Cálculo del volumen protegido mediante terminales de aire de emisión temprana (ESE): dos formas válidas con resultados idénticos

Cálculo del volumen protegido mediante terminales de aire de emisión temprana (ESE): dos formas válidas con resultados idénticos

La protección contra el rayo en los edificios es crucial para evitar daños personales, materiales y económicos. Un terminal aéreo de emisión temprana de rayos es un dispositivo de alta tecnología que responde a la aproximación de un rayo, anticipándose a la captación de otros elementos dentro de su zona de protección, para conducir la corriente de descarga de forma segura hasta la toma de tierra. Para cumplir con sus funciones, deben instalarse después de calcular su radio de protección de forma que protejan los elementos deseados, operación que puede realizarse con dos métodos diferentes pero con idénticos resultados: los propuestos por la norma UNE21186 y por el Código Técnico de la Edificación (CTE). Sin embargo, una interpretación errónea de este último puede ser peligrosa.

El actual Código Técnico de la Edificación (CTE) incluye desde su publicación en 2006 un apartado (SUA 8) sobre la protección contra el rayo, con un cálculo básico del riesgo y una serie de instrucciones de instalación. También incluye un método para calcular el volumen protegido por un terminal aéreo de emisión temprana de rayos (ESE). Se trata de un método gráfico y en esto difiere de la forma en que se calcula en la norma internacional para este tipo de pararrayos (UNE21186 - Protección contra el rayo: Protección contra el rayo con sistemas de protección contra el rayo de emisión temprana), donde se propone un método analítico mediante una fórmula.

Sin embargo, los resultados son idénticos para cualquier pararrayos, altura y nivel de protección. No existe un radio de protección según el Código Técnico de la Edificación (CTE) y otro diferente según la norma UNE21186, a pesar de que aparece en mucha documentación comercial y de mediciones. Esta confusión proviene de la mala interpretación del Código Técnico de la Edificación (CTE). Esta mala interpretación, sin embargo, es peligrosa, ya que supone que la protección del pararrayos es máxima a nivel de la cubierta, lo que no es cierto, y por tanto puede dejar sin protección zonas especialmente vulnerables.

Lo que dice el Código Técnico de la Edificación (CTE)

La confusión sobre las aparentes diferencias entre ambos métodos tiene su origen en el punto B.1.1.2 del SUA 8 del Código Técnico de la Edificación (CTE), que dice:

a) Bajo el plano horizontal situado a 5 metros por debajo del punto, el volumen protegido es el de una esfera cuyo centro está situado en la vertical de un punto a una distancia D y cuyo radio es:

R = D+ΔL

donde

R es el radio de la esfera en metros que define la zona protegida.

Esta R se confunde con el radio de protección cuando, como se ha explicado, es el radio de la esfera el que define el volumen protegido. Se mira sólo la fórmula, ignorando la frase que la introduce y la que le sigue en la parte b:

b) por encima de este plano, el volumen protegido es el de un cono definido por el punto de recogida y el círculo de intersección entre este plano y la esfera.

Además, esta R se toma como radio para cualquier altura como si el volumen protegido fuera un cilindro alrededor del eje del pararrayos. Por supuesto, este no es el caso. En el punto b) queda claro que por encima de h=5m el volumen protegido es un cono. Y, como se indica en el punto a), por encima de ese plano es una esfera.

Lo que dice la norma UNE21186

La norma UNE21186 - Protección contra el rayo: Sistemas de protección contra el rayo por emisión temprana especifica un método analítico para el cálculo del volumen protegido mediante la siguiente fórmula:

El resultado de la aplicación de esta fórmula es idéntico al método gráfico del Código Técnico de la Edificación (CTE), con una única excepción: la norma considera que los objetos situados a menos de 2 metros (de altura) del pararrayos no están protegidos, pero el Código Técnico de la Edificación (CTE) no menciona esta indicación.

Según la norma UNE21186, además, el cálculo del radio de protección no puede aplicarse a tiempos de avance superiores a 60µs, aunque se haya obtenido un resultado superior en el laboratorio.

¿Qué radio puede proteger un terminal aéreo ESE? Un ejemplo gráfico

El radio de protección de un PDC / un terminal aéreo ESE depende de su tiempo de avance, del nivel de protección requerido por la estructura y de la altura del punto en relación con el objeto a proteger. Para diferencias de altura inferiores a 5 metros, el radio de protección disminuye muy rápidamente, por lo que hay que prestar especial atención a la protección de los objetos situados en el tejado y en las esquinas del edificio.

En el siguiente ejemplo, el cálculo del riesgo ha determinado que el edificio requiere un nivel de protección 3 (D = 45 m), y la distancia al punto más alejado es de 57 metros. Según la interpretación errónea, se necesitaría un pararrayos de ΔL = R-D = 57-45 = 13 m. Por lo tanto, un pararrayos de Δt = 15µs sería suficiente.

Pero esto no es lo que especifica el Código Técnico de la Edificación (CTE). La forma correcta de hacer el cálculo por métodos gráficos es esta:

"esfera cuyo centro está situado en la vertical de la punta a una distancia D y cuyo radio es: R = D + ΔL"

En la siguiente figura queda claro que con el descargador de 15µs el edificio no está protegido, se requiere un descargador con un tiempo de avance mayor, por ejemplo, 30µs:

La cobertura del pararrayos es, tal y como indica el Código Técnico de la Edificación (CTE), la sección circunferencial al suelo para h>5m, y un cono por encima de este plano.

En Aplicaciones Tecnológicas siempre recomendamos instalar el terminal aéreo de forma que quede 6 metros por encima del tejado, para proteger los objetos del tejado y las esquinas del mismo, que son los más susceptibles de ser alcanzados por el rayo. Como se puede ver en la ilustración anterior y en la tabla siguiente, con una diferencia inferior a 5 metros el radio de protección disminuye mucho, y a partir de esa altura el aumento no es muy significativo.

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