Memoria Descriptiva Pararrayos

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SISTEMA DE PROTECCION EXTERNA CONTRA EL RAYO PARA LA I.E. JUAN MANUEL ITURREGUI MEMORIA DESCRIPTIVA 1. GENERALIDADES La I.E. Juan Manuel Itúrregui de Lambayeque se encuentra ubicado en una zona costera donde el nivel isoceraunico es nulo, sin embargo por efectos de la aparición de los fenómenos del Niño y/o la Niña, es preciso prevenir dotando al centro educativo de una protección externa contra el rayo. El objetivo básico del Proyecto es dotar a las instalaciones de I.E. Iturregui el sistema de protección contra rayos (protección razonablemente confiable contra descargas atmosféricas), garantizando la protección del equipamiento y la infraestructura del campus educativo. 2. ALCANCES DEL PROYECTO Prever el sistema de apantallamiento contra descargas atmosféricas que comprende: Dispositivo captador (pararrayos Ionizante (no radioactivo) con dispositivo de cebado. Derivadores o conductores de bajada que conducirán la corriente de descarga atmosférica desde el dispositivo captador a la toma de tierra, sin calentamientos y sin elevaciones de potencial peligroso.

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COLEGIO EMBLEMÁTICO JMI

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SISTEMA DE PROTECCION EXTERNA CONTRA EL RAYO PARA LA I.E. JUAN MANUEL ITURREGUI

MEMORIA DESCRIPTIVA

1. GENERALIDADES

La I.E. Juan Manuel Itúrregui de Lambayeque se encuentra ubicado en una zona costera donde el nivel isoceraunico es nulo, sin embargo por efectos de la aparición de los fenómenos del Niño y/o la Niña, es preciso prevenir dotando al centro educativo de una protección externa contra el rayo.

El objetivo básico del Proyecto es dotar a las instalaciones de I.E. Iturregui el sistema de protección contra rayos (protección razonablemente confiable contra descargas atmosféricas), garantizando la protección del equipamiento y la infraestructura del campus educativo.

2. ALCANCES DEL PROYECTO

Prever el sistema de apantallamiento contra descargas atmosféricas que comprende:

Dispositivo captador (pararrayos Ionizante (no radioactivo) con dispositivo de cebado.

Derivadores o conductores de bajada que conducirán la corriente de descarga atmosférica desde el dispositivo captador a la toma de tierra, sin calentamientos y sin elevaciones de potencial peligroso.

Sistema de puesta a tierra, adecuada para dispersar en el terreno la corriente de las descargas.

3. DESCRIPCION DEL PROYECTO

Como la superficie del campus educativo es regularmente extensa, se ha optado por la implementación de un pararrayos ionizante (no radioactivo) con dispositivo de cebado por presentar un radio de cobertura más amplio, lo cual permite brindar un nivel de alcance mayor entendible a las áreas a proteger.

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Por lo consiguiente se proyecta un pararrayos con dispositivo de cebado, colocado en un mástil de 6 m de altura sobre el techo del pabellón “J” de 6 m de altura, con un radio de cobertura de 80 m, conforme se muestra en el plano IEP-01.Este pararrayos se unirá a la pieza de adaptación, que debe asegurar la continuidad eléctrica entre le cabezal y el conductor de bajada. Se situará sobre mástil.

El conductor de bajada se instalará de forma tal que su recorrido sea lo más directo posible, evitando acodamientos bruscos o remontes. El trazado de los conductores de bajada se elegirá de forma que evite la proximidad de conductores eléctricos y su cruce.

Las fijaciones de la bajante se realizarán tomando como referencia 3 por metro. Los radios de curvatura no serán inferiores a 20 cm y se respetará la relación d> l/20 en los casos indicados a continuación:

En cualquier caso, se admite una remontada de un máximo de 40 cm para franquear una elevación con una pendiente menor a igual a 45 grados.El conductor de bajada será un cable trenzado con una sección mínima de 50 mm2.El conductor de bajada deberá estar protegido contra choques mecánicos mediante un tubo de protección hasta una altura superior a 2 m a partir del suelo.

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El conductor de bajada deberá tener una toma a tierra, y estará provisto de un elemento, con las inscripciones “pararrayos” y que permitirá desconectar la toma de tierra a fin de efectuar la medición.La resistencia de la toma a tierra medida por medios convencionales debe ser inferior a 10 Ohmios aislada de todo otro elemento de naturaleza conductora.

Se utilizará conexiones soldadas en lugar de conexiones a presión, debido a la dispersión de elevadas corrientes (descargas atmosféricas) durante tiempos cortos (milisegundos o microsegundos).

Equipotencialidad de las masas metálicas.

Las tomas de tierra deben unirse entre ellas y a la toma de tierra de baja tensión del edificio, preferiblemente mediante un vía chispas.

Es sistema de puesta a tierra, está conformada por el cable de cobre 50 mm2 desnudo enterrado a una profundidad de 0.50 m y varillas de cobre de 5/8” x 2.40 m. se implementarán cajas de inspección para la revisión y medición del sistema de puesta a tierra, sus dimensiones serán de 40 cm x 40 cm con tapa removible.

Para las conexiones cable-varilla o cable-cable deberá utilizarse soldadura exotérmica y las cargas de las mismas serán seleccionadas de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.Todo el sistema de tierra será tratada con aditivo GEM (cemento conductivo).El diseño propuesto se ilustra en la siguiente fig.:

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4. NORMATIVA

El campo de protección contra el rayo, mediante pararrayos, se destaca las siguientes normas:

UNE 21186: “protección de estructuras, edificaciones y zonas abiertas mediante pararrayos con dispositivo de cebado”. Norma española

NFC 17-102: “protección de estructuras y zonas abiertas mediante pararrayos con dispositivo de cebado”. Norma francesa.

UNE – EN 62305, IEC 62305: “protección contra el rayo”. Norma europea internacional.

5. CRITERIOS DE CALCULO

La necesidad de protección de una instalación se determina a partir de la evaluación del grado de seguridad requerido y de los factores de riesgo asociados a la misma. Siempre que la frecuencia esperada de impactos (Ne) sea mayor que el riesgo admisible (Na) se instalará la protección.

El riesgo admisible, Na, puede determinarse mediante la relación:

Na = 5.5 x 10-3 / (C2C3C4C5)

Siendo:

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C2 coeficiente en función del tipo de construcción, conforme a la tabla 1.1

C3 coeficiente en función del contenido del edificio, conforme a la tabla 1.2

C4 coeficiente en función del uso del edificio, conforme a la tabla 1.3

C5 coeficiente en función de la necesidad de continuidad en las actividades que se desarrollan en el edificio, conforme a la tabla 1.4

Tabla 1.1 coeficiente C2

Cubierta metálica

Cubierta de hormigón

Cubierta de madera

Estructura metálica 0.5 1 2Estructura de hormigón 1 1 2.5Estructura de madera 2 2.5 3

Tabla 1.2 coeficiente C3

Edificio con contenido inflamable3.1

Otros contenidos 1

Tabla 1.3 coeficiente C4

Estructura metálica0.5

Estructura de hormigón3

Estructura de madera1

Tabla 1.4 coeficiente C5

Edificios cuyo deterioro pueda interrumpir un servicio imprescindible (hospitales, bomberos, etc.) o puedan ocasionar un impacto ambiental grave

5

Resto de edificios 1

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(Ne) la frecuencia esperada de impactos se calcula teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

Densidad de impactos sobre el terreno (Ng): La orografía de cada región determina el número y la intensidad de las tormentas que se producen. Un mapa isoceraúnico recoge estos datos.

Situación del edificio en relación al entorno y su altura: el riesgo de impacto de rayo es mayor cuando es una estructura aislada, rodeada de edificios más bajos sobre una colina o promontorio.

Superficie equivalente de captura de la estructura a proteger: el riesgo de impacto es mayor cuanto mayor sea la superficie expuesta a la caída de rayos.

Ne = Ng.Ae.C1.10-6 (nº de impactos / año)

Siendo:

Ng: Densidad de impactos sobre el terreno (nº de impactos/año, km2), obtenida según el mapa de nivel isoceráunico de la zona.

Ae: Superficie de captura equivalente del edificio aislado en m2, que es la delimitada por una línea trazada a una distancia 3H de cada uno de los puntos del perímetro del edificio, siendo H la altura de la edificación en el punto del perímetro considerado.

C1: Coeficiente relacionado con el entorno, según la siguiente tabla 1.5

Tabla 1.5 Coeficiente C1

Situación del edificio C1Próximo a otros edificios o árboles de la misma altura o más altos

0.5

Rodeado de edificios más bajos 0.75Aislado 1Aislado sobre una colina o promontorio 2

6. TIPO DE INSTALACION EXIGIDO

Cuando a lo conforme establecido en el apartado anterior, sea disponer una instalación de protección contra el rayo, ésta tendrá al menos la eficiencia E que determina la siguiente fórmula:E = 1-Na/Ne

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La tabla 1.6 indica el nivel de protección correspondiente a la eficiencia requerida. Las características del sistema para cada nivel de protección se describen en los siguientes cuadros:

Tabla 1.6: Nivel de protección según CTE

Eficiencia requerida Nivel de protecciónE ≥ 0.98 Nivel 1 Seguridad máxima

0.95 ≤ E ≤ 0.98 Nivel 2 Seguridad alta0.80 ≤ E ≤ 0.95 Nivel 3 Seguridad media

0 ≤ E ≤ 0.80 Nivel 4 Seguridad estándar

Tabla 1.7: Nivel de protección según UNE 21186 / NFC 17-102

Eficiencia requerida Nivel de protecciónE ≥ 0.98 Nivel I Seguridad máxima

0.95 ≤ E ≤ 0.98 Nivel II Seguridad alta0.80 ≤ E ≤ 0.95 Nivel III Seguridad media

0 ≤ E ≤ 0.80 Nivel IV Seguridad estándar

7. MEDIDAS DE PROTECCION MEDIANTE PARARRAYOS PDC

El volumen protegido por un pararrayos con dispositivo de cebado, se calcula siguiendo el esquema de la siguiente fig.

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a) Bajo el plano horizontal situado 5 m por debajo de la punta, el volumen protegido es de una esfera cuyo centro se sitúa en la vertical de la punta a una distancia D y cuyo radio es:

R = D + ∆L

Siendo:R: el radio de la esfera en m que define la zona protegidaD: distancia en m que figura en la tabla 1.8 en función del nivel de protección∆L: distancia en m en función del tiempo de avance en el cebado ∆t del pararrayos en us.

Tabla 1.8

Nivel de protección Distancia “D”1 20 m2 30 m3 45 m4 60 m

Se adoptará

∆L = ∆t para valores de ∆t inferiores o iguales a 60us, y ∆L = 60 m para valores de ∆t superiores.

b) Por encima de este plano, el volumen protegido es de un cono definido por la punta de captación y el círculo de intersección entre este plano y la esfera.

8. SELECCIÓN DEL SISTEMA

Para la selección del dispositivo de protección exterior es necesario conocer los parámetros de:

Radio de protección Rp: definida como la distancia entre el punto donde se desea ubicar el PDC y el punto más alejado de la estructura o edificio que se quiere proteger.

El nivel de protección Np: de acuerdo a las tablas del ítem 6.

Para el proyecto Rp = 76 m, con lo cual pasamos a los cálculos justificativos mostrados a continuación:

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Para una superficie de captura Ae = 32779 m2 y radio de protección R = 76 m (dimensiones del campus educativo, ver plano IEP-01), se tiene lo siguiente:

Frecuencia anual de impactos de rayos sobre las estructuras Ne (Nd) = 0.01802845

Frecuencia aceptable de impactos de rayos sobre la estructura Na (Nc) = 5 x 10-5

Eficiencia E = 0.9722, de la tabla 1.6:

0.95 ≤ E ≤ 0.98 Nivel 2 Seguridad alta

Distancia de cebado D = 45

Radio de acción = 84.5 m

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Alternativas de protección:

Altura considerada entre la punta del pararrayos y la parte más alta de la superficie a proteger h = 5 m, PARARRAYOS CONSIDERADO PDC-E45

De igual modo la alternativa del pararrayos NIMBUS de Cirprotec, elegido de acuerdo al siguiente cuadro:

Radio de protección (m) según modelo de pararrayos –UNE 21186:2009 / NFC 17-102

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NP NIVEL I (D = 20 m) NIVEL III (D = 45 m)h (m) CPT-L CPT-1 CPT-2 CPT-3 CPT-L CPT-1 CPT-2 CPT-3

2 14 17 24 32 18 18 30 403 19 25 35 48 22 27 45 594 25 34 46 64 29 35 60 785 31 42 58 79 36 43 75 976 31 46 58 79 37 44 76 978 32 43 59 79 38 46 77 98

10 32 44 59 79 39 47 77 99

PARARRAYOS SELECCIONADO CPT-3, siendo h = 4 m

6. ESPECIFICACIONES TECNICAS

6.1. ESTRUCTURA METALICA

Será tipo modular, diseñada para montaje en techo. Asimismo debe cumplir con lo siguiente:

Material:

Una estructura metálica de sección triangular conformada por tubos de fierro galvanizado ó acero galvanizado en caliente.

Espesor mínimo: 1.2 mm para todo tubo o perfil, 8 mm, para placa base.

Este mástil deberá contar con tres orejas, para que se puedan implementar vientos con sus respectivos templadores.

Tres juegos de alambre de fierro galvanizado Nº 10 AWG de de 15m cada uno, con sus respectivos templadores, que servirán de vientos.

Deberá tener un tubo de fºgº de 1 ¼” x “L” m (donde “L” puede variar entre 2.10 y 2.60 m) con reducción tipo campana en la parte superior y con una adecuación en la parte inferior que le permita acoplarse al mástil de sección triangular.

La base será se acero galvanizado de 40 cm x 40 cm y con espesor mínimo de 8mm; con agujero sen cada vértice, listos para instalar pernos de 5/8” de diámetro.

Se suministrarán los pernos de 5/8” con una estructura de varillas de fierro que irá enterrada a la base de concreto donde descansará la base de la estructura.

Tratamiento superficial:

Galvanizado por inmersión en caliente

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Espesor: mínimo 80 micras (deberá indicarse en la propuesta del contratista)

Decapada profundo y uniforme, gran uniformidad y adherencia del recubrimiento.

Rigidez de la estructura:

Rigidez longitudinal, transversal y vertical, lograda solo con elementos internos, sin necesidad de elementos externos, básicamente mediante pletinas de 1” x 3/16” de espesor (como mínimo) colocadas horizontalmente con separaciones no mayores de 40 cm.

Viento de diseño: 120 km / hora con un factor de seguridad igual o mayor a 1.50

Tornillería de ensamble: Acero inoxidable

Otras características: Borne para conexión a tierra.

6.2. SISTEMA DE PARARRAYOS

Un kit col los valores y especificaciones respectivas:

01 pararrayos ionizante con dispositivo de sonido 20 m cable de Cu desnudo 50 mm2 mínimo. 25 m de cable de Cu forrado de 50 mm2 01 mástil de sección triangular de 4 m de longitud total de fºgº 01 tubo de fºgº de 1 ¼” x “L” metros con reducción campana (donde “L” puede ser

de 2.10 2.60 m) 03 juegos de alambre fºgº de 10 m c/u con sus templadores Ferretería varia, soportes, platinas para anclaje y bajada de cable 01 varilla de cobre de ¾” x 2.4 m Dosis de aditivo GEM suficiente para obtener una resistencia de puesta a tierra

menor a 10 Ohmios. Kit de soldadura exotérmica cable-varilla y cable-cable.