comparativo de pararrayos.pdf

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Kabah # 1592 Jardines del Sol, Zapopan, Jalisco, C.P. 45050 www.totalground.com

Informacin de pararrayos (Comparativo)

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Realizo: Ing. Ernesto Sols

Comparativo de pararrayos nuevas

tecnologas y tradicionales

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Inicio del pararrayos

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un y canalizar la descarga elctrica hacia

tierra, de modo tal que no cause daos a construcciones o personas. Este artilugio fue inventado

en Benjamn Franklin mientras efectuaba una serie de experimentos sobre la propiedad que

tienen las puntas agudas, puestas en contacto con la tierra, de descargar los cuerpos electrizados

situados en su proximidad.

Estn compuestos por una barra de hierro coronada o similar esta punta es colocada en la parte

ms alta del edificio al que protegen. La barra est unida, mediante un cable conductor, a tierra (la

toma de tierra es la prolongacin del conductor que se ramifica en el suelo, o placas conductoras

tambin enterradas, o bien un tubo sumergido en el agua de un pozo). En principio, el radio de la

zona de proteccin de un pararrayos es igual a su altura desde el suelo, y evita los daos que

puede provocar la cada de un rayo sobre otros elementos, como edificios, rboles o personas.

Las normas actuales relacionadas con las instalaciones reglamentarias de pararrayos, pretenden

como objetivo de la proteccin del rayo, salvaguardar la vida de las personas y animales junto a

sus propiedades y remarcan que en mayor o menor grado, aceptan que no existe una proteccin

absoluta contra el fenmeno de las tormentas elctricas, sino slo una proteccin adecuada.

Las normativas dejan abierta la posibilidad de aplicar otros sistemas de proteccin, donde la

necesidad de soluciones para la proteccin del rayo sea particularmente ms exigente.

El principio bsico del rayo.

El principio del funcionamiento de los pararrayos consiste en que la descarga electrosttica se

produce con mayor facilidad, siguiendo un camino de menor resistividad elctrica, por lo cual un

metal se convierte en un camino favorable al paso de la corriente elctrica. Los rayos caen

tambin principalmente en los objetos ms elevados ya que su formacin se favorece cuanto

menor sea la distancia entre la nube y la tierra.

Durante una tormenta la tensin elctrica en la atmsfera puede llegar a valores de 200,000 a 1000,000 de voltios entre la ionosfera y el suelo. En todo el mundo se generan ms de 44,000 tormentas con ms de 8000,000 de rayos, que descargan su energa a tierra. Los rayos y relmpagos son el reflejo de esta reaccin de carga elctrica entre la atmsfera y la tierra. El rayo se forma normalmente en las puntas ms predominantes o de menor resistencia y en aquellos lugares donde el contexto ambiental facilite la transferencia de cargas que ionizarn el aire, como en este caso son los pararrayos.

En la atmsfera podemos encontrar, en buen tiempo, una diferencia de potencial de entre 100 y150 Voltios por metro en tierra, a nivel de mar. Segn se forman los ncleos y clulas de tormenta, la tensin elctrica aumenta progresivamente y con ella la ionizacin del aire(normalmente positiva (+) en el 95 % de los casos). Durante este proceso, la tensin elctrica puede llegar a lmites de tensin superiores a los 45,000 V/m en la punta del pararrayos.

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Este efecto causa en la punta del pararrayos chispas diminutas en forma de luz, ruido audible, radiofrecuencia, vibraciones en el conductor, ozono y otros compuestos. Este fenmeno arranca una serie de avalancha electrnica por el efecto campo, un electrn ioniza un tomo produciendo un segundo electrn, ste a su vez, junto con el electrn original, puede ionizar otros tomos produciendo as una avalancha que aumenta exponencialmente.

Las colisiones no resultantes en un nuevo electrn provocan una excitacin que deriva en el fenmeno luminoso. A partir de ese momento, el aire cambia de caractersticas gaseosas al lmite de su ruptura dielctrica, en ese instante, la descarga est a punto de aparecer y generar los daos colaterales del impulso electromagntico; el rayo es el resultado de la saturacin de cargas entre la nube y tierra, se encarga de transferir, en un instante, parte de la energa acumulada; el proceso puede repetirse varias veces en las instalaciones donde la resistencia de la tierra es menor.

El pulso electromagntico generado por el contacto elctrico en el pararrayos, es el resultado del campo magntico transitorio generado por la corriente que circula en el canal de descarga del rayo. La corriente de neutralizacin fluye muy rpidamente, en proporcin a la impedancia del canal de descarga y a la carga elctrica de la nube, los rangos de crecimiento de estos pulsos de corriente, varan proporcionalmente segn la descarga. Se han medido valores superiores a 510,000 Amperios por microsegundo, la media es de 100,000 amperios por segundo, la energa radiada viaja a la velocidad de la luz, propagndose a grandes distancias y afectando grandes reas geogrficas.

Durante este proceso de carga y descarga, nos podemos sentir inquietos y con sensacin electrizante, por causa del campo elctrico de alta tensin que se genera temporalmente en la zona, puede cubrir unos 150-300 metros de radio, el estrs electromagntico puede aparecer y tener la sensacin de respirar mejor o ms fresco, olor a ozono, ruido de chispas, dolor de cabeza, tensin nerviosa, hormigueo, pelos de punta, palpitaciones, etc.

El principio del funcionamiento de los pararrayos consiste en que la descarga electrosttica se

produce con mayor facilidad, siguiendo un camino de menor resistividad elctrica, por lo cual un

metal se convierte en un camino favorable al paso de la corriente elctrica. Los rayos caen

tambin principalmente en los objetos ms elevados ya que su formacin se favorece cuanto

menor sea la distancia entre la nube y la tierra.

Protecciones del rayo

Como elemento protector de los circuitos elctricos, se utilizan en la actualidad dos tipos de pararrayos, los de Resistencia Variable y los de xido de Zinc. Los primeros asocian una serie de explosores y unas resistencias no lineales (varistancias) capaces de limitar la corriente despus del paso de la onda de choque. Se caracterizan por su tensin de extincin a frecuencia industrial ms alta bajo la cual el pararrayos puede descebarse espontneamente. Los segundos estn constituidos solo por varistancias y reemplazan a los anteriores cada vez ms, ya que su caracterstica principal es la no linealidad de las varistancias de ZnO, que facilitan que la resistencia pase de unos 1.5 MOhms a 15 Ohms entre la tensin de servicio y la tensin nominal de descarga.

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Estos elementos son esenciales contra la proteccion de descargas atmosfricas aunque en realidad lo esencial es en protecciones externas del cual se explica en este documento.

Casi todas las descargas naturales de rayos se inician en el interior de las nubes y progresan en forma de rbol de diferentes ramas a tierra. Unas se compensan con cargas negativas y las otras con cargas positivas; en su trayectoria transportan corrientes elctricas que pueden llegar como trmino medio de 30.000 Amperios a valores mximos superiores a los 300.000 Amperios durante millonsimas de segundo, con potenciales que se han llegado a estimar en valores que sobrepasaban los 15 millones de voltios y desprendiendo una energa trmica superior a los 8.000 grados.

Se realizara comparacin de tecnologas y la capacidad de cada una, entre tradicional y tecnologas en sistemas complementarios o integrales de equipamiento.

Normativas

NOM-001-SEDE-2005 ART. 250

NMX-J-549-ANCE-2005

CEI/IEC 1024-1

NF-C-17-102

NFPA-780 Los sistemas tradicionales como nuevas tecnologas cumplen con las normativas antes mencionadas. Comparativo Existen diversas tecnologas de pararrayos como son Tradicionales tipo Franklin o jaulas de Faraday Ionizantes Desionizadores Pasivas y activas Radiactivas

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Tradicionales tipo Franklin o jaulas de Faraday Estas tecnologas eran eficientes en el campo magntico atrayente de rayos, sobre lugares que no conllevan conjunto de infraestructura cercana, hoy en da la mancha urbana de las ciudades requiere de nuevas tecnologas que protejan con mayor amplitud contra descargas atmosfricas

Ionizantes

La funcin especfica del pararrayos IONIZANTES o cebado es la de producir ionizacin dirigida hacia la nube, canalizando desde su origen la posible descarga elctrica.

Entre el conjunto excitador, que se encuentra en el mismo potencial que el aire circundante, la punta y el conjunto deflector, que se hallan a igual potencial que la Tierra, se establece una diferencia de potencial que es tanto ms elevada cuanto ms alto es el gradiente de potencial atmosfrico y, por ende, cuanto ms inminente se halla la formacin del rayo.

Desionizadores

Los Pararrayos Desionizadores de Carga Electroesttica incorporan un sistema de transferencia de carga (CTS). Se caracteriza por facilitar la transferencia de la carga electroesttica entre nube y tierra antes del segundo proceso de la formacin del rayo, anulando el fenmeno de ionizacin o efecto corona en la tierra.

El cabezal del pararrayos est constituido por dos electrodos de aluminio separados por un aislante dielctrico. Todo ello est soportado por un pequeo mstil de acero inoxidable. Su forma es esfrica y el sistema est conectado en serie entre la toma de tierra elctrica y la atmsfera que lo rodea.

Durante el proceso de la tormenta se genera un campo de alta tensin en tierra que es proporcional a la carga de la nube y su distancia de separacin del suelo. A partir de una magnitud del campo elctrico natural en tierra.

La instalacin equipotencial de tierras del pararrayos, facilita la transferencia de las cargas por el cable elctrico. Estas cargas, indiferentemente de su polaridad, se concentran en el electrodo inferior del pararrayos que est conectado a la toma de tierra por el cable elctrico y situado en lo ms alto de la instalacin.

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Pasivos y Activos Los sistemas pasivos son aquellos en los que por su sola ubicacin con relacin al suelo y a la fuente de carga electrosttica atmosfrica provocan una ionizacin en una punta y atraen cargas de signo opuesto, se instalan para recibir descargas elctricas atmosfricas, dentro de esta clasificacin entran puntas de descarga convencionales, puntas de punta mltiple, puntas con toroides, puntas elevadas macizas, hilos de guarda y otros medios semejantes.

Los sistemas activos son aquellos que generan carga elctrica y continuamente estn bombardeando a la atmsfera con iones, los cuales se pretende que repelan o neutralicen a las cargas electrostticas atmosfricas, esto en teora provoca la cancelacin de descargas o minimizacin de la energa descargada, durante algn tiempo se construyeron puntas con ncleo radioactivo como fuente inica pero por el riesgo que entraa su mantenimiento y potencial efecto contaminador actualmente estn prohibidos, recientemente se desarrollaron elementos con partes piezoelctricas que por la sola agitacin de corrientes de aire crean presiones internas que bastan para generar potenciales elctricos, aunado a este efecto generador se aprovech el principio del vnturi para crear corrientes ascendentes de aire, con lo cual se ha logrado un efectivo bombardeo inico a la atmsfera, dentro de esta clasificacin se encuentran prcticamente todas las puntas de proteccin europeas.

Radiactivas Un pararrayos radiactivo o ionizante, est basado en la utilizacin de una fuente radiactiva para ionizar el espacio su alrededor y as volverlo un punto atractivo al impacto de un rayo. Las radiaciones ionizantes constituyen un factor de riesgo clasificado como fsico al que pueden exponerse las personas por causas naturales o tecnolgicas. Todas las fuentes utilizadas para uso en medicina, en la industria, en la investigacin o para enseanza, tienen la particularidad de su larga vida til, de tal manera que si el pararrayos va a durar 430 aos, muy seguramente el edificio donde se instal va a ser demolido antes que eso ocurra y puede terminar la fuente radiactiva entre los escombros

El efecto de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos, no es un hallazgo reciente, viene con el descubrimiento de los rayos X en 1895 y la radiactividad en 1896, cuando comenzaron a notarse lesiones tumorales. Debido a los efectos nocivos de las radiaciones ionizantes, es importante evaluar los riesgos potenciales que estn presentes cuando se poseen fuentes emisoras de este tipo de radiacin, los cuales dependen de las caractersticas del radionclido, del tipo de radiacin que emita y de la forma como se utilice. Los residuos radiactivos se clasifican en tres tipos segn su perodo de semidesintegracin: menor a seis das, entre 6 y 71 das y ms de 71 das. Los de los pararrayos van desde 10 hasta 5700 aos.

Estos pararrayos de nueva tecnologa en estos momentos son prohibidos.

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Descripcin de Sistemas de Pararrayos TOTAL GROUND

Los sistemas de pararrayos TOTAL GROUND, son un elemento complementado como un

sistema de proteccin ante descargas atmosfricas, el cual comprende en su complemento con

una punta de pararrayos, un acoplador de conexin, un electrodo de puesta a tierra y un

componente orgnico que ayuda a la mejor disipacin de la descarga.

El electrodo TOTAL GROUND, est elaborado con cobre electroltico altamente conductivo,

tratado especialmente para retardar el efecto de la corrosin, todos los modelos de electrodo

puesta a tierra de TOTAL GROUND incluyen un dispositivo de filtracin de baja frecuencia LCR con

bornes de conexin.

El sistema de pararrayos TOTAL GROUND, incluye un compuesto orgnico llamado H2Ohm,

elaborado con material higroscpico coagulante de humedad mismo que cuenta con certificado de

pruebas (LAPEM) y certificado de laboratorio acreditado ante EMMA con valores dentro de la

norma CRETIB de no toxicidad ni dao al medio ambiente.

Los sistemas como su nombre lo dice, trabajan en complemento, por medio del electrodo

puesta a tierra, polariza el terreno con signo negativo en la superficie primaria y positivo en la

secundaria siendo este un sistema catdico. Con la ayuda de la punta captadora, provoca el

alejamiento de cargas atmosfricas de signo negativo, que bien sabemos el 95% de tormentas

atmosfricas son de carga negativa y las de carga positiva se disipan correctamente a tierra por el

sistema de pararrayos, convirtiendo la corriente elctrica en calor.

El rea de proteccin que genera la nueva tecnologa la origina el electrodo y no la Punta de

pararrayos. Dependiendo el modelo de electrodo, el rea de proteccin es de 80, 160, 200 y 300

metros de dimetro como mnimo. El dispositivo de filtracin con que cuenta el electrodo, ayuda a

que la descarga elctrica no tenga un regreso como en los sistemas tradicionales, convirtiendo al

sistema TOTAL GROUND en un sistema unidireccional.

La instalacin est garantizada a la entrega con pruebas de resistencia de menos de 2 Ohm

impedancia y 10 aos de operatividad libre de mantenimiento.

CUMPLE CON LAS NORMAS:

NOM-001-SEDE-2005 ART. 250

NMX-J-549-ANCE-2005

CEI/IEC 1024-1

NF-C-17-102

NFPA-780

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Esquema de proteccin atmosfrica con sistema TOTAL GROUND

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Tabla comparativa

Sistemas descripcin inversin cobertura altura duracin

Sistema tradicional Puntas tipo Franklin

Bajo costo

Baja cobertura de proteccin

No brinda cobertura solo depende de mayor altura

Poca duracin

Ionizantes Puntas de cebado

Alto costo

Baja cobertura

Depende de una altura mxima para mayor cobertura

Amplia duracin pero depende de tierra tradicional

Des ionizante Puntas activas a gradiente

Alto costo

Baja cobertura

Depende de una altura mxima para mayor cobertura


Pasivas y activas Puntas macizas

Costo medio

Baja cobertura

Dependen de altura especifica


radiactivas Puntas de radionclido radiactivas ionizantes

Alto costo

Amplia cobertura de alto riesgo a la salud

A mayor altura mayor aplicacin y no radial

Es la de mayor duracin con residuos peligrosos radiactivos

TOTAL GROUND Puntas pasivas, activas atrayentes y repelentes del Rayo

Costo medio

La de mayor cobertura de proteccin y sistema complementario de efectividad

No depende de una altura especifica solo a 3 metros por encima de cualquier estructura

Amplia duracin y con T. Fisica de nueva tecnologa mayor a 10 aos de efectividad

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BENEFICIOS

Los sistemas TOTAL GROUND, protegen no solamente a los equipos electrnicos, sino brindan

una proteccin al ser humano que es la prioridad principal de nuestros productos.

VENTAJAS

SISTEMA VENTAJAS

Pararrayos TOTAL GROUND

Sistema unidireccional con 10 aos de garanta libre de mantenimiento, adaptable a las condiciones del terreno de fcil instalacin, con coberturas de proteccin divididas por modelo, de 80, 160, 200, y 300 metros de dimetro, sistema complementario y de accin repelente del 95 % de tormentas Atmosfricas de polaridad negativa y atrayentes de rayos del 5 % de tormentas atmosfricas de polaridad positiva. Esta accin es gracias al electrodo TOTAL GROUND en su aplicacin de separaciones de polaridades del terreno dando un efecto de electro imn.

El sistema de tierra fsica otorga una medicin efectiva menor a 2 Ohm, y se recomienda que se

revise por lo menos una vez al ao, ya que no est exento de cambios en el terreno, y/o daos

externos como robo de partes y fsicos.

Estos sistemas brindan la garanta de un camino efectivo de la descarga atmosfrica, evitando

daos, y su sistema unidireccional garantiza una proteccin contra descargas externas

provenientes del terreno.

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