El pararrayos, el mejor camino de la electricidad

1.   ¿Qué es un pararrayos?

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando del aire para conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Fue inventado en 1752 por Benjamín Franklin.

2.    Historia

En 1749 Benjamín Franklin inició sus experimentos sobre la electricidad; defendió la hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico y propuso un método efectivo para demostrarlo. En 1749 inventó el pararrayos en América y quizás, independientemente, también fue inventado por Prokop Diviš en Europa en 1754.

El artículo más antiguo de Franklin acerca de la electricidad.

En 1752 Franklin publicó en Londres, en su famoso almanaque, 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.

3.   Estructura y funcionamiento

Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico 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.

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.

4.    Tipos de pararrayos

·         Pararrayos desionizador de carga electrostática: Algunos autores aseguran que gracias a su diseño el pararrayos desionizador de carga electrostática anula el campo eléctrico en las estructuras, inhibiendo por tanto la formación del rayo en la zona que se protege al adelantarse al proceso de formación del rayo, para debilitar el campo eléctrico presente, en débiles corrientes que se fugan a la toma de tierra y evitan posibles impactos de rayos en las estructuras. Otros autores afirman que su presencia no constituye una protección distinta a la otorgada por un pararrayos convencional.

·         Pararrayos con dispositivo de cebado: Un pararrayos con dispositivo de cebado es un pararrayos que incorpora un dispositivo de cebado (PDC), electrónico o no, que garantiza una mayor altura del punto de impacto del rayo, aumentando así el área de cobertura y facilitando la protección de grandes áreas, simplificando y reduciendo costos de instalación.

·         Pararrayos de brecha de cuernos: Los pararrayos de brecha de cuernos se llaman así por sus dos barras de metal en forma de cuerno. Las mismas están dispuestas alrededor de una pequeña brecha de aire, y la distancia entre las dos barras aumenta a medida que se elevan desde la misma. Las barras se colocan en aisladores de porcelana. El cuerno está conectado a dos cables diferentes: Uno se sujeta a la línea eléctrica. Entre ese y el cuerno hay una resistencia y una bobina de choque. La resistencia regula el nivel de la corriente permitida en el pararrayos de una vez, y la bobina de choque aumenta la reactividad del pararrayos cuando se produce la frecuencia transitoria. El otro cable está conectado a una descarga a tierra, que desvía el exceso de electricidad a la misma.

·         Pararrayos multibrechas: Los pararrayos multibrechas están hechos de una serie de cilindros de metal. Los mismos están aislados entre sí, así como separados por espacios de aire. El primer cilindro se conecta a la línea eléctrica, mientras que todos los demás están unidos a la tierra a través de una resistencia en serie que lleva gradualmente la potencia de la corriente. Algunos de los espacios entre los cilindros posteriores tienen una resistencia de desvío que atrapa una sobrecarga cuando hay un exceso de voltaje.

·         Pararrayos de tipo válvula: Los pararrayos de tipo válvula se utilizan comúnmente en los sistemas eléctricos de mayor potencia. Se componen de dos partes principales: una serie de brechas de chispas y una serie de discos de resistencias no lineales. Los de este tipo funcionan cuando un voltaje excesivo hace que las brechas de chispas se toquen, y las resistencias no lineales llevan la tensión a tierra. Una vez que la sobrecarga de energía termina, las resistencias separan las brechas de chispas.

·         Pararrayos de tipo perdigón: Los pararrayos de tipo perdigón se componen de tubos de vidrio llenos de perdigones de plomo. Los mismos están hechos de un interior de peróxido de plomo recubierto por óxido de plomo. El óxido de plomo no es muy conductor; el peróxido de plomo sí. Cuando se calienta el óxido de plomo, se convierte en peróxido de plomo, dando a la corriente un lugar para fluir. Después que la corriente es transferida, el peróxido de plomo cambia de nuevo al óxido de plomo. Este tipo de pararrayos ya no se utiliza ampliamente.