INGENIERIA ELECTRICA

Los rayos: una visión mitológica,científica y tecnológica

HORACIO TORRES SANCHEZProfesor Asociado U.N.

Cuando se me propuso escribir un artículo acerca de lainvestigación que se ha desarrollado en la UniversidadNacional sobre los rayos en Colombia, para una edlelénespecial de la revista de Ingeniería e Investigación conmotivo de los 30 años de la creación del programa deIngeniería Eléctrica, acepté pensando en recopilar y resu-mir los diferentes artículos técnicos presentados en variosforos sobre el tema y resultados de la investigación.

Sin embargo consideré que para una edición especial eramás conveniente referirme a la evolución histórica delconocimiento sobre los rayos, partiendo de lo mitológico,planteando lo científico y mostrando mi visión sobre estainvestigación en Colombia.

MITOLOGIA y LEYENDA

La ciencia nace en el momento en que el hombre seplantea preguntas sobre sí mismo y la naturaleza quelo rodea.

Las antiguas culturas y civilizaciones observaron elespacio y sus objetos brillantes que permanecían o setrasladaban y las fuerzas que actuaban sobre la tierraen forma de agua (lluvia), viento o fuego (rayos).

Al plantearse preguntas sobre la naturaleza de losobjetos brillantes y las fuerzas sobre la tierra, se desa-rrollaron los ejercicios rituales, los conceptos mitológi-cos, las leyendas, las supersticiones.

El rayo fue,. es Y seguirá siendo uno de los fenómenosmás extraordinarios de la naturaleza, que fue interpreta-do en la antiguedad en forma de fuego. Se conocen dela antigua cultura de Mesopotamia, entre el Tigris y elEúf.rates (hoy Irak), un país con más rayos que Egipto yno precisamente por su posición bélica, emblemas derayos y bolas de fuego.

Estos simbolismos se encuentran en antiguas repre-sentaciones del rayo, como por ejemplo un sello de lacultura caldea que muestra a una diosa parada sobrelos hombros de un guardian alado. Tras de ella sobreun carro de cuatro ruedas, está el dios del tiempo lan-zando rayos con su fusta.

En la mitología china el rayo está representado por lacolorida diosa Tien Mu. Ella sostiene firmemente dosespejos para dirigir los destellos del rayo. Tien Mu estárodeada por cinco dignatarios del "Ministerio de lasTormentas", existiendo en la imaginación china el jefeLei Tsu, dios de los truenos y su ayudante Lei Kung, eltamborilero contador de los rayos.

Alrededor del año 700 A. de C. el arte griego comenzóa usar símbolos de rayos del medio oriente, atribuyén-doselos a Zeus como un dios lanzando rayos, en unaversión adaptada a la mitología griega.

Tal vez el más famoso de los antiguos dioses que serelacionaba con rayos fue Thor, dios de los normandos.Producía rayos a medida que su martillo golpeaba un

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yunque, mientras cabalg&ba en su carroza "tronadora"alrededor de las nubes.

Thursday, el quinto día de la semana en inglés es dedi-cado al dios Thor, así como el quinto día de la semanaen danés moderno: Torsday.

En alemán, el cuarto día de la semana está dedicado alos truenos: Donnerstag, mientras que en italiano, Gio-vedi, yen español jueves, son días de Jové o Jupiter, diosde dioses romano, quien consideró usar rayos no solopara castigar, sino para prevenir comportamientos inde-seables.

Más cercano a nuestra cultura está er Popol Vuh, librotradicional de los indios de la región de Quiché enGuatemala. Sus páginas testimonian el grado de adelan-to y la calidad espiritual de la cultura Maya. La primeraparte relata el origen del mundo y la creación del hombre;la segunda parte narra las hazañas de los héroes míticosHunahpú e Ixbalanqué.

En su explicación de la creación del mundo aparecen:

CACULHA HURACAN, que quiere decir relámpago,CHIPI CACULHA, cuyo significado es rayo pequeño yRAZA CACULHA, sinónimo de trueno.

Yen las hazañas de los héroes míticos mayas está VOC(el gavilán), mensajero del relámpago, el rayo y el trueno.

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MITOLOGIA VS. CIENCIA

y así transcurren los siglos y evolucionan las civilizacio-nes tratando de interprestar 108 fenómenos de la natu-raleza que las rodea y se desarrollan unas teoríasespeculativas e inarticuladas, pero otras se articulan detal modo que surge el experimento y con él el descubri-miento y la teoría se convierte en lo que T. Kuhndenomina "paradigma".

El primer estudio sobre rayos que puede ser tomadocomo científico fue realizado en la segunda mitad delsiglo XVIII por Benjamín Franklin. Durante la época deFranklin, la ciencia eléctrica se dividió en tres escuelasque sustentaban sus teorías con base en experimentos,tratando de interpretar la naturaleza de la electricidad.Ellas tenían algo en común: partían de la filosofía mecá-nico-corpuscular que orientaba todas las investigacionesde la época.

Un grupo planteaba la atracción y la generación friccionalcomo el fenómeno eléctrico fundamental y considerabanla repulsión como efecto secundario, debido a algunaclase de rebote mecánico.

Otra escuela de electricistas consideraba la atracción yla repulsión como manifestaciones igualmente elemen-tales de la electricidad.

El tercer grupo, al cual pertenecía Franklin, considerabala electricidad como un "fluido" que podía circular através de conductores, en lugar de un "efluvio· queemanaba de los no conductores.

Está última teoría condujo a una serie de científicos atratar de embotellar dicho fluido. Surgió así lentamentedes pues de muchos años de experimentación lo que seconoce en la historia de la electricidad como botella deLeyden, forma primitiva del condensador.

Muchos de los experimentos que condujeron al descu-brimiento de la botella de Leyden fueron llevados a cabopor Franklin e hicieron necesaria la revisión de la teoríadel fluido. De este modo se originó el primer paradigmao interpretación científica de la naturaleza de la electrici-dad.

Uno de aquellos experimentos lo realizó Franklin duran-te una tormenta de 1752, cuando elevó la más famosacometa de la historia. Un arco saltó entre una llavecolocada al final del hilo conductor de la cometa y losnudillos de su mano que estaba aislada del hilo conductorpor una seda. Se probaba así que las nubes de tormentacontenían carga eléctrica.

En mayo de 1752 el francés Thomas-Francois D'Alibardya había realizado la misma prueba. El experimento fuesucesivamente repetido en Inglaterra y Bélgica. En juliode 1753, G.W. Richman, un físico sueco trabajando enRusia, murió realizando el mismo experimento.

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Nace así la ciencia de la eléctricidad y lahumanidad se separa en dos según el pen-samiento de George Bernard Shaw:

•...Una se llama religión, la otra ciencia. Laprimera se libra de todos los problemas quesuscita el problema del universo. Nos provéde conocimiento, seguridad, paz y conceptosabsolutos. Nos protege del progreso, al cualtodos tenemos ya. La ciencia es absoluta-mente lo contrario. Siempre esta equivocada.No soluciona un problema sin suscitar dieznuevos ...•

DE FRANKLlN A HOY

Luego de Franklin no hay progresos signifi-cativos en el entendimiento de los rayoshasta finales del siglo XIX cuando la fotogra-tra y la espectroscopia estuvieron disponibles L__ AII•••••••• I!I .como diagnóstico en las investigaciones sobre rayos. Sin embargo éste motivo no ha condicionado la investi-

gación a ser solamente aplicada, sino por el contrario,la independencia de criterio dentro de la UniversidadNacional ha permitido plantear hipótesis de investiga-ción sobre el comportamiento de los rayos en la zonaecuatorial terrestre y se ha hecho un desarrollo interdis-ciplinario con áreas como la geografía, la geología,lasmatemáticas, la automatización y la meteorología entreotras.

La invención de la cámara de doble lente en 1900 por elinglés Boys hizo posible los mayores avances en elentendimiento de los rayos.

Las investigaciones modernas sobre rayos pueden si-tuarse entre 1916 y 1920, con Wilson en Inglaterra, quienrecibió el premio Nobel de física por su invento de lacámara de niebla para rastrear partículas de alta energía.Wilson fue el primero en usar mediaciones de campoeléctrico para estimar la estructura de carga en lasnubes de tormenta.

Desde finales de la década de los 70 hasta hoy, laactividad mundial en investigaciones sobre rayos haestado muy activa, debido básicamente a dos factores:uno, a los daños producidos por rayos a aviones, navesespaciales, equipos electrónicos y sistemas de transmi-sión y distribución de energra eléctrica, y dos, al desa-rrollo de nuevas técnicas de registro de datos (vgr.osciloscopios de gran ancho de banda), digitalización yalmacenamiento computacional de señales análogascomo las producidas por el rayo.

LOSRAYOSENCOLOMB~

Para propósito de aplicaciones a la investigación y aldesarrollo tecnológico en ingeniería eléctrica, es nece-sario conocer los parámetros que caracterizan los ra-yos, principalmente en la zona ecuatorial terrestre, la demayor actividad eléctrica atmosférica del mundo.

Los daños producidos a los sistemas de transmisión ydistribución de energía eléctrica han sido tal véz elmotivo principal para el desarrollo de la investigaciónsobre rayos en Colombia.

La investigación sobre rayos en el Departamento deIngenierla Eléctrica de .Ia Universidad Nacional vienerealizándose en forma sistemática desde hace cerca deuna década, con el continuo apoyo financiero de Colcien-cias y la misma universidad.

En marzo de 1990 se plantea la investigación por objeti-vos y se reestructura una línea: ·Caracterización de lasdescargas eléctricas atmosféricas en Colombia", con tresproyectos de investigación:

o Caracterización espacio-temporal de las descargaseléctricas atmosféricas en Colombia.

o Caracterización por radiación de las descargaseléctricas atmosféricas.

o Caracterización directa de las descargas eléctricasatmosféricas.

Los rasgos esenciales de la investigación sobre losrayos en Colombia han sido los de observación y expe-rimentación, buscando un desarrollo del conocimientosobre el entorno ecuatorial terrestre, con una aplicaciónpráctica al desarrollo tecnológico en ingeniería eléctrica.

En la parte experimental se han adaptado equipos desa-rrollados por los investigadores de otras latitudes y sehan construido sistemas de medición en búsqueda de

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la caracterización espacio- temporal de los rayos enColombia.

En lo observacional se ha trabajado en la obtención deinformación redundante con la experimental, planteandohipótesis sobre el comportamiento del fenómeno en es-tudio.

La investigación se ha desarrollado con fines prácticospara la ingeniería, dentro de una concepción de usosuficiente de la energ ía,y se ha orientado hacia el usuariofinal de la misma, pero no por ello dependiente de él.

Los principales usuarios finales son las empresas delsector eléctrico colombiano con quien se ha comformadoel "Grupo nacional de descargas eléctricas atmoféricas,"grupo de apoyo aprobado por la Junta Directiva deISA(lnterconexión Eléctrica S.A.) que cuenta con la ase-soría técnico- científica de la Universidad Nacional.

La actividad Central del grupo es la "Red nacional demedición de descargas eléctricas atmosféricas", la cual hacomenzado a operar con el primer sensor de tormentas(LLPTSS 420/430) instalado y operado en la UniversidadNacional con el financiamiento de Colciencias y una redlocal en la Sabana de Bogotá de contadores de rayos (RSA10) y cintas detectoras de magnitud de corriente de rayo;

equipos éstos de fabricación nacional con adaptación detecnología foránea.

En la medida en que se han explorado otras áreas delconocimiento relacionadas con los rayos como son lageografía en la parte climatológica, la geología en la rela-ción tierra-nube, las matemáticas en lo referente a series detiempo, se ha buscado asesoría especializada en la mismauniversidad yen institutos como el HIMAT, sin perder devista su caracterítica de investigación fáctica desarrolladasobre bases científicas.

Durante la ejecución de la investigación se ha experimen-tado con buenos resultados , la necesaria unidad con ladocencia, a través de los cursos de pregrado en el área,pero principalmente con la maestría y la especialización enAlta Tensión, dentro del postgrado en ingeniería eléctrica.

Finalmente la investigación no ha descuidado la impor-tancia de los pares internacionales, para lo cual la Uni-versidad Nacional cuenta con dos conveniosinternacionales: con el Instituto de Investigaciones Eléc-tricas -IIE - de México y el Instituto de Alta Tensión de laUniversidad de Darmstadt en Alemania. Asimismo rela-ciones directas con la Universidad de Queensland enAustralia y la Universidad de la Florida, Gainesville, enlos Estados Unidos.

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Las brujas del tiempo ("Wetterhexen"), grabado en made-radel siglo XVI. Debido a la aparición de los rayos en formaluminosa rápida, se les dieron poderes mágicos y se lesasoció con brujas (Tomado de: "Blitz und Blitzschutz in Oste-rreich einst und jetzr, Jahrgang 105, Heft 3).

Sello del rodillo del periodo Acadio (alrededor del 2000 A. de C.)(Tomado de: "Ughtning", Golde, Vol. 1. 1977).

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El contador de rayos Lei Kung de la mitologla china(Tomado de: "Ughtning", Golde, Vol. 1. 1977).

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Primer pararrayos de Europa, instalado por el padre Divisch enAustria en al año 1754, dos años despues del experimento deFranklin (Tomado de: "Blitz und Blitzschutz in Osterreich einst undjetzt", Jahrgang 105, Heft 3).

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