Quando nos perguntam como funciona um para-raios, temos que indicar que o para-raios é o terminal aéreo responsável pela proteção externa de um edifício ou estrutura contra descargas atmosféricas diretas.
O que é um para-raios?
Um para-raios é um terminal externo instalado em um edifício ou estrutura que se destina a atrair raios para ter um ponto de impacto controlado e evitar que eles atinjam uma área indesejada ou causem danos às pessoas.
Existem vários tipos de para-raios com características diferentes. Mas eles são feitos de materiais metálicos e sua morfologia se baseia em uma ou mais pontas salientes onde impacta a descarga durante a tempestade de raios.
A instalação completa é chamada de sistema de proteção contra raios e é composta principalmente por:
- Sistemas de coleta (condutores de raios)
- Condutores de descida.
- Sistemas de aterramento.
- Proteção contra surtos.
Antes de vermos como funciona um para-raios, vamos dar uma olhada em um pouco da história e os possíveis efeitos dos raios.
HistóriA
Em 15 de junho de 1752, durante um dia tempestuoso na Filadélfia, um cientista e inventor chamado Benjamin Franklin fez voar uma pipa com uma estrutura metálica amarrada com um fio de seda, na qual ele havia inserido anteriormente uma chave metálica, colocando-a perto de sua mão. Graças a esse experimento, ele pôde observar que, por meio do fio de seda, a eletricidade alcançava a chave e faíscas elétricas voavam.
Ele confirmou que a chave estava carregada eletrostaticamente, provando assim que as nuvens eram eletricamente carregadas e que o raio era uma grande descarga eletrostática.
Franklin descobriu que se o raio, ou fogo elétrico, como ele o chamava, ao sair das nuvens, encontrasse um condutor metálico em seu caminho para a terra em que meter-se, ele permaneceria lá e se dissiparia. Como resultado desse experimento maluco, um ano depois, em 1753, ele descobriu o para-raios do tipo Franklin e essa pipa se tornaria a mais famosa da história.
Efeitos de raios
Entre os diferentes efeitos que podem ser causados por um raio, podemos citar alguns como os efeitos térmicos, fisiológicos, eletrodinâmicos, eletroquímicos, etc. Devido à sua importância, destacaremos os efeitos térmicos e fisiológicos.
Os efeitos térmicos se devem à alta temperatura do canal por onde flui a corrente do raio, que pode chegar a 20.000° C, causando grandes danos quando o raio atinge uma árvore ou uma estrutura, por exemplo.
Por outro lado, os efeitos fisiológicos afetam principalmente os seres vivos e se devem às tensões de passo e de contato que aparecem quando o raio se descarrega na terra. Para combater e mitigar esses efeitos, as normas de proteção contra o raio estabelecem medidas de segurança para pessoas e animais, como as estabelecidas no Anexo D da norma UNE 21186:2011.
Há também normas internacionais que abordam os efeitos da corrente elétrica dos raios no corpo humano e no gado (IEC TR 60479-4:2011). E outras normas que estabelecem procedimentos de segurança para a redução de riscos quando estamos fora de uma estrutura ou edifício (IEC/TR 62713).
Os raios também têm dois efeitos associados muito característicos: o relâmpago, que é seu efeito luminoso devido à circulação de tanta corrente (até 200 kA), e o trovão, que é o efeito sonoro devido à onda de choque do ar sendo aquecido em tempos de poucos microssegundos a temperaturas muito altas.
Funcionamento
Quando nos perguntam como funciona um para-raios, temos que indicar que ele é o terminal aéreo que realiza a proteção externa de uma edificação ou estrutura contra os possíveis impactos diretos dos raios. Para isso, o para-raios deve ser instalado sempre acima da parte mais alta do edifício ou estrutura a ser protegida e será responsável por captar e canalizar com segurança a descarga do raio para a terra.
Para capturar a descarga do raio, os para-raios têm uma ponta e um corpo metálico, que são conectados por meio de uma rede condutora a um sistema de aterramento de baixa impedância (menos de 10 Ω), onde a descarga do raio é dissipada.
Em condições de tempestade, surge uma alta tensão entre o sistema nuvem-solo devido à grande quantidade de cargas elétricas presentes tanto na base da nuvem quanto no solo. Essa alta tensão é o gatilho para o líder descendente do raio, que perfurará o dielétrico de ar entre a nuvem e o solo.
O campo elétrico muito alto E (kV/m) que aparece nessa área também faz com que o corpo do para-raios inicie uma circulação de cargas elétricas ascendentes de sinal oposto como um traçador ascendente, que se encontrará e se recombinará com o líder descendente, capturando-o e descarregando-o na terra.
SSistemas de proteção externa
Atualmente, existem 4 sistemas de proteção externa que são endossados por normas:
Devido às suas vantagens em relação a outros sistemas de proteção externa, o para-raios com dispositivo de ignição PDI é atualmente o mais utilizado, pois oferece um raio de proteção maior do que outros sistemas (até 80 m de raio no nível de proteção I) e sua instalação é muito simples, pois, em alguns casos, requer apenas um condutor de descida para conduzir a corrente do raio e um sistema de aterramento para dissipar toda a sua energia.
Como consequência de todos esses fatores, a instalação de um sistema de para-raios PDI é simples, fácil, rápida e muito econômica quando comparada a outros sistemas.
Projeto e instalação
Para o projeto correto de um sistema de proteção contra raios em uma estrutura, devemos primeiro realizar uma análise de risco da estrutura para determinar se a proteção é necessária. Caso a proteção seja necessária, devemos calcular o nível de proteção ou o fator de segurança a ser aplicado à estrutura (I, II, III ou IV). No site da INGESCO, há um software on-line gratuito para realizar esse cálculo e avaliação.
Depois de calcularmos o nível de proteção da estrutura, selecionaremos um dos 4 sistemas externos de proteção contra raios que melhor se adapte às suas necessidades.
Se o método selecionado for o de para-raios com dispositivo de ionização PDI, deverão ser seguidas todas as orientações e diretrizes estabelecidas nas normas que regem esse tipo de para-raios (UNE 21186:2011 o CTE DB-SUA-8 (Código técnico de la edificación)).
No artigo instalação de para-raios, você encontrará mais informações sobre como instalar um para-raios PDI de acordo com as normas.
Como saber se devo instalar um para-raios
A instalação ou não de um sistema externo de proteção contra raios depende das normas em vigor em cada país. A compra de um para-raios é uma questão de escolha dos proprietários do prédio ou da casa.
O risco de raios para as pessoas ou para a infraestrutura e a importância de cumprir as normas devem ser levados em conta, pois a não implementação de um sistema de proteção adequado pode custar muito caro em um momento inesperado. A qualidade do sistema de coleta é crucial.
Você pode consultar diretamente o departamento de engenharia da INGESCO para realizar um estudo gratuito, de acordo com as normas vigentes e detalhar em um relatório técnico se é necessário instalar um sistema externo de proteção contra o raio ou você mesmo pode realizar o estudo com o software da INGESCO.
