lunes, 2 de febrero de 2015

La diferencia


5. LA DIFERENCIA

SISTEMA COLECTOR DE RAYOS  VS.  SISTEMA PREVENTOR DE RAYOS

Actualmente se conocen dos categorías de equipo para el tratamiento de las descargas eléctricas atmosféricas, los “colectores” que atraen el rayo y los “preventores” que lo eliminan. Para que se entienda como funcionan, es necesario analizar cual es el mecanismo de una descarga eléctrica atmosférica (rayo).

Formación de una Descarga Eléctrica Atmosférica

La separación de una carga eléctrica natural ocurre dentro de una “nube de tormenta”, la cual origina una acumulación de una predominante carga eléctrica negativa en la base de la nube (el 90% de los rayos se da de esta manera, el otro 10% de rayos son de carga eléctrica positiva, los cuales se forman de la misma manera pero tienen polaridad opuesta). Esto sucesivamente genera una acumulación de carga eléctrica positiva, la cual equivale a una “sombra eléctrica”, sobre la superficie de la tierra y las estructuras que se encuentran debajo de la nube de tormenta. A medida que la intensidad del campo eléctrico entre la nube y la superficie de la tierra se incrementa, un “paso líder”, un canal conductivo o relámpago de electrones se desprende de la base de la nube, viajando hacia abajo. A medida que el líder descendente se acerca a la tierra, una flámula o streamer ascendente –el cual es una corriente de iones positivos- es generada en respuesta, y dirigiéndose, hacia el líder descendente en movimiento.

Cualquier objeto en forma de punta bajo la nube de tormenta puede generar una flámula o streamer moviéndose hacia arriba y ser alcanzado por un paso líder. Consecuentemente, varios streamers moviéndose hacia arriba “compiten” para alcanzar a un líder descendente moviéndose hacia abajo. El primer streamer que haga contacto con el líder descendente cierra el circuito eléctrico entre la nube y la tierra, dando  por resultado una transferencia masiva de energía entre la nube y la tierra con un destello del rayo visible y la neutralización temporal de la carga eléctrica de la nube y de la tierra.

Colectores

Los Sistemas Colectores están diseñados para atraer la descarga eléctrica hacia ellos, capturan el rayo y  “conducen” la energía a tierra. Un colector de estos puede generar un streamer ascendente con una fuerza de atracción muy efectiva hacia un líder descendente. Normalmente el streamer intercepta al líder, el cual empieza la transferencia de energía de la nube al Sistema colector y finalmente a la tierra. El equipo diseñado para capturar y desviar a tierra el rayo ha existido por más de 250 años. Se incluyen en esta categoría de colectores las terminales aéreas (varillas pararrayos en variadas configuraciones), (conocidas también como Sistemas Franklin), Emisores de Streamer Temprano (Early Streamer Emmitters)
los cuales incluyen a las varillas radioactivas (en desuso), y otros seis tipos diferentes. Todos ellos con el propósito de aumentar la capacidad de atraer al rayo a la terminal aérea respectiva.

Preventores

Los Preventores han sido diseñados para eliminar el Rayo en la Instalación que ha sido PROTEGIDA contra el impacto directo de un rayo. Los Preventores funcionan colectando la carga eléctrica inducida en la instalación o el sitio a protegerse, y descargando esa carga lentamente en la atmósfera. Descargando la instalación o el sitio que se va a proteger, la diferencia de potencial eléctrico entre la nube de tormenta y la instalación protegida, será reducida al mínimo. Consecuentemente, el potencial resultante es tan bajo que no se alcanza a formar una flámula o (streamer) ascendente desde cualquier estructura. Como se requiere de una flámula ascendente para conectarse con el paso líder descendente como precursora para la descarga eléctrica atmosférica (rayo), donde no se han generado flámulas, no habrá descargas. El equipo del Sistema de Arreglo de Disipación (DAS) o Sistema de Transferencia de Carga (CTS) está diseñado para prevenir los impactos directos de rayo y fue introducido por LEC Inc., al mercado en 1971. Desde entonces, algunos Fabricantes de la competencia en los Estados Unidos de Norteamérica han puesto en el mercado diferentes configuraciones o diseños mal copiados que no han tenido una prueba exitosa.

Deficiencias de los Colectores

La falla de los colectores para capturar el 100% de todas las descargas eléctricas ha sido muy bien documentada. Como ejemplo, el Empire State Building en la Ciudad de Nueva York ha sido impactado varias veces debajo de las varillas pararrayos que se encuentran instaladas cerca del tope del Edificio. Otros ejemplos menos conocidos incluyen: (1) una torre perteneciente al Colegio Militar Real en Ontario, Canada, el cual se incendió después de haber sido impactado por un rayo, a pesar de tener varillas pararrayos convenientemente instaladas en el techo. (2) El Edificio de AT&T en Norfolk, Virginia fue dañado por rayos en la fachada de mármol en una esquina a tan solo 18” de la varilla pararrayos.

Uno de los principales problemas con el Sistema Colector es como conducir un repentino y masivo aumento de energía a tierra. Si el colector es efectivo en la captura del rayo, cuanta energía debe ser conducida con seguridad a tierra?. Cualquier conductor tiene una cierta impedancia para el flujo de la energía eléctrica. Mientras más largo es el conductor, es mayor la impedancia. Algunos cálculos relativamente simples muestran que la impedancia de la energía del rayo para un conductor tan corto como 15 metros, e incluso conductores de mayor diámetro pueden crear una diferencia de voltaje de más de un millón de volts entre el terminal aéreo y la tierra. Esta gran diferencia de voltaje provoca el arco alrededor del conductor de conexión a tierra, el cual puede ser peligroso para las personas y el equipo.

Otro problema con el Sistema Colector son los efectos secundarios del rayo, los cuales son un fenómeno indirecto causado por el impacto del rayo. Uno de los Efectos secundarios son los Pulsos Electromagnéticos (EMP). Un impacto de rayo envía a la atmósfera una gran cantidad de EMP, en todas direcciones y a gran distancia de donde termina el rayo. Estos EMP pueden crear transitorios y sobrevoltajes en cualquier conductor cercano, tales como líneas de energía y líneas telefónicas. Otro tipo de efectos secundarios son los transitorios atmosféricos, transitorios de corrientes de tierra, y la carga estática. Los efectos secundarios 
de los rayos son la causa de la mayoría de los daños causados al equipo eléctrico y electrónico, tales como computadoras, módems, e instrumentos, etc.

La interfase del aterrizaje es también otro problema, con una resistencia de tan solo 5 Ohms junto con una corriente de rayo de 20,000 amperes resulta un voltaje de 100,000 volts a través de los cables de interfase de tierra, y en cualquier interconexión de la instalación.

Ventajas de los Preventores

Los Sistemas de Prevención de rayos tienen la ventaja de NO atraer el rayo. Consecuentemente, no existe el problema de cómo conducir a la tierra en corto tiempo la energía masiva del rayo. De esta manera, el problema de arqueo en el conductor de tierra y otros efectos secundarios son eliminados. Un Sistema de Prevención de rayos usa un Sistema de Aterrizaje e interconexión para conducir la carga de la “sombra eléctrica”, creada por la tormenta hacia arriba para ser descargada a la atmósfera. También se eliminan los Efectos Secundarios de un impacto de rayo, simplemente porque no existe rayo que los genere.

El Sistema de Transferencia de carga o Dissipation Array System (CTS/DAS)

El DAS es a nivel mundial el Sistema de Prevención contra Descargas Eléctricas Atmosféricas más efectivo y  está soportado por un Diseño de Ingeniería y Cálculo para cada Sitio Específico. El DAS fue desarrollado al principio como un Sistema Operativo en 1971. Desde entonces ha sido instalado para proteger Estaciones Retransmisoras de Comunicaciones, Refinerías, Centros de Cómputo, Hospitales, Plantas de Generación de Energía, Líneas de Transmisión y Distribución de Energía y cualquier otra Instalación vulnerable a los Rayos. Actualmente existen más de 40,000 Sistemas CTS/DAS instalados en todo el mundo. El DAS es el único Sistema de PROTECCIÓN contra Descargas Eléctricas Atmosféricas GARANTIZADO por un CERTIFICADO DE FUNCIONALIDAD y numerosas Cartas de Referencia de Usuarios como: NASA, MOBIL OIL, CHEVRON,  FEDERAL EXPRESS, TELECOM MALASIA, ETC., ETC.

Todos los elementos del Sistema están Aprobados por: UNDERWRITERS LABORATORIES INC., HITACHI TECHNO ENGINEERING CO. LTD, NEGRP – NFPA – 1999, LAPEM – CFE – 2000, Y OTROS. Y CUMPLEN CON LAS NORMAS: ANSI/UL – 467 –1993, NFPA – 780 – 1995, API –RP –2003 1998, IEEE – PC1C – 99 – 03.

CONCLUSIÓN:

Es muy claro el riesgo y la peligrosidad de un Rayo en las Instalaciones y en el Equipo. UN RAYO SE PUEDE PREVENIR. La decisión es suya “Quiere Ud. que sus Instalaciones sean impactadas por un Rayo, o sería mejor PREVENIRLO?. Más de 40 años PRUEBAN que se puede y se ha evitado. 

Proceso de formación de una descarga eléctrica atmosférica (rayo)