Navegar a la luz del rayo: cómo mantener seguro su yate

¿Qué tan preocupante es que un rayo caiga sobre un yate y qué podemos hacer al respecto? Nigel Calder analiza lo que constituye un sistema completo de protección contra rayos de 'cinturón y tirantes'

Nubes de tormenta se acumulan en Cowes, pero ¿qué sistema de protección contra rayos, si corresponde, tiene su barco para fondear o navegar con rayos? Crédito: Patrick Eden/Alamy Foto de stock

La mayoría de los marineros se preocupan hasta cierto punto por navegar bajo un rayo, escribe Nigel Calder.

Después de todo, andar con un alto poste de metal en un mar plano cuando amenazan nubes de tormenta no parece la mejor idea para la mayoría de nosotros.

En realidad, las tormentas eléctricas necesitan mucha energía, impulsadas por el sol, y son mucho menos frecuentes en el norte de Europa que en los trópicos.

Sin embargo, las corrientes elevadas que pasan a través de conductores resistivos generan calor.

Los conductores de pequeño diámetro se derriten; los mástiles de madera explotan; y los espacios de aire que se salvan mediante un arco provocan incendios.

Navegar bajo un rayo: Los rayos son 10 veces más probables sobre la tierra que sobre el mar, ya que la tierra se calienta más que el agua, proporcionando las corrientes de convección más fuertes necesarias para crear una carga. Crédito: BAE Inc/Alamy Foto de stock

En los barcos, las antenas de radio pueden vaporizarse y los pasacascos metálicos pueden salir volando del casco, o la fibra de vidrio circundante se puede derretir, con áreas de gelcoat arrancadas.

Dondequiera que navegues, los rayos deben tomarse en serio.

Comprender cómo funcionan los rayos le ayudará a evaluar los riesgos y tomar una decisión informada sobre el nivel de protección que desea en su embarcación y qué precauciones tomar.

La mayoría de los rayos son lo que se llama rayos negativos, entre los niveles inferiores de las nubes y la tierra. Se producen predescargas intermitentes que ionizan el aire.

Mientras que el aire normalmente es un mal conductor eléctrico, el aire ionizado es un excelente conductor.

Estas descargas previas (líderes escalonados) son contrarrestadas por una llamada chispa de fijación (serpentina), que emana de objetos puntiagudos (torres, mástiles o pararrayos) que destacan del entorno por su altura.

El verano es la temporada de tormentas eléctricas en el Reino Unido. Aquí uno se encuentra temprano en Instow, Devon. Crédito: Terry Matthews/Alamy Foto de stock

Este proceso continúa hasta que una chispa de unión se conecta con un líder escalonado, creando un canal de rayos de moléculas de aire ionizadas desde la nube hasta el suelo.

La descarga principal, normalmente una serie de descargas, ahora tiene lugar a través del canal del rayo.

Los rayos negativos miden de 1 a 2 km (0,6 a 1,2 millas) de largo y tienen una corriente promedio de 20.000 A.

Los rayos positivos son mucho más raros y pueden tener corrientes de hasta 300.000 A.

Un sistema de protección contra rayos (LPS) está diseñado para desviar la energía del rayo a tierra (en este caso el mar), de tal forma que no se produzcan daños ni a la embarcación ni a las personas.

Idealmente, esto también incluye proteger los sistemas eléctricos y electrónicos de una embarcación, pero la electrónica marina es sensible y este nivel de protección es difícil de lograr.

Los sistemas de protección contra rayos tienen dos componentes clave: primero, un mecanismo para proporcionar un camino con la menor resistencia posible que conduzca el rayo al agua.

Esto se establece con un conductor sustancial desde una terminal aérea hasta el agua.

Componentes de un sistema de protección contra rayos externo e interno. Crédito: Maxine Heath

Esta parte del LPS a veces se denomina protección externa contra rayos.

En segundo lugar, un mecanismo para evitar el desarrollo de altos voltajes y diferencias de voltaje entre objetos conductores en el barco.

Esto se logra conectando todos los objetos metálicos principales sobre y debajo de la cubierta al agua mediante un sistema de conexión equipotencial.

Sin este sistema de unión, pueden surgir diferencias de voltaje suficientemente altas en un barco como para desarrollar peligrosos destellos laterales.

El sistema de unión puede considerarse como una protección interna contra rayos.

Las normas contra rayos, que se aplican en tierra y a flote, definen cinco "clases" de protección contra rayos, que van desde la Clase V (sin protección) hasta la Clase I.

Hay dos parámetros principales: la corriente máxima que el sistema debe ser capaz de soportar, que determina el tamaño de varios componentes del sistema, y ​​la disposición y el número de terminales aéreos, también conocidos como pararrayos.

Veamos primero la disposición de las terminales aéreas. Se explica mejor mediante el concepto de bola rodante.

Un rayo es iniciado por los líderes escalonados y las chispas adjuntas que se conectan para formar el canal del rayo.

La distancia entre el líder escalonado y las chispas del accesorio se conoce como distancia de ruptura o distancia de impacto.

Si imaginamos una pelota con un radio igual a la distancia de impacto y la hacemos rodar alrededor de un objeto a proteger, los puntos de contacto superiores definen los posibles puntos de impacto del rayo que deben protegerse mediante terminales aéreos.

Las teorías y clasificaciones de la protección contra rayos se basan en un concepto de "bola rodante" para definir los requisitos, las áreas de riesgo y las áreas protegidas. Crédito: Maxine Heath

En teoría, la terminal aérea proporcionará una zona de protección desde el punto en el que la terminal se conecta con la circunferencia de la bola rodante hasta el punto en el que esa circunferencia toca el agua.

Cuanto más corta sea la distancia de golpe, menor será el radio de la bola que rueda y menor será el área dentro de la zona de protección definida por la circunferencia de la bola que rueda.

Cuanto más pequeña sea la zona de protección, más terminales aéreas necesitamos. Por lo tanto, utilizamos la distancia de ataque más corta para determinar el número mínimo y la ubicación de las terminales aéreas.

La protección de Clase I supone un radio de bola rodante de 20 m; La clase II supone un radio de bola rodante de 30 m.

Continúa a continuación…

Una investigación personal sobre cómo y por qué un rayo alcanzó un catamarán

Paul Tinley relata una experiencia relámpago realmente impactante a bordo de su Beneteau 393 Blue Mistress y la posterior reclamación al seguro

Una emergencia de navegación es el tipo de situación para la que todos los que se lanzan al agua deben estar preparados, incluso si...

El experto en electricidad marina Nigel Calder explica por qué las baterías de los barcos emiten hidrógeno y cómo minimizar los peligros

Los estándares de construcción de embarcaciones se basan en una distancia de golpe/radio de rodamiento de la bola de 30 m (Clase II).

Para mástiles de hasta 30 m por encima de la línea de flotación, la circunferencia de la bola desde el punto en el que hace contacto con la parte superior del mástil hasta el agua definirá la zona de protección.

Para mástiles superiores a 30 m sobre la línea de flotación, la bola contactará con el mástil a 30 m y esto definirá el límite de la zona de protección.

Si se desea protección de Clase I, el radio de la pelota se reduce a 20 m, lo que reduce significativamente la zona de protección y, en muchas embarcaciones de recreo más grandes, en teoría puede necesitar más de una terminal aérea.

En la mayoría de los yates monocasco de un solo mástil, una terminal aérea en la parte superior del mástil es suficiente para proteger todo el barco según los estándares de Clase I.

La circunferencia de la bola rodante desde la punta del mástil hasta la superficie del agua no intercepta ninguna parte del casco o aparejo.

Sin embargo, alguien que esté parado en la cubierta de proa o de popa podría tener la parte superior de su cuerpo en contacto con la bola rodante, lo que nos indica que este no es un lugar para estar en una tormenta eléctrica.

Algunos barcos tienen equipos o plataformas relativamente altos encima y detrás de la cabina.

Clases de protección para proteger tu embarcación mientras esté fondeado o navegando con rayos

Estos accesorios y estructuras pueden estar o no fuera de la circunferencia de la bola rodante.

Una vez más, esto nos dice que evitemos el contacto con estas estructuras durante una tormenta eléctrica.

Los barcos con aparejos de queche, yola y goleta generalmente requieren terminales de aire en todos los mástiles, excepto cuando el mesana es significativamente más corto que el mástil principal.

El LPS externo consta de un terminal aéreo, un conductor de bajada y un sistema de puesta a tierra (un terminal de puesta a tierra para rayos).

El conductor de bajada también se conoce como conductor primario de protección contra rayos.

Todos los componentes deben dimensionarse para soportar la corriente máxima de rayo más alta correspondiente a la clase de protección elegida.

En particular, el material y la sección transversal del terminal aéreo y del conductor de bajada deben ser tales que la corriente del rayo no provoque un calentamiento excesivo.

La terminal aérea debe sobresalir un mínimo de 150 mm por encima del mástil al que está sujeta.

Un gráfico que representa el registro de la NASA de eventos de rayos globales anuales. El Congo registró una vez más de 450 ataques por km2

Puede ser una varilla de cobre de un diámetro mínimo de 10 mm o una varilla sólida de aluminio de 13 mm de diámetro.

Debe tener un extremo superior redondeado, en lugar de puntiagudo.

Las antenas VHF suelen quedar destruidas por la caída de un rayo.

Si una antena recibe un impacto y no está protegida por un pararrayos en su base, el rayo puede ingresar al barco a través del cable coaxial de la antena.

Se inserta un pararrayos en la línea entre el cable coaxial y la base de la antena.

Tiene una conexión sustancial con el sistema de puesta a tierra del barco, que, en un mástil de aluminio, se crea mediante su conexión al mástil.

En circunstancias normales, el pararrayos no es conductor a tierra.

Cuando lo golpean voltajes muy altos, se produce un cortocircuito a tierra, lo que en teoría provoca que un rayo pase por alto el coaxial, aunque la efectividad de tales dispositivos es motivo de controversia.

Un conductor de bajada es la conexión eléctricamente conductora entre una terminal aérea y la terminal de tierra.

Durante muchos años, se requirió que este conductor tuviera una resistencia no mayor que la de un conductor de cobre de 16 mm², pero luego de más investigaciones, ahora se requiere que el conductor de bajada tenga una resistencia no mayor que la de un conductor de cobre de 20 mm².

Para protección Clase I, se necesitan 25 mm². Esto es para minimizar los efectos del calentamiento.

Digamos que utilizamos un conductor de cobre con una sección transversal de 16 mm² y que es alcanzado por un rayo con una corriente máxima correspondiente a la clase de protección IV.

Navegar a la luz del rayo: este catamarán depende del cableado a tierra desde los obenques, pero el alambre de acero inoxidable no es un buen conductor. Crédito: Wietze van der Laan

El conductor experimentará un aumento de temperatura de 56°C. Un conductor de 16 mm² fabricado en acero inoxidable (por ejemplo, un aparejo) alcanzará temperaturas muy por encima de los 1000 °C y se fundirá o evaporará.

Los obenques y estays en los veleros deben conectarse a un LPS sólo para evitar destellos laterales.

El área de la sección transversal del metal en los mástiles de aluminio, incluso en los veleros pequeños, es tal que proporciona una trayectoria de resistencia lo suficientemente baja como para ser el conductor de bajada.

Ya sea montado en cubierta o en quilla, el mástil requerirá un camino de baja resistencia, equivalente a un conductor de cobre de 25 mm², desde la base del mástil hasta el terminal de conexión a tierra.

Los barcos con casco metálico pueden utilizar el casco como terminal de puesta a tierra. Todos los demás barcos necesitan una masa adecuada de metal submarino.

En agua salada se necesita una superficie mínima de 0,1m². En agua dulce, las normas europeas exigen que el terminal de puesta a tierra sea de hasta 0,25 m².

Un terminal de conexión a tierra debe estar sumergido en todas las condiciones de funcionamiento.

Un plomo externo o una quilla de hierro en los veleros monocasco pueden servir como terminal de puesta a tierra.

El propietario de este yate con sede en Florida decidió mantener la quilla fuera de la ecuación cuando se trataba de una placa de puesta a tierra. A las corrientes eléctricas elevadas no les gustan las esquinas afiladas, por lo que una placa de conexión a tierra directamente debajo del mástil facilita la ruta a tierra. Crédito: Malcolm Morgan

En ausencia de una quilla, el área de superficie acumulada de varios componentes submarinos (hélices, pasacascos metálicos, timones) suele ser más que suficiente para cumplir con los requisitos de área para una terminal de puesta a tierra.

Sin embargo, estos sólo pueden considerarse adecuados si están situados debajo de la toma de aire y del conductor de bajada y tienen individualmente la superficie necesaria.

Los pasacascos metálicos no cumplen este requisito.

Si el hardware submarino, como una quilla, es adecuado para usarse como terminal de conexión a tierra, el conductor de interconexión es parte del sistema de conductor de bajada primario y debe tener el tamaño correspondiente de 25 mm².

Independientemente de su tamaño, una hélice no es adecuada como terminal de puesta a tierra por dos razones.

En primer lugar, es muy difícil realizar la necesaria conexión eléctrica de baja resistencia al eje de la hélice y, en segundo lugar, el conductor primario ahora pasa horizontalmente a través del barco.

Aumenta el riesgo de que se produzcan destellos laterales dentro del barco y a través del casco hasta el agua.

Navegando a la velocidad del rayo: el casco de PRFV, el relleno del carenado y la quilla de hierro habrán transportado voltajes diferentes durante el impacto, de ahí este daño.

Nunca se debe incluir un motor en el camino conductor principal (primario) hacia un terminal de conexión a tierra.

En los motores modernos, los controles electrónicos sensibles quedarán destruidos por la caída de un rayo y, en todos los motores, el aceite en los cojinetes y entre los engranajes creará resistencia y, por lo tanto, un calor considerable que probablemente provocará daños internos.

Sin embargo, como se trata de un objeto conductor de gran tamaño, el motor debe conectarse al sistema interno de protección contra rayos.

Al llegar a tierra, los rayos provocan considerables diferencias de tensión en los objetos adyacentes, de hasta cientos de miles de voltios.

Esto se aplica a embarcaciones con un sistema externo de protección contra rayos en funcionamiento pero sin protección interna.

Aunque al rayo se le ha dado un camino hacia tierra a lo largo del cual causará el menor daño posible, se pueden generar voltajes peligrosos en otros lugares, lo que resulta en arcos y destellos laterales, amenazando al barco y a la tripulación, y destruyendo equipos electrónicos.

Evitamos que surjan estas dañinas diferencias de voltaje conectando todos los objetos metálicos importantes del barco a un punto de conexión a tierra común.

Uno de los santos griales de la fotografía marina: el impacto directo de un rayo en el mástil de un yate. Crédito: ápice

El terminal de tierra también está conectado al punto de tierra común.

Al unir todos estos circuitos y objetos, los mantenemos en un voltaje común, evitando la acumulación de diferencias de voltaje entre ellos.

Todas las superficies conductoras que puedan tocarse al mismo tiempo, como el estay trasero y el volante, deben mantenerse al mismo voltaje.

Si los voltajes son los mismos, no habrá arcos ni destellos laterales.

Los conductores de conexión en este LPS interno deben ser de cobre trenzado con un tamaño mínimo de 16 mm².

Tenga en cuenta que puede haber unión del mismo objeto para prevención de corrosión, protección contra rayos y, a veces, conexión a tierra de CC.

No necesitamos tres conductores separados.

En los sistemas de protección contra rayos, debemos distinguir la protección de circuitos eléctricos y personas de la protección de dispositivos.

Incluso con un LPS interno, pueden producirse altos voltajes inducidos en conductores sin conexión a tierra (como el positivo de CC) que destruirán cualquier componente electrónico conectado.

Se necesita un mecanismo para cortocircuitar voltajes transitorios altos a tierra.

Esto se hace con dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD), también conocidos como supresores de sobretensiones transitorias (TVSS) o pararrayos.

Los SPD específicos para uso marino son pocos y los modelos domésticos no son adecuados para embarcaciones.

En circunstancias normales, estos dispositivos no son conductores, pero si se excede un voltaje específico (el voltaje de sujeción), desvían el pico a tierra.

Existen niveles de protección definidos en varias normas dependiendo de los voltajes y corrientes que se pueden manejar, la velocidad con la que esto ocurre y otros factores.

Este es un tema altamente técnico para el cual es recomendable buscar apoyo profesional.

La mayoría de los SPD están diseñados para circuitos de CA.

Cuando se trata de circuitos de CC, hay muchas menos opciones disponibles para los propietarios de embarcaciones, aunque hay un número cada vez mayor de instalaciones solares que pueden ser apropiadas.

No existe un barco a prueba de rayos, sólo un barco protegido contra rayos, y para ello es necesario contar con un LPS correctamente instalado.

Nigel Calder es un marinero de toda la vida y autor del Manual mecánico y eléctrico del propietario del barco. Participa en el establecimiento de estándares para embarcaciones de recreo en EE. UU.

Aun así, en un ataque importante las fuerzas involucradas son tan colosales que no se pueden garantizar medidas prácticas para proteger los equipos electrónicos sensibles.

Para ello, se puede proporcionar protección con dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) especializados.

Las posibilidades de que un rayo caiga directamente sobre un yate son muy pequeñas, y cuanto más al norte o al sur del ecuador estemos, menores serán estas posibilidades.

Es probable que las posibilidades de recibir un rayo directo sean mucho mayores en un campo de golf que en el mar.

Los vendedores afirman que los disipadores de rayos tipo "cepillo para botellas" hacen que un barco sea invisible a los rayos al eliminar la carga eléctrica estática a medida que se acumula.

La teoría se basa en el concepto de que se puede hacer que los electrones cargados de la superficie de la Tierra se congreguen en un punto metálico, donde las limitaciones físicas causadas por la geometría del punto darán como resultado que los electrones sean empujados hacia la atmósfera circundante a través de un ' "Disipador de rayos" que no tiene un solo punto, sino muchos puntos.

Vale la pena señalar que el concepto ha recibido una tormenta de burla por parte de muchos académicos destacados que han argumentado que la magnitud de la carga que puede ser disipada por un dispositivo de este tipo es insignificante en comparación con la de una nube y la de los rayos individuales.

Parece que las opciones viables para la protección contra rayos siguen siendo el LPS detallado anteriormente, el sistema elegido por el constructor de su barco (si lo hay), o arriesgarse sin nada y con la confianza (razonable) de que es posible navegar muchas veces alrededor del mundo sin protección y no sufrir golpes directos.

Vayas donde vayas, ¡vale la pena mantenerse alejado del campo de golf!

Una suscripción a la revista Yachting Monthlycuesta alrededor de un 40% menos que el precio de cobertura.

Las ediciones impresas y digitales están disponibles a través de Magazines Direct, donde puedeTambién puede encontrar las últimas ofertas..

YM está repleto de información que le ayudará a aprovechar al máximo su tiempo en el agua.

Siga con nosotrosFacebook,GorjeoyInstagram.