KINENERGY - Insights #Sistemas de Protección Contra Descargas Atmosféricas

¿Qué es un sistema de pararrayos?

Thu, 15 May 2025 14:15:41 -0600

Un sistema de pararrayos previene daños causados por descargas atmosféricas en estructuras, equipos y personas. Este sistema capta la energía del rayo y la dirige de manera segura hacia la tierra, evitando incendios, daños materiales y riesgos para la vida.

De acuerdo con el Servicio Meteorológico Nacional (SMN), en México se presentan alrededor de 12 millones de rayos que impactan tierra cada año, siendo los estados de Tabasco, Veracruz, Tamaulipas y la Península de Yucatán las zonas con mayor incidencia. Estas descargas eléctricas pueden liberar hasta mil millones de volts en una fracción de segundo, provocando:

Daños estructurales severos en edificaciones.

Incendios por ignición de materiales combustibles.

Fallas en sistemas eléctricos y electrónicos.

Riesgos directos para la vida humana y animal.

Interrupciones en operaciones industriales y servicios esenciales.

La Comisión Nacional de Mejora Regulatoria (CONAMER),indica quelas pérdidas materiales causadas por siniestros asociados a rayos en viviendas mexicanas ascienden a $1,141,885 millones de pesos. Estas cifras incluyen daños estructurales por incendios, destrucción de electrodomésticos, afectaciones a sistemas eléctricos y la necesidad de llevar a cabo reparaciones mayores.

En el sector comercial, las pérdidas reportadas son de $731,560 millones de pesos, donde destacan daños a equipos electrónicos, sistemas eléctricos y reparaciones importantes.

Las instalaciones industriales son, sin duda, las más expuestas y afectadas, donde una sola descarga atmosférica puede provocar pérdidas económicas superiores a $100 millones de pesos, considerando daños a equipos críticos, interrupciones de producción, incendios, fallas en maquinaria esencial y costos derivados de la reparación o el reemplazo de equipos.

¿Cuál es la función de un sistema de pararrayos?

La función de un sistema de pararrayos es interceptar el rayo y conducir de manera segura su energía hacia un sistema de puesta a tierra, evitando daños estructurales, incendios, pérdidas humanas y afectaciones operativas.

Los componentes de un sistema de pararrayos son:

Captadores o terminales aéreos: dispositivos encargados de interceptar la descarga (el pararrayos).
Conductores de bajada: cables que conducen la corriente del rayo hacia el sistema de puesta a tierra.
Sistema de puesta a tierra: elemento que permite la disipación segura de la corriente hacia la tierra.

Tipos de sistemas de pararrayos

1. Pararrayos de Punta Simple o Convencional. También conocidos como puntas Franklin, consisten en una varilla cónica conectada a dos conductores de bajada independientes. Su radio de protección es limitado (aproximadamente 30 metros) por lo que se utilizan principalmente en zonas pequeñas como chimeneas, depósitos de agua, torres de vigilancia o jardines.

2. Pararrayos de Tipo Malla. Utilizan conductores de malla instalados en los techos de las estructuras, cubriendo el perímetro y puntos altos con bajadas conectadas a sistemas de puesta a tierra. Se recomienda un tamaño de malla de entre 4 y 16 metros, dependiendo del nivel de protección requerido.

3. Pararrayos de Jaula de Faraday. Protegen el volumen completo de la estructura utilizando una red de conductores no solo en techos, sino también en paredes, creando un escudo electromagnético continuo desde las partes más altas hasta el sistema de tierra.

4. Pararrayos con Dispositivo de Cebado. Este sistema genera ondas iónicas artificiales que incrementan la posibilidad de atracción del rayo en un área específica, con radios de protección que van de 10 a 107 metros, aumentando significativamente el alcance frente a los sistemas convencionales.

¿Cuándo es necesario instalar un pararrayos?

La NOM-022-STPS vigente establece la obligación de instalar sistemas de protección contra descargas eléctricas atmosféricas en centros de trabajo clasificados como de riesgo de incendio alto, y que además debe ser evaluado y diseñado por personal especializado.

Para el diseño y la instalación del sistema se debe cumplir con:

NOM-001-SEDE vigente.

NMX-J-549-ANCE vigente

Un impacto de rayo en una estructura sin protección puede causar incendios, destruir instalaciones eléctricas, dañar sistemas de comunicación y equipos electrónicos, así como generar riesgos graves a la vida humana. Además, puede provocar la interrupción de operaciones por días o semanas, afectando la continuidad del negocio y generando pérdidas económicas importantes.

Proceso de selección de un pararrayo

Una vez que se ha llevado a cabo la valoración del riesgo, se procede a seleccionar el nivel de protección a utilizarse conforme a las necesidades detectadas y las características de la instalación.

El número y la ubicación de las terminales aéreas dependerán directamente del nivel de protección seleccionado, así como de la aplicación de métodos de diseño específicos establecidos en la normativa vigente.

Los principales métodos utilizados para determinar la correcta ubicación y cantidad de captadores son:

1. Esfera rodante: este método consiste en imaginar una esfera de radio específico que rueda alrededor de la estructura a proteger, identificando puntos críticos de intercepción de la descarga.

El proceso es el siguiente:

La esfera imaginaria debe rodarse desde el nivel del suelo hacia la estructura, detectando el primer punto de contacto, en el cual se instalará una terminal aérea pivote.
La altura de esta terminal debe ser suficiente para que la esfera, al apoyarse sobre ella y sobre el nivel de tierra, no toque la estructura.
Posteriormente, se continúa rodando la esfera por encima de la terminal aérea pivote y hacia el techo, instalando terminales aéreas de intercepción en todos los puntos donde la esfera toque la estructura.

Este procedimiento debe repetirse hasta cubrir la totalidad del volumen de la estructura y es ideal para instalaciones de gran altura, superficies irregulares o complejas, donde la esfera rodante asegura una cobertura tridimensional adecuada.

2. Ángulo de protección: en este método se traza una línea recta con un ángulo constante respecto al eje vertical de la terminal aérea. Las terminales deben ubicarse de manera que todas las partes de la estructura queden dentro de la zona de protección generada por esta proyección angular.

Este método es más utilizado en estructuras de geometría simple, donde es posible asegurar cobertura mediante el ángulo de protección calculado de acuerdo con el nivel de riesgo determinado en la valoración previa.

Relación costo-beneficio

Aunque el costo inicial de un sistema de pararrayos puede variar según el nivel de protección y la tecnología seleccionada, los beneficios superan ampliamente la inversión realizada. Evitar pérdidas humanas, daños estructurales, interrupciones operativas y altos gastos de reparación representa una ventaja estratégica que protege el presente y el futuro de cualquier proyecto.

Conclusión

La protección contra descargas atmosféricas debe considerarse como una medida estratégica y no como un lujo. Instalar un sistema de pararrayos adecuado garantiza la seguridad de las personas, la continuidad de las operaciones y la protección de los activos, minimizando riesgos y pérdidas.

En KINENERGY ayudamos a evaluar, diseñar sistemas de pararrayos a la medida de tus necesidades, conforme a las normativas vigentes y con la más alta tecnología. ¿Tienes algún proyecto? Déjanos tus datos.

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Horacio Martínez

Coordinador MEP

Ingeniero eléctrico, especialista en calidad de la energía. Experiencia profesional en diseño, planeación, supervisión y consultoría de instalaciones eléctricas en media y baja tensión para el sector residencial, comercial, industrial y hospitalario.

Ha ejecutado exitosamente proyectos complejos y establecido operaciones en la República Mexicana y América Latina, cumpliendo con normas locales e internacionales.

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¿Conoces los diferentes sistemas de puesta a tierra?

Thu, 13 Oct 2022 14:40:18 -0500

El sistema de puesta a tierra (SPT) es parte fundamental de cualquier instalación eléctrica. Una de las principales funciones que tiene este sistema es dirigir la corriente de falla y sobrecarga hacia tierra para salvaguardar la integridad física de los usuarios, además de proteger los equipos electrónicos y de cómputo (véase más en “Conoce los beneficios de un sistema de puesta en tierra”).

Podemos clasificar los sistemas de puesta a tierra en las siguientes categorías:

Sistemas para la protección personal.
Sistema de protección contra descargas atmosféricas.
Sistema a tierra para cómputo y equipo sensible.

Sistema de Puesta a Tierra para Protección Personal

El sistema de puesta a tierra es el conjunto de materiales y/o equipos mecánicamente conectados que forman una trayectoria efectiva de la corriente de falla a tierra. Esta trayectoria debe ser baja en impedancia y diseñada para transportar la corriente bajo condiciones de falla a tierra desde el punto de falla hasta la fuente de alimentación eléctrica y que facilite el funcionamiento del dispositivo de protección contra sobrecorriente.

El Art. 250 de la NOM-001-SEDE-2012 cubre los requisitos generales para la puesta a tierra y unión de instalaciones eléctricas, así como, los requisitos específicos de lo siguiente:

1. Sistemas, circuitos y equipos en los que se exige, se permite o no se permite que estén puestos a tierra.

2. El conductor del circuito que debe ser puesto a tierra en un SPT.

3. Ubicación de las conexiones de puesta a tierra.

4. Tipos y tamaños de conductores de unión y de puesta a tierra, así como de electrodos de puesta a tierra.

5. Métodos de puesta a tierra y unión.

Es de suma importancia tener claro el concepto de unión para este tema. La unión nos indica que se debe realizar una conexión confiable entre todas las partes metálicas de los equipos eléctricos que forman parte de la instalación, tales como: carcazas, cajas metálicas, tuberías metálicas, mallas, charolas, etc. Además, se debe atender los métodos de conexión entre estos equipos como el uso de conectores mecánicos, tipos de soldaduras o coples en algunos casos, esto para garantizar la continuidad eléctrica.

Se debe tener en cuenta las siguientes normas para el sistema de puesta a tierra:

NOM-001-SEDE-2012. Utilización.
NOM-022-STPS-2015. Electricidad estática en los Centros de Trabajo.
IEEE-STD-142. Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.

Sistemas de Protección Contra Descargas Atmosféricas

Como se mencionó en el artículo “Sistema de protección contra descargas atmosféricas”, un sistema de protección contra de descargas atmosféricas es un conjunto de elementos (metálicos y conductores eléctricos) utilizados para proteger un espacio contra el efecto de tormentas eléctricas y con ello reducir el riesgo y el daño que puede generar.

Para realizar un óptimo diseño de nuestro sistema de protección contra descargas atmosféricas debemos cubrir tres partes fundamentales:

1. Valoración del riesgo.

2. Diseño del Sistema Externo de Protección (SEPTE).

3. Diseño del Sistema Interno de Protección (SIPTE).

1. Valoración del riesgo

Es una medida empírica, la cual estima en forma razonable la probabilidad de incidencia de un rayo directo sobre una estructura tomando en cuenta la complejidad del fenómeno.

2. Sistema Externo de Protección contra Tormentas Eléctricas (SEPTE)

Los principales componentes de este sistema de protección son los siguientes:

1. Puntas aéreas o terminales aéreas.

2. Conductor de bajada.

3. Conjunto de electrodos para conexión a tierra.

Para diseñar este sistema el principal método de cálculo es el “Método de la esfera rodante” con el cual se determinará el número y ubicación de las terminales aéreas.

3. Sistema Interno de Protección Contra Tormentas Eléctricas (SIPTE)

Para este sistema se considera la unión equipotencial interna, descritas en la norma NMX-J-549-ANCE.

Sistemas a Tierra para Cómputo y Equipo Sensible

El aumento en el uso de dispositivos electrónicos en entornos industriales y comerciales demanda un diseño de instalación eléctrica que proporcione energía confiable a estos equipos, debemos tener en cuenta que estas instalaciones requieren de consideraciones especiales.

Los equipos de redes de comunicaciones y dispositivos electrónicos están sujetos a perturbaciones derivadas de diferenciales de voltaje que pueden causarles fallas y daños.

De la misma manera, estos equipos pueden generar específicamente armónicos que afecten negativamente a los componentes del sistema diseñados para corrientes de carga sinusoidales y crear una distorsión en la forma de onda y magnitud del voltaje.

Por lo tanto, un sistema de puesta a tierra para cómputo y equipo sirve para reducir las distorsiones en la forma y magnitud de la onda sinusoidal que pudiese afectar a cualquier equipo electrónico o de cómputo.

Tierra Asilada

Normalmente, se conoce a un sistema de tierra para cómputo y equipo sensible como “tierra aislada”, esto debido a que este sistema consta de un conductor de puesta a tierra de equipos con aislamiento color verde, esto para evitar contacto con superficies metálicas que puedan inducir cualquier tipo de disturbio a este conductor y afectar a los equipos sensibles.

Tierra Aislada en la NOM-001-SEDE-2012:

·Art. 250-146 (d) Contactos Aislados NOM-001-SEDE-2012.

·Art. 408-40 Excepción Puesta a Tierra de los tableros de Alumbrado y Control NOM-001-SEDE-2012.

Sistema Derivado Separado

Se refiere al sistema de alambrado de una propiedad cuya alimentación procede de una fuente de energía o equipo diferente a la alimentación del suministrador. Tales sistemas no tienen conexión eléctrica entre los conductores de un circuito de un sistema a los conductores de un circuito de otro sistema, exceptuando las conexiones a través de la tierra, de cubiertas de metal, de canalizaciones metálicas o conductores de puesta a tierra de equipo.

Conexión de Sistemas

Se debe considerar la unión entre sí de todos los electrodos de puesta a tierra separados, esto limitará las diferencias de potencial entre ellos y entre sus sistemas de alambrado.

Art. 250-50. Sistema de electrodos de puesta a tierra

Todos los electrodos de puesta a tierra que se describen en 250-52(a)(1) hasta (a)(7) que estén presentes en cada edificio o estructura alimentada se deben unir entre sí para formar el sistema de electrodos de puesta a tierra. Cuando no existe ninguno de estos electrodos de puesta a tierra, se debe instalar y usar uno o más de los electrodos de puesta a tierra en 250-52(a)(4) hasta (a)(8). En ningún caso, el valor de resistencia a tierra del sistema de electrodos de puesta a tierra puede ser mayor que 25 Ohms.

En KINENERGY contamos con el expertise para evaluar y corregir el rumbo de tus proyectos, asegurando que tu proyecto esté alineado a marcos de eficiencia y seguridad eléctrica ¿Quieres saber más? ¡Contáctanos!

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Antonio Andrade

Ingeniero Eléctrico de Diseño Jr.

Antonio cuenta con más de 4 años de experiencia en el desarrollo de proyectos ejecutivos y supervisión de obra en ingeniería eléctrica implementados en México; destaca su participación en el desarrollo del proyecto ejecutivo y supervisión de obra en la remodelación y actualización de la instalación eléctrica del Museo Internacional del Barroco, Puebla, México. Antonio está firmemente convencido de que la preparación y el continuo aprendizaje son herramientas fundamentales para lograr el éxito en cualquier proyecto.

Referencias:

https://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5280609&fecha=29/11/2012#gsc.tab=0

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Sistema de protección contra descargas atmosféricas

Thu, 12 May 2022 22:57:50 -0500

La carga eléctrica es aquella propiedad que tiene la materia de ser influenciada por fuerzas de atracción o repulsión a través de campos electromagnéticos.

La materia puede tener tres tipos de carga eléctrica:

Neutra
Positiva
Negativa

Tipos de descargas atmosféricas

Nube-ionosfera: Es la descarga que se produce desde la parte superior de las nubes hacia la ionosfera.
Nube-nube: Son el tipo de descargas eléctricas más comunes en la atmósfera, ocurren entre dos cargas opuestas de la misma nube o con nubes adyacentes.
Nube-tierra: Se presentan cuando hay trasferencia de cargas eléctricas entra la atmósfera y la tierra, la mayoría de estas descargas se presentan desde las nubes hacia la tierra (descargas descendentes), pero también es posible que se presenten desde la tierra hacia las nubes (descargas ascendentes).
Tierra- nube: Se presentan cuando hay trasferencia de cargas eléctricas desde la tierra a las nubes.

Sistemas de protección contra descargas atmosféricas

Son un conjunto de elementos utilizados para proteger un espacio contra el efecto de tormentas eléctricas. El cual tiene como objetivo el interceptar, conducir y disipar una descarga atmosférica de manera confiable a tierra y así, proteger la vida humana y la integridad de la estructura. Existen dos tipos:

Sistemas de protección externa: Busca disipar o canalizar la energía de un rayo de manera segura.
Sistemas de protección interna: Son usados para mitigar los riesgos que podrían presentarse como consecuencia de la energía de un rayo.

También, existen normas establecidas para regular este procedimiento como son:

Nacional

• NOM-001-SEDE-2012

Referencia

• NMX-J-549-ANCE-2005 SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA TORMENTAS ELÉCTRICAS

Internacional

• NFPA 780 NORMA PARA LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS

Metodología de riesgos de rayos

Esta metodología nos proporciona una evaluación del riesgo de rayos que puede presentar un edificio o estructura y así poder determinar si se requiere o no un sistema de protección contra descargas atmosféricas. Este método toma en cuenta los siguientes criterios:

Ambiente de la Construcción.
Tipo de construcción.
Ocupación de la estructura.
Contenidos dentro de la estructura.
Consecuencia de los rayos.

Frecuencia anual promedio de impacto de rayo a una estructura u objeto

El primer paso para el análisis es determinar qué tan frecuentemente podría un rayo impactar sobre la estructura u objeto de estudio. Para determinar la amenaza anual de ocurrencia de una descarga atmosférica a un edificio u objeto ocuparemos la siguiente ecuación:

Donde:

Nd= Frecuencia anual de un rayo a la estructura u objeto.

Ng= Densidad de rayos a tierra por metro cuadrado dada en rayos/m2/año.

Ae= Área de recolección de la estructura en m2.

C1= Coeficiente Ambiental.

Densidad de rayos a tierra

El número anual de rayos a tierra por metro cuadrado (Ng), se puede localizar en los mapas de isodensidad de rayos establecidos en la NMX-J-549 Apéndice D. 2, donde nos muestran los mapas de cada estado de la república mexicana.

En el plano se muestran isolíneas que representan el promedio anual de rayos que caen en un lugar determinado.

La unidad DRT es la expresión de los rayos/ km2/año.

El valor de cada isolínea en el mapa es de 0.25 y debe tomarse el nivel superior de la isolínea que corresponda a la ubicación de la instalación a proteger.

Área de recolección de la estructura

El área de recolección de la estructura (Ae), expresa el área equivalente de tierra que tiene la vulnerabilidad de recibir un rayo.

El área equivalente de vulnerabilidad de una estructura se obtiene extendiendo una línea con una pendiente de 1 a 3 desde la parte superior de la estructura hasta el suelo, completamente alrededor del edificio, es decir, por cada metro de altura se debe extender 3 metros alrededor la proyección de captura del rayo, este factor puede ser determinado de manera matemática o gráfica.

El área de recolección equivalente de una estructura cuadrada con longitud L, ancho W y altura H es la siguiente;

Factor de localización

El factor de localización (C1), explica la topología de sitio en la que se encuentra la estructura y cualquier objeto que se encuentre dentro de la proyección dada por la expresión 3H que puede afectar el área de recolección de la estructura. Esta está dada por la siguiente tabla:

Con estos factores podemos obtener la frecuencia de rayos (Nd), cuyo valor es necesario para la evaluación simplificada de riesgos.

Frecuencia tolerable de rayos

La frecuencia tolerable de rayos (Nc), es una medida de riesgo de daños a la estructura, la cual toma en cuenta factores de riesgo, contenido de la estructura y perdidas ambientales.

La frecuencia tolerable de rayos es expresada por la siguiente fórmula:

Donde:

El valor predeterminado de la frecuencia tolerable de pérdidas de propiedad es de

El coeficiente C es el producto de los coeficientes estructurales C2 a C5

Los coeficientes estructurales son obtenidos por las siguientes tablas:

Evaluación simplificada de riesgos

La evaluación de riegos simplificada calcula la frecuencia tolerable de rayos (Nc) y la compara con la frecuencia anual de rayos (Nd) y de acuerdo con el resultado determinar la necesidad de un sistema de protección contra descargas atmosféricas.

En KINENERGY contamos con especialistas que te pueden orientar a garantizar la seguridad de tu personal y proyecto contra descargas atmosféricas, contáctanos para saber más.