Dicas e Informações de Interesse Geral

Benjamim Franklin em 1752 fez os primeiros experimentos sobre as descargas atmosféricas, utilizando uma pipa com um fio metálico para comprovar que as nuvens podiam conter cargas elétricas. Desde aquela época os fenômenos dos raios, ou descargas atmosféricas, vêm sendo estudados. Hoje essas descargas são analisadas como os fenômenos elétricos entre nuvens e a terra. Ainda há quem diga que um raio não cai no mesmo lugar duas vezes.

Este conceito é errado e para se ter uma idéia há registros de que a Torre Eifel (França) e o edifício Empire State(U.S.A), são alvos de dezenas de descargas atmosféricas todo o ano. A probabilidade de um raio cair em pontos mais altos é maior do que nos locais mais baixos, uma vez que o objetivo da descarga é atingir a superfície da terra, sendo portanto neste caso a menor distância entre a nuvem e a terra. Entretanto isto não é uma regra geral. Há freqüentemente registros de incidências em regiões baixas, mesmo entre colinas, e isto vai depender de uma série de fatores, como ventos, dimensões da nuvem , características do ar no local, maior ionização, etc…

Um dado importante é a determinação da distância em que houve uma descarga atmosférica ( Raio). Considerando a velocidade da luz da ordem de 300 mil km/s e a velocidade do som da ordem de 340 m/s, pode-se estimar a que distância houve uma descarga, simplesmente multiplicando-se o tempo estimado em segundos (entre a visão do relâmpago e a escuta do trovão), por 340 obtendo-se a distância aproximada em metros.

Este dado é importante para se determinar a proximidade de uma tempestade. Para se determinar se uma tempestade está se aproximando ou afastando, basta determinar as distâncias entre duas descargas consecutivas. Obviamente se a segunda medida for maior que a primeira, significa que a tempestade está se dirigindo para outra direção. Entretanto em função dos ventos a tempestade pode mudar seu curso.

A descarga elétrica ( Raio) ao se deslocar em direção à terra, produz um efeito luminoso que às vezes chega a ser assustador. Esta descarga produz um efeito térmico no canal da descida produzindo um som que nós denominamos de trovão. O trovão portanto não é o fator perigoso, pois trata-se da expansão do ar na descida da descarga, conseqüência da energia térmica dissipada.

Para se proteger contra essas descargas (Raios), pode-se tomar alguns cuidados básicos que são: NO CAMPO: No campo, região aberta como pastos de animais, áreas de práticas esportivas, (futebol, golfe ou gramados em geral), o melhor é abaixar com os pés juntos e as mãos sobre a cabeça. Nunca se abrigar embaixo de árvore isolada. Uma árvore pode receber uma descarga e provocar descargas laterais ou mesmo potencial de passo elevado podendo provocar danos irreparáveis ou mesmo ceifar uma vida.

Diversos animais morrem por ano vítimas destas descargas. Não se aproximar de cercas ou redes elétricas, porque estas recebem influência das descargas atmosféricas e ficam carregadas durante algum tempo. Poderá haver uma descarga para a terra através de uma pessoa ou de um animal que se aproxima.

NA CIDADE: Na cidade a proteção é maior porque as ruas com seus prédios mais elevados, proporciona um sistema de proteção para o ser humano. É claro que há maior probabilidade de uma descarga cair sobre um edifício do que sobre uma pessoa que transita na Rua. No caso de uma Rua sem edificação, deve-se proceder como se estivesse em campo aberto.

Para maior proteção o melhor é se abrigar durante as tempestades dentro das edificações como bares, lojas, shopping, supermercados ou galerias de lojas. Nesta situação há proteção humana, evidentemente não se quer dizer que as edificações estarão protegidas. Deste assunto trataremos mais à frente.

O melhor é permanecer dentro das edificações de preferência que possuam proteção contra descargas atmosféricas. Os veículos fechados , trens metálicos fechados, ônibus, metrô, abrigos subterrâneos, túneis, cavernas são locais de proteção contra descargas atmosféricas. Os automóveis não conversíveis, podem ser considerados seguros porque cumprem o papel da gaiola de Faraday, mas é prudente desligar o motor, fechar os vidros e não tocar em partes metálicas.

NAS PRAIAS E PISCINAS: Na presença de uma tempestade que se aproxima, o melhor é se retirar e procurar abrigo nos bares ou locais onde haja edificação ou um veículo como mencionado acima, durante a tempestade. Não há maneira mais segura nestes casos. Depois das enchentes, as descargas atmosféricas são a principal causa de morte por fenômenos naturais. Estima-se que 1000 (mil) pessoas morrem por ano vítimas de descargas atmosféricas no mundo. Há informações que em março de 1993, quase 50 pessoas morreram na Flórida nos Estados Unidos em 2 dias durante as tempestades.

No Brasil, estima-se que mais de 100 (cem) pessoas morrem por ano e muitas instalações são danificadas ou incendeiam por conseqüência das descargas atmosféricas. Ainda há de se registrar que muitos dados de acidentes não são comunicados ou veiculados no Brasil, principalmente no interior. Acredita-se que dezenas de milhares de animais morram por ano atingidos indiretamente por descargas atmosféricas.
Para se ter uma idéia da formação de um descarga, passamos a apresentar alguns conceitos.

1. Com o rompimento da rigidez dielétrica do ar, da ordem de 3 milhões de volts/metro, ocorre a descarga (raio).

2. Os relâmpagos, como também são chamadas estas descargas, duram em média 1/3 do segundo.

3. As correntes elétricas são da ordem de 10 a 200 kA.

4. A temperatura em torno da descarga pode atingir valores da ordem de 30.000 ° C.

5. Em geral pode-se ouvir o trovão a alguns Km de distância do local onde é formado, e dependendo do relevo, vento e temperatura do ar, poderá ser ouvido a mais de 20 Km.

AS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS PODEM OCORRER DE UMA MANEIRA GERAL:

• Da nuvem para o solo
• Do solo para a nuvem
• Dentro da nuvem
• Da nuvem para um ponto da atmosfera

Entre nuvens Raios (descargas) de solo para nuvem ocorrem em geral a partir de estruturas elevadas. No Brasil, o INPE e a CEMIG vêm pesquisando a incidência de descargas em solo brasileiro.

Segundo pesquisadores do INPE, cerca de 100 milhões de relâmpagos atingem o solo do Brasil por ano, ou seja, em média 11 descargas por quilômetro quadrado por ano. Estes dados são de assustar e por si só já indicam a necessidade de proteção contra descargas atmosféricas nos locais de acesso do homem, de suas propriedades e de seus animais.

PROJETOS

Não existe proteção total (100%), mas seguindo as determinação das Normas Brasileiras, pode-se atingir graus de proteção da ordem de 98%, se houver um projeto de INSTALAÇÕES DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS bem elaborado, com um sistema de Aterramento Elétrico adequado e confiável.

É comum se ver instalação de um mastro com um Pára-raios tipo Franklin, e que em geral não está exercendo a proteção total da edificação, das antenas de rádio e televisão, e outros elementos que se encontram sobre a cobertura das edificação, ou mesmo a proteção de todo o contorno da mesma. Um projeto bem elaborado leva em consideração a área da Edificação, sua Altura, a densidade de descargas atmosféricas previstas na região e o Sistema de Aterramento Elétrico, não sendo em geral bastante possuir um Pára-raios tipo Franklin.

As normas estabelecem que os projetos sejam desenvolvidos por especialistas, com registro no CREA e ART (Anotação de Responsabilidade Técnica). As instalações devem ser executadas, conforme projeto elaborado em consonância com as Normas Técnicas da ABNT, por empresa idônea, com registro no CREA, ,que tenha experiência comprovada neste tipo de instalação, através de ART’s do CREA. As normas que determinam os projetos e execução no Brasil são NBR5410, NBR5419 e NBR7117.

É muito comum ouvir as pessoas mais experientes dizerem: “É preferível não ter instalação de Pára-raios, a ter uma instalação mal feita principalmente com mal Aterramento Elétrico” , porque estes não protegerão adequadamente no caso de Descargas Atmosféricas, podendo provocar conseqüências desastrosas. Há registros de explosões subterrâneas provenientes de Aterramentos Elétricos mal feitos, provocando grande evaporação da água do solo em tempo muito curto. O comportamento é semelhante ao de uma panela de pressão.

A evaporação aumenta a pressão sob o solo e provoca fenômeno semelhante a uma granada explodindo, principalmente se o local tiver piso cimentado. Pára-raios radioativo está proibido desde 1989 devido sua alta periculosidade, além de ter sido comprovado por pesquisas que não produz o efeito esperado. Uma proteção adequada exige instalação projetada por profissionais de Engenharia especializados, com um Sistema de Aterramento Elétrico projetado a partir do conhecimento da Resistividade do Solo e estratificação do solo em camadas visando otimizar a relação custo/benefício das soluções possíveis de aterramento elétrico. Isto só é possível quando se mede a Resistividade do Solo, partindo daí para execução do projeto da Malha de Terra, que pode ser composta desde algumas hastes até a combinação de hastes e condutores denominados contrapesos de acordo com a resistividade do solo.

A determinação do tipo, quantidade e área ocupada vai depender desta Resistividade do Solo, devendo ser portanto o primeiro parâmetro a se medir, e que em geral, é ignorada nas instalações sem projeto. A inspeção também é um fator determinante no desempenho das instalações. Cabe ressaltar que todo o sistema de captores, descidas e aterramento estão sujeitos à corrosão e oxidação, devendo portanto ser verificado periodicamente. Sugere-se vistoriar uma vez por ano, antes da estação das chuvas, para se verificar o estado das instalações. Caso necessário procedem-se reposições.

CONSIDERAÇÕES SOBRE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTO ELÉTRICO

A descarga atmosférica (Raio) é um fenômeno da natureza absolutamente imprevisível e aleatório, tanto em relação às suas características elétricas (intensidade de corrente, tempo de duração, etc…), como em relação aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidência sobre as edificações.

Nada em termos práticos pode ser feito para impedir a “queda” de uma descarga em determinada região. Não existe “atração” a longas distâncias, sendo os sistemas prioritariamente receptores ou captores. Assim sendo, as soluções internacionalmente aplicadas buscam minimizar os efeitos destruidores a partir da alocação de dispositivos preferenciais de captação e condução segura da descarga para a terra. Somente projetos tecnicamente bem elaborados, obedecendo as Normas Técnicas, podem assegurar uma proteção eficiente e confiável.

Após anos de estudos, o homem descobriu que o raio (descarga atmosférica) é um fenômeno físico/elétrico e por isto deverá ser conduzido o mais rápido possível para dissipação no solo, minimizando assim seus efeitos destrutivos. Algumas crenças populares e que não se baseiam em fundamento científico são:

• CRENÇA: A instalação do Pára-raios vai atrair os Raios para a Edificação.
• REALIDADE: O sistema de captação deve ser instalado para captar as descargas atmosféricas que ocorrerem para a Edificação.
• CRENÇA: A instalação do Pára-Raios vai descarregar as nuvens e evitar que o raio caia.
• REALIDADE: A descarga das nuvens é na verdade a descarga na forma de raios e o Pára-raios não impedirá a precipitação dos mesmos para a terra.
• CRENÇA: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.
• REALIDADE: A incidência na TORRE EIFEL (FRANÇA) e no EMPIRE STATE (USA) é da ordem de 40 descargas por ano.
• CRENÇA: O Pára-raios do vizinho está protegendo o meu prédio/casa.
• REALIDADE: O sistema de captação de raios de uma instalação é projetado para proteger a edificação onde está instalado, não garantindo proteção para outras áreas além daquelas para as quais foi projetado.
• CRENÇA: Na região que eu moro não caem raios.
• REALIDADE: Toda região do planeta é susceptível à ocorrência de descargas atmosféricas, variável de acordo com a latitude e longitude. A ABNT informa a partir de dados do INPE os índices de descargas atmosféricas em todas as regiões do Brasil.
• CRENÇA: O meu Pára-raios mesmo fora de Normas tem alguns anos e até hoje não deu nenhum problema.
• REALIDADE: Provavelmente o Pára-raios referido ainda não foi solicitado. O sistema de captação deve ser projetado de conformidade com as normas para que quando solicitado atue dentro das espectativas previstas pelos pesquisadores, que são os elaboradores das normas e portanto avaliam seus comportamentos com o avanço da pesquisa na área.

Colaboração Professor Engenheiro Luiz CarIos Tonelli Universidade Federal de Juiz de Fora