Rayos: mitos
y seguridad


Por
Adonis Pérez Lorenzo*



Un acercamiento a los mitos
y medidas de seguridad
ante la ocurrencia de descargas eléctricas atmosféricas

 

Los fenómenos más extremos de una tormenta son los rayos, que constituyen la principal causa de muerte de personas por fuerzas naturales. En cualquier instante dado, tienen lugar más de dos mil tormentas eléctricas en el planeta, y las estadísticas muestran que mueren y son afectados por los rayos, como promedio, mil personas anualmente. La mayor parte de esas personas habitan en la franja tropical (entre 30° de latitud norte a 30° de latitud sur). Aproximadamente, 80% de las personas alcanzadas por los rayos sobreviven al impacto, y 25% de ellas quedan sufriendo daños severos y efectos secundarios.

A esto hay que agregar el daño que producen los rayos en sectores económicos, como el eléctrico, el residencial, la informática, las telecomunicaciones, la aeronáutica civil, la forestal, el minero y el militar, entre otros. Son millonarias las pérdidas que provocan los rayos anualmente, principalmente en países como Cuba, ubicada en la franja tropical.
Nuestros abuelos, y muchos de nuestros padres, creen que poniendo una tijera abierta o un machete detrás de una puerta se corta la tormenta; o que tirando sal por la puerta de la cocina hacia fuera, o disparando balas, pueden detener una tormenta, cuando éstas, después de los huracanes, son una de las mayores fuerzas de la naturaleza: una manifestación energética de extremo. La intensidad media mundial de los rayos está en el entorno de los 20 000 A (se han llegado a registrar descargas de 200 000 A).

Estudios realizados por especialistas del Instituto de Meteorología (INSMET), como el de la Dra. Lourdes Álvarez Escudero («Estudios de la localización espacial de las tormentas eléctricas en Cuba y su tendencia»), muestran un aumento de la frecuencia de ocurrencia de las tormentas y zonas que poseen entre 70 y más de 130 días con tormentas en el año (en Veguitas, Pinares de Mayarí y Tapaste llegan a 130 días con tormentas al año, realmente una cifra muy elevada comparada con la de otros países).

El número de muertes por rayos en Cuba, por ejemplo, en el período de 1987 a 2005, fue de 65 por año. Los principales traumas que sufren los que sobreviven, se exponen en la tabla 1.

Este es un tema poco difundido, de escaso tratamiento a nivel nacional y con muchos mitos aún, debido a la falta de información y orientación, por lo que no se toman las medidas de seguridad adecuadas, y no se contabilizan con precisión los daños por rayos. Por otra parte, la mayor información que poseemos sobre los rayos proviene de literatura, resultados de investigaciones y normativas realizadas en países europeos.


Las tormentas

Desde el punto de vista físico, vivimos dentro de un condensador eléctrico esférico de superficies conductoras. Una placa de este condensador es la ionosfera con carga eléctrica positiva, y la otra placa es el suelo, que en condiciones normales posee carga eléctrica negativa.

La atmósfera terrestre está compuesta fundamentalmente por oxígeno y nitrógeno, que son gases eléctricamente aislantes, pero la atmósfera está continuamente atravesada por distintos tipos de radiaciones procedentes del Sol, como la ultravioleta, y del cosmos con los fotones de los rayos x, fundamentalmente. Estas radiaciones hacen que las partículas de la atmósfera se carguen, lo que se conoce como ionización de la atmósfera, haciéndola más o menos conductora según la energía ionizante que recibe cada zona. Los iones, por este motivo, están presentes en toda la atmósfera, distribuidos de forma heterogénea, apareciendo en las altas capas una franja de fuerte ionización y, por tanto, muy conductora: la ionosfera.

Del otro lado está la superficie de la Tierra, con sus tres cuartas partes compuestas por agua, la que contiene iones disueltos que facilitan su conducción eléctrica; pero hay que tener en cuenta que el agua prácticamente está por todas partes del planeta, infiltrándose por las grietas y fisuras que hace conductora a toda la corteza terrestre.

Las razones expuestas dan como resultado que el campo electrostático atmosférico sea inestable. En condiciones de buen tiempo, este campo está en valores aproximados entre 50 y 150 V/m. Pero cuando hay mucha contaminación cercana a la superficie terrestre, los aerosoles capturan más iones, aumentando los valores electrostáticos a 500 V/m. Con buen tiempo, las corrientes eléctricas atmosféricas se mantienen constantes con la altura, porque son proporcionales al valor de la conductividad por el campo electrostático, y estas dos magnitudes varían inversamente con la altura.

A estas corrientes se les llaman, precisamente, «corrientes de buen tiempo», las que fluyen desde la ionosfera hacia el suelo, transportando cargas positivas de intensidades en el orden de los 2 pA/m2 (2 x 10–9 A = 0,000 000 002 A), la que es independiente de la altitud geográfica; pero al llevarla a escala planetaria, da una corriente de 2 000 A, lo que provocaría la descarga del condensador en segundos. Sin embargo, esta descarga no se produce espontáneamente, ya que las tormentas son el mecanismo que se encarga de desatarla.

Tabla 1
Traumas que pueden sufrir los que sobreviven
al golpe directo o indirecto de un rayo



Cuando se va a formar una tormenta, debido a la alta temperatura del aire y la humedad de la zona se crea una baja presión que provoca una corriente de aire convectiva, arrastrando con ellas los aerosoles atmosféricos y creándose una nube de gran desarrollo vertical, como la mostrada en la figura 1. Con esto surge el cumulonimbo, la nube más peligrosa del período de verano que produce fuertes lluvias, rayos, truenos, acompañados algunas veces por la caída de granizo, cuando es muy intensa. Esta nube se desarrolla por células, habiendo un espacio más o menos claro entre ellas. Los cumulonimbos son las únicas nubes capaces de producir tormentas. Una célula de tormenta en el océano produce más rayos que la misma célula sobre la superficie de la tierra, la que reducirá con más rapidez la energía de la tormenta.

En muchas ocasiones son observadas descargas eléctricas desde la cima de la nube de tormenta hacia las capas más altas de la atmósfera, llegando casi a la ionosfera. Estas descargas reciben el nombre de «Jet’s azules», y ocurren simultáneamente con las descargas entre la base de la nube y la Tierra.

Otro fenómeno interesante, y extraño por su escasa ocurrencia, relacionado con los procesos eléctricos que ocurren en la atmósfera, son los rayos esféricos (relámpagos en bolas), aparecidos generalmente al final de las tormentas. Debido a sus características, han sido insuficientemente estudiados. El rayo esférico, en su corto período de iluminación, se mantiene con dimensiones constantes entre 1 y 27 cm (dimensiones comúnmente observadas), y muchas veces desaparece acompañado de una explosión.
En Cuba, el rayo esférico es un fenómeno raro, aunque se han conocido algunos casos.

 
Fig. 1. Nube de gran desarrollo vertical denominada
«cumulonimbo», la única capaz de producir tormentas.


 

En el periódico Juventud Rebelde, hace algunos años, el Dr. José Rubiera publicó un artículo titulado «Aquella bola de fuego suspendida en el aire…», donde da a conocer el testimonio de dos mujeres, que mientras trabajaban en su local cerrado y llovía fuertemente en medio de continuas descargas eléctricas, fueron sorprendidas por un rayo esférico que entró por el aire acondicionado, y después de dar un corto recorrido por el local, salió de él sin causar daño alguno, nada más que a las pobres mujeres extremadamente sorprendidas.

El Fuego de San Telmo es otro fenómeno interesante provocado por la alta intensidad del campo electrostático bajo los procesos de algunas tormentas, que se manifiesta en forma de flámulas luminosas en los contornos de los objetos en exteriores, muy observados en los barcos desde tiempos antiguos.

Todavía no existe una teoría única que explique el fenómeno físico de la electricidad en la nube, aunque hay consenso sobre las condiciones para que se forme, ya que los investigadores consideran que es imprescindible la presencia de cristales de hielo, puesto que las descargas en la nube no ocurren hasta que éstas no alcanzan un desarrollo vertical notable, con hielo en su parte superior, pues que con la altura la temperatura desciende y se congelan las gotas de agua arrastradas por la corriente convectiva de aire, y forma los granizos. En las nubes de tormentas se ha encontrado una temperatura crítica entre –10 °C, donde el granizo se carga negativamente, y –20 °C, en que se carga positivamente, denominándose «zona de carga», situada a una altura en la nube entre 5 y 7 km, aproximadamente; y el propio proceso convectivo del desarrollo del cumulonimbos, con fuertes vientos en ascenso, aumenta la energía eléctrica interna de ella, y cuando esta energía acumulada supera el umbral máximo soportable por el dieléctrico, en este caso, en la atmósfera entre la base de la nube y el suelo, se produce el rayo, que por analogía es una chispa entre dos electrodos.

 

Fig. 2. Evolución de una tormenta y las variaciones del campo electrostático.


 

Según la figura 2, puede tenerse un cuadro general y aproximado de la formación y evolución de la tormenta, y del comportamiento del campo electrostático dentro de la nube y entre su base y la superficie del suelo:

Puntos 1 y 2: Se tiene buen tiempo, con algunos cúmulos rasgados y otros de gran extensión vertical. Campo electrostático con valor en el entorno de los 100 V/m.

 
Fig. 3. Esquema que representa lo que ocurre
aproximadamente en la realidad del fenómeno.

 

Punto 3: Transcurridos diez minutos, en un cúmulo comienza a notarse su rápido desarrollo vertical, lo que indica que se puede formar una tormenta. Si estamos cerca de esta célula de tormenta, notamos un viento fuerte y húmedo, pero si estamos debajo de ella sentiremos un fuerte calor latente y nuestro cuerpo se humedece, ya que estamos en el centro de una baja presión atmosférica producto de la convección del aire. Campo electrostático con valor entre 1 000 y 2 000 V/m. Es el momento de buscar refugio ante los rayos y la lluvia.

Punto 4: Transcurridos 20 minutos desde el comienzo, ya se define un cumulonimbo. La tormenta es inminente y ya se comienza a ver la lluvia. Puede ser que en esta etapa se escuche tronar y se observe relampaguear. Campo electrostático con valor en el entorno de los 6 000 V/m. Ya se debe estar en el refugio, tomando las medidas de seguridad necesarias.

Punto 5: Desarrollo pleno de la tormenta, con fuertes vientos; el aire se siente frío y fuertes rayos y truenos. En algunos casos estas tormentas se acompañan de granizo y la altura de la base de la nube puede estar entre 350 y 1 500 m. Cuando la tormenta es muy fuerte, el cumulonimbo puede llegar hasta la tropopausa, que está a una altura aproximada de 20 km en la franja tropical. Campo electrostático con valor entre 12 000 y 15 000 V/m.
Estando en el refugio, se deben tomar todas las medidas de seguridad necesarias.

Punto 6: Tormenta saliendo de su etapa principal de vida, todavía se ve relampaguear dentro de la misma nube, así como algunos rayos y truenos. Aún el campo electrostático de la atmósfera puede estar en el entorno de 6 000 V/m. En esta situación todavía no debemos abandonar el refugio y seguir tomando las medidas de seguridad necesarias.

Punto 7: Han disminuido los rayos y puede ser que aún se observen relámpagos, la lluvia ha disminuido o ha cesado. Campo electrostático con valor entre 1 000 y 2 000 V/m. Se puede salir del refugio si han transcurrido 30 minutos desde el último rayo.

Punto 8: Fin de la tormenta y el cielo se despeja parcialmente. Campo electrostático con valor de buen tiempo entre 100 y 150 V/m, aproximadamente.


Relámpagos y rayos

El relámpago es el resultado de la ionización del aire, que forma un canal zigzagueante en una descarga eléctrica atmosférica; y un rayo es una sobrecorriente en ese canal. Después que se establece el canal de descarga del rayo, se forma un camino tan conductivo como un conductor eléctrico. Este proceso lleva a la neutralización de la base de la nube a tierra, o entre nubes y, por suerte, la mayor parte de las descargas eléctricas de una tormenta ocurre dentro de la propia nube y entre nubes vecinas, y en menor número de nube a tierra.

La llamada «centella» no es más que esa misma descarga eléctrica atmosférica, pero los campesinos y nuestros abuelos la diferencian del rayo, ya que puede ocurrir antes y(o) después de la lluvia, cuando aún no ha comenzado la tormenta, o cuando ésta ha terminado. También son conocidas popularmente como «rayos secos».

Otra controversia popular es si el rayo sube o baja del «cielo». La figura 3 ayuda a comprender lo que ocurre en realidad. Una vez que el campo electrostático entre la base del cumulonimbo y el suelo ha alcanzado los valores críticos entre 6 000 y 15 000 V/m (t = 0), aparece un colapso preliminar dentro de la propia nube (1 m); a continuación se van formando descargas guías descendentes y escalonadas, con escalones entre 2 y 160 m de largo (entre 1,1 y 19 m), y es cuando se va formando en el suelo una zona de impacto, con un diámetro aproximadamente igual a la longitud de un escalón de la descarga guía. Por la elevada intensidad del campo eléctrico, se crean en el suelo, o sobre los objetos que sobresalen del suelo, unas descargas ascendentes en forma de flámulas (20 m), comenzando la fase de contacto cuando la primera flámula toca la descarga guía.

La primera descarga de retorno a la nube ocurre cuando se ha cerrado el circuito entre la descarga descendente y la ascendente (entre 20,1 y 20,2 m); esta trayectoria inicial de la descarga es invisible para el ojo humano. Con esto queda un canal de aire ionizado (40 m después), que prepara el camino a una guía rápida descendente (entre 60 y 62 m), y cuando ésta toca el suelo, aparece una segunda descarga de retorno, en esta ocasión del suelo a la nube (62,05 m). Aunque estos tiempos son aproximados, en 80 m pueden ocurrir más de dos retornos de las descargas entre la nube y tierra, y a la inversa.

Cuando la nube ha equilibrado su potencial con respecto a la tierra, o con otra nube, esto es, cuando han cesado los retornos, desaparece bruscamente la ionización del aire, trayendo consigo una fuerte explosión, que es el «trueno».

 

Fig. 4. Sombra eléctrica inducida en el suelo
y sobre los objetos que están debajo de la nube de tormenta.


 

Una caída típica de un rayo, causa una radiación de 3 V/m que se expande en un área de 20 km de diámetro. Por esto es que, cuando está relampagueando, observamos saltar chispas en los alambres de las cercas, en antenas de radio, estructuras metálicas, etc., que pueden causar inducciones peligrosas en las líneas eléctricas.

Las tormentas inducen en el suelo una carga eléctrica conocida como «sombra eléctrica de la nube», que se desplaza junto a ella, como se observa en la figura 4. La sombra eléctrica es de polaridad contraria a la base de la nube y condiciona las posibles zonas de impacto del rayo. Por este motivo, los objetos que sobresalen del suelo, debajo de la trayectoria de la tormenta, modifican las características eléctricas de la zona, acercando el potencial del suelo a la nube, por lo que los rayos golpean con preferencia los objetos o árboles altos, e inclusive al ganado que pasta en las llanuras, y al propio hombre que camina o está a la intemperie, bajo una tormenta. Algunos rayos golpean directamente la superficie de la tierra, y si está compuesta por arena sílice, se funde por el efecto térmico del rayo y puede formar una roca muy peculiar, de caprichosas figuras, popularmente conocida como piedra de rayo.

La función de los pararrayos es captar, derivar y disipar la corriente del rayo a tierra. La instalación de un pararrayos no evita que caigan rayos, sino que le asegura un camino determinado; pero un pararrayos o cualquier sistema de pararrayos no garantizan 100% de protección. Se ha observado en muchas ocasiones que apenas a unos metros de distancia de un pararrayo, el rayo ha golpeado directamente el suelo.

Son muchos los tipos de pararrayos que se fabrican, y muchas las teorías que explican su funcionamiento, pero ninguno de ellos supera la efectividad del tipo Punta de Franklin, muchas veces comparado con los demás, probándolos bajo las mismas condiciones. El pararrayos de Franklin fue el primero, y actualmente sigue siendo el más difundido, pero tampoco hay una normativa que defina el tipo de pararrayos que debe ser utilizado.


Medidas de seguridad

El rayo puede entrar a nuestras casas por la línea telefónica, el bajante de la antena del televisor, las líneas eléctricas de entrada, las tuberías metálicas de agua y las tendederas para secar ropa. No obstante, es extremadamente peligroso que la tormenta nos atrape fuera de las casas, por lo que debemos tomar las medidas de seguridad siguientes:

• En primer lugar, debemos buscar refugio antes de que se desate la tormenta, una vez que hallamos notado su formación o aproximación.
• Evitar los lugares elevados y abiertos, como azoteas, techos, balcones, torres, etcétera.
• En los descampados conviene arrodillarse en puntillas, con los pies unidos y taparse los oídos. Si hay algún hueco o fisura en el terreno, debemos introducirnos en ellos, especialmente si sentimos que los pelos se nos erizan.
• Si se va en grupo por el campo, lo mejor es dispersarse, separándose entre sí 30 m o más, separándonos también en lo posible del ganado, si está presente.
• No cobijarse bajo árboles aislados o en pequeños grupos de árboles, ya que si alguno es golpeado por un rayo, la corteza puede estallar, o el propio flameo de la descarga nos puede dañar. En un monte, meterse siempre hacia el interior, evitando quedarse junto a los primeros árboles exteriores.
• Los campos de fútbol, de béisbol, de golf, un potrero, una sabana, presentan altos riesgos.
• En condiciones de tormenta es peligroso agitar un palo, o una caña de pescar, así como mantener en la mano un paraguas abierto o sombrilla.
• Suspender el baño en la playa, ríos, piscinas, alejándose del agua, y en general, siempre que sea posible, de las zonas húmedas.
• Evitar moverse o, si no hay remedio, hacerlo lentamente, y por supuesto, no correr, bajo las condiciones de tormenta.
• No acercarse a líneas eléctricas aéreas, cercas, vallas o alambradas metálicas.
• Alejarse de cualquier objeto metálico, como tractores, camiones, motos, bicicletas, automóviles (salvo si se está en su interior, con el motor apagado), y despojarse de cualquier objeto metálico usado como prenda.
• No empinar papalotes cuando se aproxima una tormenta, o debajo de ella.
• Dentro de las casas, cerrar las ventanas y puertas, para que no se creen corrientes de aire; desconectar la antena del televisor y separarlo de él a una distancia prudente, desconectar todos los equipos eléctricos, no se debe hablar por teléfono, no bañarse, no utilizar los electrodomésticos y no tocar las llaves de agua de fregaderos, lavabos o vertederos. Una buena medida es desconectar la entrada de la electricidad a la casa.

Hay una práctica popular muy antigua, que consiste en enterrar a las personas que son golpeadas indirectamente por el rayo y sobreviven, alegándose a esto que las personas se «descargan». Otra forma es tender al accidentado directamente sobre la tierra,

y cubrirlo con ella, también para «descargarlo». Esto puede tener un sentido físico razonable, pero no aparece en literatura como algo establecido para casos de accidentes con rayos.

 
Fig. 5. Estudios más profundos sobre la naturaleza
de los rayos permitirán determinar sus características
y tendencias, para adecuar las normativas existentes en
Cuba sobre esos fenómenos atmosféricos.


 

Estamos tratando con un fenómeno del que aún no se conoce su comportamiento a ciencia cierta, y cualquier regla que tengamos para protegernos, el rayo puede no respetarla. Hay una máxima que dice: si lo escuchas, vete; y si lo vez, escapa.
Si escuchamos tronar, sabemos que los rayos que se asocian a esa tormenta están dentro de un límite aproximado de casi 13 km, y eso constituye un aviso, por lo que debemos ser prudentes.

Contando los segundos que transcurren entre la visión del rayo y la escucha del trueno, y lo dividimos entre 3, tendremos la distancia en kilómetros, bastante aproximada, de donde está la tormenta y si esta se aleja o se acerca. Esto se debe a que la velocidad del sonido es de aproximadamente 340 m/s (1 224 km). Por ejemplo, si el tiempo registrado ha sido menor o igual a los 30 segundos, las descargas se están produciendo a una distancia de 10 km, por lo que debemos comenzar a tomas las medidas de seguridad mencionadas.
Debido a que puede haber más de una célula de tormenta en la zona, a veces se producen pausas entre descargas, por lo que una buena medida es la regla de 30/30: Cuando la separación rayo-trueno sea menor de 30 segundos, tomar las medidas de seguridad, y no abandonarlas hasta que el tiempo transcurrido desde la última descarga sea mayor de 30 minutos.

Mucho queda por descubrir en relación con los rayos, por lo que sería conveniente realizar estudios más profundos de este fenómeno en nuestro país, y determinar con exactitud la densidad de las descargas eléctricas atmosféricas, sus características y tendencias, para adecuar las normativas existentes a nuestras condiciones.

Todos los sectores sociales y económicos afectados por las descargas eléctricas atmosféricas, deberían de manera conjunta realizar inversiones que aseguren un mejor conocimiento del fenómeno, y aplicar las mejores soluciones que eviten pérdidas económicas y de vidas humanas.

* Ingeniero Eléctrico. Especialista en generación eólica de la Empresa Eléctrica Provincial de Ciego de Ávila y responsable del Parque Eólico Demostrativo de Turiguanó, Cuba.
e-mail: ciegonorte@enet.cu