Un poco de física sobre electricidad atmosférica.
Este nuevo trabajo, es el resultado de mas de 21 años de investigación constante y de dedicación de una pasión que se ha convertido en una profesión por culpa de que un rayo me vino a buscar en casa. Desde entonces el fenómeno del rayo me a apasionado y directa o indirectamente e podido trabajar con el asta conocer mejor su comportamiento fisco. Os ofrezco mi trabajo para vuestro apoyo didáctico pero no comercial.
El generador de cargas principal para formar un rayo, no nace de la nube como se cree, la nube se desarrolla dentro de una atmósfera ya electrificada naturalmente entre la ionosfera y la tierra inducida por la radiación electromagnética del sol.
El aire tiene una densidad de electrones por metro cúbico que crea la aparición de una tensión en tierra de 120 voltios por metro cuadrado en buen tiempo.
A partir de aquí los cambios de temperatura y de presiones crean un catálogo de nubes diversas, de entre ellas, las células de tormentas llamadas CUMULONIMBUS .
Dentro del proceso interno de la nube, aparecen rápidos procesos de intercambio de temperaturas y corrientes de aire que hacen ascender y descender masas de moléculas de agua cargadas eléctricamente, a partir de un complejo sistema de intercambio de iones por cambios de estado de la molécula de agua de sólido, gaseoso y líquido y viceversa, se generan cargas de diferente polaridad que se redistribuyen dentro del propio núcleo de la célula.
Según se forma la nube, ésta, genera una carga progresivamente dentro de ella, en función de la separación de las cargas de diferente signo, pueden aparecer descargas electrostáticas (RAYOS) dentro de la nube (eso sería el relámpago) o entre nubes, entre nube y suelo o entre suelo y nube.
Foto1 relampago, foto 2 rayo positivo, foto 3 rayos negativo.
Foto 1 Cuando las cargas de la nube predominan dentro de la nueve antes de las de tierra, aparecen relámpagos dentro de la propia nube. Estos pueden ser ascendentes o descendentes en función de la redominación de polaridad de cargas. Cuando las cargas de la nube, predominan de otras nubes por carga o por distancias menores, aparecerán relámpagos entre nubes y su trayectoria dependerá de la polaridad de cargas que predomine.
Foto 3 La tierra es normalmente de polaridad negativa según el principio de gravedad, con más cargas predominantes que la nube y atrae en un 75% las cargas positivas de la nube por inducción a tierra, eso se llamaría rayo negativo en forma de trayectoria sinuosa que sale de la nube en sentido a la tierra.
Foto 2 Cuando las cargas positivas de la nube predominan de las negativas de tierra, éstas atraen las negativas de tierra en dirección a la nube, eso se llama rayo positivo en forma de trayectoria sinuosa que sale de la tierra en sentido de la nube en un 20%.
¿Cómo arranca el proceso de la descarga del rayo?
Un rayo, es sólo la reacción final de un proceso eléctrico, por eso es tan o más importante el mismo proceso en sí desde su generación ya que el caos de variables naturales que existen, pueden decidir o no que el rayo aparezca, que su trayectoria cambie ,suba o baje, que las tensiones que aparezcan en el suelo sean de 10 o 45.000 voltios, que su intensidad de descarga varíe de 4 a 300.000 amperios y sobretodo, cuando aparezca que sus efectos electromagnéticos sean leves o severos. Todos estamos expuestos al riesgo incluso los monumentos mas religiosos.
Indiferentemente de su tensión, intensidad y polaridad, el rayo es el resultado de la saturación de cargas dentro de un medio, y se considera un fenómeno puramente eléctrico. Los puntos de contacto que unen la descarga, son electrodos polarizados, es decir, que la base de la nube donde se forma la carga de salida, sería un ánodo o un cátodo en función de su polaridad, y la base en tierra expuesta a esa inducción de carga de la nube donde incide el rayo, sería también un ánodo o cátodo en función de la polaridad contraria que ejerce la nube.
Por último y antes de exponer el proceso de formación del rayo más detallada, gracias a los años de investigación, tenemos que recordar que la base de una nube de tormenta puede alcanzar los 50 km de largo por otros 30 de ancho y que en Europa, la base del desarrollo vertical de la misma depende de las Isotermas que definen su altura entre 2.000 y 2.500 metros. A partir de aquí, la nube se desarrolla verticalemte superando los 8.000 metros como techo y los 10.000 metros de altura en referencia al suelo. Esta última aclaración, es para explicar que la zona afectada en el suelo por el campo eléctrico según se forme, no será en un solo punto, sino que en una amplia zona afectada por delante de la nube en su sentido de la marcha y en todo su frente de 30 km, siendo indistintamente el riesgo de afectación a los campo eléctrico de alta tensión presentes en el suelo, un edificio de 30 metros de altura que una casa de 4 metros de altura referente a 2.500 metros de altura de la presencia de la NUBE, para determinar o no los puntos mas altos son los mas expuestos.
Una vez que consideramos que esos puntos por donde circula el rayo por el aire, son como dos electrodos, vamos a representar como se forma.
Según los electrodos aumentan de carga, se crea entre ellos una diferencia de potencial en función de su separación, que pasa de la tensión normal de 120 v/m a tensiones superiores a los 45.000 v/m. CUIDADO , estos valores son de referencia ya que en la naturaleza varían en función del gas (aire) , es decir, que el proceso de carga será más lento o más rápido, ya que durante el proceso, la temperatura, presión y contaminación del aire cambian y varían completamente la resistencia dieléctrica de ruptura del aire, así mismo pasa con la resistencia de la tierra, en función de su composición, humedad y morfología la resistencia eléctrica se suma a la del aire, creando un circuito resistivo en serie entre el suelo, el aire y la nube. Además, tenemos otras variables que modifican ese conjunto de resistencias, que son los cambios de altura de las placas, a más distancia, más tensión, más carga. Es decir, que según viaja la nube en formación de borrasca, ésta pasa por valles, montañas y hace que su altura referente al suelo cambie, creando al mismo tiempo una variación completa del valor de resistencia del circuito electrónico entre nube, aire y suelo. Eso es importante para valorar que el proceso de formación del rayo, no es un proceso con parámetros fijos, sí con protocolos de trabajo pero no con valores estables, ya que a estas variables que acabo de resumir hay que contemplarles el factor exposición de los elementos ya que la nube viaja a una velocidad variable y ésta crea que los valores de trabajo se modifiquen constantemente al modificarse el tiempo de exposición a cada uno de ellos.
A partir de aquí, sabemos que tenemos una carga en aumento, que genera una diferencia de potencial entre placas. Según aparece la diferencia de potencial, la tensión de trabajo aumenta creando la ionización del aire. Los puntos afectados por este campo eléctrico de alta tensión pueden estar expuestos a una transferencia importante de cargas que salen del suelo en dirección nube en función de la polaridad. Este efecto al empezar te puede poner los pelos de punta y si sigue, pararte el corazón. En función de su resistencia y forma, en los elementos terminados en punta pueden aparecer el efecto punta o efecto corona si está terminado en forma de plato o corona redondo. Otros efectos como el fuego de SAN TELMO, pueden aparecer, pero no deja de ser el mismo efecto de la ionización del aire en una punta, pero en movimiento oscilante como el de los barcos .
Si el proceso de la ionización es estable , entre los electrodos se crea un intercambio intenso de cargas, repartido por su superficie. Si la superficie tiene protuberancia, el efecto de intercambio se efectuará en el punto más saliente y caliente, este efecto crea el recalentamiento del gas o aire, ya que las moléculas son excitadas dentro de un campo eléctrico de alta tensión (diferencia de potencial) y crean la electrificación del aire, y en función de la polaridad el gas ionizado tiene una trayectoria y carga (PLASMA).
Los puntos calientes de intercambio de cargas, son los puntos de los electrodos expuestos a este intercambio por donde se transfiere parte de la masa potencial referente al resto de la zona expuesta al mismo potencial, si su intensidad es pequeña, se podría ver como la fuerza de trabajo, hace que elementos ligeros se muevan en el suelo, en el agua podríamos llegar a ver hervir el agua. Si su intensidad aumenta, en el punto de intercambio podremos ver y oir chispas que salen y desaparecen con fuerte olor a ozono (IONIZACIÓN), a este fenómeno alguien le puso el nombre de líder o efecto punta. Si el fenómeno sigue, se generará una especie de semiconductor en el propio aire, gracias al plasma que se está creando, a este proceso se le llama trazador o camino ionizado .
Un vez abierto el camino y bajado su resistencia referente al gas que lo rodea (aire ), se produce la transferencia de cargas instantánea en forma de descarga de energía (conocido como RAYOS).
El punto de contacto del rayo en el suelo, está preparado y abierto y no es aleatorio como dicen. La energía al circular por el camino trazador, quema y volatiliza a su paso todas las moléculas del gas, creando un vacío por el interior del conductor y una sobrepresión por el exterior del mismo en la atmósfera y la luminiscencia de la misma por radiación ( luz que emite el rayo), el proceso de carga es más lento que el de descarga que es instantáneo y el trueno es el resultado del cierre del vacío del trazado o camino que genera la presión del gas para compensar las presiones.
Proceso de ionizacion, Lider, Trazador y descarga del rayo.
Ahora vienen los problemas, el rayo ya está formado y conoce su punto de impacto, ¿cómo gestionas esta energía?
La carga del rayo, entra por un elemento y a partir de aquí, esa energía se puede transformar en efectos térmicos, eléctricos, electromagnéticos y electroquímicos y todo depende de la resistencia eléctrica del elemento que se encuentra. Si aplicamos la ley de OHM, en función de la intensidad de la corriente del rayo, éste generará diferentes efectos en función del tiempo de trasferencia de la carga a tierra, eso implica que los elementos de transporte de la energía del rayo, no tendrían que ejercer ninguna resistencia para no retardar el paso de corriente y generar la aparición de tensiones peligrosas. Y ahí radica precisamente el problema de excitar y llamar al rayo. Cómo ejemplo, vamos a ver como afecta a los elementos en función de su resistencia y capacidad de disipación a tierra. Para ello tomaremos un rayo de 50.000 amperios como valor medio.
Un árbol se puede ver expuesto al proceso de la ionización al igual que una casa, una vaca o nosotros mismos, pero los efectos de contacto y trasferencia serán otros.
En el caso del árbol, éste se puede quemar sin que aparezca la descarga del rayo, sólo con el efecto de la ionización en su primera fase, creará que la madera se encienda y el árbol arda sólo sin ver ni oir el rayo, esto mismo puede pasar en el suelo con hiervas secas. En caso de que el rayo entre por una rama del árbol, las cargas encontrarán un freno muy alto para transferirse a tierra dado que la madera es muy remitente al paso de la corriente al no ser conductora, es entonces cuando las cargas pasan o por fuera o por dentro en función de la intensidad de carga. Si la descarga es de poca intensidad y la corteza del árbol tiene humedad, la descarga se contorneará por fuera del árbol utilizando el camino previo que dejó en su proceso de formación dejando como marca la corteza saltada o quemada, si la intensidad es alta utilizará los minerales de la sabia para circular rápidamente a tierra como un conductor, es ese proceso el estado líquido pasará a estado gaseoso y aumentará la temperatura de trabajo y presión, reventando el árbol como una explosión de dentro hacia fuera. En función de la intensidad el árbol quedará sólo abierto limpio, sin quemar, o quemado de arriba abajo, o simplemente desaparecerá. Los efectos de radiación o electromagnéticos serán mínimos ya que no pasa corriente por la madera, en cambio si estamos cerca del árbol, se puede generar un arco eléctrico que salte desde el árbol a nosotros por diferencia de potencial y dejarnos achicharrados.
Cuando la energía llega a tierra, busca los caminos más bajos de resistencia para disiparse, durante este proceso, aparecen efectos de evaporación de la humedad del suelo y transformación electroquímica del compuesto mineral, a su paso la energía disipada, deja un hueco vacío en la tierra con paredes cristalizadas a su alrededor, es la FULGURITA; un mineral formado por la energía del rayo con diferentes compuestos minerales, tiene forma de macarrón o raiz cuando la descarga se produce en terrenos compacto, en arenas silicias, la fulgurita se cristaliza, creanso preciosas formaciones cristalinas a su paso .
Varios tipos de FULGURITAS
En el mar el comportamiento de la descarga del rayo, es completamente diferente, la formación de carga y trazador del camino es igual en su protocolo del proceso, pero en la descarga es completamente diferente.
Cuando el rayo entra en el agua, genera una evaporación instantánea de un volumen determinado de agua de mar que es proporcional a la energía de trabajo, el resultado es la solidificación de las sales minerales en forma de tubos blancos precios que se precipitan al fondo del mar y se depositan en forma de macarrones, es otra forma de fulgurita que recoge y fusiona en un instante las más de 33.000.0000 partículas que contiene el agua de mar. El efecto de radiación electromagnética y diferencia de potencial de este fenómeno es inapreciable ya que la descarga entra en el agua y desaparece todo efecto de radiación, puede caer un rayo a 20 metros de un barco y no afectarle eléctricamente a ningun equipo electrónico. Ahora bien, si el rayo cae en el barco, no quedará electrónica viva y tendrán suerte si no se hunde el barco por vías de agua generadas por la salida del rayo .
¿Qué ocurre, entonces, cuando un rayo entra en el pararrayos de una casa?
Durante la descarga del rayo se generan inducciones y acoplamientos en las líneas de transporte eléctrico y de telecomunicaciones. Como referencia, en cada impacto de rayo en un pararrayos tipo FRANKLIN, antes, durante y después de su descarga a tierra, se generan otros fenómenos eléctricos indirectos que repercuten destruyendo nuestras instalaciones y a las instalaciones de nuestros vecinos en un radio de acción proporcional a la intensidad de la descarga, que puede alcanzar los 1.500 metros. Actualmente el rayo aparece repetidamente durante cada tormenta en cualquier período del año.
Primer instante: Cargas electrostáticas durante la formación del líder.
En el momento de la presencia de la sombra eléctrica en tierra generada por la nube, el campo eléctrico presente en las estructuras pasa de valores de baja tensión a valores de muy alta tensión, en ese momento puede aparecer el efecto punta en cualquier parte, predominando los puntos más altos de la instalación. Este efecto se transforma visualmente en chispas que salen de los materiales expuestos a la sombra eléctrica. En el caso de una punta de pararrayos, las cargas electrostáticas generan interferencias y ruidos que se pueden acoplar en las líneas de datos o señales de TV y radio. Durante la aparición de este fenómeno eléctrico, por el cable de tierra del pararrayos circularan corrientes superiores a los 150 Amperios,
¿Por qué?
Pues, porque las chispas del efecto punta aparecen a partir de la ionización del aire, y para ionizar el aire, necesitamos como mínimo 1.500 voltios en la punta de un electrodo (dependiendo de la calidad del aire), si aplicamos la Ley de Ohm y tomamos los 1.500 Voltios como referencia de tensión (E) y los 10 Ohmios de la resistencia de la toma de tierra como referencia de resistencia (R), tendremos una intensidad de corriente (I) que circulará por el cable de tierra de : I = E / R (150Amperios).
Segundo instante: Pulsos electrostáticos (ESP).
Los pulsos electrostáticos son transitorios atmosféricos y aparecen en los equipos por la variación brusca del campo electrostático presente en la zona durante la tormenta, la causa de este fenómeno la genera la diferencia de potencial entre la nube y la tierra. Sus efectos se transforman en descargas eléctricas que aparecen en los equipos puestos a tierra a partir de impactos de rayos cercanos. También tenemos que destacar que todo aquello que se encuentre suspendido en el aire referente a tierra dentro de la sombra eléctrica, se cargará eléctricamente con una tensión proporcional a su altura y el campo electrostático presente, como si de un condensador se tratara.
Como referencia a 10 metros de altura, las líneas de datos o telecomunicaciones aisladas de tierra, pueden padecer tensiones de 100 a 300.000 voltios con respecto a tierra, dentro de un campo electrostático medio, y aparecer tensiones o arcos eléctricos en las mallas de tierra que apantallan los cables referentes a tierra.
Tercer instante: Pulsos electromagnéticos (EMP).
En el instante mismo del impacto de rayo en un pararrayos o en un elemento cualquiera, el contacto físico de la energía del rayo en el punto de contacto, genera una chispa que se transforma en un pulso electromagnético que viaja por el aire, en el mismo instante el flujo de la corriente que circula por los conductores eléctricos de tierra a la toma de tierra, genera un campo magnético proporcional a la intensidad de la corriente de descarga del rayo.
La energía radiada por el pulso electromagnético en el aire viaja a la velocidad de la luz, induciendo por acoplamiento todo aquello que se encuentre a su paso referente a tierra, destruyendo nuestros componentes electrónicos y los de nuestro vecino en un radio de 1.500 metros y llegando la señal radiada a más de 300 Km. de distancia. La intensidad del pulso electromagnético es variable en función de la intensidad de descarga del rayo y del punto de contacto físico con el elemento impactado, el tiempo de la transferencia de la corriente a tierra y el nivel de absorción de la tierra física, determinarán los valores eléctricos de acoplamiento y destrucción en los equipos cercanos.
Cuarto instante: Sobretensión y tensiones de paso durante el impacto de rayo
El impacto de rayo directo sobre un pararrayos, genera una onda de corriente de amplitud fuerte, que se propaga por induccion sobre la red, aguas abajo y aguas arriba, creando una sobretensión de alta energía. Las consecuencias: Destrucción de material, envejecimiento prematuro de los componentes electrónicos sensibles y disfunción de los equipos conectados a la red con peligro de incendio. En caso de rayos de media intensidad (40.000 A), el acoplamiento en los equipos que no estén conectados a la misma toma de tierra, o flotantes tendrán el riesgo de que les aparezcan arcos eléctricos que saltarán entre masas de diferente potencial durante el instante de la descarga del rayo cercano, los valores de tensión que pueden aparecer serán superiores a 400.000 Voltios.
Quinto instante: Corrientes de tierra.
En función de la intensidad de descarga del rayo en el pararrayos, las tomas de tierra no llegan a adsorber la totalidad de la energía potencial descargada en menos de 1 segundo, generando retornos eléctricos por la toma de tierra al interior de la instalación eléctrica. Este fenómeno puede generar tensiones de paso peligrosas.
Otro fenómeno que repercute a tensiones de tierra, es la diferencia de potencial entre masas o electrodos de tierra cercanos al impacto de rayo, al producirse la descarga del rayo todos los fenómenos antes descritos interactúan entre ellos y tienden a descargar a tierra, en función de la distancia entre electrodos se generará una resistencia propia del semiconductor (el compuesto químico de la tierra física), y aparecerán tensiones de paso peligrosas entre electrodos.
SI TE QUIERES PROTEGER, NO LLAMES EL RAYO CON UN PARARRAYOS EN PUNTA.
Denuncia de los sistemas convencionales de pararrayos:
Angel Rodríguez Montes.
Las primeras olas generadas , (tipo tsunami;) son de cortas y altas con mucha energía de desplazamiento (en el caso de los rayos es corta en tiempo y mucha energía).
nos pone los pelos de punta
