Desde los albores de la humanidad, el hombre está fascinado por los rayos. Él atribuyó al fenómeno tormentoso una dimensión mítica que reflejaba la ira de los dioses.
Es a partir del siglo XX que el estudio de los rayos se ha convertido en una ciencia. Entonces se descubrió que las tormentas son esenciales para la vida, que garantizan el mantenimiento de los campos eléctricos de nuestro planeta.
Desde mediados del siglo XX hasta la actualidad, el desarrollo de las redes de transporte y distribución de energía, la informática y la electrónica motiva en serio la búsqueda de protección contra los rayos y del fenómeno en sí mismo.
El fenómeno físico
Aunque podemos observar rayos en las tormentas de arena, nieve o en las erupciones volcánicas piroclásticas, el generador principal de la tormenta es el cumulonimbus.
Esta nube se desarrolla en altura de hasta más de 10 kilómetros y su base, está a unos 2-3 kilómetros sobre la superficie de la tierra, ocupando varias decenas de kilómetros cuadrados. Es el asiento de vientos muy fuertes ascendentres y descendentes, lo que causa la colisión de partículas de hielo. Es la fricción entre las partículas lo que produce que la electrificación de la nube y la separación de las cargas. Las partículas más pesadas (gotas de agua) con carga negativa se encuentran en la parte inferior de la nube, mientras que las partículas más ligeras (cristales de hielo) con carga positiva se encuentran en la parte superior de la nube. A veces, una islote de cargas positivas es contenido en el terreno de carga negativa.
Bajo la influencia de las cargas negativas presentes en la parte inferior de la nube, el campo eléctrico atmosférico del suelo por lo general del orden de 100 voltios/metro, se invierte y alcanza valores del orden de -15 a -20 kV/m: la diferencia de potencial entre la nube y el suelo es tal que la descarga es inminente.
Hay dos tipos de rayos, los intra (o inter-nube) la descarga se produce dentro de la misma nube (o entre dos nubes) y la nube-tierra, o relámpago, que produce la descarga entre la nube y el suelo. Estos son los responsables de muchos daños y perjuicios causados al medio ambiente, los edificios y los hombres.
En la mayoría de los casos, el rayo (o nube-tierra) es descendente. El fenómeno de la descarga se inicia por una sucesión previa a la descarga a partir de la nube al suelo y progresando a pasos agigantados.
Efectos y consecuencias
Efectos térmicos: Estos efectos están relacionados con las cantidades de flujo acumulados durante la caída de los rayos. Esto se traduce por unos puntos de fusión más o menos importantes al nivel de los impactos en los que se involucran materiales conductores y debido a una subida de temperatura en los lugares de mal contacto para lo materiales de gran resistencia. En los materiales que son mal conductores, una gran energía se libera en forma de calor; la humedad que contienen provoca entonces una presión repentina hasta explotar. Este proceso se puede observar por ejemplo en la descarga directa de un rayo a un edificio.
Efectos acústicos: Las fuerzas electrodinámicas relacionadas con el flujo de corriente en el rayo, crea una expansión del canal de aire del rayo y un aumento de la presión en el canal. Esta presión y su repentina desaparición crea una onda de choque. La distancia desde el canal del rayo y su orientación con respecto al observador determina el espectro de sonido percibido por el operador.
Efectos luminosos: Los efectos se limitan a la observación mediante equipos ópticos. En los seres humanos, puede producir daño en los ojos.
Efectos eléctricos: Estabilizadores de conducción: cuando un rayo golpea una línea eléctrica, la onda eléctrica se propaga a lo largo del conductor, generando una corriente adicional muy fuerte en la línea de alta tensión, que a su vez provoca una subida de tensión. Este fenómeno casi siempre conduce a un cortocircuito.
Las tomas de tierra: la resistividad del suelo en las tomas de tierra son resistentes causando, durante el paso de la corriente del rayo, un aumento repentino en el potencial de la instalación.
La inducción magnética: el impacto de un rayo es acompañado por la irradiación electromagnética, si llega a un conductor (una línea de energía, por ejemplo), el flujo electromagnético generará tensiones inducidas elevadas.
Impacto sobre los hombres y los seres vivos
Las personas están expuestas a los rayos por diferentes tipos de rayo:
* descarga directa del rayo: la descarga eléctrica se produce por el impacto directo a la persona.
* relámpago que afecta a personas cercanas: la corriente del rayo desciende por un elemento débil antes de elegir un camino de menor resistencia, y puede ser una persona cercana.
* rayo por la tensión de paso: cuando un rayo cae sobre un punto del suelo, existe entonces una diferencia de potencial suficiente para generar una corriente que fluye en las extremidades inferiores de una persona o animal.
* relámpago por tensión de contacto: si uno simultáneamente toca dos objetos conductores, uno de los cuales se somete a un aumento de la potencia producida por los rayos, la diferencia de potencial entre los dos conductores es tal que el cuerpo del individuo será recorrido por la corriente del relámpago.
* por corriente inducida: Electrocución por la afectación de una ramificación del rayo en un relámpago descendente.
El principal riesgo durante la afectación de un rayo es el fallo cardiovascular. Al igual que en todos los casos de electrocución únicamente la reanimación cardio-pulmonar inmediata puede salvar a la víctima. Otras manifestaciones son posibles pero deben ser un diagnosticadas por un especialista.
Las lesiones que se pueden encontrar son las quemaduras o lesiones de tipo neurológicos, cardiovasculares y pulmonares, trauma, en el oído o en los ojos.
