Sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas

A proteção contra raios diretos nas edificações consiste basicamente na instalação de condutores metálicos envolvendo a edificação, e é constituída pelos subsistemas de captação (que recebem a descarga), subsistema de descidas (conduzem a descarga até o solo), subsistema de aterramento (dissipam a descarga no solo) e subsistema de equipotencialização (reduzem os riscos de centelhamento e suas consequências).


Como Construir
Na figura, vemos alguns dos materiais usados para instalação de SPDA, de acordo com o estabelecido na NBR 5419/2005 - Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas

Em outro artigo desta revista foi abordado detalhadamente o Sistema de Proteção de Descargas Atmosféricas Estrutural (dentro do concreto). Desta vez, iremos abordar o dimensionamento de um SPDA externo, de uma edificação pronta. Esse sistema implica a observação de uso de materiais compatíveis com as fachadas das edificações, para minimizar impactos estéticos muito marcantes.

Materiais
Quando se instala um SPDA externo, caso das edificações prontas, é necessário o projetista ficar atento aos detalhes arquitetônicos para escolher os melhores locais para posicionar os condutores de descida e anéis de cintamento horizontal. Como dissemos, é preciso considerar a questão estética. Neste estágio, pode-se tomar decisões de menor impacto sobre as fachadas, sob o ponto de vista estético.


Projeto
O primeiro passo de um projeto de SPDA é definir o nível de proteção. Como vemos na tabela abaixo, a norma NBR 5419/2005 estabelece quatro níveis de proteção (tabela 1).



Após a definição do nível de proteção deverá ser definido qual o método de dimensionamento do sistema de captação mais adequado em função do risco da edificação, do tipo de edificação e de outros fatores físicos da edificação ou da vizinhança.



Essa interligação das massas metálicas com o SPDA irá se repetir novamente no solo e em intervalos espaçados de acordo com o projeto para equipotencializar todos os sistemas funcionais da edificação.

Ainda no estágio do projeto, deverão ser definidos o número e posicionamento dos condutores de descida, conforme tabela 3.

Logo após a decisão do número e espaçamento dos condutores de descida, deve-se decidir qual tipo de condutor será usado. A norma permite o uso do cobre, do alumínio e do aço galvanizado a fogo, com cabos ou outro tipo de perfil desde que sua seção transversal seja obedecida, conforme tabela 4.



O grande segredo nesse estágio é saber conciliar o material dos condutores com as fachadas. Por exemplo:

Se for um prédio alto, com tons de fachada mais escuros (vermelho, azul, marrom etc.), o cabo (ou fita) de cobre fica mais discreto.

Quando as fachadas possuem cores mais leves (cinza, pérola, branco, azul ou verde muito claros), o alumínio (preferencialmente em fita = barra chata), é mais adequado.

As fitas de cobre (barras) possuem um custo muito elevado, então as barras de alumínio são uma boa alternativa, pois podem ser pintadas da mesma cor da fachada, desde que preparadas com um fundo adequado antes da sua pintura.



Execução

Instalação de gaiola em telhado colonial
A execução do sistema começa pela contratação de uma empresa especializada em SPDA. Deve, como em qualquer outra atividade, atender a todos os requisitos legais (trabalhadores legais, encargos sociais em dia etc.), e que sigam as exigências de segurança no trabalho (treinamento de segurança básico, treinamento específico para trabalho em altura, NR-10 etc.). Os trabalhadores devem ser treinados e utilizar EPIs adequados a cada tarefa. A empresa deve realizar um estudo preliminar de riscos e apresentar medidas preventivas de segurança. Durante a realização dos serviços, deve realizar uma fiscalização permanente.


Instalação de gaiola em telhado colonial

Após essa etapa, vem o recebimento dos materiais na obra, para garantir que a qualidade dos materiais especificados no projeto seja atendida.

Como regra, a execução começa pelo subsistema de aterramento, abrindo-se valetas onde serão lançados os cabos, cravadas as hastes de aterramento, executadas as soldas exotérmicas e, por fim, seguindo-se a etapa de reaterro, compactação e recomposição das valetas. À parte, deve-se executar o aterramento da central de gás e equalização de potenciais no nível do solo.


Instalação de barra chata de alumínio na cor natural em edificação em uso

Seguindo-se essas etapas, faz-se a instalação dos condutores de descida e anéis de cintamento horizontal (se for o caso), obedecendo ao posicionamento especificado no projeto. Nesse item é importante observar a questão da eventual pintura dos condutores, por questões estéticas e também para atender às questões de segurança dos instaladores e dos moradores. Isolam-se as áreas abaixo dos locais de trabalho, após aviso aos condôminos e instrução do síndico.

O próximo passo é a execução do sistema de captação, que também deve seguir as especificações do projeto.

Por último, fazemos as equalizações de potenciais internos e instalação do DPS (dispositivo de proteção contra surtos),para proteção das instalações e equipamentos.

Controle da qualidade

Instalação com cabos rompidos e frouxos
O controle de qualidade começa pela especificação correta, em projeto, dos materiais com as características previstas em norma.


Instalação com cabos rompidos e frouxos

Todos os materiais deverão ser rigorosamente vistoriados e conferidos para evitar retrabalho e problemas legais. Por exemplo, se a instalação for com cabo de cobre nu, deverá ser checada a sua seção transversal e formação (número de fios). No caso dos cabos de cobre 16 mm², 35 mm² e 50 mm², é necessário verificar se a formação do cabo é de sete fios (NBR 6524), medir com um micrômetro o diâmetro de uma das pernas, calcular a área de um fio e multiplicar pelo número de fios.

Dessa forma, temos a área total do condutor. O mais comum é que esses condutores sejam fornecidos com 19 fios, e a seção total dos fios seja muito inferior à seção (cabos desbitolados - chamados cabos comerciais) mencionada no projeto. É comum os cabos de 50 mm² terem 35 mm². O mesmo ocorre com outras bitolas, então se torna vital conferir o material na obra antes do início dos serviços.

As hastes de aterramento têm que ser de alta camada, com 254 micra de cobre (NBR 13571). As ferragens e acessórios de aço têm que ser obrigatoriamente galvanizados a fogo (NBR 6323). Para garantir a qualidade com relação a estes e outros itens da instalação, é necessário que a empresa instaladora (ou fiscal) se responsabilize pela conferência e aprovação ou não dos materiais recebidos na obra.


Medição do diâmetro do fio para cálculo da área total do cabo - norma NBR 6524

A profundidade da valeta do aterramento deverá ser de 50 cm de profundidade, e outras exigências da norma e do projeto devem ser plenamente atendidas.

Seguem abaixo exemplos de especificações corretas:

Exemplo 1) Cabo de cobre para o aterramento
Cabo de cobre nu, 50 mm², formação sete fios, norma NBR 6524

Exemplo 2) Haste de aterramento
Haste tipo Copperweld 5/8" x 3,0 m alta camada (254 micra) - NBR 13571


Haste de aterramento de alta camada, com inscrição em baixo relevo da espessura da camada e o número da norma (254 µm norma NBR 13571)

Para garantir a qualidade dos serviços, é recomendável que a execução seja fiscalizada por empresa especializada (preferencialmente terceirizada), para garantir a fidelidade do projeto e a documentação de todo o processo até a entrega da obra.

Manutenção
Os SPDAs devem passar por inspeções visuais anualmente e inspeções completas (de acordo com o nível de proteção requerido), e nessas inspeções deverão ser identificadas eventuais irregularidades (caso existam) e corrigidas imediatamente, para garantir e eficiência do sistema.

Recomendações

É importante lembrar que o aterramento não natural consiste num anel circundando a edificação a 50 cm de profundidade e deverá ser medido pelo método de queda de potencial, com respectivo laudo de medição.


Instalação genérica de SPDA externo em galpão

O projeto, instalação e fiscalização deverão ser realizados por empresas especializadas para garantir a qualidade final e confiabilidade do sistema.


Instalação genérica de SPDA externo em prédio

Normando Virgilio Borges Alves, Diretor técnico da Termotécnica Para-raios, Vice-presidente de Comunicação da Abrasip-MG (Associação Brasileira de Engenharia de Sistemas Prediais), Diretor da SB-RAI, Relator da norma NBR 5419/2005, normando@tel.com.br

Leia Mais
BR 5419/2005 - Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)


Fonte: Téchne

Pára-raios (Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas-SPDA)

Pára-Raios

Introdução
Nada pode ser feito para impedir a queda de um raio em determinado local ou estrutura. Quando a energia acumulada na nuvem atinge um valor-limite capaz de romper a isolação do ar, o raio desce em direção ao solo (líder descendente) e, em dado momento, outro raio sai do solo (líder ascendente) em direção ao líder descendente. A uma altura entre 20 m e 100 m do solo, os dois líderes se encontram e nesse momento o raio "decide o local que irá atingir". Esse ponto de encontro é também chamado de centro da esfera e serve de embasamento para a teoria do modelo eletrogeométrico ou "esfera rolante". Os pontos altos e de maior área de exposição são os que têm maior probabilidade de ser atingidos. No entanto, nada poderá impedir que uma edificação pequena possa ser atingida; apenas a probabilidade é menor.

Por melhor que seja o sistema de proteção instalado, este nunca será 100% eficiente, pois estamos lidando com um fenômeno natural, totalmente imprevisível e aleatório. Os sistemas de pára-raios destinam-se, prioritariamente, a proteger as edificações e as vidas humanas. Se bem instalados, minimizam também os riscos de danos a equipamentos elétricos, eletromecânicos e eletrônicos. Porém, nesse caso, uma proteção adequada requer a instalação de supressores de surtos (protetores elétricos) e a equalização (interligação) das malhas de aterramento.

Quando Benjamin Franklin descobriu que o raio era um fenômeno físico-elétrico, em 1752, sustentou a tese de que o pára-raios instalado em cima de uma edificação poderia "descarregar a nuvem", evitando que o raio caísse. Pouco tempo depois, ao constatar que edificações providas de pára-raios também tinham sido atingidas, o cientista reformulou sua teoria, admitindo que um sistema de pára-raios é o caminho mais rápido e seguro para uma descarga atingir o solo, o que minimizaria eventuais danos e riscos pessoais.

Por incrível que pareça, ainda hoje existem pessoas que acreditam na primeira teoria de Franklin. A norma da ABNT sobre pára-raios que vigorou até 1993 (NBR 165) aceitava apenas o método Franklin com um ângulo de 60º. Já a nova NBR 5419/93 adotou como referência a norma da IEC (International Electrical Comission), atualização que permitiu aumentar consideravelmente a eficiência dos sistemas de proteção utilizados no Brasil. O texto atual define critérios mais coerentes, variando os ângulos de proteção em função do nível de proteção (veja tabela) e da altura da edificação, até um ângulo máximo de 55º - neste caso, aplicado no nível 4, o de menor eficiência e no qual os riscos materiais e pessoais são muito baixos (galpões com conteúdo desprezível e raro acesso de pessoas).

Um dos pontos positivos da nova norma é a proibição de qualquer artifício destinado a majorar a proteção dos Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (item 4.7 da norma). Com o intuito de ganhar dinheiro à custa de pessoas leigas ou desatualizadas, alguns fabricantes prometem captores com ângulos majorados (80º ou mais), dispositivos artificiais e até teorias patéticas para tentar ganhar o espaço deixado pelos captores radioativos, cuja fabricação foi proibida pela CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear). Por isso, são considerados confiáveis apenas os métodos de proteção contemplados pela NBR 5419/93, único documento aceito pelo Código de Defesa do Consumidor.

A obrigatoriedade ou não de instalar um SPDA é em geral uma exigência de leis municipais. Quando essas leis adotam a NBR 5419/93, é possível dispensar o SPDA, desde que haja uma avaliação estatística de acordo com o anexo "B" da norma (este anexo verifica se a edificação precisa ou não de um sistema de proteção). Porém, cabe salientar que mesmo que o cálculo indique não ser necessário fazer proteção, o desejo do usuário de se sentir seguro é motivo mais que suficiente para a instalação do SPDA. Uma vez tomada essa decisão, o primeiro passo consiste em enquadrar a edificação em um dos quatro níveis de proteção (veja Tabela 1).
Apó
s a seleção do nível de proteção, deverá ser definido o método de proteção, espaçamento das descidas etc. (Tabela 2).

Observações

1. O sistema Franklin, recomendado para edificações de pequeno porte, deve ser instalado em poste ou torre fora da edificação, porém dentro do raio de ação (conforme indicar o método da esfera rolante). Desaconselha-se a instalação do sistema sobre telhados, sob o risco de provocar danos à cobertura e eventuais infiltrações de água no futuro.

2. Outro fator a ser levado em consideração é o impacto estético que essa instalação (chamada de "paliteiro") acarreta para a edificação.

3. Para galpões e prédios, o melhor sistema é a Gaiola de Faraday.

4. Para locais onde são armazenados ou produzidos materiais inflamáveis e explosivos, o sistema "fisicamente isolado" (poste ou torre metálicos) é o mais indicado, com acréscimo de um cabo aéreo, passando por cima da edificação, dependendo do grau de risco de explosão.

5. Quando citada neste trabalho, a palavra "condutor" deve ser entendida como: cabos, barras chatas de alumínio ou cobre, perfis metálicos, tubos metálicos etc.

6. Um sistema batizado de "estrutural" (embutido no concreto armado) vem sendo muito usado em Minas Gerais desde a publicação da NBR 5419/93 (junho1993). Do ponto de vista da proteção contra descargas atmosféricas, esse sistema tem-se mostrado bastante eficiente e aproximadamente 30% mais econômico que os sistemas externos/embutidos. Sua aplicação é destinada principalmente a prédios, podendo também ser implantado em galpões industriais.

Métodos de dimensionamento
A norma atual admite basicamente três métodos capazes de orientar
o dimensionamento de um SPDA. São eles:

Sistema Franklin-------------------------------------------
O sistema Franklin consiste na colocação de hastes verticais sobre a edifi-cação (ou perto desta), de modo que a edificação fique den-tro do cone de proteção projetado pela ponta do pára-raios. Devido às limitações impostas pela norma, a abertura do cone foi substancialmente reduzida e por esse motivo o sistema passa a ser cada vez menos usado em grandes edifícios, contudo indicado para edificações de pequeno porte ou para proteger estruturas específicas no alto de prédios, tais como antenas de TV ou parabólicas, placas de aquecimento solar, luminosos etc. A proteção baseia-se na rotação da tangente de um triângulo em torno de um eixo (geratriz), cujo ângulo de abertura é determinado pela Tabela 2, variando em função do nível de proteção e da altura da edificação.

Método da esfera rolante, eletrogeométrico
ou esfera fictícia ------------------------------------------
Como vimos anteriormente, Franklin e Gaiola de Faraday são sistemas compostos de materiais (mastros e cabos) instalados nas fachadas das edificações. Para saber se esses materiais estão corretamente posicionados e dimensionados, confirmando assim a eficiência do sistema projetado, pode-se adotar um modelo de cálculo chamado "método da esfera rolante", que consiste em fazer rodar uma esfera fictícia (com raio de acordo com a tabela) em todos os sentidos e direções sobre o topo e fachadas da edificação. O objetivo é fazer com que os mastros (Franklin) ou cabos (Gaiola) impeçam que a esfera toque a edificação. A esfera, neste caso, simula a ação do raio. Este é um método de cálculo e dimensionamento que, ao contrário do Franklin e Gaiola de Faraday, não existe fisicamente.
O método da esfera rolante data da década de 80 e constitui uma evolução do método Franklin. Muito usado para proteção das linhas de transmissão de energia, o método foi simplificado para ser aplicado em edificações, servindo tanto para dimensionar o SPDA quanto para checar a proteção com relação a edificações vizinhas, desníveis e estruturas específicas, tais como antenas, placas de aquecimento solar, painéis de propaganda etc., normalmente colocadas no topo das edificações. O raio da esfera é adotado em função do nível de proteção selecionado (ver tabela) e corresponde à distância de encontro entre o líder ascendente e o líder
escarpado.

Sistema de Gaiola de Faraday ou malha---------------------------------
O sistema da Gaiola de Faraday consiste no lançamento de cabos horizontais sobre a cobertura da edificação, modulados (com fechamentos, "mesh") de acordo com o nível de proteção (veja tabela). Esse sistema funciona como uma blindagem eletrostática, uma tentativa de reduzir os campos elétricos dentro da edificação. As suas vantagens são:
melhor eficiência e proteção menor impacto estético minimiza o campo elétrico dentro da edificação sistema consagrado internacionalmente menor manutenção preventiva

Fonte: Téchne