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lunes, 30 de enero de 2012

¿Tanta energía contiene un rayo?


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Todos nos hemos sobrecogido alguna vez con el poder desplegado en una tormenta, especialmente cuando un rayo cae cerca, no suena tan bonito como cuando es lejano, un crujido breve, seco y sobretodo violento que mete el miedo en el cuerpo al mas curtido. Y son sabidos los efectos que un rayo puede causar.

Pero...

En realidad, un rayo contiene una cantidad bastante modesta de energía. Incluso podríamos decir que pequeña. Esto parece una solemne tontería, pero así es. Lo que si tiene en cantidad apabullante es...potencia. Pero energía, poquita.

Si hacemos unos números sencillos, podemos comprobarlo.

La potencia eléctrica viene dada por la expresión:

P = V * I  (Potencia en vatios = Voltaje en voltios  *  Intensidad en amperios)

Un rayo no es una cosa “standard”, claro, los hay de mas o menos voltaje, de mas o menos amperaje (intensidad), y también su duración es variable, pero el rayo medio suele tener estas características:

Voltaje: Un arco eléctrico puede conseguirse con unos pocos voltios. En el otro extremo tenemos los super-rayos o rayos positivos, que van de tierra a la cima de la nube y pueden superar voltajes de 1.000.000.000 (si, has leído bien) mil millones de voltios. Un rayo medio puede tener un voltaje de algunas decenas o incluso centenares de millones de voltios. Pongamos un valor medio de 100.000.000 voltios. Cien millones de voltios.

Amperaje o intensidad: En el cable de bajada de los pararrayos hay unas pequeñas cajitas en donde se pueden ver unos números (normalmente están a cero, por fortuna xD), que son los “contadores de impacto”. Estos dispositivos están tasados a un mínimo de 800 amperios. O sea, que por debajo de 800 amperios no se considera descarga de rayo. Para hacerse una idea de lo que son 800 amperios, valga saber que nuestra casa, consumiendo electricidad al máximo, al punto de hacer saltar el automático, dependiendo de la potencia contratada, viene a ser en torno a los 25 amperios.



En el lado opuesto, se han registrado auténticos monstruos, rayos con intensidades de mas de 500.000 amperios. Un auténtico disparate, pero poco frecuente.

La intensidad de un rayo medio, típico, es de 25.000 amperios.


Bien, ya tenemos los dos datos que necesitábamos (voltaje e intensidad) para saber la potencia de un rayo:

Voltaje: 100.000.000 voltios
Intensidad: 25.000 amperios

Aplicando la formula Potencia(vatios) = Tensión(Voltios) * Intensidad(amperios)

Potencia = 100.000.000voltios * 25.000amperios =  2.500.000.000.000 vatios

O sea, dos Billones y medio de vatios, Dos Teravatios y medio.

Como comparación, las mayores centrales eléctricas del mundo, generan casi 10 gigavatios, que es una cifra muy inferior. Si dividimos los dos teravatios y medio entre 10 gigavatios, tenemos que un rayo produce tanta electricidad como 312 centrales eléctricas nucleares de las mas potentes en el mundo.

Si dividimos esos dos teravatios y medio entre los 5000 vatios promedio de un hogar consumiendo a tope, tenemos que un rayo podría llevar adelante a 500.000.000 (quinientos millones) de hogares.


Un rayo tiene mucha potencia, ya lo hemos visto, si, pero...¿durante cuanto tiempo?

Aquí viene el quid de la cuestión: Lo mismo que un rayo tiene una gran potencia, también tiene una duración extraordinariamente breve.

No debe despistarnos el hecho de que el rayo en realidad está compuesto por muchas descargas sucesivas separadas por un tiempo también breve, y sobretodo nuestra retina que nos engaña: Cuando vemos la luz de un rayo, ésta persiste en nuestra retina casi un segundo, un tiempo muy superior a lo que realmente dura un rayo. Además, lo que realmente vemos no es la electricidad, sino el efecto que ésta produce en el aire: Su calentamiento súbito, y el aire tiene una inercia térmica: Sigue brillando un instante aún después de haber cesado la descarga eléctrica.

Así que no debe extrañarnos si se afirma que la duración total de un rayo puede ser de un tiempo tan breve como de 1 milésima de segundo.

Si tenemos en cuenta el tiempo, ahora hablamos no de potencia, sino de energía, de trabajo.

Apliquemos la fórmula:

Trabajo (Kilovatios.Hora) = Potencia * Tiempo

Sustituyendo términos:

Trabajo = 2.500.000.000.000 vatios * 1 milisegundo

Pasamos milisegundo a horas:

Trabajo = 2.500.000.000.000 vatios * 0,000000277 horas = 694.444 vatios-hora

Pasamos a Kilovatios, dividiendo por 1000 

695 KwH aproximadamente.

Esto equivale a (tan poco) como:
-         El consumo de 350 planchas de planchar la ropa funcionando durante una hora. Si una plancha tiene un consumo típico de 2 KwH, 350 planchas consumirán unos 700 KwH, cifra casi igual a la de nuestro rayo (695 KwH).

-         Un trayecto de unas 10 horas en un coche rindiendo 100 CV
100 CV vienen a ser aproximadamente 70 Kw. Si multiplicamos por diez horas, también tendremos mas o menos la potencia de nuestro rayo (695 KwH).

Todo esto parece fruto de una equivocación en un cálculo, de algún truco,...

¿Cómo va a tener un simple depósito de combustible de un coche la misma energía que un rayo?

La clave está en el tiempo empleado en desarrollar esa energía.

Mientras que en un rayo esa energía (700 KwH) se genera en un milisegundo, en el caso del coche, la energía del depósito de combustible (también del orden de cientos de KwH) se desarrolla durante varias horas, que es lo que dura un depósito de combustible en un viaje normal.

Pero...¿Y si quemáramos ese depósito de combustible no en varias horas, sino también en una fracción de segundo como en el caso del rayo? ¿Se puede hacer tal cosa?

Por supuesto que si.

Si llenamos un gran recinto cerrado con la mezcla pulverizada de combustible/aire y esperamos a gastar los 60 litros de un depósito de un coche, y entonces prendemos fuego a esa atmósfera creada con la mezcla explosiva, la detonación sería instantánea, explosiva, en una fracción de segundo, y el resultado no tendría nada que envidiar a los efectos de un rayo. Pobre recinto. El trabajo de varias horas resumido en una fracción de segundo. Igual que el rayo.

Así que, parece ser que efectivamente, un rayo tiene una gran potencia, pero una energía mas bien discreta.

Por cierto, si queremos saber lo que vale un rayo, según las tarifas actuales de electricidad, tendría un coste inferior a cien euros.


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3 comentarios:

  1. cual seria la mejor resistencia para los dos travatios y medio para que no petara y pudiera pasar la electricidad ?

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