CECCARELLI CONSULTORES INTERNACIONAIS ASSOCIADOS FORMAÇÃO DE ESPECIALISTAS EM SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO ALEXANDRE PEÇANHA DA SILVA SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS - SPDA RIO DE JANEIRO 2013 Página 1 de 11
OBJETIVO DO TRABALHO O Brasil é o país que tem a maior concentração de raios de todo o mundo. São cerca de 50 milhões por ano. Os raios matam, em média, 130 pessoas por ano no Brasil. Outras 200 ficam feridas. È de se destacar o alto índice de incêndios que tiveram como origem a queda de raios. Diante dos fatos é a utilização de sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) é um dos principais métodos de prevenção a serem adotados. Este trabalho vem a apresentar os principais tipos de SPDAS existentes, suas características, formas de utilização, normatização e sua aplicação em dois Estados Brasileiros: RJ, SP. O QUE É UM RAIO E COMO ELE SE FORMA? O raio é uma descarga elétrica de grande intensidade que ocorre na atmosfera. A intensidade típica de um raio é de 30 mil ampéres. Ele se forma dentro das nuvens de tempestade, ou nuvens cumulonimbus, a partir das cargas elétricas geradas pelo choque de partículas de gelo dentro destas nuvens. Quando estas cargas atingem certa quantidade surge uma faísca que dá inicio a um raio. À medida que esta faísca se aproxima do solo, inicia-se uma descarga do solo para a nuvem, principalmente em objetos salientes e pontiagudos, ou ainda em pontos com maior condutividade elétrica (em geral, objetos metálicos). Quando as duas se unem acontece o raio. Descargas atmosféricas podem ocorrer ainda no interior de uma nuvem, entre duas nuvens ou de uma nuvem para o ar. Em geral,quando os raios acontecem provocam um clarão e, logo em seguida, um barulho denominado trovão, devido ao deslocamento do ar.o aquecimento do ar provocado pelo fenômeno gera um clarão conhecido como relâmpago. Relâmpagos são todas as descargas elétricas geradas por nuvens de tempestades, independentemente se conectam ou não o solo. Já os raios são somente as descargas que se conectam ao solo. Figura 01 Formação de Raio ( INPE 2010) Página 2 de 11
RISCOS DO RAIO Como já descrito o Brasil tem a maior incidência de quedas de raios do Mundo. As principais conseqüências da queda de raio são: 1 morte e/ou ferimentos O raio ao atingir uma pessoa causar desde queimaduras a parada cardíaca levando ao óbito. A seguinte analogia pode ser feita se uma pessoa sofrer um choque elétrico com uma intensidade de corrente na faixa de 0,023 Amperes já e suficiente para gerar uma parada cardíaca e respiratória. O raio tem uma intensidade de corrente elétrica de aproximadamente 30 mil Amperes. Abaixo um quadro com o número de óbitos no Brasil. Figura 02 Números de óbitos relacionados a raios.( INPE 2010) Página 3 de 11
2 Incêndios - Os incêndios produzidos por raios normalmente ocorrem em áreas florestais, tendo vários fatores como contribuintes como por exemplo a vegetação seca. O incêndio provocado por raios podem produzir uma reciclagem dos nutrientes do solo, favorecendo a perpetuação de determinadas espécies de vegetais e animais. Estima-se também que ocorram cerca de 100 mil incêndios por ano no mundo produzidos por relâmpagos. Só nos Estados Unidos, estima-se que ocorram 15 mil incêndios por ano causados por raios, que além de afetar o solo, causam danos materiais a propriedades estimados em cerca de 200 milhões de dólares anualmente. Os maiores problemas de incêndio provocado por raio são quando afetam áreas industriais, tendo como fator preponderante a falta de proteção do ambiente contra os raios. Ou seja, o mau dimensionamento, falta de manutenção ou inexistência de SPDA. Figura 03 Incêndio causado por raio. Corpo de Bombeiros e os brigadistas trabalham desde a manhã de quarta-feira (16) tentando controlar as chamas do incêndio provocado por um raio em uma usina de álcool localizada próximo à BR-364, entre os municípios de Caçu e Cachoeira Alta, no sudoeste de Goiás. A previsão é de que o fogo seja controlado ainda na manhã desta quinta-feira (17). Segundo informações do Corpo de Bombeiros, o incêndio começou em um dos tanques da usina, que estava com 17 milhões de litros de etanol, logo após o recipiente ser atingido por um raio. Vários seguranças bloqueavam a passagem durante todo o dia na entrada da usina. Somente alguns funcionários puderam entrar. Áreas classificadas são uma grande preocupação quanto a queda de raios, tendo em vista a existência ou probabilidade de formação de atmosferas explosivas SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA ( SPDA) Um sistema de proteção contra relâmpagos tem como objetivo blindar uma estrutura, seus ocupantes e seus conteúdos dos efeitos térmicos, mecânicos e elétricos associados com os relâmpagos. O sistema atua de modo que a descarga atmosférica possa entrar ou sair do solo sem passar através das partes condutoras da estrutura ou através de seus ocupantes, danificando-os ou causando acidentes. Um sistema de proteção contra Página 4 de 11
relâmpagos não impede que o relâmpago atinja a estrutura, ele promove um meio para controlar e impedir danos através da criação de um caminho de baixa resistência elétrica para a corrente elétrica fluir para o solo O SPDA funciona por meio de um fenômeno eletrostático que se denomina poder das pontas, no qual a uma grande concentração de cargas elétricas que se acumulam em regiões pontiagudas, quando o campo elétrico nas vizinhanças da ponta do mesmo atinge determinado valor, o ar em sua volta se ioniza e se descarrega através de sua ponta para o solo por meio de um fio de baixa resistividade que é enterrado no solo e rodeado de pó de carvão. Figura 04 Exemplo de funcionamento de um para raio tipo Franklin (UFSC 2010) PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM SPDA O SPDA tem basicamente duas funções: PRIMEIRA FUNÇÃO: Neutralizar, pelo poder de atração das pontas, o crescimento do gradiente de potencial elétrico entre o solo e as nuvens, através do permanente escoamento de cargas elétricas do meio ambiente para a terra. Figura 05 Primeira função do SPDA. (UFSC 2010) Página 5 de 11
SEGUNDA FUNÇÃO: Oferecer á descarga elétrica que for cair em suas proximidades um caminho preferencial, reduzindo o riscos de sua incidência sobre as estruturas. A instalação de um SPDA não impede a ocorrência de raios. Nem tão pouco atrai raios. È preferível não ter para raio algum a um para raio mal instalado. Um para raio corretamente instalado reduz significamente os perigos e os riscos de danos, pois captará os raios que iriam cair nas proximidades de sua instalação. Os principais componentes do (SPDA) são: 1) Terminais aéreos; 2) Condutores de descida; 3) Terminais de aterramento; 4) Condutores de ligação equipotencial. Os terminais aéreos, conhecidos como pára-raios, são hastes condutoras rígidas montadas em uma base com o objetivo de capturar o relâmpago. Eles devem ser instalados nos pontos mais altos da estrutura. Algumas vezes, estas hastes são interligadas através de condutores horizontais. Os condutores de descida são cabos que conectam os terminais aéreos aos terminais de aterramento. Os terminais de aterramento são condutores que servem para conectar os condutores de descida ao solo. Eles são tipicamente condutores de cobre ou revestidos com cobre enterrados no solo. O nível de aterramento depende bastante das características do solo. Os condutores de ligação equipotencial, por sua vez, são condutores que visam igualar o potencial entre os diferentes condutores para impedir descargas laterais Figura 06 componentes SPDA (UFSC 2010) Página 6 de 11
TIPOS DE SPDA Tipo Franklin È o modelo mais utilizado, composto por haste metálica onde ficam os captores e um cabo de condução que vai até o solo e a energia da descarga elétrica é dissipada por meio de aterramento. O cabo condutor que vai da antena ao solo, deve ser isolado para não entrar em contato com as paredes da edificação. Figura 07 componentes SPDA tipo Franklin (UFSC 2010) Figura 08 Terminal aéreo tipo Franklin instalado sobre um prédio Tipo gaiola de Faraday - Com a mesma finalidade do para-raios de Franklin, o para- O edifício é envolvido por uma armadura metálica, daí o nome gaiola. No telhado, é instalada uma malha de fios metálicos com hastes de cerca de 50cm. Elas são as receptoras das descargas elétricas e devem ser conectadas a cada oito metros.a malha é divida em módulos, que devem ter dimensão máxima de 10 x 15m. Sua conexão com o solo, onde a energia dos raios é dissipada pelas hastes de aterramento, é feita por um cabo de descida. Esse cabo pode ser projetado usando a própria estrutura do edifício. As ferragens de suas colunas podem estar conectadas à malha do telhado e funcionar como ligação com o solo. Figura 09 Gaiola de Faraday 3 1 2 4 6 5 Página 7 de 11
Radioativos - para-raios radioativos podem ser distinguidos dos outros, pois seus captadores costumam ter o formato de discos sobrepostos em vez de hastes pontiagudas. O material radioativo mais utilizado para sua fabricação é o radioisótopo Américo-241. Esses para-raios tiveram sua fabricação autorizada no Brasil entre 1970 e 1989. Nessa época, acreditava-se que os captadores radioativos eram mais eficientes do que os outros modelos. Porém, estudos feitos no país e no exterior mostraram que os para-raios radioativos não tinham desempenho superior ao dos para-raios convencionais na proteção de edifícios, o que não justificaria o uso de fontes radioativas para esta função. Sendo assim, em 1989, a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), por meio da Resolução Nº 4/89 suspendeu a produção e instalação desse modelo de captador. Figura 10 Captores radioativos SELECIONADO O TIPO DE SPDA ADEQUADO Para se identificar o tipo de SPDA adequado e o seu nível de eficiência e proteção, é necessário realizar uma analise de risco da área a proteger essa analise de risco deve ser baseada nas normas: 1. IEC62305-2 Proteção por SPDA 2. ABNT NBR 5419 Proteção de estruturas contras descargas atmosféricas. Além das normas de referencias acima, os Estados através de seus Códigos Municipais de Obras e/ou Código de Segurança Contra Incêndio e Pânico determinam quando da necessidade da instalação de um SPDA. SP e RJ apresentam diferenças quanto a obrigatoriedade do uso do SPDA nas edificações: Tabela 01 comparativo RJ x SP - SPDA RJ SP Art. 168 - O Corpo de Bombeiros exigirá pára-raios em:i - Edificações e estabelecimentos industriais ou comerciais com mais de 1.500m² (um mil e quinhentos metros quadrados) de área construída; II - Toda e qualquer edificação com mais de 30m (trinta metros) de altura; III - Áreas destinadas a depósitos de explosivos ou inflamáveis;iv - Outros casos, a critério do Corpo de Bombeiros, quando a periculosidade o justificar. Art. 287 - O corpo de bombeiros exigirá a instalação de pára-raios nas edificações classificadas nestas normas, excetuando-se das exigências as residências privativas (multifamiliar) e as comerciais (mercantil e comercial) até 3 (três) pavimentos (medidos do logradouro público ou da via interior) e a área total construída não superior a 750m² (setecentos e cinqüenta metros quadrados). Parágrafo Único - A instalação será obrigatória também em depósitos de explosivos e inflamáveis em torres e chaminés elevadas. Página 8 de 11
DETERMINANDO O NÍVEL DE PROTEÇÃO SPDA O SPDA possui diversos níveis de proteção e a definição do SPDA deverá levar em conta esse fator de proteção. O nível de proteção não está relacionado com a probabilidade de queda do raio na edificação, mas com a eficiência que o sistema tem de captar e conduzir o raio a terra. Há quatro níveis de proteção, conforme a tabela: Tabela 02 Eficiência do SPDA As refinarias, postos de combustíveis, fabricas e armazenamento de inflamáveis são os tipos de edificações que necessitam do nível máximo de proteção. PROJETO DE SPDA O SPDA deverá ser instalado mediante a elaboração de um projeto de SPDA. Projeto este que deve ser elaborado por profissional devidamente habilitado. O projeto deverá ser elaborador de acordo com a analise de risco, e regulamentos técnicos, podemos citar os seguintes que servem de base: 1. IEC62305-2 Proteção por SPDA 2. ABNT NBR 5419 Proteção de estruturas contras descargas atmosféricas. 3. NFPA 780: Standard for the installation of lightning protection systems MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO DO SISTEMA Após a instalação do sistema de SPDA caberá ao responsável pela edificação realizar e manter atualizado todos os documentos referente as inspeções do SPDA, tal exigência é contemplada também na Norma Regulamentadora 10 Segurança em Eletricidade, sendo componente do prontuário de instalações elétricas. A NBR 5419 traz a periodicidade e os itens a serem inspecionados. OUTRAS MEDIDAS DE PROTEÇÃO CONTRA RAIOS Tendo em vista a vasta incidência de queda de raios em nosso país, cabe destacar a importância da instalação de sistemas SPDA em ambiente de construção civil, já que a maior parte do trabalho ocorre em ambientes a céu aberto. Quando um raio atinge o solo, a corrente elétrica se espalha até cerca de 50 metros em volta do ponto de contato. Isso significa que, quem estiver descalço,, pode ser atingido por essa corrente indireta que vem pelo chão. Página 9 de 11
Abaixo segue algumas orientações de segurança que devem ser implementadas: 1. Consulte o INPE e verifique se a região é propicia a queda de raios; 2. Utilize o serviço de notificação de tempestades do INPE. Dessa forma é possível antecipar possíveis tempestades; O INPE apresenta as seguintes orientações no que diz respeito a proteção de seres humanos a queda de raios: 1. Se possível, não saia para a rua ou não permaneça na rua durante as tempestades, a não ser que seja absolutamente necessário. Nestes casos, procure abrigo nos seguintes lugares: Carros não conversíveis, ônibus ou outros veículos metálicos não conversíveis; Em moradias ou prédios, de preferência que possuam proteção contra raios; Em abrigos subterrâneos, tais como metrôs ou túneis, em grandes construções com estruturas metálicas, ou em barcos ou navios metálicos fechados. 2. Se estiver dentro de casa, evite: Usar telefone com fio ou celular ligado a rede elétrica (utilize telefones sem fio); Ficar próximo de tomadas e canos, janelas e portas metálicas; Tocar em qualquer equipamento elétrico ligado a rede elétrica. 3. Se estiver na rua, evite: Segurar objetos metálicos longos, tais como varas de pesca e tripés; Empinar pipas e aeromodelos com fio; Andar a cavalo; 4. Se possível, evite os seguintes lugares que possam oferecer pouca ou nenhuma proteção contra raios: Pequenas construções não protegidas, tais como celeiros, tendas ou barracos; Veículos sem capota, tais como tratores, motocicletas ou bicicletas; Estacionar próximo a árvores ou linhas de energia elétrica. Página 10 de 11
5. Se possível, evite também certos locais que são extremamente perigosos durante uma tempestade, tais como: Topos de morros ou cordilheiras; Topos de prédios; Áreas abertas, campos de futebol ou golfe; Estacionamentos abertos e quadras de tênis; Proximidade de cercas de arame, varais metálicos, linhas aéreas e trilhos; Proximidade de árvores isoladas; Estruturas altas, tais como torres, linhas telefônicas e linhas de energia elétrica. 6. Se você estiver em um local sem um abrigo próximo e sentir que seus pêlos estão arrepiados, ou que sua pele começou a coçar, fique atento, já que isto pode indicar a proximidade de um raio que está prestes a cair. Neste caso, ajoelhe-se e curve-se para frente, colocando suas mãos nos joelhos e sua cabeça entre eles. Não fique deitado. CONCLUSÃO O SPDA é um dos pontos mais importantes no que diz respeito a proteção das edificações e pessoas contra a queda de raios. Sua existência é fator essencial para garantir também o pleno funcionamento dos sistemas eletroeletrônicos, inclusive o sistema de detecção e alarme. Página 11 de 11