|
¡¡¡Rayos!!! |
Por
Miguel R. Ghezzi (LU 6ETJ)
Curullando la frecuencia que habitualmente es mi QAP
en VHF escuché una noche a un par de amigos conversando acerca de la
conveniencia o no de colocar una toma de tierra en la torre que habitualmente
sirve de soporte a las antenas de la estación. Uno de ellos, quien a la sazón
parece haber recibido en su QTH la ira del dios Thor,
responsabilizaba a la conexión a tierra de su torre de ser responsable de
atraer el letal flechazo hacia su casa con los consiguiente e importantes daños
materiales sufridos.
(En estos casos los vecinos suelen acusar al pobre aficionado que, además de
perder equipos y valiosos tesoros radioeléctricos, queda condenado a sufrir el
escarnio de sus prójimos que con dedo acusador señalan a "esa torre"
como la culpable de sus propias y personales desgracias. El pobre hombre a
quien esto le sucede ya es considerado culpable en su barrio de todo tipo de
fallas en TV's. lavarropas,
canillas, etc. y en cada tormenta eléctrica recuerdan a ese indeseable amateur
que lejos de ser un leal servidor de la comunidad ¡se transforma en "jetattore" y portador de todo tipo de desgracias...!)
Un par de días después, y en tono de broma, decidí realizar una pequeña
encuesta en la frecuencia para ver cuáles eran las opiniones al respecto:
¡Sorpresa!. Las opiniones se hallaban divididas
aproximadamente por mitades, es decir, una mitad opinaba que era perjudicial y
otra que por el contrario era beneficioso para la
seguridad domiciliaria, y de los equipos.
Su seguridad y la de sus seres queridos depende
de una correcta comprensión de este asunto.
No es un tema menor, especialmente tratándose de algo que puede ser tan mortal
y destructivo como un rayo. Equivocarse en esto puede terminar en una tragedia.
No es para tomarlo a la ligera por ende digámoslo con claridad:
Es imprescindible colocar una adecuada toma de tierra a su torre. No
hacerlo le puede costar la vida.
¿Porqué a veces se duda?
Cada vez que un radioaficionado duda de la necesidad del pararrayos el espíritu
de Don Benjamín Franklin .....
Error
fatal...
El pararrayos (o la torre a tierra que es casi lo mismo) atrae los rayos, por
lo tanto no conviene "atraer el mal".
Es
relativamente falso.
Cierto es que el pararrayos en cierto
modo "atrae" los rayos. Lo que no es
cierto es que sin él el rayo caerá en "otra parte".
El rayo caerá igualmente en su casa o instalación y seguramente hará
mucho más daño que en el pararrayos que se dispone justamente
para canalizar la poderosa energía hacia un lugar conocido y seguro...
Un rayo buscará el camino más corto posible a tierra
para descargar su energía. Quién haya visto uno notará que el camino más corto
no es exactamente una línea recta, sino que es algo sinuosa y retorcida, por lo
tanto es mejor decir "el camino de menor resistencia".
Entonces, puesto que para todos los efectos prácticos, su casa, su instalación
eléctrica, su cañería de agua y mampostería es "la tierra", una vez
que el rayo decidió caer sobre su terreno, solo es cuestión de esperar para
saber qué prefirió, si la antena de TV, la línea telefónica, la de alimentación
de 220 o la
cuna de su hijo...
Puesto que decimos que el rayo buscará el
camino de menor resistencia, no podemos dejar de percibir que en su trayectoria
debe atravesar la masa de aire que hay entre la nube y tierra y que es
realmente un elemento bastante aislante, (previamente al rayo se establece la
denominada "vena gaseosa" que es un conducto de aire ionizado que es
mucho mejor conductor que el aire no ionizado y da inicio al proceso que
desencadena esa gran chispa que es el rayo que viaja por ella).
Ahora bien una función del pararrayos es
proporcionar un camino de menor resistencia que el aire hacia tierra. El
pararrayos ideal sería un cable conductor conectado con la tierra, por un lado,
y "directamente con la nube" por el otro. En ese caso no hay ninguna
duda, la electricidad estática de la nube será conducida a tierra por ese
cable. Pero, claro, es muy difícil llevar un cable hasta esas alturas, ¿que tal si lo acercamos a ella?.
En tal caso "el camino de menor resistencia a tierra" seguirá
siendo el cable de manera que el rayo atravesará la capa de aire hasta el cable
y de allí la energía proseguirá por este buen conductor.
En la práctica tampoco alcanzamos esas alturas,
simplemente acercamos un conductor hacia la nube lo más que podemos, sabiendo
que a partir de la punta superior del cable el rayo encontrará una resistencia
a tierra mucho menor que la masa de aire que hay entre esa punta y tierra. Es
algo bastante simple de comprender.
Otra función del pararrayos es tratar de establecer
la vena gaseosa que inicie la trasmisión de energía del rayo a tierra , para ellos se aprovecha el denominado "efecto
de puntas", este efecto ayuda a que en el extremo del pararrayos se
produzca un área intensamente ionizada que ayuda producir la vena gaseosa a
partir de ese extremo (por eso los pararrayos tienen una punta muy aguzada,
aunque hay otras concepciones). Algunos pararrayos destinados a cubrir grandes
estadios suelen tener en la punta una partícula de material radiactivo cuya
desintegración ioniza el aire circundante a una mayor distancia de la punta
aumentando el área cubierta.
Debemos tener presente que: Un rayo produce una media de tres
pulsos consecutivos con un tiempo de ataque de aproximadamente 1 a 2 us y decaimiento de 10 a 40 us
que alcanza en promedio unos 18.000 Amperes para el primer pulso y la mitad
para los restantes. El 10% de los rayos excede valores del orden de los 60.000
amperes y el 1% supera los 180.000 Amperes.
El pararrayos ¿atrae rayos que no habrían caído en mi QTH?
No, el pararrayos atrae los rayos que casi con
seguridad caerán en su QTH, su virtud es heroica, desafía al dios Thor diciéndole "-golpéame a mi
que soy fuerte y no a los pobres humanos que están bajo mi protección-" y
el dios, qué es todo un caballero, acepta el desafío con gusto...
Pero ¿hasta dónde alcanza su virtud protectora?, realmente no mucho. Básicamente un
pararrayos establece una campana protectora semiesférica, el radio de dicha
semiesfera es aproximadamente igual a la altura del pararrayos. Más allá de
esta campana el pararayos pierde su capacidad de
atraer el rayo y si estaba destinado a caer un par de casas más allá, lo hará
allí, sin la menor duda...
Mi torre ¿es un pararrayos?
Eso depende: ¿Su torre es un un
buen conductor?. ¿Su torre tiene una buena conexión a
tierra?, ¿Su torre termina en una punta aguzada?, ¿la punta de su torre es la
parte más alta de su QTH?. Si la respuesta estas
cuatro preguntas es SI. ¡Entonces su torre es un pararrayos...!
La cuestión entonces es saber cuánto se aparta su sistema de un
rotundo SI en estas preguntas.
Por ejemplo:
En nuestro país son comunes la
torres de tramos separados construidas en hierro. El Hierro no es tan buen
conductor como el Cobre o el Aluminio, pero ¿es mejor conductor que el aire?,
¿es mucho mejor conductor que el aire?, si la respuesta es SI, consideraremos que se se aproxima bastante a un pararrayos. Ahora bien...
¿los tramos están separados entre si por unos cuantos centímetros de material aislante o
simplemente están apoyados entre si y sujetados mediante bulones?
Si la respuesta es SI a la segunda entonces bien podremos considerar que la unión entre
los tramos es un buen conductor (o en todo caso un mal aislante) y que
efectivamente el conjunto todavía es un buen conductor. Por lo tanto
aceptaremos que, aún en estas condiciones, ¡será, en promedio, un mejor
conductor que el aire que la rodea!.
¿Tiene solo un metro de altura mientras que su QTH tiene dieciocho?
Mmmm... En este caso, creo que es
obvio que no servirá para proteger algo más allá que la cucha del perro,
siempre y cuando la cucha este bien pegadita a la torrecilla...
¿No está conectada a una buena tierra?
Esta es la parte que genera más dudas en los
aficionados. La torre aislada ¿atrae los rayos?.
Antes dijimos que el rayo busca el camino de menor
resistencia eléctrica, ¿que pasa entonces cuando la
torre está aislada?. Eso depende de qué entendamos por
"aislada". Si por aislada entendemos "apoyada sobre un
aislador de porcelana", por ejemplo, entonces lo de aislada, no es más
que una ilusión, considere lo siguiente:
Imagine un rayo (*) que a unos 50 m de altura se
pregunta ¿cual es el camino de menor resistencia para
descansar un rato en tierra? (el de menor resistencia).
Tiene dos alternativas: Recorrer, digamos 45 m hasta el techo de
su casa, o recorrer 20 hasta su torre de 30 m, cortar camino por ella y luego
recorrer otros 30 centímetros haciendo una chispa hasta la tierra. Si Ud. fuera
el rayo ¿no cortaría camino?. Bueno ahí tiene la
respuesta. Aunque la torre "esté aislada de tierra", la menor
resistencia de la estructura metálica igualmente hará que el rayo busque ese
camino, pero ¡alto! ¿significa esto que da
lo mismo que esté o no conectada directamente a tierra?
Considere cuánta tensión hace falta para que se
produzca un arco de 30 cm de longitud (suponiendo que esta fuera la altura del
aislador), ¿no es poca, verdad?. Ahí tiene. En el momento de la chispa
a tierra, su torre se halla, al menos a un potencial tan alto como este, y también su antena,
su cable coaxil, su equipo, sus riendas (que seguro
también aisló "para que no atraigan a los rayos").
Entonces, no lo dude ni por un momento mi
amigo. Conviene hacer una muy buena conexión tierra como afirman todos los
libros de electricidad escritos desde Benjamín Franklin hasta nuestros días ¡y
reservar nuestro derecho a gozar de supersticiones pero en áreas más
inofensivas...!
Recuerde esto. No lo olvide. Grábelo. Escríbalo 200 veces. La estructura de su
torre siempre ofrecerá un camino más corto para el rayo ya sea que esté o no
aislada, él rayo tenderá a ir hacia ella siempre. Lo que haga luego depende
de su toma de tierra...
Mi torre no está sobre el suelo sino sobre una pared de mi casa
¿qué hago?
En este caso el rayo cortará camino por la torre
¡precisamente hacia la estructura de su propia casa!, seguramente mojada y rica
en las sales conductoras de su mampostería y allí se hará una fiesta con su
instalación eléctrica, telefónica, radial y cargará en su camino con todo tipo
de apetitosos artefactos eléctricos y electrónicos y, si todavía está
hambriento, no olvide que su cuerpo y el de su familia son muy buenos
conductores (y aunque sus colegan le digan que es
"de madera" por no aceptar estos sanos consejos al rayo no le
importa).
En este caso es mucho más importante que su torre
tenga un generoso conductor que la vincule a tierra el cual debe estar separado
de las paredes por los separadores que se fabrican para el propósito puesto que
el rayo estará descargándose a tierra bien pegadito a su propia casa....
Tipo de conexión a tierra
Esto depende bastante de la naturaleza del suelo, sea
este rocoso, arcilloso, con napas de agua muy cerca de la superficie, terrenos
salinos, etc. De manera que señalaremos una conexión típica aunque siempre será
recomendable acercarse a los profesionales encargados de este tipo de
instalaciones para edificios o estructuras importantes como silos, etc, en la zonas rurales.
De todas maneras toda medida que se tome para mejorar
la conductividad del suelo circundante será beneficiosa, al clavar la jabalina
es conveniente dejar a flor de tierra un recipiente de unos 4 litros o más,
perforado que contenga alguna sal que ayude a aumentar la concentración de
iones en el suelo. Estas sales se obtienen en cualquier droguería industrial y
se mezclan en igual cantidad con tierra que se emplea para llenar el
recipiente. Un suelo húmedo es por supuesto mejor.
Puede emplearse Sulfato de Cobre (Vitriolo azul),
Sulfato de Magnesio (Sales de Epsom), Cloruro de
Calcio, Cloruro de Sodio (Sal de cocina) o Nitrato de Potasio (Salitre).
Debe hacerse notar que las frecuentes lluvias irán
"lavando" progresivamente estas sales del suelo por lo que habrá que
reponerlas en períodos de dos a tres años.
Tenga presente la toxicidad de alguna de estas substancias. No
las deje expuestas en la superficie si hay niños o animales en la zona
trabajada. Por ejemplo el Sulfato de Cobre puede ser letal para un niño en
dosis tan pequeñas como un gramo...!
Jabalinas:
Se emplearán al menos cuatro jabalinas con una
longitud no menor que 2,50 m construida con Cobre, Acero inoxidable, Acero
revestido en cobre (que facilita su penetración en terreno), Acero galvanizado
en caliente o materiales aprobados para ese fin. El diámetro en que
habitualmente se las obtiene es de 12 a 16 mm y si es mayor, mejor aún.
Se colocarán una justo sobre el pie de la torre y las
otras tres formando una estrella con centro en la torre y apartadas un par de
metros de ella. Estas jabalinas se unirán entre si
formando un círculo exterior y a su vez cada una de ellas a la torre y a la
jabalina central. Convendrá construir los conductores mediante cinta de cobre
de 30 a 50 mm de ancho y por al menos 3 o 4 décimas de espesor o cable del
mismo material de unos 5 mm de diámetro (es preferible la cinta de cobre pues
puede proporcionar menor inductancia y resistencia por Kg de cobre que el cable
cilíndrico debido al efecto pelicular). Las uniones eléctricas deberán
realizarse por procedimientos mecánicos (abulonadas)
y debidamente protegidas de la corrosión puesto que esta red conductora habrá
de estar enterrada unos 30 cm. Deberán considerarse
las propiedades del suelo puesto que puede ser de naturaleza corrosiva y
arruine fácilmente esta instalación. De acuerdo a la empresa Polyphaser de USA, una resistencia de tierra del orden de
los 5 Ohms es considerada óptima para el propósito.
Si es posible alcanzar la primer
napa de agua con un buen conductor ello será aún mejor, especialmente en
terrenos secos o rocosos.
IMPORTANTE:
El cable conductor que une al pararrayos con la jabalina debe
tenderse tan recto como sea posible. Si tiene que variar su dirección ¡evite
los ángulos agudos!, de ser necesario esto haga que el cable describa una curva
suave.
¿Pararrayos si o no?
Con todo lo dicho creo que no cabe duda acerca de las
ventajas de emplear un pararrayos en la torre. El pararrayos deberá instalarse
de manera que sea la parte más alta de toda la estructura y deberá vincularse a
tierra mediante los cables de cobre cuyo diámetro y dispositivos de conexión se
hallan normalizados de acuerdo a su longitud y elemento a proteger. El cable de
conexión tiene que ser recto y evitarse las curvas y dobleces, especialmente
curvas pequeñas y/o en ángulos rectos debido al aumento considerable de
inductancia que estas geometrías producen.
Debe tenerse presente que la descarga de un rayo
puede producir una formidable cantidad de corriente durante tiempos
relativamente cortos y hablar de 100.000 Amperes y millones de Volts en este
campo es lo habitual. En estas condiciones aunque la resistencia del cable del
pararrayos sea baja, la de la conexión a tierra no lo es tanto, de allí que la
caída de tensión que se produce en el camino a tierra es muy alta, por lo tanto
los elementos que están sobre las partes superiores de la torre se hallarán a
potenciales que pueden alcanzar varios centenares de miles de Volts (aún
millones). Estas altas tensiones, se propagarán por los cables coaxiles u otras líneas de trasmisión hacia la estación si
no se vinculan a tierra de algún modo sobre la misma torre (por ejemplo
conectando eléctricamente la malla de los coaxiles a
la jabalina o a la torre misma). Si se descuida esta situación esos altísimos
potenciales podrían ingresar a su casa transportados por las líneas de
trasmisión colocando a los equipos conectados a ellas a muy altos potenciales
respecto de tierra, de allí que habrá que tomar otras precauciones adicionales.
Aún cuando se desconecten los cables de los equipos considere que al estar esos
cables conectados al punto en que el rayo golpea a la antena su potencial puede
alcanzar millones de Volts, suficiente para producir chispas de varios metros
de longitud; seguramente usted no querrá estar en el camino de una de ellas...
Considere que la caída de un rayo "promedio" capaz de
desarrollar una corriente de pico de unos 18.000 Amperes sobre una buena
toma de tierra que tuviera una resistencia de 10 Ohms,
la tensión en ella alcanzaría los 180.000 Volts y, si piensa que una sola
jabalina hincada sobre un relativamente buen terreno puede tener hasta unos 40
o 50 Ohms, saque la cuenta...
La duración de un rayo es muy corta, la corriente es
del tipo impulsiva o transitoria, entonces, además de la resistencia eléctrica
del cable de toma de tierra, hay que considerar muy cuidadosamente la
inductancia del mismo que puede originar fuerzas contra electromotrices cuyos
valores alcanzan fácilmente valores varias veces superiores a los resultantes
de la caída de tensión por resistencia óhmica en el cable. De allí que el
sistema de tierra debe ser tan bueno, en este sentido, como para responder
correctamente a frecuencias del orden de 10 a 100 KHz
o mejor. La popular costumbre de enterrar un radiador de automóvil es una forma
de lograr justamente una manera de disminuir la inductancia.
Esto nos lleva a considerar seriamente a la misma
torre como conductor. Efectivamente, aunque la resistividad eléctrica del
Hierro es mayor que la del Cobre, el diámetro de la torre es mucho mayor que el
del conductor de Cobre que conecta normalmente al pararrayos y por ende su
inductancia es menor, de manera que a los efectos de preservarnos del pico de
fuerza contraelectromotriz la misma torre será el
principal colaborador. Para que este efecto beneficioso sea aprovechado en su
totalidad será conveniente emplear un procedimiento que permita
"puentear" eléctricamente las uniones físicas entre los tramos,
preferentemente empleando cintas de Cobre para que la inductancia de las
uniones se mantenga en los valores mínimos posibles. Experiencias realizadas
por la empresa Polyphase muestran que, en general, la
torre conduce cerca del 80% de la energía y el cable de cobre del pararrayos
solamente un 20%...
¿Y con esto alcanza?
Lamentablemente no. Con el pararrayos (o la torre puesta a
tierra) habremos logrado canalizar por un camino seguro gran cantidad de la
energía del rayo, pero como hemos visto los potenciales eléctricos remanentes
siguen siendo muy altos y peligrosos para la vida. Hasta ahora probablemente
habremos protegido las estructuras principales, aunque no algunos aparatos
eléctricos y mucho menos los sensibles equipos electrónicos. Tampoco las vidas. Un choque eléctrico
resultante de estar en contacto físico con algún artefacto que se halle
conectado a las antenas etc, es más que suficiente
para producir un paro cardíaco o lesiones tales como quemaduras, etc.
Un rayo directo es algo muy poderoso, rara vez
asistimos a las consecuencias de un rayo directo, generalmente, en la ciudad,
observamos los efectos de descargas secundarias o sobretensiones producidas
cuando un rayo alcanza las líneas de suministro eléctrico o telefónico, ¡pero
un rayo directo es mucha energía!, frente a eso salvar la vida y las
estructuras ya se puede considerar un éxito.
Pero quedan varias cosas por hacer con todo conductor que ingrese
a nuestra vivienda desde el exterior.
Todo cable que provenga del suministro eléctrico
domiciliario, telefonía, antenas etc. debería ingresar a la vivienda mediante
un dispositivo provisto de una jabalina a tierra dispuesta lo más cerca posible
de esa entrada y a través de descargadores gaseosos que permitan derivar a a tierra los impulsos eléctricos que puedan llegar por los
cables externos. La experiencia práctica demuestra que los aparatos
electrónicos que un técnico de radio suele reparar luego de una tormenta son
aquellos dañados por sobretensiones en la línea de alimentación más que
aquellos que hayan recibido un impacto en la antena.
En el caso de los cables coaxiales, además de
conectar su malla a la toma de tierra de la torre entes de que ellos se separen
de la misma, también es necesario conectar directamente su malla a una jabalina cerca de la entrada
a la casa e intercalar allí un chispero que disminuya la tensión del conductor
central (aún así pueden aparecer potenciales de varios miles de Volts sobre
ellos debido a las limitaciones impuestas por la resistencia e inductancia de
la toma de tierra en esta toma de tierra) También ayudará hacer con el coaxial
todo lo contrario que con la toma de tierra, es decir, hacerle presentar
inductancia, por ejemplo arrollando algunas espiras con el mismo, pasarlo con
un recorrido sinuoso, etc.
Para los coaxiales existen dispositivos que bloquean
la corriente continua del rayo aunque permiten el paso de la gama de
frecuencias de radio para la cual se hayan diseñados y también dispositivos
gaseosos (que aquí hemos llamado "chisperos") que no bloquean el paso
de la CC y por lo tanto permiten emplear el coaxial como medio de enviar
energía a preamplificadores remotos, etc. En inglés tales dispositivos se
denominan "lighting arrestors".
|
¡La necesidad del pararrayos es indiscutible!. Tanto su seguridad personal como la de los suyos e
instalaciones demandan su instalación... |
|
