Rayos


El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estática sobre la tierra que hoy cobra interés debido al aumento de fenómenos climáticos extremos. El INTI es el único organismo en Latinoamérica que posee un laboratorio para evaluar pararrayos activos.

 

 

 

El diccionario define al rayo como una chispa eléctrica de gran intensidad producida entre una nube y la tierra, entre dos nubes o dentro de una misma nube. Este fenómeno ha despertado un gran interés en los últimos años, particularmente por el aumento de tormentas eléctricas. Pero, ¿cuánto más sabemos sobre el?

Para que la naturaleza genere un rayo durante una tormenta se requiere la presencia de una nube de tipo cumulonimbos, nubes de gran desarrollo vertical. Su base suele encontrarse a menos de 2 km de altura mientras que la cima puede alcanzar entre 15 y 20 km de altitud. Este tipo de nube acumula en su base cargas eléctricas negativas e induce en la tierra cargas positivas. A medida que la nube se llena de carga, se incrementa su diferencia de potencial con respecto al suelo y, como consecuencia, el aire deja de ser aislante y se convierte en conductor de la electricidad. Ahí acontece el rayo, que es la neutralización de las cargas eléctricas mediante una corriente que circula entre las nubes y la tierra.

Anterior a la caída del rayo se produce una descarga precursora que parte de la nube buscando el camino hacia la superficie terrestre. Esta descarga recibe el nombre de trazador descendente y es invisible. Cuando su extremo está cercano al suelo (a 200 metros aproximadamente) el campo eléctrico en la tierra sube a un valor tan alto que son muchos los objetos de gran altura (como chimeneas, torres de comunicaciones, árboles o pararrayos) que compiten entre sí para captarla. Cada uno de estos objetos altos emite una descarga que recibe el nombre de trazador ascendente. El trazador ascendente (que se propaga más rápidamente) se unirá al trazador descendente y al objeto que lo emita (chimeneas, torres de comunicaciones, árboles o pararrayos), provocando la conexión nube-tierra con la formación de un canal ionizado (rayo).

La electricidad del rayo pasa así a través de la atmósfera, calienta y expande rápidamente el aire, produciendo el ruido característico del trueno. El rayo se manifiesta con su fuerza natural y puede alcanzar la velocidad de 220.000 km/h y tener hasta 1.000 millones de voltios, y una intensidad de corriente de hasta 300.000 amperes, razón por la cual son letales.

“Rayo de bolsillo”
Así llaman los técnicos del Laboratorio de Alta Tensión del INTI a los rayos que se provocan artificialmente en condiciones de laboratorio para evaluar el buen funcionamiento de los pararrayos activos. La razón de llamarlos así está en el hecho de que mientras un rayo natural tiene una intensidad de corriente de hasta 300.000 amperes y una tensión de hasta 1.000 millones de voltios, un rayo de laboratorio tiene una intensidad de corriente de 700 amperes y una tensión de medio millón de voltios. Por otra parte, mientras un rayo natural tiene 2.000 metros de largo (valor típico) un rayo artificial apenas alcanza 1,5 metros de largo.

Pararrayos Franklin
Es un asta metálica terminada en punta, vinculada a tierra por medio de un conductor metálico que sirve para que la corriente se disperse y que tiene por finalidad atraer un rayo para conducir la descarga hacia la tierra y así evitar que cause daños a personas, construcciones o equipos eléctricos. Es importante controlar que los pararrayos funcionen correctamente, caso contrario también pueden ocasionar una gran destrucción. Por esta razón resulta fundamental ensayarlos para conocer su funcionamiento y evaluar su calidad. En este sentido, desde hace casi dos décadas, el Instituto Nacional de Tecnología Industrial es el único organismo en toda Latinoamérica que posee un sistema de evaluación de los modernos pararrayos activos. Básicamente este sistema recrea una nube artificial plana que se suspende de un puente grúa y se dispone paralelamente a un piso metálico (de igual dimensión que la nube artificial) a una determinada distancia de éste. Sobre dicho piso metálico se coloca el pararrayo activo a evaluar.

El rayo en el laboratorio del INTI 
El equipamiento de ensayos de pararrayos activos del INTI cuenta con una especie de nube artificial, que consiste en un electrodo plano de aluminio, de forma cuadrada, de tres metros de lado, sostenido por las cuerdas aislante del gancho de izaje del puente grúa. Esta nube artificial se dispone paralelamente a un electrodo plano de aluminio, también de forma cuadrada y de 3 metros de lado apoyado sobre el piso y puesto a potencial de tierra. La distancia entre ambos electrodos paralelos puede variar entre 2 y 2,5 metros. El pararrayos activo a evaluar se apoya en el centro del piso metálico y se lo conecta al mismo. El pararrayo activo es un moderno dispositivo que se caracteriza por ser capaz de emitir un trazador ascendente antes que lo haga cualquier otro objeto alto. De esta forma el pararrayo activo se adelanta a los demás objetos altos emitiendo un trazador ascendente que se une al descendente emitido por la nube, y asegura que la descarga del rayo circule por él hacía la tierra. En el ensayo se aplica a la nube artificial una tensión continua de polaridad negativa con respecto a tierra que simula la diferencia de potencial entre una nube de tormenta cargada eléctricamente y la tierra. Esta tensión continua se aplica a la nube artificial durante todo el transcurso del ensayo. Para simular la descarga de un rayo natural, se aplica a la nube artificial una tensión de impulso, de polaridad negativa con respecto a tierra y de valor suficiente para producir una descarga entre la nube y el pararrayos activo a estudiar.

El ensayo consiste en realizar dos series de aplicaciones de tensión de impulso a la nube artificial. En la primera serie se producen cien descargas de rayos (a razón de una por minuto), entre la nube artificial y el pararrayos bajo ensayo. En cada descarga, se mide en un osciloscopio el tiempo que transcurre entre el instante que comienza a aplicarse la tensión de impulso y el instante en que se produce la descarga del rayo. Ese lapso recibe el nombre de tiempo de cebado del pararrayos activo. Una vez registrados los cien tiempos, se calcula el promedio aritmético de todos. El resultado se conoce como "tiempo promedio de cebado del pararrayos activo". A continuación se remplaza el pararrayos activo por un pararrayos Franklin de la misma altura que el activo. Se realiza la segunda serie de cien descargas de rayos, repitiendo el procedimiento anterior, y una vez registrados los cien tiempos, calculado el promedio aritmético de todos, se obtiene el llamado “tiempo promedio de cebado del pararrayos Franklin”.

Si el tiempo promedio de cebado del pararrayos activo resulta menor que el del pararrayos Franklin significa que el activo es capaz de cebar el rayo antes que el Franklin, y como resultado el pararrayos bajo prueba operará como pararrayos activo.

 

Rayos

 

Fuente: http://www.inti.gob.ar/sabercomo/sc113/sc113.php?seccion=11

 

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