Pararrayos.

Un pararrayos se utiliza en edificios y otras estructuras para protegerlos de los efectos dañinos de los rayos. El pararrayos está diseñado para atraer la descarga eléctrica de un rayo y proporcionarle un camino seguro hacia la tierra, evitando así que la energía del rayo cause daños en la estructura o en los equipos conectados.

Cuando hay una nube cargada eléctricamente cerca del edificio, el pararrayos, que consta de una punta conductora o una red de conductores en la parte superior del edificio, crea un punto de alta conductividad eléctrica. Esto atrae la descarga del rayo hacia el pararrayos, proporcionando un camino preferencial para que la corriente eléctrica fluya hacia la tierra.

La efectividad de un pararrayos se basa en el principio de protección por descarga atmosférica. Cuando el potencial eléctrico de la nube se vuelve lo suficientemente alto, la diferencia de potencial entre la nube y el pararrayos se vuelve significativa. Esto provoca que el rayo "elija" la ruta del pararrayos hacia la tierra, en lugar de buscar un camino a través de la estructura del edificio o de los sistemas eléctricos.

El pararrayos debe estar correctamente diseñado e instalado de acuerdo con las normas y regulaciones de seguridad eléctrica para garantizar una protección efectiva. Además del pararrayos, se deben implementar sistemas de puesta a tierra adecuados y medidas de protección adicionales para minimizar los daños causados por una descarga atmosférica.

En resumen, un pararrayos se utiliza en edificios para atraer y conducir la descarga de un rayo hacia la tierra de forma segura. Esto protege la estructura y los equipos del edificio al proporcionar un camino preferencial para la corriente eléctrica generada por el rayo. El pararrayos se instala para proteger contra las consecuencias potencialmente dañinas de un rayo al reducir el riesgo de incendios, daños estructurales y lesiones a las personas.

El pararrayos provoca la descarga cuando el potencial de la nube es demasiado elevado:

1° por cuanto está más cerca de la nube;
2º porque lleva electricidad de nombre contrario, que se atraen;
3° por cuanto está compuesto por cuerpos buenos conductores que conducen la descarga a la tierra con facilidad.

Se admite que un pararrayos preserva los edificios comprendidos en un cono cuyo vértice es la punta del pararrayos y la base un círculo de radio igual al doble de su altura.

Así, un pararrayos cuya barra mide 8 metros y está colocado sobre un edificio de 30 metros de altura su cono de protección se extiende en un círculo de: (8 + 30) X 2= 76 metros de radio en el suelo.

Pararrayos de Melsens

Así como el pararrayos de Franklin trabaja bajo el principio del poder de las puntas, hay otro sistema de pararrayos que protege los edificios y que actúa bajo el principio de la jaula de Faraday, es el llamado "pararrayos de Melsens" (figura siguiente).

Fig. Pararrayos de Melsens.

Una red de mallas metálicas en conexión con la tierra rodea el edificio, siguiendo sus líneas arquitectónicas y está provista de haces divergentes en las partes salientes de la construcción. A esta red están conectadas también las cañerías y partes metálicas.

Cualquier descarga que se produzca va a tierra por el camino más fácil de conductores metálicos.

Los altos edificios, los postes telefónicos así como los árboles pueden hacer las veces de pararrayos, debido a su altura. Es por ello que es peligroso guarecerse debajo de los árboles los días de tormenta eléctrica.

El principio de la jaula de Faraday establece que una jaula o recinto conductor metálico puede proteger su interior de los campos eléctricos externos. Cuando un campo eléctrico externo incide sobre la jaula, las cargas eléctricas en el conductor se redistribuyen de manera que anulan el campo eléctrico en el interior del recinto. Esto significa que las cargas se acumulan en la superficie externa del conductor, creando un campo eléctrico igual pero opuesto al campo externo, lo que resulta en una cancelación total del campo en el interior.

En resumen, la jaula de Faraday actúa como un escudo protector que desvía las corrientes eléctricas externas alrededor del espacio protegido, manteniendo su interior libre de influencias eléctricas externas. Este principio es ampliamente utilizado en aplicaciones de protección contra descargas eléctricas, como la protección contra rayos en edificios o la protección de equipos electrónicos sensibles de interferencias electromagnéticas.

Fig. Es peligroso en una tormenta eléctrica el guarecerse bajo los árboles.

Resumiendo : evolución de los pararrayos a lo largo de los años.

1. Pararrayos punta Franklin: Fue inventado por Benjamin Franklin en 1752. Consiste en una varilla puntiaguda de metal, generalmente de cobre, que se coloca en la parte más alta de un edificio. Su forma puntiaguda ayuda a ionizar el aire circundante y atraer los rayos hacia la varilla, proporcionando un camino seguro para la descarga eléctrica hacia tierra.

2. Jaula de Faraday: Propuesta por Melsens en 1884, esta técnica de protección involucra rodear un edificio con una red de mallas metálicas conectadas a tierra. La jaula de Faraday aprovecha el principio de que un campo eléctrico externo no afectará el interior de una estructura metálica cerrada. De esta manera, la red de mallas actúa como una protección contra los rayos, desviando la corriente hacia tierra.

3. Pararrayos radiactivo: En 1914, Szyllard introdujo la idea de usar sales radiactivas en las puntas metálicas de los pararrayos. Estas sales radiactivas, al ser expuestas a un campo eléctrico, aumentan la corriente de descarga. Sin embargo, debido a los riesgos asociados con las fuentes radiactivas, la importación y fabricación de pararrayos con este tipo de materiales fue prohibida en muchos países, incluyendo España en 1986.

Términos destacados :

• Altura del pararrayos (Lightning rod height)
• Ángulo de protección (Protection angle)
• Arco eléctrico (Electric arc)
• Campo eléctrico externo (External electric field)
• Cancelación de campo (Field cancellation)
• Caída de rayo (Lightning strike)
• Cono de protección (Protection cone)
• Corriente de descarga (Discharge current)
• Densidad de campo eléctrico (Electric field density)
• Descarga atmosférica (Atmospheric discharge)
• Descarga eléctrica (Electric discharge)
• Efecto Faraday (Faraday effect)
• Equipos electrónicos sensibles (Sensitive electronic equipment)
• Interferencias electromagnéticas (Electromagnetic interference)
• Ionización del aire (Air ionization)
• Jaula de Faraday (Faraday cage)
• Malla metálica (Metallic mesh)
• Melsens (Melsens)
• Normas de seguridad eléctrica (Electrical safety standards)
• Pararrayos de Franklin (Franklin lightning rod)
• Pararrayos de Melsens (Melsens lightning rod)
• Pararrayos radiactivo (Radioactive lightning rod)
• Pararrayos tipo punta (Point-type lightning rod)
• Protección contra rayos (Lightning protection)
• Protección de edificios (Building protection)
• Puesta a tierra (Grounding)
• Red de conductores (Conductor network)
• Regulación de pararrayos (Lightning rod regulation)
• Riesgo por rayos (Lightning hazard)
• Sistema de protección externa (External protection system)

Cada tipo de pararrayos tiene sus ventajas y desventajas en términos de eficacia, costo y seguridad. Los avances en la tecnología han permitido mejorar la capacidad de descarga de los pararrayos y desarrollar sistemas más eficientes. Es importante seguir las regulaciones y normativas locales al instalar y mantener los pararrayos para garantizar una protección efectiva contra los rayos.