Comprenda como funcionan los sistemas de proteccion contra descargas atmosfericas, incluyendo captacion, bajadas, puesta a tierra, normas tecnicas, etapas de proyecto y metodos de proteccion.
¡Descúbrelo!
Un Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA) está diseñado para proteger estructuras, personas y sistemas internos contra los efectos directos e indirectos de los rayos.
En este artículo, abordaremos los principios de funcionamiento del SPDA, destacando las mejores prácticas de diseño, instalación y mantenimiento para asegurar una implementación eficiente.
¡Acompáñenos!
[elementor-template id=”24446″]
¿Qué es la Protección contra Descargas Atmosféricas (PDA)?
Protección contra Descargas Atmosféricas (PDA) es el término utilizado para describir el conjunto de medidas técnicas destinadas a mitigar los riesgos e impactos derivados de la incidencia de descargas atmosféricas sobre edificaciones, redes eléctricas, tuberías metálicas y demás infraestructuras expuestas a estos fenómenos.
La necesidad de protección, los beneficios económicos de instalar medidas de protección y la elección de las medidas adecuadas deben determinarse en el marco de la elaboración de un proyecto.
Por razones prácticas, los criterios para el diseño, la instalación y el mantenimiento de las medidas de protección se consideran en dos grupos separados:
- Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA);
- Medidas de Protección contra Sobretensiones (MPS);
¿Cómo Funciona un SPDA?
Un Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA) es un sistema integrado de componentes y medidas destinado a conducir y disipar la corriente eléctrica de los rayos de forma segura, con el fin de minimizar riesgos de daños termomecánicos, incendios y afectación estructural en edificaciones e instalaciones.
Este sistema se basa en un conjunto de normas y estándares de Ingeniería que orientan la instalación, la organización y el mantenimiento de los componentes.
Normas Técnicas de SPDA
La protección contra descargas atmosféricas es una cuestión de extrema importancia en todo el mundo y, por este motivo, se han establecido diversas normas y regulaciones tanto a nivel nacional como internacional para garantizar la seguridad de las edificaciones y de las personas.
El cumplimiento de las normas y regulaciones relacionadas con el SPDA es de extrema importancia para garantizar la efectividad del sistema de protección contra descargas atmosféricas.
Además, el cumplimiento de las normas suele ser un requisito legal en muchos países y localidades.
El incumplimiento de las normas puede resultar en sanciones legales, además de posibles problemas con las aseguradoras en caso de siniestros.
Entre las principales normas relevantes se encuentran:
- NBR 5419-1 – Protección contra Descargas Atmosféricas – Principios Generales
- NBR 5419-2 – Protección contra Descargas Atmosféricas – Gestión del Riesgo
- NBR 5419-3 – Protección contra Descargas Atmosféricas – Daños físicos a estructuras y peligro para la vida
- NBR 5419-4 – Protección contra Descargas Atmosféricas – Sistemas eléctricos y electrónicos internos en la estructura
- IEC 62305-1 – Protection against lightning – General principles
- IEC 62305-2 – Protection against lightning – Risk management
- IEC 62305-3 – Protection against lightning – Physical damage to structures and life hazard
- IEC 62305-4 – Protection against lightning – Electrical and electronic systems within structures
- NFPA 780 – Standard for the Installation of Lightning Protection Systems
Seguir las normas garantiza que el diseño, la instalación y el mantenimiento del SPDA se realicen de forma adecuada y confiable.
La no conformidad con las normas puede dar lugar a sistemas ineficientes, aumentando el riesgo de daños causados por rayos y poniendo en peligro a las personas y el patrimonio.
Por lo tanto, para asegurar la máxima protección contra descargas atmosféricas y la seguridad de las edificaciones y de los ocupantes, es fundamental que el diseño, la instalación y el mantenimiento del SPDA sean realizados por profesionales especializados, en conformidad con las normas y regulaciones aplicables.
Esto garantizará la eficacia del sistema de protección y reducirá significativamente los riesgos asociados a las descargas atmosféricas.
Las normas técnicas establecen que un SPDA está compuesto por dos sistemas de protección:
Sistema Externo
El SPDA externo está diseñado para “interceptar” las descargas atmosféricas y conducir la corriente eléctrica de esas descargas hasta tierra.
Este sistema está compuesto por 3 subsistemas:
- Subsistema de Captación;
- Subsistema de Bajada;
- Subsistema de Puesta a Tierra;
Subsistema de Captación
El subsistema de captación tiene como función principal interceptar las descargas directas, evitando que los rayos impacten de forma no controlada la estructura o edificación a proteger.
Su dimensionamiento adecuado permite reducir los efectos de la corriente del rayo de manera controlada, dirigiéndola hacia el subsistema de bajadas y puesta a tierra.
El subsistema de captación puede estar compuesto por los siguientes elementos, que pueden combinarse según las necesidades del proyecto:
La determinación de la posición de los captadores debe priorizar la protección de esquinas, bordes y aristas de la estructura, ya que estos puntos son más susceptibles a la incidencia directa de rayos.
Esto incluye la instalación de captadores en los extremos de cubiertas y la protección de las partes superiores de fachadas y elementos salientes.
Las normas establecen tres métodos para definir la disposición geométrica de la captación:
- Método de la Esfera Rodante;
- Método del Ángulo de Protección;
- Método de las Mallas;
Método de la Esfera Rodante
El método de la esfera rodante es la metodología universal de dimensionamiento de sistemas de protección contra descargas atmosféricas (SPDA), recomendada para estructuras con geometrías complejas.
Se basa en el concepto de una esfera teórica con un radio específico que “rueda” sobre la estructura a proteger.
Los puntos donde la esfera toca la edificación indican lugares susceptibles a descargas directas, lo que exige la instalación de captadores en esos puntos.
Método del Ángulo de Protección (Pararrayos Franklin)
El Método del Ángulo de Protección define una zona de protección cónica a partir de un captador (varilla o cable).
El método establece un ángulo (α) entre la parte superior del captador y la base del área protegida, dentro del cual la estructura está teóricamente protegida contra descargas directas.
Este método está indicado para estructuras de geometría simple, como edificaciones bajas o elementos aislados (por ejemplo, mástiles y torres).
Método de las Mallas (Jaula de Faraday)
El Método de las Mallas utiliza una red de conductores horizontales interconectados, formando una malla sobre la superficie de la estructura a proteger.
Este método está indicado para cubiertas planas o con baja inclinación, como edificios comerciales, galpones industriales y estructuras extensas.
La malla actúa como una barrera equipotencial, interceptando descargas atmosféricas y dirigiendo la corriente hacia el sistema de bajadas y puesta a tierra.
Subsistema de Bajada
El subsistema de bajada es responsable de conducir la corriente de la descarga atmosférica, interceptada por los captadores, hasta el sistema de puesta a tierra, minimizando riesgos de calentamiento, explosiones o diferencias de potencial peligrosas.
Compuesto por conductores verticales u horizontales, debe garantizar trayectorias de baja impedancia y distribución equilibrada de la corriente.
Subsistema de Puesta a Tierra
El subsistema de puesta a tierra es responsable de disipar la corriente de la descarga atmosférica en el suelo de forma segura, limitando tensiones de paso y de contacto, y garantizando la protección de personas, equipos y estructuras.
Su diseño debe considerar las características del suelo, la configuración de la estructura y la integración con los demás subsistemas (captación y bajadas).
Sistema Interno
El SPDA interno está destinado a reducir los riesgos de chispeos peligrosos dentro del volumen de protección creado por el SPDA externo, utilizando uniones equipotenciales y distancias de seguridad (aislamiento eléctrico) entre los componentes del SPDA externo y otros elementos eléctricamente conductores internos a la estructura
Equipotencialización
Conectar todas las partes metálicas de la estructura (estructura de acero, tuberías, rejas, tableros eléctricos) a los conductores del SPDA
Aislamiento
Garantizar una distancia mínima entre los conductores del SPDA (por ejemplo, bajadas del pararrayos) y otros sistemas (eléctricos, tuberías, antenas).
Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS)
Proyecto de SPDA
El desarrollo de un proyecto adecuado para el Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA) es una etapa crítica para garantizar la eficacia y la confiabilidad del sistema. A continuación, se presentan las etapas cruciales del proyecto de SPDA y las consideraciones fundamentales para el dimensionamiento de acuerdo con las necesidades específicas:
Recolección de Datos y Planificación Inicial
Reuniones Iniciales
Las reuniones iniciales se realizan con el objetivo de alinear expectativas entre el equipo técnico y el cliente.
Se identifican restricciones físicas, operativas y normativas, además de la documentación necesaria.
Site Survey
El Site Survey consiste en una visita técnica para realizar la inspección detallada del lugar donde se implantará el SPDA.
Durante esta visita, se realiza la caracterización geométrica de la edificación, la identificación de materiales estructurales, el mapeo del entorno y la evaluación de los sistemas existentes y de la infraestructura eléctrica.
A través de la visita, el equipo técnico puede anticipar posibles problemas y ajustar la elaboración del proyecto a las condiciones reales del lugar.
Desarrollo del Proyecto
A partir de los datos recopilados, comienza el proceso de desarrollo del proyecto:
Análisis de Riesgos
Con base en los datos recopilados, se realiza el análisis de riesgo, que determinará el nivel de protección necesario para la edificación.
Las descargas atmosféricas pueden causar daños según las características de la estructura a proteger.
Niveles de Protección
Se consideran cuatro niveles de protección (NP) contra descargas atmosféricas (I a IV).
Para cada NP, se fija un conjunto de parámetros máximos y mínimos de las corrientes de las descargas atmosféricas.
Esta clasificación determina el dimensionamiento de los conductores, el espesor de los elementos metálicos y la capacidad de sistemas complementarios, como los dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS), asegurando la disipación controlada de tensiones residuales y corrientes eléctricas.
Clases de SPDA
Las características de un SPDA están determinadas por las características de la estructura a proteger y por el nivel de protección considerado para descargas atmosféricas.
La tabla presenta las cuatro clases de SPDA (I a IV) definidas, que corresponden a los niveles de protección contra descargas atmosféricas.
Cada clase de SPDA se caracteriza por lo siguiente.
a) Datos dependientes de la clase de SPDA:
- Parámetros de corriente máxima y mínima de las descargas atmosféricas;
- Radio de la esfera rodante, tamaño de la malla y ángulo de protección;
- Distancias típicas entre conductores de bajada y conductores en anillo;
- Distancia de seguridad contra chispeo peligroso;
- Longitud mínima de los electrodos de tierra;
b) Factores no dependientes de la clase del SPDA:
- Equipotencialización para descargas atmosféricas;
- Espesor mínimo de placas o tuberías metálicas en los sistemas de captación;
- Materiales del SPDA y condiciones de uso;
- Materiales, configuración y dimensiones mínimas para captadores, bajadas y electrodos de puesta a tierra;
- Dimensiones mínimas de los conductores de conexión;
Proyecto Básico
El Proyecto Básico establece los parámetros generales y las premisas técnicas fundamentales para la implantación, definiendo el sistema de captación más adecuado a las demandas del ambiente.
Se determinan la cantidad y las distancias de los conductores de bajada que serán responsables por la conexión entre el sistema de captación y el sistema de puesta a tierra encargado de disipar las descargas atmosféricas, minimizando el riesgo de inducción de corriente en cables, estructuras metálicas y otros sistemas.
Se realizan los cálculos para la especificación de la malla de puesta a tierra y de las medidas de protección contra sobretensiones (MPS), de acuerdo con las especificaciones de los equipos, asegurando la protección y la estabilidad de la infraestructura eléctrica.
Proyecto Ejecutivo
El Proyecto Ejecutivo consolida todas las definiciones establecidas en las fases anteriores, transformándolas en un conjunto de documentos y procedimientos que orientan la ejecución práctica del Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas:
- Memorial Técnico Descriptivo;
- Planos y Diagramas;
- Planillas de Presupuesto Analítico, Sintético y Resumido;
- Anotación de Responsabilidad Técnica (ART);
Entrega de Documentación
Al finalizar el desarrollo del proyecto, el cliente recibe todos los archivos y registros necesarios para la ejecución y el mantenimiento del sistema:
Memorial Técnico Descriptivo
El Memorial Técnico Descriptivo presenta todos los aspectos del sistema, como las tecnologías adoptadas, los métodos de instalación, las normas de referencia y los procedimientos de prueba previstos en el proyecto.
Este documento describe tanto los fundamentos técnicos (“por qué”) como las orientaciones prácticas (“cómo”) que respaldan cada elección, permitiendo al cliente y a los equipos involucrados una comprensión clara de los criterios y parámetros que orientan la concepción y la implementación del sistema.
Planos y Diagramas
La elaboración de layouts técnicos implica la creación de dibujos detallados que representan […]
Estos layouts incluyen planos de planta, cortes y elevaciones que describen minuciosamente […]
Las representaciones gráficas están diseñadas para mapear con exactitud la instalación de cada componente […]
Los layouts son esenciales para la comunicación del proyecto, orientando al equipo de instalación y reduciendo el margen de errores durante la ejecución.
Además de guiar el proceso de montaje, sirven como documentación técnica para inspecciones, mantenimiento y futuras adaptaciones, funcionando como una referencia detallada que simplifica intervenciones y ajustes en la infraestructura, asegurando que la red opere según lo planificado y con eficiencia a lo largo del tiempo.
Planillas de Presupuesto Analítico, Sintético y Resumido
Las planillas de presupuesto técnico, elaboradas en tres niveles de detalle (analítico, sintético y resumido), permiten el análisis preciso de los costos asociados a cada componente del proyecto, abarcando materiales, equipos, mano de obra y eventuales servicios adicionales.
Anotación de Responsabilidad Técnica (ART)
La Anotación de Responsabilidad Técnica consiste en el registro formal del proyecto ante el Consejo Regional de Ingeniería y Agronomía (CREA), atribuyendo responsabilidad legal al profesional habilitado que lo suscribe.
Este instrumento asegura que el proyecto y su ejecución cumplan las normas técnicas y la legislación aplicable, otorgando respaldo jurídico y validando la competencia del responsable de la elaboración e implementación de los servicios de ingeniería.
La ART es un documento obligatorio y sirve como garantía legal para el contratante, confirmando que el proyecto fue elaborado por un profesional habilitado y calificado.
Consideraciones Finales
Brasil es uno de los países con mayor incidencia de descargas atmosféricas en el mundo, registrando más de 70 millones de rayos anualmente, según datos del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE).
Esta elevada frecuencia de rayos impacta directamente la seguridad y la integridad de estructuras y sistemas y, en promedio, afecta a más de 300 personas por año.
La necesidad de sistemas eficaces de Protección contra Descargas Atmosféricas (PDA) es, por lo tanto, crucial para mitigar los riesgos asociados a estas ocurrencias, garantizar la continuidad de las operaciones y, sobre todo, proteger vidas.
En conclusión, el Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA) es una solución indispensable para garantizar la seguridad de estructuras, equipos y personas frente a las amenazas de las descargas atmosféricas.
La correcta instalación del SPDA por profesionales calificados es crucial para su eficacia, así como la elección de materiales adecuados y el posicionamiento estratégico de los componentes. Mediante un dimensionamiento adecuado de la captación y un sistema de puesta a tierra eficiente, es posible ampliar la protección y minimizar los riesgos de daños provocados por las descargas eléctricas.
¡No pierda tiempo! Garantice la seguridad de sus estructuras y equipos con nuestros servicios especializados en Sistemas de Protección contra Descargas Atmosféricas. ¡Contáctenos!
Referencias
CREA (Consejo Regional de Ingeniería y Agronomía) – “CREA recomienda contratar a un Ingeniero Electricista para la instalación de SPDA“
ABNT (Asociación Brasileña de Normas Técnicas) – “NBR 5419 – Protección contra Descargas Atmosféricas”
DEHN – “Lightning Protection Guide 3rd Edition”
INPE (Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales) – “Mapa del Bienio”
Preguntas Frecuentes
¿Qué es el SPDA?
El SPDA (Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas) es un sistema integrado compuesto por captadores (varillas, mallas o dispositivos de interceptación), conductores de bajada, puesta a tierra y equipotencialización, diseñado para conducir corrientes de rayo de forma segura hacia el suelo, protegiendo estructuras, personas y equipos contra daños directos e indirectos, conforme a lo establecido en la norma ABNT NBR 5419.
¿Cuándo es obligatorio el SPDA?
La obligatoriedad del SPDA está determinada por el análisis de riesgo definido en la NBR 5419, considerando factores como: altura de la edificación (superior a 30 metros), ubicación geográfica (alta densidad de descargas atmosféricas) y presencia de materiales inflamables o estructuras críticas (hospitales, industrias químicas, centros de datos).
¿Cuál es la diferencia entre pararrayos y SPDA?
El pararrayos se refiere específicamente a los captadores que interceptan la descarga atmosférica. El SPDA, en cambio, engloba todo el sistema, incluyendo captadores, conductores de bajada, puesta a tierra y medidas de equipotencialización, garantizando la disipación segura de la corriente del rayo.
¿Cuáles son los métodos de protección contra descargas atmosféricas?
Los métodos normalizados por la NBR 5419 incluyen: Método Franklin (captadores puntiagudos), Jaula de Faraday (malla conductora perimetral), Método del Ángulo de Protección (definición de zonas geométricas de protección) y Sistemas con PDA (Dispositivos de Anticipación de Descargas), que utilizan ionización para la interceptación temprana del rayo.
¿Cuánto cuesta un servicio de SPDA?
El costo de implantación de un Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas (SPDA) está influenciado por variables técnicas como la complejidad de la estructura, la metodología de protección seleccionada, la especificación de materiales y las condiciones locales.
