CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL PROCESO DE DESCARGA DE UN RAYO.

Existen 4 tipos de descargas entre nube y tierra que son:

  • Rayo positivo de tierra a nube.
  • Rayo positivo de nube a tierra.
  • Rayo negativo de tierra a nube.
  • Rayo negativo de nube a tierra.

El 90 % de las descargas nube-tierra son de polaridad negativa. Sólo un 10% de las descargas nube-tierra son de polaridad positiva.

Normalmente las descargas de polaridad positiva suelen ser muchos más severas y suelen recorrer mayor distancia.

Si bien no se conoce en forma detallada el modo en que se separan las cargas, si se sabe que la condición para la formación de nubes cargadas es el choque entre una corriente de aire cálido y una corriente de aire frío.

Durante éste choque se producen corrientes verticales ascendentes y descendentes que son capaces de separar los electrones en las moléculas de aire.

Éstas cargas libres se alojan en las gotitas de agua o de granizo de la nube produciéndose así una separación efectiva de cargas.

Nos centramos ahora en el proceso de una descarga nube tierra de polaridad negativa (90 % de los casos):

En el momento en que comienza la descarga el campo eléctrico a nivel de tierra suele situarse:

15 kv/m = E = 25 kv/m.

Se produce una ruptura preliminar en la nube, lo cual da lugar a la formación del líder descendente (STEPPED LEADER).

El líder descendente es un canal ionizado negativamente que avanza buscando conectar con la tierra, la cual se encuentra con polaridad positiva por inducción.

Éste líder tiene una particularidad: avanza de a saltos. Cada salto suele tener una longitud de 50 a 200 m. Se cree que los saltos se deben a que el canal ionizado, a medida que penetra en el dieléctrico (aire), va disminuyendo su campo eléctrico hasta que no puede quebrarlo más.

Se produce entonces un breve lapso de recarga del canal, el cual, cuando se recupera nuevamente el campo umbral, vuelve a quebrar y a avanzar hasta la tierra. Éstos intervalos de recarga duran algunos microsegundos.

Es en el último salto cuando se produce la conexión con los objetos de tierra y es, por tanto, el proceso más importante en la captación del rayo.

Cuando el líder, está por dar el último salto, la inducción sobre los objetos de tierra alcanza para que éstos, a su vez, generen líderes ascendentes (de polaridad positiva) que salen en busca del líder descendente.

Por lo general son los objetos con formatos en punta, cómo antenas, árboles, vértices de los edificios, etc, los que son capaces de liberar el líder ascendente.

Todos ellos compiten para conectar y aquel que llega primero se transforma en el punto de impacto del rayo.

Completado éste proceso se puede decir que la nube se encuentra en cortocircuito con la tierra y entonces se desarrolla la descarga principal.

La tierra comienza a enviar una corriente (conocida como “onda de retorno”), que neutraliza al líder y una porción de la nube.

Ésta es la parte destructiva de la descarga porque se desarrollan picos de corrientes muy altos. En promedio el pico suele ser de 30 KA pero puede oscilar desde unos pocos kA hasta 200 kA.

Normalmente aquí no termina el proceso. Como la nube no es neutralizada completamente suele haber otro líder descendente, que ahora progresa en forma continua, otra onda de retorno, y así sucesivamente, (valor típico 5 descargas). Éstas descargas posteriores circulan por el mismo camino establecido por la primer descarga.

Las siguientes tablas resumen las principales características aceptadas hoy día como parámetros normalizados del rayo.

Parámetros de la corriente Nivel de protección
(Ver figura 1a)   I II III-IV
Corriente de cresta L (kA) 200 150 100
Tiempo del frente T1 (µs) 10 10 10
Tiempo hasta el valor mitad T2 (µs) 350 350 350
Carga del impacto de corta duración Qs (1) (C) 100 75 50
Energía específica W/R (2) (MJ/&#8486) 10 5.6 2.5

 (1) Debido a que la parte sustancial de la carga total Qs está contenida en el primer impacto, se considera que la carga de todos los impactos de corta duración está incorporada en los valores dados.

(2) Debido a que la parte sustancial de la energía específica W/R está contenida en el primer impacto, se considera que la energía específica de todos los impactos de corta duración está incorporada en los valores dados.

Tabla 2 – Parámetros normalizados de la corriente del rayo
correspondientesal impacto subsiguiente (fig. 1a)
 

Parámetros de la corriente Nivel de protección
(Ver figura 1a)   I II III-IV
Corriente de cresta L (kA) 50 37,5 25
Tiempo del frente T1 (µs) 0,25 0,25 0,25
Tiempo hasta el valor mitad T2 (µs) 100 100 100
Pendiente promedio l /T2 (kA/µs) 200 150 100


Tabla 3 – Parámetros normalizados de la corriente del rayo correspondientes

al impacto de larga duración (fig. 1b)

Parámetros de la corriente Nivel de protección
(Ver figura 1b)   I II III-IV
Carga Q L (C) 200 150 100
Duración T (s) 0,5 0,5 0,5

 Nota: La corriente promedio de larga duración es aproximadamente: QL / T.

 

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