Cálculo del volumen protegido por un Pararrayos con Dispositivo de Cebado (PDC): dos formas válidas de idénticos resultados

La protección contra el rayo en edificios es crucial para evitar daños personales, materiales y económicos. Un pararrayos con Dispositivo de Cebado (PDC) es un dispositivo de alta tecnología que se caracteriza por responder al acercamiento del rayo, adelantándose en su captura a otros elementos dentro de su zona de protección, para conducir la corriente de la descarga a tierra de forma segura. Para que cumpla su función, se deben instalar tras calcular su radio de protección de forma que proteja los elementos deseados, una operación que se puede llevar a cabo con dos métodos diferentes, pero de idéntico resultado: los propuestos por la norma UNE21186 y por el Código Técnico de la Edificación (CTE). Sin embargo, una interpretación errónea del este último puede resultar peligrosa.

El actual Código Técnico de la Edificación (CTE) incluye desde su publicación en 2006 un apartado (SUA 8) de protección contra el rayo, con un cálculo de riesgo básico y una serie de instrucciones de instalación. También incluye un método de cálculo del volumen protegido por un Pararrayos con Dispositivo de Cebado (PDC). Es un método gráfico y en eso difiere de la forma en que se calcula en la norma internacional para de este tipo de pararrayos (UNE21186 – Protección contra el rayo: Pararrayos con dispositivo de cebado), donde se propone un método analítico mediante una fórmula.

Sin embargo, los resultados son idénticos, para cualquier pararrayos, altura y nivel de protección. No hay un radio de protección según CTE y otro distinto según la norma UNE21186, pese a que aparezca en abundante documentación comercial y en mediciones. Esta confusión viene de una incorrecta interpretación del CTE. El resultado de esta errónea interpretación, sobreestima la proteccion del pararrayos, suponiendo que la protección de éste es máxima a nivel de la cubierta, lo que no es cierto, y puede por tanto dejar sin proteger zonas especialmente vulnerables.

Qué dice el CTE

La confusión sobre las aparentes diferencias de ambos métodos tiene su origen en el punto B.1.1.2 del SUA 8 del CTE, que estipula:

a) Bajo el plano horizontal situado 5 m por debajo de la punta, el volumen protegido es el de una esfera cuyo centro se sitúa en la vertical de una punta a una distancia D y cuyo radio es:
R = D+ΔL
siendo
R el radio de la esfera en m que define la zona protegida.

Se confunde esta R con el radio de protección cuando, tal como se explica, es el radio de la esfera que define el volumen protegido. Se mira únicamente la fórmula, obviando la frase que la introduce y la que la sigue en el punto b:

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

Además, se toma esta R como radio para cualquier altura como si el volumen protegido fuera un cilindro alrededor de eje del pararrayos. Por supuesto, esto no es así. En el punto b) se lee claramente por encima de h=5m el volumen protegido es un cono. Y, como se dice en el punto a), a partir de ese plano es una esfera.

Qué dice la norma UNE21186

La norma UNE21186 – Protección contra el rayo: Pararrayos con dispositivo de cebado especifica un método analítico para el cálculo del volumen protegido mediante la siguiente fórmula:

 

 

 

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

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

¿Qué radio puede proteger un PDC? Un ejemplo gráfico

El radio de protección de un PDC depende de su tiempo de avance, del Nivel de Protección que precisa la estructura y de la altura de la punta respecto del objeto a proteger. Para diferencias de altura de menos de 5 metros el radio de protección disminuye muy rápidamente, por lo que se debe prestar especial atención a la protección de los objetos sobre la cubierta y a las esquinas del edificio.

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

Pero no es esto lo que prescribe el CTE. La forma correcta de realizar el cálculo por métodos gráficos es esta:

“esfera cuyo centro se sitúa en la vertical de la punta a una distancia D y cuyo radio es: R = D + ΔL”

En la siguiente figura se ve claramente que con el pararrayos de 15µs el edificio no está protegido, se precisa un pararrayos de mayor tiempo de avance, por ejemplo de 30µs:

La cobertura del pararrayos es, tal como se dice en el CTE, el tramo de circunferencia hasta el suelo para h>5m, y un cono por encima de este plano.

En Aplicaciones Tecnológicas siempre recomendamos instalar el pararrayos de modo que quede 6 metros por encima de la cubierta, a fin de proteger los objetos sobre ella y las esquinas del tejado, que son los que tienen más peligro de recibir el impacto del rayo. Como se ve en el dibujo anterior y en la tabla siguiente, con una diferencia de menos de 5 metros el radio de protección disminuye mucho, y a partir de esa altura el aumento no es muy importante.

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