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.
El rayo
es una poderosa descarga natural de electricidad
estática, producida durante una tormenta
eléctrica; generando un
"pulso electromagnético"..rayos.htm.
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 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 a 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 transmisión 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).
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 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 pararrayos 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 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!
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 metros 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 metros 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 "esté aislada de tierra", la menor
resistencia de la estructura metálica igual hará que el rayo busque
ese camino, pero ¡alto!¿significa esto que da lo mismo que
esté conectada directamente a tierra?
Considere cuánta tensión hace falta para que se produzca un arco de 30
cm de longitud, ¿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 coaxial, 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 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 encargado 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.
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 estas substancias. No las deje expuestas en la
superficie si hay niños o animales en la zona trabajada.
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.
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 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.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 Voltios en este campo es habitual.
En estas condiciones aunque la resistencia del cable es baja, la de la
conexión a tierra no lo es tanto, de allí que la caída de tensión
que se produce en él 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 fácilmente pueden alcanzar varios miles de
Voltios.
Estas altas tensiones se propagan por los cables coaxiales u otras
líneas de transmisión y colocan a los equipos conectados a ellos a muy
altos potenciales respecto de tierra, de allí que habrá que tomar
otras precauciones adicionales.
La
duración de un rayo es muy corta, la corriente es del tipo impulsiva o
transitoria, entonces, además de la resistencia eléctrica del cable,
hay que considerar muy cuidadosamente la inductancia del mismo que puede
dar 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 bueno, en este sentido, para una rápida
respuesta en frecuencias del orden de 10 a 100 KHz. 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.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
artefactos 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 y 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 sobre tensiones producidas cuando un rayo
alcanza las líneas de suministro eléctrico o telefónico, pero un rayo
directo es mucha energía!, frente a él 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 sobre tensiones en la línea de alimentación más que
aquellos que hayan recibido un impacto en la antena.
Cable coaxial En el caso
de los cables coaxiales es recomendable conectar directamente su malla a
una jabalina cerca de la entrada a la casa, además para ellos 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 llamamos
"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".
