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Una explicación necesaria sobre los pararrayos (+ Video)

El impacto de un rayo en uno de los tanques de depósito de combustible en la zona industrial de Matanzas, el pasado 5 de agosto, y la catástrofe que sobrevino después, provocó un cúmulo de comentarios en las redes y medios de prensa sobre los dispositivos llamados comúnmente pararrayos.

Para conocer más sobre los rayos, pararrayos y su funcionamiento, la Dirección de Comunicaciones de la Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría (Cujae), entrevistó a un experto en el tema, el Doctor en Ciencias e ingeniero eléctrico, Juan Almirall Mesa.

Con 56 años de experiencia docente, el profesor de la facultad de Ingeniería Eléctrica de la Cujae nos recuerda que: “Los rayos son descargas eléctricas que se producen entre nubes y entre una nube y la tierra. Ocurren durante el desarrollo de las tormentas y, según estimaciones de la NASA, en todo el planeta suceden unas 2000 tormentas de forma simultánea”.

Estas tormentas producen “unos 100 rayos por segundo y de estos, alrededor de 40 caen a tierra; la media global en la Tierra es de seis rayos por kilómetro cuadrado al año. Cuba está entre los países con alta incidencia de los rayos por la frecuencia de las tormentas eléctricas y por su intensidad”, explica el Profesor Auxiliar y Consultante.

Según datos del Instituto Cubano de Meteorología (INSMET), se registra una media anual de 54 fallecidos por impactos de rayos; esta es la primera causa de muerte por fenómenos meteorológicos en Cuba, precisa Almirall.

También se conoce que, en su mayoría, son causa de incendios forestales e incendios en instituciones industriales y civiles, incluyendo viviendas. De acuerdo con la información publicada por la National Fire Protection Association (NFPA), en el año 2014 ocurrieron, solo en Estados Unidos, 3900 incendios en hogares, originados por un rayo.

Los pararrayos

Diseñados para la protección contra los rayos, la misión de los pararrayos es “conducir la corriente a tierra, haciéndola circular por un lugar predeterminado, de forma tal que se minimicen sus efectos nocivos”, puntualiza el jefe de la disciplina Ingeniería Eléctrica. “Existen dos tipos básicos de protección contra los rayos, los que se usan en las instalaciones eléctricas y los que se usan en las instalaciones civiles e industriales”, aclara.

En las edificaciones civiles e industriales se usa el “apantallamiento, donde se predetermina el lugar del impacto, mediante el uso de dispositivos captadores; de estos el más conocido es la denominada punta Franklin”.

Para acercarnos mejor a la comprensión de estos temas, a los menos duchos en materia de Física y fenómenos atmosféricos, el Dr. C. Almirall nos explica que “cuando una nube de tormenta se acerca, las cargas eléctricas acumuladas en su base, por lo general negativas, inducen cargas positivas sobre la superficie de la tierra, que se desplazan y se acumulan en el dispositivo captador. A medida que la descarga descendente avanza hacia la tierra, aumenta la acumulación de cargas en el dispositivo captador y con esto aumenta también la intensidad del campo eléctrico, lo que a su vez provoca, para una altura determinada de esa descarga descendente, que, desde la punta del dispositivo captador se inicie una descarga o líder ascendente positivo que va al encuentro del líder descendente. En el instante de su encuentro es que se inicia el rayo”.

Para definir el lugar más apropiado donde debe caer el rayo “se diseña el circuito, siempre lo más corto posible, para conducir su corriente a tierra, garantizando un nivel de riesgo tolerable”.

-¿Cuál es el principio de protección contra rayos de los equipos instalados en los sistemas eléctricos?

«Son dispositivos que se sitúan en paralelo con los equipos instalados en las redes eléctricas y están dotados de componentes no lineales que, bajo condiciones normales de operación, conectan el sistema a tierra a través de una resistencia muy grande que imposibilita la circulación de corriente para las tensiones de operación del sistema que se trate. Sin embargo, ante una sobretensión, el valor de esa resistencia cae prácticamente a cero, lo que permite el flujo de la corriente del rayo a la tierra, y cuando esta cesa, recupera su valor».

-¿Cuántos tipos básicos de protección contra los rayos existen?

Para garantizar la eficacia de este tipo de protección, en el diseño y construcción de las instalaciones industriales se debe cumplir con lo normado para la cantidad de días con tormentas al año en una región determinada (nivel ceráunico), según datos del INSMET, aclara el profesor de la Cujae.

Para saber si una instalación necesita pararrayos o no, se estudian los datos antes mencionados y se determinan los valores de resistencia de puesta a tierra. Existen otras variables que no dependen del diseñador, como son las variaciones que ocurren en los niveles ceráunicos originadas por el cambio climático, las sequías intensas que alteran la resistencia de puesta a tierra, entre otras.

-¿Un sistema bien diseñado de protección contra rayos, de los equipos instalados en los sistemas eléctricos, puede operar sin fallas?

“Sí, bajo las condiciones de diseño que conllevan un nivel de riesgo tolerable”, puntualiza Almirall.

“Por ejemplo, en distribución se emplean pararrayos de 5 y 10 kA de capacidad, pero si la línea es impactada por una descarga de, digamos, 40 kA, o si el número de descargas consecutivas es superior a las que puede soportar el pararrayos, este fallará. Son variables que no dependen de la voluntad del diseñador. En ambos casos se presentará una falla con la consiguiente interrupción del servicio y las consecuencias que esto puede traer, como la reciente falla en la termoeléctrica Guiteras por el impacto de un rayo en la subestación y que el sistema de protección no fue capaz de neutralizar”, recuerda.

También rememora una falla ante un rayo en una línea de 220 kV, que provocó la división del sistema eléctrico nacional en dos bloques (occidente y oriente) durante varias horas, con pérdidas económicas considerables.

Mantenimientos

“Para garantizar la eficacia de un sistema de protección contra los rayos, en las instalaciones civiles e industriales, es imprescindible un mantenimiento adecuado, aún más cuando se trata de los sistemas de puesta a tierra, que en muchas ocasiones se construyen debajo de las propias instalaciones y para corregir los problemas que se presentan requieren de trabajos costosos y complejos”, dice Almirall.

-¿Puede el mantenimiento garantizar el funcionamiento eficaz de este sistema?

“Un mantenimiento adecuado puede mantener el nivel de eficacia dentro de los límites de riesgo tolerable, pero no puede evitar todas las fallas, pues como se planteó, hay variables que inciden en su funcionamiento y que no dependen de la voluntad del hombre”.

-¿Puede una instalación de protección contra rayos de cualquier tipo, diseñada de acuerdo con las normas vigentes y con un mantenimiento adecuado, operar sin fallas?

“No, pues estos sistemas están sometidos a eventos naturales que no dependen de la voluntad del hombre y que no es posible tener en cuenta en el diseño por razones económicas y en muchos casos, también técnicas”.

-¿Puede una instalación de protección contra rayos, diseñada de acuerdo con las normas vigentes y con un mantenimiento adecuado, operar sin fallas para el nivel de riesgo tolerable que se consideró y el tiempo de vida útil para el que se diseñó?

“Sí, es posible, pero para ello se requiere de un régimen de mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo muy bien diseñado, y además contar con los recursos materiales y financieros necesarios, cosa que, con la situación económica actual del país, es prácticamente imposible, como todos sabemos, debido, principalmente, al bloqueo de Estados Unidos”.

Ha sido muy amplia la información aportada por el experto y resumirla para estas líneas fue una tarea compleja. El profesor Almirall expone en sus respuestas parte de los conocimientos básicos que deben dominar los estudiantes de 3.er año de la carrera de Ingeniería Eléctrica y que después se complementan en la maestría, en la asignatura Técnicas de alta tensión, que también imparte.

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(Tomado de Cubadebate)

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