Definición de Pararrayos

El pararrayos es un dispositivo que se coloca en lo alto de las edificaciones, con la finalidad de canalizar las descargas eléctricas atmosféricas, conocidas como rayos, hacia tierra y evitar así que atraviesen las estructuras.

Se sabe que los rayos son capaces de causar incendios, a causa del gran calor que se desprende de los objetos atravesados por la corriente, poniendo en peligro a las personas y animales, además de ocasionar daños materiales. Brasil es el país de Latinoamérica con el mayor número de muertes al año, ocasionadas por los rayos.

Casi todas las regiones del globo son propensas a los rayos, salvo los polos y algunas zonas en medio de los grandes océanos. Son frecuentes durante las tormentas eléctricas, pero han sido vistos durante erupciones volcánicas y otros eventos catastróficos, como incendios de gran magnitud y detonaciones nucleares.

Típicamente, el pararrayos tiene la forma de una estaca metálica y puntiaguda, que se adhiere al techo o la azotea de las edificaciones, ya que los rayos tienden a caer sobre los objetos elevados, buscando siempre el camino más corto a tierra. Por eso los árboles y edificios más altos, son los objetivos más probables de las descargas, sobre todo cuando se encuentran en áreas abiertas.

El origen del pararrayos

El primer pararrayos se debe al investigador estadounidense Benjamin Franklin, a quien le encantaba experimentar con la electricidad. Para la época de Franklin, la gente pensaba que los relámpagos eran explosiones de gases atmosféricos, pero el sabio estaba seguro de que su origen era lo que él llamaba “fluido eléctrico”, el cual pensó que podía atrapar, y demostrar así su teoría.

Franklin se valió de una cometa cuya cuerda, al mojarse, se volvía conductora de la electricidad. Ató el otro extremo de la cuerda al aro de una llave metálica, y esta la conectó a una varilla también metálica, puesta verticalmente. Al final de la varilla puso una botella de Leyden, una especie de capacitor primitivo, que servía para almacenar carga eléctrica.

En el aro de la llave, Franklin ató también un hilo de seda seca y aislante, el cual le servía para volar la cometa. Esperó a que se acercara una tormenta y procedió a recolectar la carga eléctrica atmosférica con ayuda de la cometa.

Habiendo cargado su botella de Leyden, Franklin logró demostrar que los rayos eran, en efecto, un fenómeno eléctrico, tal como él suponía. Y además tuvo mucha suerte al salir ileso, pues algunas personas fallecieron a causa de la descarga, cuando intentaron llevar a cabo experiencias similares.

Completados sus experimentos, en 1753 Franklin diseñó un dispositivo muy simple, para preservar los edificios de las descargas eléctricas: sustituyó al cometa por una barra de hierro plantada fuera, sobre el terreno húmedo, cuya longitud sobrepasara unos 2m el tejado de la construcción. Y en el extremo superior de la barra, debía colocarse un alambre de latón muy puntiagudo. A este diseño se lo conoce como “pararrayos Franklin”, por razones obvias.

El efecto de las puntas

Es razonable suponer que un objeto de metal atraiga a la corriente eléctrica para que circule por él, en vista de que los metales tienen una menor resistencia al paso de la corriente. Pero el pararrayos necesita tener un extremo afilado, algo que Benjamin Franklin descubrió en sus experimentos.

Cuando un conductor se encuentra en equilibrio electrostático, cualquier carga eléctrica se distribuye sobre su superficie, siendo mayor la densidad (carga por unidad de superficie) en los lugares con menor radio de curvatura.

De allí que la carga se acumule en las regiones puntiagudas del conductor, y estas desarrollen un campo eléctrico más intenso allí. De esta forma son capaces de interactuar fuertemente con otros objetos cargados.

Un campo lo suficientemente intenso, hace que se produzca un transporte de partículas cargadas (una corriente) entre el conductor puntiagudo y el medio que lo rodea. Así las cargas de signo opuesto no se acumulan en la edificación, sino que se dirigen convenientemente hacia tierra, pasando por la barra conductora.

Elementos del pararrayos

Básicamente, un pararrayos tiene tres partes principales:

• El sistema captador, consistente en una o varias puntas en un mástil o barra metálica, la cual sobresale del techo.

• Un cableado conductor que sirve para guiar la corriente a tierra.

• El conductor a tierra, que puede ser un conjunto de electrodos o láminas conductoras enterradas.

Según su diseño, los pararrayos se clasifican en:

• Pasivos

• Activos

El típico pararrayos Franklin, cuyo esquema general se muestra en la figura, es de tipo pasivo, ya que su acción se debe a la geometría del diseño y al material empleado en su fabricación, que suele ser metal como acero o cobre.

Por su parte, los pararrayos activos incorporan dispositivos de cebado o puntas ionizantes, cuya finalidad es anticiparse al rayo y atraerlo, para luego conducirlo a tierra, y evitar que cause daños. Estas puntas ionizantes pueden incluir capacitores, bobinas, diodos y hasta pequeñas partes de elementos radiactivos, para amplificar la producción de iones.

No es posible prever donde caerá el rayo, y es poco lo que puede hacerse para controlar la enorme energía que contiene, pero el pararrayos ha contribuido a salvar vidas y evitar incendios, desde el momento mismo de su invención.

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Autora

Escrito por F. Zapata para la Edición #101 de Definición MX , en 07/2021. Lic. en Física por la UCV, con especialización en Física Experimental

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