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

Condução flexível

Desenvolvimentos em tubos e conexões para condução de água quente buscam facilitar a execução e a manutenção das instalações, sejam elas baseadas em materiais metálicos ou plásticos

Por Juliana Nakamura

As instalações hidráulicas são, tradicionalmente, alvo de um grande número de reclamações no pós-ocupação, o que torna oportuno que projetistas e fabricantes de tubos e conexões dediquem esforços para dar maior acessibilidade e estanqueidade aos sistemas prediais. Nos últimos anos, tal preocupação, aliada a questões de custo, impulsionou o uso de materiais termoplásticos, como o CPVC (Cloreto de Polivinila Clorado), o PEX (Polietileno Reticulado) e o PPR (Polipropileno Copolímero), que conquistaram uma fatia importante de um mercado até então dominado pelos tubos de cobre.

Um indicador de que flexibilidade e praticidade são cada vez mais valorizadas nos projetos hidráulicos foi o lançamento recente dos tubos de cobre flexíveis para instalação ponto a ponto. Por dispensar o uso de conexões, solda e fluxo, esse tipo de solução diminui o risco de vazamentos e, segundo o cálculo de alguns instaladores, pode reduzir o tempo médio de instalação em até dez vezes em comparação a um sistema rígido.

Hoje, os projetistas têm à disposição uma ampla gama de alternativas que lhes permitem aproveitar materiais com características distintas de acordo com as necessidades e disponibilidades de cada obra, inclusive combinando matérias-primas diferentes, como cobre e polipropileno, por exemplo, para obter a melhor produtividade e relação custo-benefício. "O mais importante é que as escolhas por um ou mais materiais levem sempre em conta as propriedades hidráulicas, como rugosidade, além de características térmicas e mecânicas (dilatação)", comenta o engenheiro e consultor de instalações hidráulicas Sérgio Frederico Gnipper.

Entre os materiais aplicados em tubulações da rede de distribuição predial de água quente, o cobre é o mais difundido, sobretudo em função de características como reduzida dilatação térmica, alta resistência a pressões de serviço e resistência aos efeitos de fadiga mecânica e térmica. "Embora apresente custo relativo mais elevado, na maioria das aplicações, o cobre se mostra um material de elevada durabilidade e confiabilidade, até mesmo com propriedades germicidas, dada à dissolução na água de íons cobre em baixas concentrações", comenta Gnipper.

Em contrapartida, esses sistemas dispõem de elevada condutibilidade térmica, o que torna necessária a isolação térmica complementar. "Em comparação com os tubos e conexões plásticos, os tubos metálicos têm maior peso unitário e elevada transmissão acústica resultante da rigidez do material", compara o engenheiro Alberto Fossa, diretor da MDJ Engenharia Consultiva. "Além disso, o elevado módulo de elasticidade dos tubos metálicos impõe elevados esforços sobre ancoragens, particularmente em trechos de extensão considerável, como em colunas de distribuição em edifícios verticais", acrescenta Gnipper.


Falhas expostas

Outro inconveniente associado às conexões de cobre é a dificuldade dos construtores de se garantir a qualidade da solda. Nesse quesito, os materiais plásticos tendem a apresentar vantagens, especialmente os sistemas PPR e PEX, que permitem a identificação imediata de defeitos de execução. Os tubos de PPR têm conexão realizada por termofusão molecular a temperaturas acima de 250°C, processo que transforma a ponta do tubo e a bolsa da conexão em um elemento único, com espessura reforçada. Isso faz com que esses produtos tolerem temperaturas e pressões sob utilização superiores à recomendada para tubulações de CPVC, que têm junção realizada com adesivos químicos.

Já no sistema PEX, a instalação ocorre pelo método ponto a ponto, em que a água é distribuída a partir de um quadro (manifold) diretamente aos pontos de consumo, sem derivações. Semelhante ao que ocorre em uma instalação elétrica, o tubo é introduzido dentro de um condutor. Consequentemente, emendas e conexões são dispensadas e, em caso de manutenção, a troca da tubulação sem necessidade de quebra de revestimentos. "Em razão de sua elevada flexibilidade, os tubos PEX favorecem um sistema construtivo com distribuição concentrada ou centralizada. Isso permite que sejam embutidos em contrapisos de lajes e em alvenarias, correndo de modo contínuo, individualmente, desde um barrilete de distribuição até cada um dos pontos de utilização de água quente", revela Gnipper. Não à toa, esse tipo de instalação tem sido muito utilizado junto com drywall.

Conforme a classe de pressão, os tubos PEX podem suportar temperaturas e pressões sob utilização distintas. No PEX tipo A, a reticulação é obtida por reação química com peróxido de hidrogênio, o que lhe confere elevada resistência à pressão, à temperatura e à fadiga mecânica. Já o PEX tipo C apresenta menor resistência à temperatura e pressão, mas em compensação, tem maior flexibilidade do que o tipo A.

Outro fator de diferenciação entre os materiais para tubos e conexões de água quente é a dilatação térmica. Os tubos plásticos próprios para a condução de água quente costumam apresentar coeficiente de dilatação térmica entre 3,5 a 8,5 vezes maior do que uma tubulação equivalente de cobre. Visando contornar essa característica e, ainda, conferir maior resistência mecânica à tração, flexão e tensões radiais, foram criados os tubos PEX e PPR com alma de alumínio. Com juntas de alta pressão por deformação a frio, esse tipo de produto une características dos tubos metálicos com as dos tubos plásticos.

O ótimo desempenho de uma instalação de água quente, contudo, não depende apenas do material adotado nas tubulações. O projeto de instalações precisa considerar uma série de elementos, desde a análise da necessidade de consumo, até a seleção do tipo de sistema de aquecimento e o traçado da rede de distribuição. "A especificação do sistema de condução deve contemplar aspectos de durabilidade da instalação, temperatura máxima a ser atendida em função do tipo de sistema de aquecimento selecionado, facilidade na execução das conexões, entre outros", lembra Alberto Fossa.

Problemas na concepção da instalação podem levar à perda de carga e vazão nos pontos de consumo causados por colos altos em formato de sifão nas tubulações. "Nos casos em que é inevitável a conformação de um colo alto, por exemplo, na travessia do vão de uma porta de banheiro, a solução é prover um tubo-respiro adequado se a distribuição de água quente for por gravidade, ou então dotada de um dispositivo automático eliminador de ar se o sistema for pressurizado", comenta Sérgio Gnipper. Segundo o projetista, outra falha frequente em sistemas de água quente tem sido a falta de previsão de meios para absorver as suas dilatações e contrações térmicas, tais como loops, liras de dilatação e juntas de expansão. A ausência desses dispositivos pode fazer com que um dado trecho de tubulação de água quente fique completamente confinado, sem possibilidade de dilatar-se ou contrair-se, acumulando tensões mecânicas sucessivas de tração e compressão em suas paredes. "Com o passar do tempo, esse trecho poderá romper-se por ação de fadiga, geralmente incidente nas juntas soldadas das conexões em tubulações de cobre ou regiões de tubo próximas, e nas imediações de conexões que representem pontos de ancoragem em tubulações plásticas", explica Gnipper.

Checklist - Aspectos de projeto
Algumas questões que devem ser previamente estudadas pelo projetista:
 Racionalização energética na geração e distribuição de água quente
 Existência de válvulas de segurança à temperatura e à pressão junto aos aquecedores
 Existência de sifão térmico na alimentação de água fria a montante de aquecedores de acumulação
 Tubulação de alimentação de água fria aos aquecedores exclusiva e resistente à água quente
 Expansão volumétrica durante o aquecimento da água por acumulação
 Perdas térmicas passivas nas tubulações e isolamento térmico adequado
 Movimentação térmica nas tubulações e meios para absorvê-la
 Necessidade de recirculação de água quente onde a geração é distante dos pontos de consumo
 Existência de pares galvânicos em tubulações metálicas
 Presença de colos altos nas tubulações com segregação de ar e meios para sua eliminação
 Verificação da extensão requerida para braço de flexão nas derivações de colunas de distribuição
 Possibilidade de entrada de água quente em tubulações de água fria em misturadores (e vice-versa), principalmente em pontos de duchas manuais com gatilho



Em revisão
As normas de instalações prediais de água fria e quente - respectivamente NBR 5626:1998 e NBR 7198:1993 - devem passar por revisão em 2010. Em vigor há mais de dez anos, os textos não contemplam uma série de questões que surgiram nos últimos anos, como instalações prediais em edifícios mais altos e uso racional da água. O SindusCon-SP (Sindicato da Indústria da Construção Civil do Estado de São Paulo), inclusive, já está mobilizando interessados em integrar a comissão de estudos para a revisão dos textos junto à ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).

Também são bastante aguardadas pelo setor as normas brasileiras para materiais como PEX (Polietileno Reticulado) e PPR (Polipropileno Copolímero), atualmente em fase de elaboração no Comitê Brasileiro de Construção Civil. No caso do PEX, o texto já passou pela consulta pública e a expectativa é a de que, em meados de 2010, seja finalmente publicado.



Produtos & Técnicas

Cobre flexível



A Termomecânica lançou uma linha de tubos de cobre flexíveis sem costura e diâmetros que variam de 15 mm a 28 mm. O sistema é indicado principalmente para instalação de prumadas em edifícios com mais de 20 andares sem a realização de emendas, dispensando o uso de conexões e soldas.

(11) 4366-9777
http://www.termomecanica.com.br/

Instalação expressa



O tubo de alumínio multicamadas da Emmeti resiste a temperaturas de até 95ºC sem dilatação. O produto é revestido de polietileno reticulado e, segundo o fabricante, utiliza apenas 10% do tempo de instalação do cobre graças ao menor número de conexões exigido.

0800-7700-383
http://www.emmeti.com.br/

Tubo de cobre



A Eluma produz os tubos rígidos de cobre Hidrolar, fabricados pelo processo de extrusão e em seguida calibrados nos diâmetros comerciais por trefilação. Acoplados com conexões de cobre ou bronze por soldagem capilar, os tubos Classe C são indicados para instalações de água fria e água quente, gás, instalações de combate a incêndio por hidrante e sprinklers.

(11) 2199-7508
http://www.eluma.com.br/

Polietileno reticulado



Multipex é o sistema de instalação de tubos em polietileno reticulado com alma de alumínio oferecido pela Astra para condução de água quente e fria. O material resiste a altas temperaturas e não está sujeito à corrosão galvânica.

(11) 4583-7752
http://www.astra-sa.com.br/

Mais conexões



Além de incorporar ao seu portfólio de soluções os tubos PEX, a Tigre lança novos diâmetros de conexões da linha Aquatherm, indicada para instalações prediais e industriais. Os novos diâmetros e peças visam atender às solicitações do mercado de sistemas para água quente. Ampliam a linha os conectores (35 x 1.1/4' - 42 x 1.1/2' - 54 x 2' - 114 x4'), Tê com Redução (35 x 28 - 42 x 28 - 54 x 28 mm) e União Aquatherm (54 mm).

0800-7074900
http://www.tigre.com.br/

Shaft



Com tubos de polietileno de alta resistência, o sistema Tubotherm Acqua, do Grupo Dema é indicado principalmente para uso em drywall. A tubulação é instalada dentro de tubos-guias flexíveis para alimentação de cada aparelho ponto a ponto, sem conexões. Com isso, cria-se a possibilidade de remover ou substituir os tubos sem a necessidade de se quebrar revestimentos e paredes.

0800-7710-331
http://www.grupodema.com.br/

Estanqueidade



A linha Amanco PPR é composta por tubos com comprimentos comerciais de 4 m e conexões disponíveis em diâmetros que vão de 20 mm a 90 mm. A união é feita pelo processo de termofusão a 260°C, dispensando o uso de solda, roscas e colas. Segundo o fabricante, os tubos e conexões dessa linha são projetados para durar mais de 50 anos, sem qualquer tipo de corrosão ou perfuração das tubulações.

0800-7018770
http://www.amanco.com.br/


Condução durável



Capaz de suportar pressão de até 12,5 bar, além de resistir a temperaturas entre -100 e +95°C, o Hydro Pex apresenta durabilidade de até 100 anos, segundo a fabricante Epex. Com alta resistência à abrasão, apresenta baixa condutividade térmica.

(47) 3334-3100
http://www.epexind.com.br/

Fonte: Téchne