Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizado del aire para conducir la descarga hacia La Tierra, de tal modo que no cause daños a personas o construcciones. Fue inventado en 1750 por Benjamin Franklin. El primer modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor. thumb|Un rayo golpeando el pararrayos de la CN Tower en Toronto, Canadá.
Historia En 1752 Benjamin Franklin inició sus experimentos sobre la electricidad; defendió la hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico y propuso un método efectivo para demostrarlo. En 1753 inventó el pararrayos en América y quizás, independientemente, también fue inventado por el checo Prokop Diviš en 1754.Ver los siguientes artículos con visiones encontradas en esta invención independiente de Diviš:
En 1752 Franklin publicó en Londres, en su famoso almanaque (Poor Richard’s Almanack), un artículo donde propuso la idea de utilizar varillas de acero en punta, sobre los tejados, para protegerse de la caída de los rayos. Su teoría se ensayó en Inglaterra y Francia antes incluso de que él mismo ejecutara su famoso experimento con una cometa en 1752. Inventó el pararrayos y presentó la llamada teoría del fluido único para explicar los dos tipos de electricidad atmosférica, la positiva y negativa...
A partir de entonces nacieron los pararrayos que, contrariamente a lo que indica su nombre, se diseñaron para atraer la descarga y luego conducirla a tierra, lugar donde no ocasiona daños. La confianza de protección era tan grande en la sociedad que, inconscientemente, no contemplaban sus riesgos, e incluso llegaron a diseñarse estéticos paraguas con pararrayos incorporado.
En 1753, el ruso Georg Wilhelm Richmann siguió las investigaciones de Franklin para verificar el efecto de protección, pero en su investigación un impacto de rayo lo fulminó cuando este fue excitado y atraído por el pararrayos, y recibió una descarga eléctrica mortal cuando manipulaba parte de la instalación del pararrayos.
En 1919 Nikola Tesla definió correctamente el principio de funcionamiento del pararrayos, y rebatió las teorías y la técnica de Benjamín Franklin y su patente. Desde entonces, la industria del pararrayos ha evolucionado y se fabrican modelos de distinto diseño, como pararrayos de punta simple, pararrayos con multipuntas o pararrayos con punta electrónica, pero todos con el mismo principio físico de funcionamiento: ionizar el aire a partir de un campo eléctrico natural generado en el suelo por la tormenta, con el principio de excitar y captar los rayos que pudieran caer en la zona que se desea proteger. Una instalación de pararrayos está compuesta, básicamente, de tres elementos: un electrodo captador (pararrayos), una toma de tierra eléctrica y un cable eléctrico para conducir la corriente del rayo, desde el pararrayos a la toma de tierra.
Estructura y funcionamiento thumb|200px|left|Esquema de la estructura y el funcionamiento de un pararrayos. 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 para evitar que una gran cantidad de carga eléctrica provoque daños, como incendios o incluso la muerte de personas o animales. El cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio de uno o varios cables de cobre, acero o aluminio. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en el terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas. En principio, se supuso que un pararrayos protege una zona teórica de forma cónica con el vértice en el cabezal donde el radio de la zona de protección depende del ángulo de apertura de cono, y este a su vez depende de cada tipo de protección. Sin embargo, con el paso de tiempo se vio que la forma de calcular el área protegida es más compleja (referencias a la UNE21186, CTE, UNE-EN62305). Las instalaciones de pararrayos se regulan en cada país por guías de recomendación o normas.
El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables a las descargas eléctricas, sobre todo en el sector de las telecomunicaciones, electromecánicas, automatización de procesos y servicios, cuando hay una tormenta con actividad eléctrica de rayos. Casi todos los equipos electrónicos incluyen componentes sensibles a las perturbaciones electromagnéticas y variaciones bruscas de la corriente. La fuente más importante de radiación electromagnética es la descarga del rayo en un elemento metálico o, en su caso, en un pararrayos.
Para que un sistema de protección contra el rayo sea seguro, todos sus elementos deben cumplir con sus respectivas normativas, tanto en sus características como en su instalación.
Otros tipos de pararrayos
Pararrayos Compensador Múltiple de Campo Eléctrico (C.M.C.E.)
Es un sistema protección contra descargas atmosféricas de alta tecnología, cuenta un captador pasivo diseñado para equilibrar y compensar en todo momento el campo eléctrico variable existente en el entorno, que generan los fenómenos atmosféricos, anulando de esta manera la formación adelantada del trazador ascendente evitando el impacto del rayo contra la estructura, generando un envolvente de protección en su área de cobertura, drenando las cargas eléctricas a un sistema de tierra, en una corriente que se encuentra a escala de los miliamperes (inofensivas). Este modelo cuenta con certificaciones a estudios de laboratorios, y a normativas estándares a nivel mundial.
"Basada en los principios de funcionamiento de un pararrayos creado por científico Nikola Tesla en su patente 1.266.175, presentado por la misma en el año 1918, un pararrayos de mayor seguridad y funcionalidad muy distinta de lo convencional, ya que por lo general la misma genera inseguridad a causa la potente energía durante la descarga al sistema tierra y sobre todo pérdidas costosas; según las palabras de Dr. Nikola Tesla". El c.m.c.e. es una evolución desarrollada del pararrayos primitivo creado por el físico, que desioniza y equilibra en todo momento las cargas atmosféricas a través de sus compensadores.
Pararrayos desionizador de carga electrostática Algunos autores aseguran que gracias a su diseño el pararrayos desionizador de carga electrostática anula el campo eléctrico en las estructuras, inhibiendo por tanto la formación del rayo en la zona que se protege al adelantarse al proceso de formación del rayo, para debilitar el campo eléctrico presente, en débiles corrientes que se fugan a la toma de tierra y evitan posibles impactos de rayos en las estructuras. Otros autores afirman que su presencia no constituye una protección distinta a la otorgada por un pararrayos convencional."No hay magia en la protección contra un relámpago: los sistemas de transferencia de carga no evitan las descargas de los rayos", texto en inglés de William Rison Al respecto se ha afirmado que:
Investigaciones de la electrostática de la atmósfera, han demostrado que objetos terminados en punta inmersos en un campo electrostático de suficiente magnitud, generarán flámulas (streamers). Mientras más puntiagudo sea el objeto, más rápidamente se creará la flámula siendo más competitivo el que tiene puntas en todas direcciones. Atendiendo a este fenómeno es frecuente encontrar elementos de protección cada vez con mayor cantidad de elementos puntiagudos, orientados en diversas direcciones. Los elementos constituidos por barras recibirán las descargas eléctricas en ellos mientras que, aquellos que están constituidos por cientos de agujas agudas en un cuerpo que remeda un cepillo o brocha, canalizan las corrientes electrostática. Son denominados Disipadores Estáticos y están siendo cada vez más utilizados en la protección de estructuras metálicas.
Al igual que ocurre con los pararrayos CMCE, no existe en la actualidad ninguna normativa que regule la fabricación, ensayo e instalación de este tipo de dispositivos.
Pararrayos en estructuras metálicas y grúas Los pararrayos son productos confiables de protección contra rayos para la mayoría de las instalaciones, excepto las estructuras metálicas. La estructura metálica ya está muy expuesta a los rayos y un pararrayos adicional en la parte superior de la misma está aumentando el riesgo de ser golpeado por un rayo. Para los edificios ordinarios, de hormigón, el pararrayos atrae el rayo y transfiere la corriente al cable conductor y deja que la corriente fluya a través del conductor y alcance la tierra. Cuando el sistema de pararrayos se aplica sobre la estructura metálica, esta es, ya por sí, lo suficientemente conductora, con gran sección metálica, como para que la corriente la prefiera a ella como vía, por lo que salta sobre ella y el flameo o arqueo (flashover) a su alrededor puede dañar el equipamiento adosado a la estructura y personas cerca de ella, fenómeno que se verifica en la práctica (o se requiere colocar conductores a tierra conductores de gran sección de metal mejor conductor que la torre, preferentemente barras rectas de cobre convenientemente colocadas). Por eso, los pararrayos no convienen en estructuras metálicas como torres de telecomunicaciones, torres de radio-tv, grúas torre, turbinas eólicas, etc. En estas, las compañías expertas en protección colocan Disipadores Estáticos. Tal como se discute en el epígrafe anterior, la demostración científica acerca de su efectividad real, es difícil de constatar y no se tiene un modelo matemático del fenómeno. Los propietarios de las torres han preferido apostar por otorgar una protección con estos elementos relativamente baratos, fáciles de fijar a las estructuras, no requieren cableado de toma de tierra. A lo largo del uso por años, comparando estadísticas se podrá conocer si, en el orden práctico, esta solución es eficaz o no.
Pararrayos en líneas de transmisión de alto voltaje Las líneas de transmisión de alto voltaje disponen de hilos destinados expresamente para la protección contra el rayo. Aunque son efectivos, en la práctica, aún se observan daños en las líneas dada la impredecible naturaleza de estos fenómenos naturales. Parece coherente la explicación de que el cable, por ser redondo, no contribuye lo suficiente para atraer la descarga ni para canalizar las corrientes electrostáticas que van por delante de la nube cargada. El rayo descarga en los puntos altos y agudos de las torres y en recodos o cambios de curvatura del propio cable. En estos puntos se está prestando particular atención para incrementar la protección de las líneas y se practican recursos como los Disipadores Estáticos.
Pararrayos Compensador de Campo Eléctrico Variable (PDCE o DDCE) miniaturadeimagen|190x190px|Funcionamiento PDCE/DDCE Es un sistema captador pasivo diseñado para equilibrar y desionizar en todo momento las cargas eléctricas que generan los fenómenos atmosféricos, cumple esta función a través de compensadores, generando un envolvente de protección en su área de cobertura. Su principio de funcionamiento está basado en compensar, equilibrar el campo eléctrico variable existente en el entorno, de esta manera anula la formación del trazador ascendente adelantándose a la formación del rayo evitando el impacto contra la estructura, drenando las cargas eléctricas a un sistema de tierra, en una corriente que se encuentra a escala de los miliamperes. Este modelo cuenta con certificaciones a estudios de laboratorios, y a normativas estándares a nivel mundial.
Pararrayos con dispositivo de cebado