (pararrayos), baja por el interior del mstil de aluminio y sigue una trayectoria por toda la techumbre y las paredes del edificio hasta llegar al suelo donde ser conectado (preferentemente mediante soldadura cadweld) al electrodo de puesta a tierra.

ESQUEMA TPICO DE LA ESTRUCTURA DE UN PARARRAYOSCABEZAL PORTADOR: Los Pararrayos con Dispositivo de Cebado, emiten impulsos de alta tensin, asegurando la formacin anticipada del trazador ascendente, aumentando el radio de cobertura frente a un pararrayos convencional.

PIEZA DE ADAPTACIN: La pieza de adaptacin permite acoplar el pararrayos al mstil. Existen dos modelos, una para acoplar a mstiles de 3 y 6 metros y otra para mstiles de 9 metros. (No necesaria para punta Franklin).MSTIL: Elemento alargable para dar la altura necesaria al cabezal captador del pararrayos para cubrir el radio de accin de la zona a proteger. Modelos de 3, 6 y 9 metros.PROTECTOR MSTIL ANTENA: Elemento para la puesta a tierra instantnea del mstil de antena en el momento de la de la cada del rayo. Permanece aislado en condiciones normales.

ANCLAJE MSTIL: Su funcin es la sujecin del mstil, existiendo diferentes tipos de anclajes: para la colocacin mediante tornillo o para empotrar.

CONDUCTOR BAJANTE: Elemento conductor destinado a encaminar la corriente de rayo desde el cabezal captador hasta la toma de tierra.CONTADOR DESCARGAS: Indica los impactos de rayo recibidos por la instalacin de proteccin. Recomendado por la norma UNE 21186 1996.

JUNTA DE CONTROL Y MANGUITOS DE UNIN: La junta de control junto con los manguitos permite desconectar la toma de tierra con el fin de efectuar la medida de la resistencia.

TUBO DE PROTECCIN: Tubo de chapa galvanizada de 2 m. para evitar los choques mecnicos contra el conductor del bajante.

TOMA DE TIERRA Y EQUIPOTENCIALIDADSistema de toma de tierra: existen varias configuraciones para la realizacin de una toma de tierra, dependiendo de la construccin y los materiales empleados.

SOPORTES CABLE: Fija el conductor de bajada en toda su trayectoria para evitar movimientos del mismo.

TIPOS DE PARARRAYOSea cual sea la forma o tecnologa utilizada, todos los rayos tienen la misma finalidad: ofrecer al rayo un camino hacia tierra de menor resistencia que si atravesara la estructura del edificio. Existen dos tipos fundamentales de pararrayos:

a. Pararrayos de puntas:Formada por una varilla de 3 a 5 m de largo, de acero galvanizado de 50 mm de dimetro con la punta recubierta de wolframio (para soportar el calor producido en el impacto con el rayo). Si adems se desea prevenir la formacin del rayo, pueden llevar distintas dispositivos de ionizacin del aire. De tipo Franklin: se basan en el "efecto punta".Es el tpico pararrayos formado por una varilla metlica acabada en una o varias puntas.La zona protegida por un pararrayos clsico de Franklin tiene forma cnica.

Fig. Zona protegida por un pararrayos clsico.En este tipo de pararrayos, el efecto de compensacin de potencial es muy reducido, por lo que en zonas con alto riesgo suelen usarse otro tipo de pararrayos.De tipo radiactivo: Consiste en una barra metlica en cuyo extremo se tiene una caja que contiene una pequea cantidad de istopo radiactivo, cuya finalidad es la de ionizar el aire a su alrededor mediante la liberacin de partculas alfa.Este aire ionizado favorece generacin del canal del rayo hasta tierra, obteniendo un rea protegida de forma esfrico-cilndrica.

Fig. Zona protegida por un pararrayos radiactivo

Tipo in-corona solar: Este tipo de pararrayos incorpora un dispositivo elctrico de generacin de iones de forma permanente, constituyendo la mejor alternativa a los pararrayos atmicos. La energa necesaria para su funcionamiento suele proceder de fotoclulas.De tipo piezoelctrico:Se basa en la capacidad de los materiales piezoelctricos, de producir carga elctrica a partir de los cambios en su estructura debido a presiones externas (tales como las producidas por el viento durante un vendaval).Para mejorar el comportamiento de los pararrayos de punta, puede usarse la tcnica denominada "matriz de dispersin", que consiste en un conjunto de puntas simples o ionizadoras cuya misin es la de ofrecer multitud de puntos de descarga entre tierra y nube, as modo la repartir esa descarga de neutralizacin en una regin mayor de modo que se reduce la aparicin de puntos con distintos potenciales que favorezcan la aparicin del rayo.a. Pararrayos reticulares o de jaula de Faraday:consisten en recubrir la estructura del edificio mediante una malla metlica conectada a tierra.

Fig. Zona protegida mediante pararrayos reticular.Hay que hacer notar que los edificios modernos con estructura metlica, cumplen una funcin similar a las jaulas de Faraday, por lo que la probabilidad de que un rayo entre en uno de estos edificios es extremadamente pequea.Donde es necesario colocar un pararrayos:Segn las Normas Tecnolgicas de la Edificacin es necesario la instalacin de pararrayos en los siguientes casos:a. Edificios de ms de 43 metros.a. Lugares en los que se manipulen sustancias txicas, radiactivas, explosivas o inflamables.a. Lugares con un ndice de riesgo superior a 27. Este ndice se calcula dependiendo de la zona geogrfica, materiales de construccin y condiciones del terreno.

Otros tipos de pararrayosPararrayos desionizador de carga electrostticaAlgunos autoresaseguran que gracias a su diseo el pararrayos desionizador de carga electrosttica anula el campo elctrico en las estructuras, inhibiendo por tanto la formacin del rayo en la zona que se protege al adelantarse al proceso de formacin del rayo, para debilitar elcampo elctricopresente, en dbiles corrientes que se fugan a la toma de tierray evitan posibles impactos de rayos en las estructuras. Otros autores afirman que su presencia no constituye una proteccin distinta a la otorgada por un pararrayos convencional.5Al respecto se ha afirmado que:No hay evidencia terica ni experimental que sustente la posibilidad de impedir la formacin del rayo ni de extender la zona de proteccin ms all de un captor convencional.6Pararrayos con dispositivo de cebadoUn pararrayos con dispositivo de cebado es un pararrayos que incorpora un dispositivo decebado(PDC), electrnico o no, que garantiza una mayor altura del punto de impacto del rayo, aumentando as el rea de cobertura y facilitando la proteccin de grandes reas, simplificando y reduciendo costos de instalacin.Su funcionamiento se basa en el siguiente proceso:Cuando se dan las condiciones atmosfricas para la formacin de nubes con carga elctrica (cumulonimbos), el gradiente atmosfrico aumenta de una forma rpida, creando un campo elctrico de miles devoltios/metro entre nube y tierra. Durante este proceso, el sistema PDC capta y almacena la energa de la atmsfera en su interior. El cabezal emite un trazador ascendente en forma de impulso de alta frecuencia a partir de la energa almacenada cuando el control de carga detecta que est prxima la cada de un rayo (valor de tensin cercano al de ruptura del gradiente de la atmsfera). Mediante el trazador ascendente, se facilita un camino ionizado de bajaimpedanciapara la descarga hacia tierra de la energa almacenada en la nube, a travs del conductor bajante de la instalacin, neutralizando el potencial de tierra.El nivel de proteccin est relacionado con la eficiencia requerida para que un sistema de proteccin contra el rayo intercepte las descargas sin riesgo para las personas, para la estructura y para las instalaciones. Indica la eficacia del sistema de proteccin dentro del volumen a proteger.

Los pararrayos PDC se sub-divide a su vez en: Pararrayos piezoelctricos Pararrayos electrnicos Pararrayos PDC puros o mecnicos.Pararrayos piezoelctricosUtilizan fuentes exteriores (paneles solares, bateras o cristales de cuarzo) para generar el campo elctrico artificial.El inconveniente del pararrayo piezoelctrico radica en que al colapsar la fuente exterior de energa elctrica el pararrayo piezoelctrico deja de activarse y por consiguiente deja de funcionar. Pararrayos electrnicosSu dispositivo de cebado est compuesto por elementos electrnicos y la alimentacin elctrica es generada por las propias cargas elctricas de las nubes.El inconveniente de los pararrayos electrnicos radica en que a la cada de un rayo existe la posibilidad que su dispositivo electrnico sufra averas que finalmente inutilice el pararrayo electrnico.

Pararrayos PDC puros o mecnicos. Su dispositivo de cebado es forjado a travs de las propias formas geomtricas de su construccin de acero y la alimentacin elctrica proviene de las propias cargas elctricas que generan las nubes.

TIPOS DE PUESTAS A TIERRA

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 carbn; sales electrolticas; cemento conductivo y/o bentonita) Electrodos de cobre electroltico. 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 qumicamente activadosUtiliza elementos denominados electroqumicos que cumplen con la funcin de disminuir la resistividad del terreno, absorber y retener la humedad existente.Se obtiene buenos resultados, pero tiene la desventaja que los "electroqumicos" son contaminantes.Electrodos de grafito.Tiene ventajas comparativas con respecto a los anteriores sistemas. No sufre degradacin como en el caso de los convencionales. No son contaminantes, como en el caso del electrodo qumicamente activado. Tienen mayor tiempo de vida. Se utiliza en zonas rocosas.

Distribucin de electrodos para descarga

Toma a tierra de mstilesLos mstiles son estructuras de tipo prismtico cuyo nico pie de apoyo descansa sobre una fundacin de hormign. La resistencia de esta estructura es conseguida por tensores o riendas que vinculan mecnicamente el mstil a diferentes alturas con puntos de fijacin terrestres que las agrupan llamados anclotes.

PROTECCIN INTERNALos pararrayos, sean pararrayos convencionales franklin o pararrayos PDC, nos protegen contra cadas de rayos directos. Los rayos por lo general causan graves daos a las personas e instalaciones. Pero no solamente el problema que generan los rayos son por cadas directas, tambin se da por las graves consecuencias al caer en zonas cercanas o sobre conductores elctricos.La descarga del rayo sobre cualquier cable conductor, tanto en lneas elctricas (redes de alta, media y baja tensin) , lneas de datos (telefnicas, internet e informticas), lneas de alta frecuencia (antenas, cables coaxiales de radio frecuencia y transmisin), cables de alarmas o conductores de conexin de sistemas de puestas a tierra (pozos a tierra convencionales, ecolgicos o libre mantenimiento); provocan lo que denominamos sobre voltaje o transitorios , los mismos que se caracterizan por su corta duracin, crecimiento rpido y valores de cresta muy elevados (varios cientos de kV), daando todos los equipos electrnicos, digitales, de comunicaciones o computo que encuentre a su paso.Las descargas elctricas transitorias se caracterizan por ser picos de tensin muy elevados de muy corta duracin y con un crecimiento muy rpido, que daan ostensiblemente los equipos que encuentran a su paso, tal el caso de las centrales telefnicas, fax, tarjetas de equipos electrnicos, equipos de data y computo, etc. por lo que los equipos de proteccin habituales y que es muy utilizado en nuestro medio, tal el caso de los estabilizadores de voltaje y supresor de picos, o equipos de proteccin magneto trmicos y diferenciales no estn preparados para detectar y reaccionar frente a este tipo de fenmenos.

Bibliografahttp://es.wikipedia.org/wiki/Pararrayoshttp://www.pararrayos.info/http://www.ingesco.com/http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/EMC/trabajos_02_03/Proteccion_contra_descargas_atmosfericas/11/11.htmINSTALACIONES 3

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