Sugerencia para una norma

Índice:

1-      Historia de los SPCR (sistemas de protección contra rayos).

1.1.            Historia del conocimiento de la electricidad.

1.2.            Origen de las normas sobre protección contra rayos.

 

1.3.             Problemática de la normativa actual.

2-        Que tener en cuenta para la elaboración de nuevas normativas de protección contra rayos.

2.1.            Definición de las zonas de riesgo.

2.2.            Protección según las zonas de riesgo.

3-        Bibliografía

 

1-    Historia de los SPCR (sistemas de protección contra rayos).

 

1.1.            Historia del conocimiento de la electricidad

 

El conocimiento humano de la electricidad evolucionó desde la simple percepción del fenómeno, a su tratamiento científico. Se registraron a lo largo de la Edad Antigua y Media otras observaciones aisladas o simples especulaciones, objetos arqueológicos de interpretación discutible, como la Batería de Bagdad,  un objeto encontrado en Irak y fechado alrededor de 250 a. C., que se asemeja a una celda electroquímica. Esas especulaciones y registros fragmentarios son el tratamiento casi exclusivo y primario que hay desde la Antigüedad hasta la Revolución Científica del siglo XVII, con la notable excepción del uso del magnetismo para la brújula. Los primeros aportes que pueden entenderse como aproximaciones al conocimiento del fenómeno eléctrico y fueron realizadas por investigadores como William Gilbert, (1544-1603). Fue uno de los primeros en realizar experimentos con electricidad estática y magnetismo, y definió como “fuerza eléctrica” al fenómeno de atracción que se producía al frotar ciertas sustancias. Clasificó además los materiales como conductores y aislantes e ideó el primer electroscopio. Por su parte, Pieter van Musschenbroek,1692-1761, realizó varios experimentos sobre la electricidad. Benjamin Franklin, descubrió las corrientes eléctricas producidas por las nubes, y a través de las publicaciones en sus almanaques anuales, con el nombre de Poor Richards del año 1753, definió la manera de protegerse de las descargas eléctricas durante las tormentas, pero nunca las llamo pararrayos. La transcripción de dicho artículo es la siguiente: Como asegurar su Casa del RELÁMPAGO. El Método: “Proporcionar una pequeña barra de hierro de tres o cuatro pies en la tierra húmeda y otro, puede ser seis u ocho pies encima de la parte más alta del edificio y unidos. Al final de la barra del edificio, sujetar aproximadamente un pie de cable de bronce, del tamaño de una aguja tejer, afilada a una punta; la barra puede ser asegurada a la casa con grampas. Si la casa o el edificio son largos, se pueden colocar barras en los extremos y unirlas. Una vivienda así protegida no será dañada por el relámpago, esté es atraído por los cables de bronce terminados en punta, pasando por el metal a la tierra. Los barcos también, pueden protegerse teniendo una barra aguda sobre la cima de sus mástiles, con un cable que alcance abajo, alrededor de una de las cubiertas, en el agua”.

 

Se da una tabla resumen de científicos y sus aportes posteriores.

 

 

Años

Nombres de los Científicos

Trabajos y descubrimientos

1777

Charles-A. de Coulomb

fuerza entre dos cargas

1780

Luigi Galvani

el impulso nervioso

1800

Alessandro Volta

la pila de Volta

1807

 Humphry Davy

la electrólisis

1808

 Humphry Davy

el arco eléctrico

1819

Hans Christian Ørsted

el electromagnetismo

1821

Thomas Johann Seebeck

la termoelectricidad

1822

André-Marie Ampère

el solenoide

1825

William Sturgeon

el electroimán

1832

William Sturgeon

el conmutador

1836

William Sturgeon

el galvanómetro

1827

Georg Simon Ohm

la ley de Ohm

1830

Joseph Henry

inducción electromagnética

1831

Johann Carl Friedrich Gauss

Teorema de Gauss de la electrostática

1831

Michael Faraday

inducción

1831

Michael Faraday

generador

1832

Michael Faraday

leyes y jaula de Faraday

1834

Heinrich Friedrich Lenz

ley de Lenz

1834

Jean Peltier

efecto Peltier

1840

Jean Peltier

inducción electrostática

1834

Samuel Morse

telégrafo

1879

 Ernst Werner. von Siemens

Locomotora eléctrica

1843

Charles Wheatstone

puente de Wheatstone

1843

James Prescott Joule

relaciones entre electricidad, calor y trabajo

1845

Gustav Robert Kirchhoff

leyes de Kirchhoff

1858

William Thomson

Cable flexibles

1851

Heinrich Daniel Ruhmkorff

la bobina de Ruhmkorff genera chispas de alto voltaje

1851

Léon Foucault

corrientes de Foucault

1870

Zénobe-Théophile Gramme

la primera dinamo

1872

Johann Wilhelm Hittorf

el primer tubo de rayos catódicos

1875

James Clerk Maxwell

las cuatro ecuaciones de Maxwell

1876

Alexander Graham Bell

el teléfono

1879

Thomas Alva Edison

desarrollo de la lámpara incandescente

1882

John Hopkinson

el sistema trifásico

1887

Heinrich Rudolf Hertz

demostración de las ecuaciones de Maxwell y la teoría electromagnética de la luz

1886

George Westinghouse

el suministro de corriente alterna

1891

Nikola Tesla

desarrollo de máquinas eléctricas, la bobina de Tesla

1893

Nikola Tesla

El radiotransmisor

1892

 Charles Proteus Steinmetz

la histéresis magnética

1895

 Wilhelm Conrad Röntgen

los rayos X

1894

Michael Idvorsky Pupin

la bobina de Pupin

1896

Michael Idvorsky Pupin

las imágenes de rayos X

1897

Joseph John Thomson

los rayos catódicos

1895

Hermanos Lumière

el inicio del cine

1899

Guglielmo Marconi

la telegrafía inalámbrica

1901

Peter Cooper Hewitt

la lámpara de vapor de mercurio

1902

Gottlob Honold

el magneto de alta tensión, la bujía

1913

Gottlob Honold

los faros parabólicos

1900

Hendrik Antoon Lorentz

Las transformaciones de Lorentz

1902

Hendrik Antoon Lorentz

el efecto Zeeman

1905

Albert Einstein

El efecto fotoeléctrico

1909

Robert Andrews Millikan

El experimento de Millikan

1911

 Heike Kamerlingh Onnes

Superconductividad

1923

Vladimir Zworykin

La televisión

1935

Edwin Howard Armstrong

Frecuencia modulada

1935

Robert Watson-Watt

El radar

Mitad del siglo XX

Transistor, Electrónica digital y Superconductividad

Centrales nucleares

Generación de Electricidad, Combustibles y Fuentes Renovables

Ordenadores

Electrificación de los ferrocarriles

Robótica

Laser

Electro Medicina

Telecomunicaciones

Internet

 

 

 

 

1.2.            Origen de las normas sobre protección contra rayos.

 

La primera norma sobre protección de descargas fue el“ British Lightning Code" que data de principios del Siglo XX. De modo concordante otras naciones generaron normas equivalentes según esta base que fue traduciendo y adaptando por la necesidad de cada país, manteniendo la base técnica manifestada por Benjamin Franklin en su almanaque del Poor Richards, del año 1753. En el caso de USA, se creó la “National Fire Protection Association  (NFPA), para organizar y regular el mercado de la protección contra descargas y de productos relacionados. En 1904 aparece la primera especificación de esa organización, titulada: "Specification for  Protection of Buildings Against Lightning"(NFPA-78). En 1995 la especificación técnica pasa a ser una norma llamada NFPA-780. Actualmente con más de 26 revisiones, esta norma NO ES DE OBLIGADO CUMPLIMIENTO.

 

1.3.            Problemática de la normativa actual

 

 

En el mundo actual las descargas atmosféricas generan daños incalculables e inimaginables en tiempos de Franklin, ya que en aquella época no existían grandes estructuras metálicas y mucho menos todo el cableado y dispositivos eléctricos actuales. El desarrollo tecnológico actual exige una normativa precisa y adecuada a las nuevas situaciones existentes, por ej: que la caída de un rayo genera una muy alta inducción electro-magnética en muchos metros alrededor, lo cual la vuelve dañina aun cuando caiga en un “pararrayos” porque puede (y de hecho sucede repetidamente) inutilizar equipos electrónicos y eléctricos, y poner en riesgo seres vivos.

Una de las contradicciones entre normativas, en el caso particular de argentina, se da entre la NAG 418 (impuesta por ENARGAS y aplicada por todas las operadoras de gas Natural comprimido (GNC)) y el IRAM N° 2418, dando pautas muy distintas respecto al uso de los pararrayos y en clara oposición a la normativa de Seguridad e Higiene Laboral.

Pensándolo desde otro lugar lo que se ha realizado es lo siguiente: sobre una idea se realizaron distintas modificaciones que nunca solucionaron el problema concreto. Porque los accidentes son cada vez mayores, las tecnologías cambian, y el pararrayos no se adapta a esta nueva situación.

 

 

 

2-      Que tener en cuenta para la elaboración de nuevas normativas de protección contra rayos.

 

A efecto de realizar una propuesta para las Nuevas Normativas de Protección Contra las Descargas Atmosféricas, es necesario replantear el uso de la palabra “pararrayos”, que evidentemente por lo especificado en muchas normas actuales y originariamente lo manifestado por Benjamin Franklin, en sus almanaques,  su definición es:  Artificio compuesto de una o más varillas de hierro terminadas en punta y unidas entre sí y con la tierra húmeda, o con el agua, por medio de conductores metálicos, el cual se coloca sobre los edificios o los buques para preservarlos de los efectos de la electricidad de las nubes. Si bien es decorosa su definición, no es una definición que se adapte a la realidad ya que este tipo de protección genera más inconvenientes que no tenerla en muchos casos y está muy demostrado, ya que no garantizan un correcto manejo de la corriente para disiparla a tierra ni garantizan el lugar del impacto. Por lo tanto cuando pensamos en la palabra “pararrayos” debemos de basarnos en la composición de la palabra: parar, que significa detener, y rayo, referida a la descarga atmosférica. Como así también definir las zonas que queremos proteger en base a catalogarlas por el nivel del riego que significaría que un rayo o descarga atmosférica caiga en el lugar.

 

2-1. Definición de las zonas de riesgo.

 

Debemos de tener presente para la definición de estas zonas: el tipo de actividad, la cantidad de personas, el ambiente, el patrimonio, actividades concordantes en las cercanías,  el tipo de bien, además de  tener presente los valores históricos de la actividad keraunica, a efecto de reforzar aspectos de las instalaciones cuando se crea necesario.

A-    Riesgo alto: cuando están en juego la vida de las personas, los bienes capitales y culturales, la vida de los animales, las industrias y los medios de producción. La presencia de las personas es permanente o en periodos largos de tiempos, existencia de bienes culturales, presencia de atmósferas explosivas o incendiables, instalaciones de equipos electrónicos de servicios esenciales. (Hogares, fabricas, hospitales, escuelas, edificios, estaciones de servicios, centros de cómputos, restaurantes, en temporada estival los camping, colonias de vacaciones, estadios para el deporte, etc.)

B-    Riesgo medio: Los valores de capital y cultural no son muy significativos y los procesos industriales y de producción no son de alto riesgo, no existen atmósferas explosivas ni incendiables. (Estaciones transformadoras, Fábricas de cemento o canteras, Galpones de depósitos con estructuras metálicas y materiales no inflamables, procesos industriales de muy bajo empleo de personal y maquinarias, etc.)

C-    Riesgo bajo: Donde es muy baja la posibilidad de la presencia de personas, de animales, lugares descampados y fábricas o procesos que no afecten el capital (Casas o edificios donde se deba de permanecer con buen tiempo, sin riesgo de tormentas, Generadores Hidroeléctricos, pozos de extracción de aguas, zonas de campo o descampadas, etc.)

 

2.2.            Protección según las zonas de riesgo.

 

A-    Riesgo alto: Cuando la zona está definida de esta manera debemos proveer la máxima seguridad y el sistema de protección debe realizarse bajo la siguiente premisa: no deben atraerse los rayos y se consideraran los siguientes aspectos,  cuales son las partes en que puede caer una descarga atmosférica, referenciada al elemento que queremos proteger:

A-1. Sobre el elemento a proteger. El aspecto principal para realizar una protección contra la caída del rayo sobre el elemento a proteger, es evitar la caída del rayo, empleando las tecnologías de “des ionización”, o inhibición del rayo. No se debe instalar en este caso ningún sistema que base su funcionamiento en el principio de ionización del aire: pararrayos tipo Franklin, con dispositivos de cebado, con elementos radioactivos, multipuntas o hilos de guarda.

A-2. Entorno del elemento a proteger. La protección estaría dada por la creación de un anillo equipotencial en los alrededores del elemento a proteger, este anillo estará también unido a la bajada del pararrayos central, la impedancia del sistema es aceptable en valores menores a 5 ohm, se sugiere llegar a un valor menor a 1 ohm. Se recomienda que las líneas de alimentación, telefonía y TV por cable se encuentren protegidas por sistemas de descargas conectados al anillo equipotencial. Todos los elementos que se encuentren en el exterior que sean capaces de conducir electricidad, escaleras metálicas, farolas, puentes, rejas etc., deben conectarse al anillo equipotencial.

A-3. Sobre los servicios que ingresan al elemento a proteger. Cuando el rayo impacta sobre los servicios que ingresan a una estructura, generan sobretensiones. Todos los servicios tienen que estar protegidos contra estas sobretensiones, tanto los de agua, gas, energía eléctrica, teléfono, datos y televisión. Las protecciones serán del tipo: contra las sobretensiones o descargadores de chispas.

A-4. Cerca de los servicios que ingresan al elemento a proteger. El efecto de los rayos que caen cerca de los servicios se verán eliminados o atenuados usando una correcta realización del punto anterior.

B-    Protección para zona de Riesgo medio: Esta zona será suficiente con un buen sistema de puesta a tierra y anillo equipotencial, los servicios conectados a protecciones de sobretensión, descargadores de chispas y descargadores gaseosos y las partes metálicas conectadas a la puesta a tierra.

C-    Protecciones para zonas de Riesgo bajo: En estas zonas deben evitarse el ingreso de personas en días con riesgos de tormentas y lluvias con probabilidades de descargas atmosféricas. Se instalara un buen sistema de tierra y un a traedor de rayo del tipo ionizante y el modelo que más se adapte ya sea atraedores franklin, multipuntas o anillos de guardas, no se deben instalar del tipo radioactivo ya que estos sistemas están prohibidos a nivel mundial. 

Dado que este tipo de instalaciones complementan el funcionamiento de las anteriores, fundamentalmente las del tipo “zona de Riesgo alto”, se sugiere que puedan estar subvencionadas, a efecto de facilitar e inducir su instalación.

Debemos de ir a un nuevo concepto siguiendo con el ejemplo anterior es como si:

 

 

Bibliografía:

 

Normas IEC 62305 partes 1, 2, 3 y 4.

Richard Feynman Volumen II de física: Electromagnetismo y Materia.

Videos de la National Gheografic.

INT Empresa dedicada al desarrollo de la tecnología PDCE, Ángel Rodríguez Montes.

Almanaque del Poor Richards de Benjamin Franklin.

 

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