Pararrayos

Pararrayos

El Campo eléctrico natural en tierra B. Franklin demostró que en la atmósfera conviven dos tipos de corriente (negativa y positiva) a partir de las leyes de Ohm y Joule. Durante la formación de la nube de tormenta el Cumulo-nimbus se transforma en un condensador eléctrico primario generando un campo de alta tensión de gran dimensión modificando el comportamiento eléctrico de la atmósfera, variando los valores de resistencia (R) e inductancia (L).

El fenómeno provoca la aparición de una tensión variable en tierra superando los límites de resistencia eléctrica del aire y electrificando los elementos del suelo. El valor de este campo eléctrico en tierra es proporcional a la carga de la nube e inversamente proporcional a la baja resistencia eléctrica de los elementos expuestos en tierra. Su valor pasa de 120 V/m a muy alta tensión.

La ionización Una constante del campo eléctrico da lugar a la ionización de elementos expuestos en tierra que crean caminos trazadores para comunicar eléctricamente los dos puntos (nube-tierra) abriendo un camino conductor para la carga de energía en forma de rayo. Elementos en punto aumentan la posibilidad de que estas cargas circulen por ellos (pararrayos convencional, antenas, elementos metálicos predominantes, etc…) El Rayo En función de las condiciones dieléctricas del aire, del valor del campo eléctrico de alta tensión, de la facilidad de transferencia de cargas de los elementos ionizadores (pararrayos convencional, antenas, elementos metálicos predominantes, etc…) y de la velocidad y carga de la nube, aumentan las posibilidades de la aparición de los rayos.

Efecto punta:

Las cargas alrededor de un conductor no se distribuyen uniformemente, sino que se acumulan más en las partes afiladas.

De esta manera, si se tiene un objeto en forma de punta sometido a un intenso campo electrostático (como el generado por una nube de tormenta), la acumulación de cargas en la punta es también muy elevada.

Esta propiedad fue aprovechada por Benjamín Franklin para diseñar su pararrayos a mediados del siglo XVIII.

Principio del pararrayos:

El pararrayos no es más que un dispositivo que, colocado en lo alto de un edificio, dirigen al rayo a través de un cable hasta la tierra para que no cause desperfectos.

Ya hemos comentado que normalmente las nubes de tormenta tienen su base cargada negativamente, mientras que la región de tierra que se encuentra debajo de ellas, por efecto de inducción electroestática, presenta carga positiva.

Las cargas negativas de la nube se repelen entre sí y son atraídas por las cargas positivas de la tierra.

Puesto que el pararrayos está 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.

Fig. I.  Distribución de cargas en el entorno de una nube de tormenta.

Debido a la forma y características del pararrayos (efecto punta), la densidad de carga en la punta del pararrayos es tal que ioniza el aire que lo rodea, de modo que las partículas de aire cargadas positivamente son repelidas por el pararrayos y atraídas por la nube, realizando así un doble objetivo:

a.  Por un parte, se produce una compensación del potencial eléctrico al ser atraídos esos iones del aire por parte de la nube, neutralizando en parte la carga. De esta forma se reduce el potencial nube-tierra hasta valores inferiores a los 10000 V que marcan el límite entre el comportamiento dieléctrico y el conductor del aire, y por tanto previenen la formación del rayo.

b.  Por otra, conducen al rayo a tierra ofreciéndole un camino de menor resistencia. Este camino lo formarán el pararrayos, el conductor de descarga y las tomas de tierra.

Un fenómeno que debemos tener en cuenta es el de "disipación natural", que es producida por los árboles, vallas, rocas y demás objetos de forma puntiaguda, ya sean natural o artificiales, sometidos al campo eléctrico de la nube de tormenta, que irán produciendo esa compensación de potencial de forma natural, produciendo la neutralización de la carga de la nube, o al menor, reduciéndola significativamente, con lo que se disminuye el riesgo al llegar la nube sobre zonas habitadas o peligrosas.