UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso de Campos Electromagnéticos

Grupo299001_34

Trabajo Colaborativo No1

JORGE GUILLERMO YORY (Tutor)

LUIS CARLOS MONTAÑO GUERRERO EDWIN ENRIQUE CASTILLO

JOSÉ ALEXANDER PINTO HERRERA EDWIN ARTURO ROJAS JULIAN ANDRES MOTTA

Integrantes

19 de Abril de 2013

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INTRODUCCION

Las Campos Electromagnéticos juegan un papel muy importante en la formación profesional del estudiante unadista, sobre todo en las carreras relacionadas con la ingeniería, pues dotan al aprendiz de las herramientas necesarias para que este las ponga en práctica en su área laboral y personal. El desarrollo del presente trabajo requirió de una lectura exhaustiva de las diferentes temáticas, problemas o situación plasmadas en el modulo correspondiente al curso de Campos Electromagnéticos, les cuales damos a conocer de una manera dinámica y resumida en el contenido es este trabajo mediante investigación realizada concernientes al pararrayo, lo que llevo al aporte significativo en el foro creado para este tema en la plataforma del la UNAD por cada uno de los integrantes del curso, enfocándonos acorde lo estipulado en el modulo del curso en mención, pudiendo consolidar el desarrollo de un solo trabajo con visión tangible.

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OBJETIVO GENERAL

Reconocer y Socializar la aplicación práctica de los conceptos del electromagnetismo en un dispositivo de uso actual como es el Pararrayos.

OBJETIVO ESPECÍFICOS

Explorar el contenido general del módulo del curso además de las diferentes herramientas contempladas en la plataforma

Repasar y comprender los principios que explican la electrostática.

Analizar, comparar y complementar la temática a tratar con los sistemas virtuales que brindalas tecnologías de la información y las comunicaciones con el fin de enriquecer nuestros conocimientos.

Identificar las aplicaciones básicas del estudio de la electrostática.

Conocer nociones, conceptos, tendencias y terminología básicos que configuran el campo general de los Campos Electromagnéticos mediante la profundización en los diferentes campos de esta materia.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso de Campos Electromagnéticos Pararrayos Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones; Dicho de otro modo, un pararrayos es aquel artefacto que, ubicado en lo alto de un edificio o una casa, tiene la función de dirigir al rayo junto con su enorme carga eléctrica hacia la tierra a través de un cable a fin de no causar daños. Estructura Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador, el cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio, el cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio de un cable de cobre conductor. La toma de tierrase construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en referencia al terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas. Como Funciona un Pararrayos El origen del pararrayos proviene de los experimentos de Benjamín Franklin, realizados a mediados de siglo XVIII, a partir de uno de ellos se dió cuenta del denominado “efecto punta”. Este efecto hace referencia a que las cargas presentes en torno a un conductor no se distribuyen de modo uniforme, sino que se juntan en las partes más afiladas y puntiagudas de éste. De este modo, si un objeto puntiagudo es sometido a una fuerte descarga eléctrica como la que se genera con el rayo proveniente de una nube de tormenta, entonces la carga se acumulará, sobretodo, en las partes puntiagudas del objeto. Este principio fue utilizado por Benjamín Franklin para la construcción del primer pararrayos funcional. Las nubes que generan los rayos durante una tormenta están cargadas negativamente en su base, y la tierra que se encuentra bajo ellas está cargada de manera positiva debido al efecto de inducción electroestática. De esta forma, las cargas negativas de las nubes de tormenta se repelen entre si, y son atraídas por la carga positiva de la tierra que se encuentra bajo ellas. Así, debido a que un pararrayos se encuentra conectado a la tierra a través de un cable conductor, sus electrones y los de la nube se repelen y queda cargado positivamente al igual que la tierra bajo la nube.

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Estructura de Funcionamiento de un Pararrayos

Tipos de Pararrayos Pararrayo Tipo Bipolar Su principio de funcionamiento está basado en la acumulación de carga eléctrica en punta, favoreciendo así su cebado; Los modelos de protección responden a los especificados en las normativas referenciadas, estas son: Dispositivo Captador: la probabilidad de que un rayo penetre en el espacio a proteger se reduce considerablemente con la presencia de un dispositivo captador diseñado adecuadamente, estos pueden estar formados por varillas o puntas captadoras, conductores tendidos o líneas captadoras, mallas de conductores o mallas captadoras

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso de Campos Electromagnéticos Pararrayos Con dispositivo de Cebado El principio de funcionamiento sigue siendo el mismo que los pararrayos tipo Franklin, la diferencia tecnológica de estos equipos está en el sistema electrónico, que aprovecha la influencia eléctrica del aumento de potencial entre la nube y la tierra para autoalimentar el cebador. Son componentes electrónicos que están alojados normalmente en el interior de un envase metálico y colocado en la parte más cercana de la punta del pararrayos y sirve para excitar la avalancha de electrones (ionización). La excitación del rayo se efectúa ionizando el aire por impulsos repetitivos. Según aumente gradualmente la diferencia de potencial entre el pararrayos y la nube, aparece la ionización natural o efecto líder. Son mini descargas que salen de la punta con más intensidad para ionizar el aire más lejos; este fenómeno es el principio de excitación para trazar un camino conductor intermitente que facilitará la descarga del fenómeno rayo. El conjunto electrónico (cebador) está dentro de la influencia directa de los efectos térmicos, electrodinámicos y electromagnéticos que genera el impacto del rayo durante la descarga. En función de la intensidad de descarga del rayo, la destrucción del dispositivo electrónico es irreversible.

Pararrayos Con Tecnología PDCE El principio de funcionamiento del pararrayos con tecnología PDCE, se basa en la desionización de la carga electrostática presente en cualquier ambiente, para controlar el campo eléctrico por debajo de los umbrales de ruptura del dieléctrico. Su investigación y desarrollo tecnológico se basa aplicando las ecuaciones, leyes y teorías de diferentes físicos de la historia de la ciencia: James Clerk Maxwell, Nikola Tesla, Georg Ohm y B. Franklin. Las diferencias tecnológicas del pararrayos PDCE frente a los pararrayos convencionales en PUNTA FRANKLIN o de CEBADO, es que la tecnología PDCE no espera que se produzca la descarga del rayo y porque se avanza en su tiempo de formación, anulando su principio físico por medio del control del campo eléctrico en la estructura que se quiere proteger. Este sencillo proceso, mantiene el valor de campo eléctrico por debajo del valor crítico de la ionización del aire, para que el rayo no se forme en un amplio radio de protección de la zona sin la presencia de rayos

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Pararrayos con Punta Simple Son electrodos de acero o de materiales similares acabados en una o varias puntas, denominados Punta simple Franklin, no tienen ningún dispositivo electrónico ni fuente radioactiva. Su medida varía en función del modelo de cada fabricante, algunos fabricantes colocan un sistema metálico cerca de la punta para generar un efecto de condensador. Durante el proceso de la tormenta se generan campos eléctricos de alta tensión entre nube y tierra. Las cargas se concentran en las puntas más predominantes a partir de una magnitud del campo eléctrico. Alrededor de la punta o electrodo aparece la ionización natural o efecto corona, resultado de la transferencia de energía. Este fenómeno es el principio de excitación para trazar un canal conductor que facilitará la descarga del fenómeno rayo (Leader).

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso de Campos Electromagnéticos .Principios y leyes de la electrostática aplicables en el diseño y elaboración de un pararrayos Durante el proceso de la tormenta se generan campos eléctricos de alta tensión entre nube y tierra. Las cargas se concentran en las puntas más predominantes a partir de una magnitud del campo eléctrico. Alrededor de la punta o electrodo aparece la ionización natural o efecto corona, resultado de la transferencia de energía. Este fenómeno es el principio de excitación para trazar un canal conductor que facilitará la descarga del fenómeno rayo (Leader). En función de la transferencia o intercambio de cargas, se pueden apreciar, en la punta del pararrayos, chispas diminutas en forma de luz, ruido audible a frito, radiofrecuencia, vibraciones del conductor, ozono y otros compuestos (efecto corona). Este fenómeno arranca una serie de avalancha electrónica por el efecto campo, un electrón ioniza un átomo produciendo un segundo electrón, éste a su vez junto con el electrón original puede ionizar otros átomos produciendo así una avalancha que aumenta exponencialmente. Las colisiones no resultantes en un nuevo electrón provocan una excitación que deriva en el fenómeno luminoso. A partir de ese momento, el aire cambia de características gaseosas al límite de su ruptura dieléctrica (Trazador o canal ionizado) .El rayo es el resultado de la saturación de cargas entre nube y tierra, se encarga de transferir en un instante, parte de la energía acumulada; el proceso puede repetirse varias veces. Consultar y socializar las zonas nacionales y mundiales donde la ocurrencia de los rayos es más frecuente y sugerir cómo protegernos. El nivel Isoceráunico de un lugar es el número promedio de días al cabo del año en los que hay tormenta. Se considera día con tormenta a aquel en el que al menos se oye un trueno. Para crear mapas útiles como referencia sobre la probabilidad de caída de rayos, se acude al trazado de líneas isoceráunicas, que son aquellas que delimitan áreas territoriales con un mismo nivel ceráunico. Mientras una de las zonas más tormentosas de Europa se encuentra en los Alpes con promedios multianuales de 30 días tormentosos al año, las zonas colombianas del Nordeste de Antioquia, Medellín y el Valle de Aburrá presentan promedios superiores a 140, el Valle del Cauca y Cauca nucleamientos entre 60 y 100, el altiplano Cundi-Boyacense 80, Choco alrededor de 100 y en el extremo más oriental de Colombia hasta 120 días de tormenta al año. Colombia se encuentra ubicada en la zona de mayor actividad eléctrica atmosférica del planeta, el trópico. Estudios experimentales muestran que la rata de ocurrencia de descargas eléctricas en el trópico es de aproximadamente 100 rayos/segundo, al menos 10 veces mayor a lo detectado en zonas templadas. Los estudios realizados en relación con la hipótesis de variación espacio-temporal de los parámetros del rayo, liderada por el grupo PAAS de la Universidad Nacional , comprueban experimentalmente que el nivel ceráuneo (número de días de tormenta al año), la densidad de descargas a tierra (número de rayos a tierra por kilómetro cuadrado durante un año) y la corriente pico (amplitud de la onda de corriente durante la descarga de retorno) medidos en Colombia y el trópico son en general mayores a lo detectado en otros lugares del mundo.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso de Campos Electromagnéticos Sugerencia de cómo protegernos contra el rayo Creemos que la mejor manera de protegernos contra este fenómeno natural, es hacer un buen diseño e instalación de un sistema de pararrayos y conectarlo a un excelente sistema de puesta a tierra, basados en toda la normatividad vigente aplicable a este país y, por qué no, considerar normas internacionales también (ej:IEC 61024-1).Aunque, entiendo que los sistemas de pararrayos solamente protegen las estructuras y a las personas que se encuentren en su interior. Por lo tanto, es importante que durante una tormenta, las personas que se encuentren expuesta, se alejen de los arboles altos y, en lo posible, se refugien en el interior de un edificio. Si esto no es posible, es importante mantener los dos pies bien pegados para evitar una diferencia de potencial peligrosa entre los dos pies durante una descarga eléctrica, la cual atraviesa el terreno en el cual nos encontramos parados. En términos técnicos, esta tensión se denomina tensión de paso. Consultar, socializar y discutir con los colegas sobre las normas vigentes en Colombia relacionadas con la protección contra rayos, resaltando los requerimientos que se exigen respecto a estos equipos. Las normativas de pararrayos deben definir un tipo de instalaciones donde la prioridad sea la protección de las personas y animales. El principio de protección de todas ellas es adoptar un sistema pasivo que reduzca la incidencia de rayos en la instalación, evitando así los posibles daños a causa de la descarga. Según los diferentes estudios científicos, el rayo es la representación de la saturación de carga eléctrica entre nube y tierra que ha estado causada por dos tipos de electricidad atmosférica, la positiva y la negativa. Todo principio de protección externa del rayo tiene que evitar este fenómeno eléctrico de saturación atmosférica (Campo de Alta Tensión), transfiriendo la carga electroestática a tierra según aparece durante el proceso de la tormenta sin generar la descarga. Los equipos diseñados como Sistemas de Protecciones Contra el Rayo (SPCR), tienen que tener como objetivo prioritario, evitar la formación e impacto del rayo a tierra en el radio de protección definido. Los Sistemas de Protecciones Contra el Rayo (SPCR), tienen que incorporar sistemas que analicen y garanticen la efectividad del sistema, donde el principio de éstos sea recoger datos estadísticos que revelaran y analizaran el comportamiento del conjunto de protección tierra / aire durante la tormenta, justificando la transferencia de carga del sistema.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso de Campos Electromagnéticos NORMAS VIGENTES EN COLOMBIA

RETIE Reglamento técnico de instalaciones eléctricas

COMISIÓN DE REGULACIÓN DE ENERGÍA Y GAS

Norma Técnica Colombiana de Protecciones contra Descargas Eléctricas Atmosféricas. NTC4552.

Código Eléctrico Nacional NTC 2050. ENTIDADES QUE VIGILAN Y REGULAN ESTE CAMPO

COMISIÓN DE REGULACIÓN DE ENERGÍA Y GAS

ICONTEC

SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO

INGEOMINAS

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA

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CONCLUSION Podemos concluir que la realización de este trabajo fue muy significativa, particularmente aprendí cosas nuevas y lo bueno es que dichas cosas son complemento fundamental en mi vida personal, laboral y/o profesional, proyectándome cada vez más hacia futuro con visión tangible de las herramientas de comunicación. Una de las aplicaciones más usadas dentro del uso de los campos eléctricos, son los dispositivos como los pararrayos, conocer un poco mas afondo el principio de funcionamiento de estos dispositivos, nos agranda la visión, y el conocimiento en el campo de la ingeniería electrónica. Familiarizarnos con el uso y aplicación de las normas vigentes y las entidades que regulan, el buen uso de los recursos. Podemos decir que las leyes de la naturaleza, no son predecibles, pero dispositivos como el pararrayos, nos sirven como ayuda en sistemas, zonas, y lugares, en los cuales se deban mantener alejados de descargas atmosféricas, que pueden afectar tanto la integridad tanto de personas como equipos e instalaciones.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso de Campos Electromagnéticos FUENTES DOCUMENTALES FUAN EVANGELISTA GOMEZ RENDON, Modulo Curso Campos Electromagnéticos, Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Medellin,2011.

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