UNIVERSIDAD NACIONAL DE JULIACAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA
EN ENERGIAS RENOVABLES
TITULOQUIONES PUMA FRANKSALDIVAR CCACCASACA MARCOAGUILAR ITUSACA
WENDELLASESOR: LIC. JUAN MANUEL TITO HUMPIRE
JULIACA - 2014PUNO PERUA nuestros padres y familiares porque nos
brindaron su apoyo tanto moral y econmicamente para seguir
estudiando y lograr el objetivo trazado.
Agradecemos a Dios por su iluminacin e inspiracin para
desarrollar esta monografa.
A nuestros compaeros por habernos motivado a investigar ms sobre
nuestro tema
NDICEPg.PRLOGO..4INTRODUCCION......5CAPITULO I1.-EL RAYO Y
CONCEPTOS PREVIOS..........6 1.1 FORMACION DEL RAYO7 1.2TIPOS DE
RAYO............92.- PARARRAYOS..11 2.1 CONCEPTO.11 2.2
HISTORIA..........11 2.3 OBJETIVO..12 2.4 PRINCIPIOS.12 2.5 TIPOS13
2.6 NECESIDAD.14 2.7 FUNCIONAMIENTO..153. EL PROMETEDOR
GRAFENO...16 3.1 DESCRIPCION16 3.2 PROPIEDADES17 3.3 METODO PARA LA
PRODUCCION DE GRAFENO193.4 APLICACIONES DEL GRAFENO.........204.
HYDRA HECHA A BASE DE GRAFENO..215. CONLUSIONES..246. ANEXOS...267.
BIBLIOGRAFIA.27
PRLOGOLa chispa elctrica que llega a tierra recibe el nombre de
rayo, mientras que, la chispa que va de una nube a otra, se llama
relmpago, aunque normalmente los dos son usados como sinnimos del
mismo fenmeno. La aparicin del rayo es slo momentnea, seguida a los
pocos momentos por un truenoEl rayo es una enorme chispa o
corriente elctrica que circula entre dos nubes o entre una nube y
la tierra. El rayo puede cruzar kilmetros de distancia y se origina
en un tipo de nube llamada cumulonimbus o nube de tormenta (los
cumulunimbus son nubes de gran extensin vertical que se
caracterizan por la generacin de lluvias, a menudo superan los 10
Km de altura, dentro de estas, es frecuente encontrar fuertes
corrientes de aire, turbulencia, regiones con temperaturas muy
inferiores a la de congelacin, cristales de hielo y granizos); Las
nubes de tormenta llegan a cargarse, algunas veces, positivamente
en su base. Sin embargo, generalmente son las cargas negativas las
que se acumulan en esa zona de la nube. Esta carga negativa de la
nube significa que hay una tensin negativa con relacin a la tierra,
que tiene carga positiva. El paso de la chispa elctrica se facilita
por que la tierra que se halla debajo de la nube, tiene carga
contraria durante una tormenta. Este proceso se denomina induccin
electrosttica. El pararrayos es una varilla puntiaguda de metal
buen conductor de electricidad, instalada en la parte ms elevada de
un edificio o cualquier construccin que lo requiera y unida por un
grueso cable de cobre a una plancha del mismo metal introducida
profundamente en tierra. Los electrones (cargas elctricas
negativas) pueden trasladarse fcilmente por el pararrayos, si el
rayo se produce, recorrer el camino ms corto y fcil, que es el que
conduce el pararrayos. Y como ste est conectado al suelo, el rayo,
al tocar la punta metlica, se descarga sin causar daos en la
tierra.La monografa consiste en capturar el rayo y almacenarlo,
Elegimos este tema porque nos caus inters adems no se ha logrado
realizarse, sera un gran avance para nuestra carrera y la sociedad,
ya que sera otra fuente de aprovechamiento de energa mediante las
descargas elctricas, Esta monografa surge con la idea de buscar
fuentes de energa alternativas y limpias para poder sustituir a
otras que emiten altos ndices de contaminacin lo que afecta a
nuestro planeta tierra.
INTRODUCCIONEs bien sabido que el clima est cambiando poco a
poco, bien por causas naturales o antropognicas. La expresin " el
tiempo est loco" se acenta cada vez ms. Entre otros fenmenos y
desastres climatolgicos podemos sealar aumento progresivo de las
tormentas, as como su intensa elctricaDiariamente en el mundo se
producen unas 44.000 tormentas y se generan ms de 8.000.000 de
rayos segn el sistema de deteccin mundial de meteorologa. casi
todas las descargas naturales se inician en el interior de las
nubes y progresan en forma de rbol de diferentes ramas, unas se
compensan con cargas negativas y las otras con cargas positivas; en
su trayectoria transportan corrientes elctricas que pueden llegar
como trmino medio a 30.000 amperios a valores mximos superiores a
los 300.000 amperios durante millonsimas de segundo con potenciales
que se han llegado a estimar en valores que sobrepasaban los 15
millones de voltios desprendiendo una energa trmica superior a los
8.000 grados, como referencia atpica.No hay duda del gran peligro
asociado al fenmeno rayo junto con sus efectos destructivos por el
impacto directo o indirecto; por ese motivo estamos sensibilizando
a la poblacin a revisar las necesidades de proteccin del impacto
directo del rayo y la efectividad de los sistemas actuales de
pararrayos. El sentido de la descarga del rayo es, generalmente, un
80% de nube a tierra (rayos negativos), el 10 % son descargas
ascendentes de tierra a nube (rayos positivos). Las descargas de
los rayos positivos suelen ser de ms intensidad que los negativos
(2, Ver referencias). La trayectoria del rayo puede ser catica,
siempre predominarn los ambientes elctricos cargados, aunque los
estudios del campo elctrico atmosfrico en tierra determinan que la
distribucin de cargas en tierra no es esttica, sino que es dinmica
al formarse y generar aleatoriamente chispas en diferentes puntos
geogrficos al mismo tiempo, la intensidad y situacin del campo
cambia radicalmente. No se puede garantizar la zona de impacto del
rayo una vez formado sin una proteccin adecuada.
1. RAYOEl rayo es una poderosa descarga natural de electricidad
esttica, producida durante una tormenta elctrica; generando un
"pulso electromagntico". La descarga elctrica precipitada del rayo
es acompaada por la emisin de luz (el relmpago), causada por el
paso de corriente elctrica que ioniza las molculas de aire, y por
el sonido del trueno, desarrollado por la onda de choque. La
electricidad (corriente elctrica) que pasa a travs de la atmsfera
calienta y expande rpidamente el aire, produciendo el ruido
caracterstico del trueno. Los rayos se encuentran en estado
plasmtico.La probabilidad de ser alcanzado por un rayo es de 1 en
2320000.[citarequerida] En promedio, un rayo mide 1 1/2 kilmetros y
el ms extenso fue registrado en Texas y alcanz los 190km de
longitud.[citarequerida]Un rayo puede alcanzar la velocidad de
200000 km/h.[citarequerida] La diferencia de potencial es mil
millones de voltios con respecto al suelo. Cada ao se registran
16000000 de tormentas con rayos.1 [citarequerida]Generalmente, los
rayos son producidos por partculas positivas en la tierra y
negativas en nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos.
Cuando un cumulonimbo alcanza la tropopausa, las cargas positivas
de la nube atraen a las cargas negativas; este movimiento de cargas
a travs de la atmsfera constituyen los rayos. Esto produce un
efecto de ida y vuelta; se refiere a que al subir las partculas
instantneamente regresan causando la visin de que los rayos bajan.
Un rayo puede generar una potencia instantnea de 1 gigawatt (mil
millones de vatios),[citarequerida] pudiendo ser comparable a la de
una explosin nuclear.La disciplina que, dentro de la meteorologa,
estudia todo lo relacionado con los rayos se denomina
ceraunologanube. Cuando el rayo de retorno desaparece, baja otra
gua pero sin pausas. Sigue el mismo camino, ionizndolo otra vez, y
cuando toca tierra sube otro rayo de retorno y as
sucesivamente.
FORMACIN DEL RAYOCmo se inicia la descarga elctrica? sigue
siendo un tema de debate. Los cientficos han estudiado las causas
fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosfricas
(viento, humedad y presin) hasta los efectos del viento solar y a
la acumulacin de partculas solares cargadas.5 Se cree que el hielo
es el elemento clave en el desarrollo, propiciando una separacin de
las cargas positivas y negativas dentro de la nube.5Los rayos
pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcnicas,
o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen
polvo capaz de crear carga esttica.6 7De acuerdo con la hiptesis de
la induccin electrosttica, las cargas son impulsadas con procesos
que an son inciertos. La separacin de las cargas parece requerir de
una fuerte corriente area ascendente que lleve las gotas de agua
hacia arriba, superenfrindolas entre los 10 y los 20C bajo cero.
Estas colisionan con los cristales de hielo formando una combinacin
de agua-hielo denominada granizo. Las colisiones producen que una
carga ligeramente positiva sea transferida a los cristales de
hielo, y una carga ligeramente negativa hacia el granizo. Las
corrientes conducen los cristales de hielo menos pesados hacia
arriba, causando que en la parte posterior de la nube se acumulen
cargas positivas. La gravedad causa que el granizo ms pesado con
carga negativa caiga hacia el centro y a las partes ms bajas de las
nubes. La separacin de cargas y la acumulacin contina hasta que el
potencial elctrico se vuelva suficiente para iniciar una descarga
elctrica, que ocurre cuando la distribucin de las cargas positivas
y negativas forman un campo elctrico lo suficientemente fuerte.Los
rayos son uno de los espectculos ms impresionantes que la
naturaleza nos brinda, sin necesidad de reservar ni comprar
entrada. Adems, no es un evento nada exclusivo, entre cuarenta y
cincuenta rayos golpean la Tierra cada segundo; aunque el 70% de
los mismos se concentran en las zonas tropicales. El mecanismo que
los genera siempre ha intrigado a los cientficos, y de hecho an hay
bastantes cosas que no comprendemos del todo. Uno de los puntos que
durante aos ha sido un misterio es que, segn todo lo que sabemos
del electromagnetismo, los rayos no deberan poder producirse en el
aire.El proceso consta de tres pasos. En primer lugar, se produce
una separacin de cargas elctricas dentro de las nubes de tormenta.
La parte inferior queda con carga negativa, mientras que las
cspides de los cumulonimbos adquieren carga positiva. En segundo
lugar, la carga negativa de la parte baja del nubarrn induce en la
superficie terrestre otra carga positiva. Pero un sistema con
cargas netas es inestable porque, como sabemos, las cargas de
signos opuestos se atraen. Cuando esta fuerza de atraccin entre
zonas con cargas de signo diferente es demasiado alta, se produce
una descarga. Esa descarga es lo que llamamos rayo, no son ms que
cargas positivas que viajando hacia las negativas, y viceversa,
procurando neutralizar toda la carga neta.El problema es que en el
aire normalmente no se pueden producir descargas, porque es un buen
aislante elctrico. Durante algunos aos, se pens que lo ocurra es
que el campo elctrico causado por la separacin de cargas era capaz
de ionizar los tomos del aire arrancando alguno de sus electrones.
El electrn negativo y el in positivo seran portadores de carga que
podran moverse, generando la descarga.Este proceso se conoce con el
nombre de ruptura dielctrica, y es fcil de producir a pequea
escala. Bsicamente, cualquier chispa elctrica funciona as. Para
producirse, necesita un campo elctrico bastante elevado, as que lo
nico que haca falta para confirmar esta teora era asegurarse que la
separacin de cargas en la nube es suficiente para llegar a producir
dicho campo. En una perfecta aplicacin del mtodo cientfico, se
enviaron sondas al interior de las nubes de tormenta para realizar
las pertinentes mediciones. Para sorpresa de todo el mundo, se
encontr que el campo en el interior de la nube era demasiado pequeo
para producir la ruptura dielctrica del aire, as que esta no debe
ser la explicacin correcta.
TIPOS DE RAYOS MS CONOCIDOSRayo de nube a tierraAlgunos rayos
presentan caractersticas particulares; los cientficos y el pblico
en general han dado nombres a estos diferentes tipos de rayos. El
rayo que se observa ms comnmente es el rayo streak. Esto no es ms
que el trazo de retorno, la parte visible del trazo del rayo. La
mayora de los trazos se producen dentro de una nube, por lo que no
vemos la mayora de los trazos individuales de retorno durante una
tormenta.Rayo de nube a tierraEs el ms conocido y el segundo tipo
ms comn. De todos los tipos de rayos, este representa la mayor
amenaza para la vida y la propiedad, puesto que impacta contra la
tierra. El rayo nube a tierra es una descarga entre una nube
cumulonimbus y la tierra. Comienza con un trazo inicial que se
mueve desde la nube hacia abajo.Rayo perlaEl Rayo perla es un tipo
de rayo de nube a tierra que parece romper en una cadena de
secciones cortas, brillantes, que duran ms que una descarga
habitual. Es relativamente raro. Se han propuesto varias teoras
para explicarlo; una es que el observador ve porciones del final de
canal de relmpago, y que estas partes parecen especialmente
brillantes. Otra es que, en el rayo cordn, el ancho del canal vara;
como el canal de relmpago se enfra y se desvanece, las secciones ms
amplias se enfran ms lentamente y permanecen an visibles,
pareciendo una cadena de perlas y raramente se elevan en el cielo
esparciendo una luz a lo largo del rayo .16 17Rayo StaccatoRayo
Staccato es un rayo de nube a tierra, con un trazo de corta duracin
que aparece como un nico flash muy brillante y a menudo tiene
ramificaciones considerables.18
Rayo bifurcadoRayo bifurcado es un nombre, no uso formal, para
rayos de nube a tierra que exhiben la ramificacin de su ruta.Rayo
de tierra a nubeEl rayo tierra a nube es una descarga entre la
tierra y una nube cumulonimbus, que es iniciado por un trazo
inicial ascendente; es mucho ms raro que el rayo nube a tierra.
Este tipo de rayo se forma cuando iones cargados negativamente, se
elevan desde el suelo y se encuentran con iones cargados
positivamente en una nube cumulonimbus. Entonces el rayo vuelve a
tierra como trazo.Rayo de nube a nubeMltiples rutas de un rayo nube
a nube, Swifts Creek, AustraliaRayo de nube a nube, Victoria,
AustraliaEste tipo de rayos pueden producirse entre las zonas de
nube que no estn en contacto con el suelo. Cuando ocurre entre dos
nubes separadas; es llamado rayo inter-nube y cuando se produce
entre zonas de diferente potencial elctrico, dentro de una sola
nube, se denomina rayo intra-nube. El rayo Intra-nube es el tipo
que ocurre con ms frecuencia.19 Existe un fenmeno en la naturaleza
muy poco conocido, al cual se le ha dado el nombre de centella,
bolas de luz o bolas de fuego. stas son esferas luminosas tan
brillantes como las lmparas fluorescentes. El tamao de las esferas
vara de algunos centmetros a varios metros de dimetro. Pueden tomar
cualquier coloracin, aunque el violeta y el verde son muy raros. El
fenmeno toma cuerpo en condiciones especiales y su materializacin
es instantnea. Algunas veces parece que el destello es continuo y,
otras, intermitente. Las centellas pueden viajar paralelamente a lo
largo de un conductor, cerca de una sustancia aislante, o en el
seno mismo del aire. El fenmeno puede durar de unos cuantos
segundos a varios minutos. Algunas centellas se desvanecen poco a
poco y otras desaparecen abruptamente y, en ocasiones,
explotan.
2. PARARRAYOSCONCEPTOUnpararrayoses un instrumento cuyo objetivo
es atraer unrayoionizandodel aire para excitar, llamar y conducir
la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daos a las
personas o construcciones. Fue inventado en1752poTUTU rBenjamn
Franklin. El primer modelo se conoce como pararrayos Franklin en
homenaje a su inventor.HISTORIA DEL PARARRAYOSEn 1749Benjamn
Franklininici sus experimentos sobre laelectricidad; defendi la
hiptesis de que lastormentasson un fenmeno elctrico y propuso un
mtodo efectivo para demostrarlo. En 1749 invent el pararrayos en
Amrica1y quizs, independientemente, tambin fue inventado porProkop
Divien Europa en 1754.2En 1752 Franklin public enLondres, en su
famoso chicas un artculo donde propuso la idea de utilizar varillas
de acero en punta, sobre los tejados, para protegerse de la cada de
los rayos. Su teora se ensay enInglaterrayFranciaantes incluso de
que l mismo ejecutara su famoso experimento con una cometa en 1752.
Invent el pararrayos y present la llamadateora del fluido nicopara
explicar los dos tipos de electricidad atmosfrica, la positiva y
negativa.A partir de entonces nacieron los pararrayos que,
contrariamente a lo que indica su nombre, se disearon para excitar
y atraer la descarga y luego conducirla a tierra, lugar donde no
ocasiona daos. La confianza de proteccin era tan grande en la
sociedad que, inconscientemente, no contemplaban sus riesgos, e
incluso llegaron a disearse estticos paraguas con pararrayos
incorporadEsquema de la estructura y el funcionamiento de un
pararrayos.Las instalaciones de pararrayos consisten en un mstil
metlico (acero inoxidable,aluminio,cobreoacero) con un cabezal
captador. El cabezal tiene muchas formas en funcin de su primer
funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesfrico o
esfrico y debe sobresalir por encima de las partes ms altas del
edificio. El cabezal est unido a una toma de tierra elctrica por
medio de un cable de cobre conductorOBJETIVOEl objetivo principal
de estos sistemas es reducir los daos que puede provocar la cada de
un rayo sobre otros elementos. Muchos instrumentos son vulnerables
a las descargas elctricas, sobre todo en el sector de las
telecomunicaciones, electromecnicas, automatizacin de procesos y
servicios, cuando hay una tormenta con actividad elctrica de rayos.
Casi todos los equipos incluyen tecnologas electrnicas sensibles a
las perturbaciones electromagnticas y variaciones bruscas de la
corriente. La fuente ms importante de radiacines la descarga del
rayo en un elemento metlico o, en su caso, en un pararrayos. Las
instalaciones de pararrayos generan pulsos electromagnticos de gran
potencia cuando funcionan.
PRINCIPIO DEL PARARRAYOS:El pararrayos no es ms que un
dispositivo que, colocado en lo alto de un edificio, dirigen al
rayo a travs de un cable hasta la tierra para que no cause
desperfectos.negativamente, mientras que la regin de tierra que se
encuentra debajo de ellas, por efecto de induccin electroesttica,
presenta carga positiva.Las cargas negativas de la nube se repelen
entre s y son atradas por las cargas positivas de la tierra.Puesto
que el pararrayos est conectado a tierra, sus electrones son
repelidos por los de la nube con lo que queda cargado positivamente
al igual que la tierra bajo la nubeDebido a la forma y
caractersticas del pararrayos (efecto punta), la densidad de carga
en la punta del pararrayos es tal que ioniza el aire que lo rodea,
de modo que las partculas de aire cargadas positivamente son
repelidas por el pararrayos y atradas por la nube, realizando as un
doble objetivo:a. por un parte, se produce unacompensacin del
potencial elctricoal ser atrados esos iones del aire por parte de
la nube, neutralizando en parte la carga. De esta forma se reduce
el potencial nube-tierra hasta valores inferiores a los 10000 V que
marcan el lmite entre el comportamiento dielctrico y el conductor
del aire, y por tantoprevienen la formacin del rayo.b. por
otra,conducen al rayo a tierraofrecindole un camino de menor
resistencia. Este camino lo formarn el pararrayos, los conductos de
descarga y la toma de tierra.
Tipos de pararrayos:Sea cual sea la forma o tecnologa utilizada,
todos los rayos tienen la misma finalidad: ofrecer al rayo un
camino hacia tierra de menor resistencia que si atravesara la
estructura del edificio.Existen tipos fundamentales de pararrayos:
Pararrayos de puntas: Formada por una varilla de 3 a 5 m de largo,
de acero galvanizado de 50 mm de dimetro con la punta recubierta de
wolframio (para soportar el calor producido en el impacto con el
rayo). Si adems se desea prevenir la formacin del rayo, pueden
llevar distintas dispositivos de ionizacin del aire.
De tipo Flanklin: se basan en el "efecto punta".Es el tpico
pararrayos formado por una varilla metlica acabada en una o varias
puntas.
De tipo radiactivo: consiste en una barra metlica en cuyo
extremo se tiene una caja que contiene una pequea cantidad de
istopo radiactivo, cuya finalidad es la de ionizar el aire a su
alrededor mediante la liberacin de partculas alfa.
Tipo in-corona solar: este tipo de pararrayos incorpora un
dispositivo elctrico de generacin de iones de forma permanente,
constituyendo la mejor alternativa a los pararrayos atmicos. La
energa necesaria para su funcionamiento suele proceder de
fotoclulas.
De tipo piezoelctrico: se basa en la capacidad de los materiales
piezoelctricos, de producir carga elctrica a partir de los cambios
en su estructura debido a presiones externas (tales como las
producidas por el viento durante un vendaval).
Pararrayos reticulares o de jaula de Faraday:consisten en
recubrir la estructura del edificio mediante una malla metlica
conectada a tierra.NECESIDAD DE LOS PARARAYOSEl rayo es un fenmeno
meteorolgico que genera severos efectos trmicos, elctricos y
mecnicos, en funcin de su energa durante la descarga.Se conocen
rayos con trayectoria ascendente y descendente, que varan de valor
en funcin de la actividad tormentosa y su situacin geogrfica.Los
valores de corriente que pueden aparecer en un solo rayo oscilan
entre 5.000 y 350.000amperios, con una media de 50.000 amperios.
Las temporadas de tormentas son cada vez ms amplias durante el ao y
aparecen incluso eninvierno; su distribucin geogrfica es muy
variable, y puede haber variaciones importantes en losmapas sern
nicosde la actividad de tormentas y la densidad de rayos.La elevada
intensidad de un rayo puede provocarparo
cardacoorespiratorioporelectrocucinde un ser vivo, debido al paso
de la corriente de descarga. El impacto directo de un rayo provoca
daos en las estructuras (edificios, antenas telecomunicaciones,
industrias, etc.). El impacto de un rayo disipa calor por elefecto
Jouley, por tanto, puede llegar a provocarincendios.Elcambio
climticoes uno de los mayores causantes del aumento de la actividad
detormentasy del aumento de la densidad de rayos, y por defecto de
la aparicin de tantos accidentes en instalaciones protegidas con
pararrayos en punta.7El aumento de laactividad solarincrementa la
actividad elctrica de laatmsfera, y genera inesperadastormentas
electromagnticasytermodinmicasque no aparecen en los modelos
climticos ni en las previsiones. Esta actividad elctrica es, entre
otros fenmenos meteorolgicos conocidos, otro detonante del aumento
de la actividad de rayos nube-tierra o tierra-nube.En las
construcciones para evitar sobretensiones peligrosas, para
eliminar, o si no es posible minimizar los efectos del rayo se
realiza un clculo sobre la necesidad de la instalacin de un sistema
de proteccin contra el rayo, por tanto explicaremos una de las
formas de averiguarlo segn la SU-8 del CTE (cdigo tcnico de la
edificacin).
FUNCIONAMIENTO DE UN PARARRAYOS Y ELEMENTOS QUE LO COMPONENLas
tormentas elctricas crean zonas de potentes descargas elctricas
negativas en la base de las nubes. Estas a su vez provocan fuertes
cargas elctricas positivas en tierra. Los campos elctricos producen
iones y electrones libres en el aire, por lo que el aire se
convierte en un conductor de electricidad. Esto permite que el rayo
se desplace de un lado Las nubes de tormenta llegan a cargarse,
algunas veces, positivamente en su base. Sin embargo, generalmente
son las cargas negativas las que se acumulan en esa zona de la
nube. Esa carga negativa de la nube significa que se halla a una
tensin negativa (presin elctrica) con relacin a la Tierra, que
tiene carga positiva. La presin elctrica tiende a impulsar las
cargas hacia tierra, pero el aire que se interpone normalmente es
un mal conductor de la electricidad. De ah las grandes tensiones
necesarias que hemos sealado para que pase una chispa o descarga
entre una nube y el suelo.El pararrayos est formado por una antena
metlica, que termina en punta, con una bola de cobre o platino. La
barra est unida a tierra por un cable conductor, que lleva la
descarga hacia el suelo. En la punta del pararrayos aparecen
intensas cargas positivas que crean iones positivos que al ascender
reducen la carga negativa de la tormenta elctrica, al mismo tiempo
que atraen hacia abajo las cargas negativas. Cuando seproduce la
descarga elctrica tiende a seguir la lnea de los ioneshasta chocar
con el pararrayos.La potente corriente se desplaza por el cable y
llega a tierra sin producir ningn daoEs por eso que los lugares ms
altos como antenas de radio, o edificios suelen tener uno. Para as
evitar que los rayos caigan en cualquier otro lado y provoquen
alguna desgraciaLos elementos que componen unSistema de Proteccin
contra el Rayoson los siguientes:
Sistemas de captacin (pararrayos o puntas Franklin y mallas).
Conductores de bajada. Puesta a tierra. Proteccin contra
sobretensiones. Otras medidas que minimicen los efectos
destructivos del rayo (uniones equipotenciales, apantallamientos,
etc.)
EL PROMETEDOR GRAFENOEn el ao 2004, los profesores de la
Universidad de Manchester Andre Geim y Kostia Novoselov
descubrieron cmo conseguir grafeno, una monocapa de un solo tomo de
carbono, a partir de grafito. Una de las curiosidades de este logro
fue la curiosa tcnica que utilizaron para crear la muestra de
material, ya que a partir de grafito (como el que encontramos en la
mina de cualquier lpiz) y con la ayuda de simple cinta adhesiva
consiguieron dejar una capa de tan solo el espesor de un tomo de
carbono.El grafeno es una alotropa del carbono; la cual consiste en
un teselado hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por
tomos de carbono y enlaces covalentes que se formaran a partir de
la superposicin de los hbridos sp2 de los carbonos enlazados.El
nombre proviene de GRAFITO + ENO.En realidad, la estructura del
grafito puede considerarse como una pila de un gran nmero de lminas
de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas de
grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e interacciones
entre los orbitales de los tomos de carbono.DESCRIPCIONEl grafeno
perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales; las
celdas pentagonales o heptagonales son defectos. Ante la presencia
de una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cnica;
la presencia de 12 pentgonos creara un fulereno. De la misma forma,
la insercin de un heptgono le dara forma de silla. Los nanotubos de
carbono de pared nica son cilindros de grafeno.El compendio
tecnolgico de la IUPAC establece: "anteriormente, se han utilizado
para el trmino grafeno descripciones como capas de grafito, capas
de carbono u hojas de carbono... no es correcto utilizar, para una
sola capa, un trmino que incluya el trmino grafito, que implica una
estructura tridimensional. El trmino grafeno debe ser usado slo
cuando se trata delas reacciones, las relaciones estructurales u
otras propiedades de capas individuales". En este sentido, el
grafeno ha sido definido como un hidrocarburo aromtico policclico
infinitamente alternante de anillos de slo seis tomos de carbono.
La molcula ms grande de este tipo se constituye de 222 tomos; 10
anillos de benceno.PROPIEDADESEntre las propiedades ms destacadas
de este material se incluyen: Alta conductividad trmica y elctrica.
Alta elasticidad y dureza. Resistencia (200 veces mayor que la del
acero).El grafeno puede reaccionar qumicamente con otras sustancias
para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a
este material de gran potencial de desarrollo. Es muy ligero, como
la fibra de carbono, pero ms flexible. Menor efecto Joule; se
calienta menos al conducir los electrones. Consume menos
electricidad para una misma tarea que el silicio.Otras propiedades
interesantes desde el punto de vista terico son las siguientes: Los
electrones que se trasladan sobre el grafeno se comportan como
cuasipartculas sin masa. Son los llamados fermiones de Dirac.
Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante
independientemente de su energa El grafeno presenta un efecto
llamado efecto Hall cuntico, por el cual la conductividad
perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados,
permitiendo esto medirla con una precisinincreble. La cuantizacin
implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su
valor mnimo depende de la constante de Planck y la carga del
electrn).
Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno
pueden moverse libremente por toda la lmina y no quedarse aislados
en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localizacin de
Anderson, y que es un problema para sistemas bidimensionales con
impurezas).UN PAPEL DE GRAFENO MS RESISTENTE Y FLEXIBLE QUE EL
ACEROEl equipo liderado por Ali Reza Ranjbartoreh perteneciente a
la Universidad Tecnolgica de Australia, ha presentado un innovador
material desarrollado a base de lminas de grafito a escala de un
tomo prensadas. El resultado son laminas del grosor del papel de
grafeno, este material presenta entre sus propiedades muestra un
grado de resistencia en relacin al acero dos veces superior. Debido
a esta combinacin de flexibilidad y resistencia, ofrece un increble
potencial para su aplicacin en industrias como, automotriz,
aviacin, industria elctrica y ptica.NUEVO TRANSISTOR DE GRAFENO
DESARROLLADO POR IBM CAPAZ DE OPERAR HASTA UNA FRECUENCIA DE
155GHZdesarrollado por IBM es capaz de operar hasta una frecuencia
de 155GHz. El componente es un 50% ms rpido que su predecesor y
tiene una muy buena capacidad de eliminar el calor de su interior,
por lo que no necesita ser refrigerado para operar a dicha
velocidad. Lo anterior es posible gracias a las sorprendentes
caractersticas del grafeno, que como sabemos en un asombroso
material que permite a los electrones moverse por su interior a
mayor velocidad que en el silicio.FSICOS DEMUESTRAN EXISTENCIA DE
EFECTO DE ENFRIAMIENTO DE NANOESCALA DENTRO DE TRANSISTORES DE
GRAFENOLos fsicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
(UIUC) han demostrado recientemente la existencia de un efecto de
enfriamiento de nanoescala dentro de transistores de grafeno. Estas
estructuras son aparentemente capaces de reducir sus propias
temperaturas, revela el equipo.Estas son las primeras observaciones
de tales efectos termoelctricos que tendrn lugar en el punto de
contacto entre los transistores de grafeno. Los resultados tienen
enormes implicaciones para la industria electrnica. En este punto,
la cuestin con los equipos es el grado de miniaturizacin permitido
por la tecnologa actual es la creacin de transistores que se ponen
extremadamente calientes durante las operaciones normales. Se
refrigeran activamente a travs de sistemas basados en agua o
ventiladores, y estos sistemas consumen mucha energa.
METODO PARA LA PRODUCCION DE GRAFENOInvestigadores del
Rensselaer Polytechnic Institute han desarrollado un nuevo mtodo
simple para producir grandes cantidades de grafeno. La nueva tcnica
funciona a temperatura ambiente, necesita poco procesamiento y
allana el camino para la produccin masiva y rentable de grafeno.Un
equipo de investigadores interdisciplinarios, liderado por Swastik
Kar, profesor asistente de investigacin en el departamento de
fsica, fsica aplicada y astronoma de Rensselaer, ha ayudado a la
ciencia a dar un paso ms en el importante objetivo de producir el
grafeno en grandes cantidades.Sumergiendo grafito en una mezcla de
cido orgnico diluido, alcohol, y agua, y luego exponindolo al
sonido ultrasnico, el equipo descubri que el cido acta como una cua
molecular, que separa hojas de grafeno del grafito padre. El
proceso resulta en la creacin de grandes cantidades de grafeno
intacto y de alta calidad disperso en el agua. Kar y su equipo
utilizaronel grafeno para construir sensores qumicos y sper
condensadores.Existen otras tcnicas conocidas para la fabricacin de
grafeno, pero nuestro proceso es ventajoso para la produccin en
masa, ya que es de bajo costo, se realiza a temperatura ambiente,
carece de productos qumicos perjudiciales, y por lo tanto es
amistosa a un nmero de tecnologas donde existen limitaciones
ambientales y de temperatura, dijo Kar. El proceso no necesita
cmaras de ambiente controlado, lo que aumenta su sencillez sin
comprometer su capacidad de ampliacin. Esta simplicidad nos permiti
demostrar directamente aplicaciones de alto rendimiento
relacionadas con deteccin ambiental y almacenamiento de energa, que
se han convertido en temas de importancia global.
Los resultados del estudio, titulado Stable Aqueous Dispersions
of Non- Covalently Functionalized Graphene from Graphite and their
Multifunctional High-Performance Applications, fueron publicados en
lnea el jueves, 17 de junio de 2010, por la revista Nano Letters.
El estudio tambin ser el tema de portada de la edicin impresa de
noviembre de Nanoetters.APLICACIONES CLINICAS Y AMBIENTALESe estn
investigando las propiedades antibacterianas de este material. Como
ejemplo, podemos mencionar el trabajo de los de investigadores del
Shanghai Institute of Applied Physics (China). Este equipo ha
intentado crecer diversas cepas bacterianas sobre papel de xido de
grafeno, y clulas humanas. Las bacterias no pudieron crecer sobre
el papel, mientras que no se observ ningn efecto adverso sobre las
clulas. As, dado el efecto antibacteriano del grafeno y el hecho de
que puede ser producido en grandes volmenes, este material podra
utilizarse para vendajes, envases para alimentos o para fabricar
prendas de vestir y calzado sinA diferencia de lo que pueda parecer
a primera vista, el impacto del descubrimiento de cada uno de los
materiales grafticos en la sociedad, en general, y en la comunidad
cientfica, en particular, ha sido muy distinto. As, hasta finales
del siglo XX, slo se conocan las tres formas bsicas de carbono:
diamante, grafito y carbono amorfo. Fue a mediados de la dcada de
los 80 cuando se descubri el primer fulereno [15]; en los 25 aos
transcurridos desde entonces se han publicado alrededor de 12000
artculos sobre fulerenos.
A principios de la dcada de los 90 se public el primer trabajo
sobre nanotubos de carbono [16]; a da de hoy -20 aos despus- hay
35000 artculos sobre estos materiales, lo que hizo pensar a los
investigadores que la revolucin en la Nanotecnologa ya se haba
producido. Sin embargo, enA principios de la dcada de los 90 se
public el primer trabajo sobre nanotubos de carbono a da de hoy -20
aos despus hay 35000 artculos sobre estos materiales, lo que hizo
pensar a los investigadores que la revolucin en la Nanotecnologa ya
se haba producido. Sin embargo, en 2004, como se ha mencionado
antes, Novoselov, Geim y colaboradores mostraron que era posible
aislar una lmina de grafito y era estable [2,3]; a da de hoy -slo 6
aos despus- ya se han publicado ms de 9000 artculos cientficos
sobre grafeno, con un incremento espectacular a partir del ao
2004HYDRA HECHA A BASE DEL GRAFENOhydra es un edificio construido a
partir de un material compuesto de grafeno que debido a su alta
conductividad trmica y elctrica adems de su gran resistencia
superando en doscientas veces al acero, pretende captar la energa
que se produce durante las tormentas elctricas y almacenar la
energa producida en mega-bateras ubicadas en la base del edificio.
el proyecto tambin incluye un centro de investigacin, la vivienda,
y zonas de recreo para los cientficos y sus familias.cuando el
aparato elctrico es impactado por los rayos, la estructura de
grafeno conduce la electricidad por canales hasta las bateras, la
electricidad se utiliza para dividir el agua en oxgeno e hidrgeno
para almacenar energa en forma de una pila de combustible.la forma
de la torre de torsin se inspir en la hidra, un animal de agua
dulce. el edificio en s es esencialmente una gigantesca jaula de
faraday que dirige la energa elctrica en todo s mismo y en los
condensadores de gigante en la base de la estructura.todo esto
suena bastante fantasioso, as que puede que se pregunte por qu no
estn capturando rayos ahora?, vamos por partes; un rayo tiene una
potencia media de unos 500.000 megavatios que se puede comparar por
la cantidad de energa consumida en todos los estados unidos,
lamentablemente un rayo promedio slo dura 30 microsegundos, lo que
implica que se necesitara alrededor de 30.000 de ellos a la vez por
segundo para mantener las luces encendidas de todo el pas.Hydra
utilizara su sinuoso exoesqueleto fabricado de grafeno, ese
material hecho con tomos de carbono que es 200 veces ms fuerte que
el acero (y que posee una inmejorable conductividad del calor y
electricidad) para absorber energa directamente desde las
nubes.Como un mega-pararrayos futurista, la aguja de piel sper
conductora captara la energa de los relmpagos y, sin fundirse en el
intento, la trasladara a una matriz de bateras y supercondesadores
en la base de la torre. Esta energa se utilizara para dividir el
agua en hidrgeno mediante potente electrlisis.El edificio actuara
por su diseo como una jaula de Faraday, un recinto cerrado formado
por un enrejado de mallas apretadas que impide en el interior la
influencia de los campos elctricos exteriores, por lo que los
investigadores y el personal podran trabajar en los distintos
niveles.Un slo rayo transporta una carga de electrones en menos de
un segundo equivalente a 100 millones de lmparas incandescentes
ordinarias, con una media aproximada por rayo de 20GW de potencia.
La potencia nuclear actualmente existente en el mundo gira en torno
a los 375 GW, as que con captar unas docenas de rayos al da se
podra alimentar a la Tierra sin problemas.Pero no es tan fcil. El
problema principal es que nadie sabe donde va a a caer un rayo o
como canalizar su energa sin prdidas. Por eso esta torre slo tendra
sentido en lugares donde las tormentas elctricas fueran casi una
constante.Segn los diseadores de la Hydra, Milos Vlastic, Vuk
Djordjevic, Ana Lazovic, Milica Stankovic, la estructura se podra
instalar slo en lugares muy precisos del globo, como algunas zonas
de Singapur, la Florida Central, Kifuka en la Repblica Democrtica
del Congo (donde caen 158 rayos por km cuadrado de media al ao) y
Venezuela.
All, en el norte del pas sudamericano, se produce el llamado
relmpago del Catatumbo, justo en la desembocadura del ro Catatumbo,
un lugar donde la forma de las montaas encauzan el viento, la
temperatura y la humedad de tal manera que se produce una tormenta
elctrica casi continua, alrededor de 150 noches por ao y a un
promedio de cinco rayos por minuto. Los diseadores serbios piensan
que all estara su lugar ideal.La forma de la torre y su torsin se
inspiraron en la hydra, uno de los microorganismos de agua dulce ms
simples, que con su cuerpo tubular y sus tentculos se anclan a las
superficies para chupar vida. Aunque bien podra casar tambin con el
animal mitolgico multicabeza que todos conocemos.El proyecto tambin
incluye un centro de investigacin, zonas de viviendas y amplias
reas de recreo para los cientficos y sus familias, que podrn
disfrutar de ellas en los momentos de descanso. Siempre que no se
olviden de ponerse los zapatos de suela aislante antes de salir,
claro.Posibilidades de alzarse resplandeciente: 1% Gigantesca torre
de grafeno para captar los rayos? Estn locos estos serbios.
Aunque.se imaginan lo que disfrutara Chavez con su baluarte
controlando la energa de la Tierra gracias a su relmpago del
Catatumbo? Igualito que el Jovencito Frankenstein, no ms.
CONCLUSIONESLas nuevas tecnologas de proteccin del rayo se
convierten en una necesidad evidente para la proteccin de las
personas, animales e instalaciones: comunicacin, audiovisual,
maquinaria etc. Los sectores ms afectados por el fenmeno rayo,
tienen a su alcance las soluciones definitivas. Las nuevas
tecnologas para el diseo de Sistema de proteccin mas eficaz del
rayo, cumple con el objetivo para los que han sido diseadas:
proteger del impacto del rayo evitando su cada en la zona de
proteccin. De lo analizado hasta ahora podemos concluir que: 1. Se
prev que el cambio climtico genere temporadas de tormentas cada vez
ms largas con grandes potenciales energticos que repercuten en una
tendencia hacia una mayor actividad elctrico-Atmosferica, en
general, y de rayos, en particular. 2. Los impactos de rayos son
aleatorios y su trayectoria es catica con un potencial de descarga
muy destructivo. 3. Las nuevas tecnologas electrnicas de
comunicaciones, simplifican la gestin o informacin para el usuario
pero aumentan la necesidad propia de una proteccin ms eficaz. 4.
Evitar la cada del rayo es una necesidad evidente. Cada vez hay una
mayor cantidad de actividades humanas donde el impacto o presencia
de rayos es notoria y sensible. 5. Los pararrayos tipo Franklin
excitan y atraen las descargas de rayos (Atrae-rayos), generando
fenmenos de repercusin elctrica, a veces, peligrosos para los
componentes electrnicos sensibles. 6. Los pararrayos PDC excitan y
atraen las descargas (Atrae-rayos), se caracterizan primordialmente
por su sistema electrnico de cebado incorporado en el cabezal del
pararrayos, este sistema consigue en un laboratorio de alta tensin
adelantarse a la captacin de la descarga en un tiempo ms corto (
microsegundos), referente a la descarga de un pararrayos en punta
tipo Franklin, pero en el campo de aplicacin tienen un retraso de
microsegundos para efectuar el trabajo de carga del dispositivo
electrnico. Algunos fabricantes de pararrayos PDC, aconsejan la
revisin del cabezal cada vez que un rayo impacta en ellos, para
verificar la eficacia de su sistema electrnico de cebado que lleva
incorporado y cambiarlo si fu2. era necesario. El motivo es la
posible destruccin del sistema electrnico de cebado producido por
los efectos: trmicos, electrodinmicos y electromagnticos del rayo
durante el impacto. 7. Los certificados de laboratorios de alta
tensin que avalan la eficacia del sistema PDC tendran que ser solo
utilizados, como documentos de referencia tcnica del fabricante, no
como aplicacin en las instalaciones ya que la norma no garantiza
una proteccin absoluta con estos sistemas de pararrayos y los
ensayos no contemplan toda la instalacin de proteccin. 8. Todos los
sistemas de proteccin acabados en una o varias puntas que tienen
como principio excitar y atraer el rayo, sean pasivos o activos,
ionizan el aire generando chispas peligrosas y descargas de alta
tensin, las instalaciones de proteccin externa del rayo estn
reguladas por normativas de baja tensin; Estos sistemas tendran que
ser utilizados fuera de las zonas de riesgo de explosiones, zonas
urbanas o industriales. Su campo de aplicacin seria ideal para
garantizar zonas de captacin de rayos, como por ejemplo los
bosques, as se evitaran un gran numero de incendios . 9. En las
zonas urbanas e industriales tienen que ser protegidas con sistemas
de pararrayos desionizadores de carga electroesttica ( para-rayos
), donde la transferencia de carga electroesttica ser compensada
pacficamente en el tiempo real y no se representar la descarga
visual del rayo ni sus fenmenos repercutidos de acoplamientos o
inducciones. 10. La eficacia de un sistema, se demuestra cumpliendo
en el espacio tiempo el objetivo para lo cual ha sido diseado, la
aplicacin en el campo de trabajo avalar su funcionamiento. El rayo
al caer al pararrayos solo libera potencia, mas no almacena energa
porque se dispersa en el momento de choque.La hydra sera una gran
alternativa de obtencin de energa a partir del rayo.
ANEXOS
MODELO DE UN PARARRAYOS
HYDRA SKYSCRAPER
BIBLIOGRAFIA feynman, leighton, sands, fsica vol ii, addison-
wesley- longman sears, zemansky, young, freedman, f sica
universitaria vol ii, addison- wesley- longman, novena edicin.
tipler, fsica vol ii, revert, 1983. revista national geographic vol
184, julio 1993
WEBGRAFIA
https://sites.google.com/site/descargaselectricasnaturales/posible-utilizacion-de-la-energia-de-un-rayo
www.pararrayos.info/page2 www.proinexargentina.com/pages/pararrayos
www.dlh.lahora.com.ec/paginas/ciencia/pararrayos
www.qsl.net/la1rx/rayo/pararrayos
