Madre mía que tema mas interesante.
Empecemos con un cafeciño para acabar
y al lío
Para empezar digo que trabajo en la rama.
En concreto uno de los trabajos que realizamos es analizar los efectos de los rayos. Ya sea como control de calidad de los pararrayos comerciales, homologaciones, estudios privados, o efectos de los mismo sobre distintos materiales (por ejemplo en aviones).
Como podréis imaginar, para todo esto el calculo solo vale en parte. Así que tenemos varios generadores de impulsos tipo rayo.
Voy a intentar no extenderme ni enrrollarme.
Para empezar digo que;
-es mas fácil que caiga un rayo en cualquier dispositivo que este puesto a tierra (en nuestro caso a mar).
-
aunque nuestro mástil (y el resto del barco) este aislado, si que puede caer un rayo en el, ya que su punta si que modifica el campo eléctrico.
-los
cascos metálicos son los mas seguros, ya que aunque nos caiga un rayo, todo el casco esta al mismo potencial eléctrico (si se pone la cubierta a 100000 voltios, la orza estará a esa misma tensión), y no nos podemos electrocutar si permanecemos en el interior. Eso si, lo mejor es no tocar nada y alejarnos de la posible vía principal de la descarga (el mástil y cables de descarga). Sobre todo no tocar nada con las manos, mantener las manos pegaditas al cuerpo.
Ahora analicemos un poco el rayo;
Sin enrrollarnos mucho con la tensión, pues esta nos define si nos va a caer o no, una vez que el rayo cae, hace que circule una corriente.
Esta es la que destruye y mata. En general, salvo excepciones, si nos alcanza una parte de un rayo, no vamos a acabar muy bien.
Como digo, la corriente es la que va a ser determinante. Si los conductores están preparados para soportarla todo ira bien. El rayo descargara por su camino y todo ok.
Esa corriente para empezar va a someter a los conductores de descarga a unos esfuerzos mecánicos importantes (debido a los campos magnéticos creados al circular la corriente por los conductores). El circuito de descarga tiene que estar MUY bien anclado, ser lo mas lineal posible, sin sobrantes de cable, sin ángulos, y a ser posible con conductores de seccion no circular...
Esa corriente va a tener también, que disipar el calor generado al circular toda esa corriente por los conductores. Este calor viene dado por la corriente que circula y la resistencia que opone ese medio a la circulación de dicha corriente.Si no tienen seccion suficiente o no son del material apropiado, creedme que se fundirán (a veces tan rápido que explotan). Una vez que se funden, el rayo saltara al camino mas cercano (que presente menor resistencia) que encuentre para seguir su trazado hacia la tierra, creando así mas arcos eléctricos (a varios miles de grados), y elevando el potencial de la nave de manera transitoria.
Hablemos ahora de la densidad de corriente. Sin centrarnos ahora en los efectos dinámicos y térmicos, imaginaria que vertemos 1000 litros de agua de un tiron en la bańera de nuestra casa. Esta claro que se va a desbordar. Parte se ira llendo por el desagüe, pero otra parte saldrá por fuera.
Un rayo es eso mismo, una cantidad brutal de corriente (carga) que tiene que ser drenada a tierra. Si no tenemos un camino suficiente, ira buscandose otros para ir descargando, de ahí que normalmente no veamos un rayo, sino que lleva siempre ramificaciones. Aparte, el circuito de descarga se mandria a un potencial respecto de tierra todo ese rato que duraran las descargas hasta que se "agote" el rayo.
Para que queremos los pararrayos?
El pararrayos (el nombre indica lo contrario) lo que hace es atraer a los rayos... Realmente, lo que hace es que el rayo, caiga antes ahí que en otro sitio. Y el circuito que lleva asociado es el que ayudaría a drenar toda la corriente de manera "controlada" a tierra.
Pues bien, imaginad que cae un rayo por ejemplo en un edificio (es fácil la instalación y explicación, luego vamos con el barco). Con un pararrayos bien instalado, la corriente se drenaría a tierra sin demasiados desperfectos.
En caso que no tuviese pararrayos, caería y pasarían varias cosas;
-la corriente circularía por donde pudiese, generalmente por las tierras del edificio, fusilando todos los electrodomésticos. Por las tuberías del edifico, (pudiendo electrocutar a gente que esté tacando un grifo por ejemplo), ya que en esos microsegundos la tierra esta a diferente potencial que las tuberías y el agua. Y por el mallado del edificio, rajando el edificio de arriba a abajo.
Ahora suponemos que alcanza nuestro mástil
. Que es lo que pasa?
a) si tenemos pararrayos y buen circuito de descarga, nada.
b) si nuestro mástil y resto del barco es metálico, en principio, nada.
c) si nuestro mástil o barco no son metálicos, van a conducir la corriente igualmente, pero peor, lo que se traduce en unos destrozos importantes.
Mirad una cosa, antiguamente los aviones eran de aluminio y no tenían nigún problema con los rayos. Hoy en día son de fibras para reducir peso y combustibles, y tienen que inventar sistemas para que cuando les caiga un rayo no les pase nada (como mallados debajo de la fibra para conducir el rayo a donde quieren y otros). Eso si, en nuestros barcos estos sistemas lo mismo dispararían el precio un poco...
Recomendaciones (a título personal, sin ser vinculantes y sin utilizar información privilegiada);
-si algún día instalara algo de eso, estaría bien que alguien hiciera unos cálculos y simulaciones para ver si soporta una descarga atmosférica.
-nunca pondría un pararrayos con dispositivo de cebado, ya que estos, pueden quedar destruidos tras el rayo, con lo que solo valen para una vez. Yo optaría por una punta Franklin.
-todo muy bien anclado, a ser posible en una instalación con pletina de cobre de sección apropiada, como digo con una geometría de circuito que no lleve a empeorar la situación.
-mucho cuidado con las conexiones, y tener muy claro por donde va a circular corriente y qué partes debería poner al mismo potencial (stays, obenques...) que el circuito de descarga...
Y ya para terminar, si habeís llegado hasta aquí
, os digo que el rayo nos cae porque el mástil modifica el campo eléctrico haciendo que sea más intenso en la punta del mismo.
Imaginemos unas lineas paralelas y horizontales distribuidas homogeneamente desde el mar hasta las nubes. Si colocamos el barco debajo, es como si las levantara todas haciendo que se junten mucho unas a otras en la punta del mástil (como isobaras o curvas de relieve). Esto es lo que lo atrae.
Si lo que queremos es "repeler", tenemos que modificar esas lineas intentando hacerlas homogeneas. Esto se consigue poniendo cuerpos los más "planos posibles encima. A efectos prácticos se suelen utilizar toroides, esferas o semiesferas que suavizan las lineas de campo. El tamaño y diámetro de estas viene dado por la tensión que queremos proteger.
Ahora también os digo que no os fieis directamente (ya que se están empezando a comerciallizar sistemas de este tipo) sin estudios y ensayos que respalden las características que os quieran vender.
Aun así, hay rayos y RAYOS, y si tiene que caer uno de los importantes, no hay nada que nos proteja, por muy bien instalado y diseñado que esté.
PFFF
pido disculpas por el ladrillo, he intentado sintetizar, hacerlo ameno y entendible... pero esto no es un ladrillo, es todo un camión lleno!!
ala ala por si a alguien le quedan ganas
(empezé con café y termino con cerveza)