miércoles, 18 de febrero de 2015

Pararrayos: a salvo de los 350.000 Amperes

CIENCIA

imagen, rayos, pararrayos
Cada día nos maravillamos con algunos inventos que aparentarían cambiar radicalmente nuestras vidas, teléfonos y televisores inteligentes, relojes ultra modernos, o cualquier otro dispositivo electrónico semejante. No es por menospreciarlos, pero no hay que dejar de recordar aquellos inventos del pasado, que por sencillos y porque acostumbramos a verlos en todos lados parecerían ser secundarios o “menos geniales”. Pero uno de ellos en particular, no solo protege a todos estos elementos electrónicos sino también a nuestra propia vida de los peligros de los rayos durante las tormentas: el pararrayos, uno de mis inventos favoritos.

Para aquellos ermitaños contemporáneos, un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando del aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Su uso es sumamente común y altamente efectivo en la arquitectura de una ciudad.

imagen, rayos, pararrayosEl rayo es un fenómeno meteorológico que genera severos efectos térmicos, eléctricos y mecánicos, en función de su energía durante la descarga. Los valores de corriente que pueden aparecer en un solo rayo oscilan entre 5.000 y 350.000 amperios, con una media de 50.000 amperios. La elevada intensidad de un rayo puede provocar paro cardíaco o respiratorio por electrocución de un ser vivo, debido al paso de la corriente de descarga. El impacto directo de un rayo provoca daños en las estructuras (edificios, antenas telecomunicaciones, industrias, etc.). El impacto de un rayo disipa calor por el efecto Joule y, por tanto, puede llegar a provocar incendios. Es por esto que los pararrayos son un elemento indispensable.

imagen, rayos, pararrayosSu historia… En 1749 Benjamín Franklin inició sus experimentos sobre la electricidad; defendió la hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico. Pero fue en 1752 cuando Franklin publicó en Londres un artículo donde propuso la idea de utilizar varillas de acero en punta, sobre los tejados, para protegerse de la caída de los rayos. Su teoría se ensayó en Inglaterra y Francia antes incluso de que él mismo ejecutara su famoso experimento con una cometa en 1752. Inventó el pararrayos y presentó la llamada teoría del fluido único para explicar los dos tipos de electricidad atmosférica, la positiva y negativa.

A partir de entonces nacieron los pararrayos que, contrariamente a lo que indica su nombre, se diseñaron para excitar y atraer la descarga y luego conducirla a tierra, lugar donde no ocasiona daños. La confianza de protección era tan grande en la sociedad que, inconscientemente, no contemplaban sus riesgos, e incluso llegaron a diseñarse estéticos paraguas con pararrayos incorporado.

En 1753, el ruso Georg Wilhelm Richmann siguió las investigaciones de Franklin para verificar el efecto de protección, pero en su investigación un impacto de rayo lo fulminó cuando éste fue excitado y atraído por el pararrayos, y recibió una descarga eléctrica mortal cuando manipulaba parte de la instalación del pararrayos.

En 1919 Nikola Tesla definió correctamente el principio de funcionamiento del pararrayos, y rebatió las teorías y la técnica de Benjamín Franklin y su patente. Desde entonces, la industria del pararrayos ha evolucionado y se fabrican modelos de distinto diseño.

imagen, rayos, pararrayosPero… como funcionan? Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio. El cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio de un cable de cobre conductor. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en el terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas. En principio, un pararrayos protege una zona teórica de forma cónica con el vértice en el cabezal; el radio de la zona de protección depende del ángulo de apertura de cono, y éste a su vez depende de cada tipo de protección. Las instalaciones de pararrayos se regulan en cada país por guías de recomendación o normas.

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El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables a las descargas eléctricas, sobre todo en el sector de las telecomunicaciones, electromecánicas, automatización de procesos y servicios, cuando hay una tormenta con actividad eléctrica de rayos. Casi todos los equipos incluyen tecnologías electrónicas sensibles a las perturbaciones electromagnéticas y variaciones bruscas de la corriente. La fuente más importante de radiación electromagnética es la descarga del rayo en un elemento metálico o, en su caso, en un pararrayos. Las instalaciones de pararrayos generan pulsos electromagnéticos de gran potencia cuando funcionan.

Curiosidad... les dejo algunas imágenes de algunos pararrayos muy particulares... 

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Pregunta del día: ¿Cómo fue el experimento de Franklin con el cometa?

y la respuesta es... 

Ha pasado más de dos siglos y medio desde que, el 15 de junio de 1752, Benjamín Franklin hizo volar una cometa durante una tormenta. Con ello quería demostrar la naturaleza eléctrica de los rayos y lo consiguió.

A lo largo de más de una década había estado trabajando en experimentos relacionados con la electricidad, un tema por aquel entonces desconocido  y que se atribuía (erróneamente) a poderes divinos.

Ese día amaneció tormentoso en Filadelfia, por lo que el científico pensó que era el día ideal para llevar a cabo su experimento y así poder demostrar que sus conjeturas, que aseguraban que  los rayos iban repletos de carga eléctrica, eran las correctas.

Para tal fin, Franklin construyó una cometa, cuya estructura estaba realizada con varillas metálicas, y sujeta por un largo hilo de seda. En el otro extremo ató una llave de metal.

Echó a volar la cometa y pudo comprobar cómo en poco rato ésta atraía un rayo que impactaba contra la estructura metálica y cuya descarga eléctrica bajaba hasta la llave.

El éxito del experimento le fue de gran ayuda para explicar su teoría y demostrar que los rayos podían ser atraídos por un metal y que dirigiéndolos hacia una toma de tierra se podría impedir numerosos accidentes mortales y proteger las edificaciones, que al estar construidas de madera solían acabar ardiendo tras el impacto de un rayo.


De ahí surgió su gran idea de colocar una varilla metálica en los tejados de las viviendas… acababa de nacer el pararrayos.

Gracias Humberto Palomino por una respuesta tan completa!! Espero sigas investigano
Saludos del equipo de Cultura en 10

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