A EVOLUÇÃO DOS PARA-RAIOS
Grazielle Carvalho de Moura1
Junio Guedes Dias2
Prof. Pedro Alcântara de Mattos Junior3
RESUMO
O presente artigo apresenta a evolução dos para-raios a partir de uma revisão
bibliográfica que é um método que permite a inclusão de estudos de diferentes
abordagens metodológicas. Optando-se por artigos e outros trabalhos científicos tais
como dissertações, teses e/ou legislações e as normas brasileiras da Associação
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) sobre Proteção de Estruturas contra
Descargas Atmosféricas. O estudo apresenta como principal conclusão: a proteção
contra os danos e efeitos provenientes de descargas elétricas atmosféricas fez com
que diversos estudiosos desenvolvessem novos tipos de para-raios para atender as
necessidades do homem. Desde 1752, com os primeiros passos de Benjamin
Franklin na evolução desses aparelhos, dezenas de modelos foram testados e
implantados, sempre se seguindo, mediante os resultados na proteção de sistemas
elétricos e edifícios, na linha de desenvolvimento e aprimoramento dos para-raios. E
os resultados dessas constantes evoluções se verificam em sistemas e aparelhos
com elevada eficiência na proteção contra as descargas atmosféricas, garantindo o
funcionamento constante e equilibrado de subestações de energia, sistemas de
transmissão e distribuição, bem como na proteção de edificações e pessoas
presentes em seus interiores.
Palavras-chave: Captor. Descarga atmosférica. Edificações. Para-raios. SPDA.
THE EVOLUTION OF THE LIGHTNING ROD
ABSTRACT
This paper presents the development of lightning arresters from a
literature review which is a method that allows the inclusion of studies of different
1
Graduada em Engenharia Civil pela Faculdade Kennedy.
Graduado em Engenharia Civil pela Faculdade Kennedy.
3
Engenheiro Civil, Eletricista. Pós Graduado em Avaliações e Perícias. Pós-Graduado em Engenharia de
Segurança do Trabalho e Mestre em engenharia mecânica. Professor em Instalações Elétricas, Rede de
Telecomunicações e Sistemas de Segurança na Faculdade Kennedy.
2
methodological approaches. Opting for articles and other scientific works such as
dissertations, theses and/or laws and the Brazilian Association of Technical
Standards (ABNT) on Structure Protection against Atmosphere Discharges, this
study presents as main conclusion: The protection against damage and effects from
atmospheric electrical discharges caused many scholars to develop new types of
lightning rods to meet the needs of mankind. Since 1752, with the first steps of
Benjamin Franklin in the evolution of these devices, dozens of models have been
tested and implemented, always following, through the results in the electrical
systems and buildings protection, in line of development and improvement of the
lightning rod. And the results of these constant changes can be seen in systems and
devices with high elevated efficiency in protecting against lightning, ensuring
constant operation and balanced power substations, transmission and distribution
systems, as well as in the protection of buildings and personnel present in their
interior.
Keywords: Lightning arrester. Captor. Lightning. SPDA. Buildings.
1 INTRODUÇÃO
Descargas atmosféricas causam sérias perturbações nas redes aéreas de
transmissão e distribuição de energia elétrica, além de provocar danos materiais nas
construções atingidas por elas, acrescendo-se os riscos a que as pessoas e os
animais ficam submetidos.
Atualmente, o Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas
(SPDA) pode ser utilizado em várias estruturas de concreto dentro da construção
civil como em tubulão, blocos de coroamento, cintamento, pilares e lajes, pois o raio
quando cai é absorvido pelo Captor de Franklin e conduzido através da “Re-bar”
(Barra de aço galvanizada a fogo) até o solo sem causar nenhum dano.
As modificações dos para raios que ocorreram ao longo dos tempos, os
seus detalhes construtivos, componentes e forma de atuação sob determinada
tensão e corrente, nas suas aplicações em proteção tanto de subestações de
energia e transmissão como de proteção de edificações e pessoas foram o interesse
da pesquisa.
E a pergunta que orientou este estudo pode ser assim contextualizada: O
que levou aos diversos estudiosos desenvolverem novos tipos de para-raios?
A evolução histórica dos equipamentos e dispositivos de proteção contra
as descargas elétricas atmosféricas é um tema relevante na Engenharia Civil, visto
que os para-raios são utilizados para prevenção de danos à estrutura de edifícios
em concreto armado ou de estrutura metálica, das pessoas em seus interiores, bem
como instalações industriais, subestações, redes de transmissão e distribuição de
energia e demais estruturas passíveis de proteção contra os danos provenientes das
descargas atmosféricas.
De acordo com a história o primeiro escopo do que, depois de algum
tempo viria a ser chamado de para-raios, foi desenvolvido em 1752, em pleno auge
do Iluminismo, pelo cientista americano Benjamin Franklin. Até hoje, o captor
desenvolvido pelo fruto de suas observações é amplamente utilizado, principalmente
em edificações (SANTOS, 1996; ALMEIDA, 2003).
Dessa forma, o presente artigo apresenta a evolução dos para-raios.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Santos (1996) afirma que, inicialmente, Franklin provou que ocorriam
descargas ou correntes elétricas na atmosfera ao nível das nuvens quando ocorriam
as tempestades. Em sua época, o Iluminismo, muitas teorias e observações
careciam de comprovação científica e Franklin, para provar sua teoria, soltou uma
pipa durante uma forte tempestade amarrada a um longo fio, da ponta de suas
varetas até a terra. Com um aparelho, o cientista comprovou que o fio amarrado à
pipa no meio da tempestade atraía corrente elétrica, a qual o percorria até o
aparelho montado na terra. Ao “captar” essa corrente, Franklin provou que os raios
dentro das nuvens durante a tempestade eram, na verdade, intensas descargas
elétricas.
Antes de sua descoberta, raios e trovões eram fenômenos naturais
cercados por misticismo. Muitos acreditavam que as tempestades de raios
simbolizavam a fúria dos deuses.
Santos (1996) ainda descreve que o estudo de Franklin determinou o
“poder das pontas” em que objetos pontiagudos, como as varetas da pipa, têm
grande capacidade de atrair corrente elétrica pelo fato da concentração de cargas
nas pontas. Essa afirmação é à base do Captor de Franklin, composto por um
mastro com hastes pontiagudas, ligado a um fio aterrado no solo.
Após comprovar sua teoria, o cientista publicou sua descoberta no jornal
da época, propondo inclusive que todos os imóveis públicos tivessem um para-raios
no seu telhado para protegê-los durante as tempestades. Na época, muitas
construções eram danificadas pelas quedas dos raios, principalmente as torres das
grandes catedrais, as quais tinham, justamente, seu telhado em formato pontiagudo.
Anos mais tarde, após Franklin provar que os raios formados dentro das
nuvens eram descargas elétricas, estudos confirmaram a natureza desses
fenômenos.
Durantes as tempestades, as nuvens adquirem campos elétricos devido
aos atritos que ocorrem em seu interior. Tais atritos são provocados entre pequenas
gotas de água de temperatura baixíssima, entre partículas de gelo e demais
partículas presentes na atmosfera que se chocam gerando pequenas correntes
elétricas. Esses atritos, ao se tornarem mais constantes, criam polos eletricamente
carregados no interior das nuvens. Com a instabilidade elétrica no interior das
nuvens ocorre uma diferença de potencial entre uma nuvem e outra e entre nuvem e
terra. Existindo essa diferença de potenciais ou tensões, formam-se subitamente
correntes elétricas, as descargas atmosféricas. Essas descargas ocorrem entre as
nuvens, de uma nuvem para a terra e vice-versa (MARCARINI, 2012).
Para Santos (1996) uma descarga atmosférica também é conhecida como
frente de onda rápida e tem a característica de um pulso de corrente que gira em
torno de 50us (microssegundos), sendo que o tempo inicial de amplitude zero até o
pico, conhecido como tempo de crista (tf), tem a duração de 1,2us e, do instante de
pico da corrente até o zero, é conhecido como tempo de calda e varia em torno de
50us.
Segundo Almeida (2003) os efeitos dos raios, que são essas grandes
descargas atmosféricas, são imensuráveis para os equipamentos, instalações e
estruturas de modo geral, além de representar um risco à vida das pessoas que
estiverem desprotegidos durante esses fenômenos. Por exemplo, pode-se citar, a
estrutura de uma refinaria de petróleo. Se esta não dispuser de um eficiente sistema
de para-raios, a incidência de uma descarga atmosférica pode causar um
centelhamento que dará origem a uma grande explosão, colocando em risco
funcionários, o meio ambiente e tudo que estiver próximo. Pode-se citar também, a
incidência de raios em um edifício com várias famílias em seu interior, que
provocariam danos à estrutura e colocando em risco a vidas dos moradores e
pedestres no entorno da edificação. Indo mais além, a interrupção de um sistema de
distribuição de energia elétrica em uma região, após a queda de um raio. Tal evento
pode causar danos de reparação onerosa, demorada que deixaria de alimentar, por
exemplo, uma cidade inteira, meios de transporte, segurança ou até um hospital.
Enfim, é mais do que evidente que a proteção de qualquer equipamento
ou bem imóvel por um sistema de para-raios é demasiadamente importante. Ele
evita custos, danos expressivos e proteção dos seres vivos.
As companhias de telégrafo foram as primeiras a utilizarem para-raios
para proteger suas linhas de transmissão de dados, ao perceberam que, durante
fortes tempestades, todos os dados e informações em tráfego poderiam ser perdidos
causando vários prejuízos. No entanto, as linhas de telégrafo não eram energizadas
durante todo o tempo e para que a proteção fosse estendida às linhas de
transmissão de energia elétrica, modificações deveriam ser efetuadas nos pararaios, principalmente em relação à utilização de centelhadores simples, sem a
capacidade de interromper a corrente
de arco
subsequente.
Para que essa
corrente fosse interrompida, a tensão do sistema deveria ser cortada, ou então, uma
resistência inserida no momento do arco (SILVA, 2012).
Filho (2005)4 apud Marcarini (2012) define que para-raios é um dispositivo
com características não lineares dos elementos constituídos na sua fabricação. O
objetivo básico é conduzir correntes provenientes de descargas atmosféricas devido
às tensões induzidas nas redes e em seguida interromper as correntes
subsequentes, isto é, aquelas que sucedem às correntes de descargas após a sua
condução para a terra.
Os para-raios dão maior confiabilidade às redes de distribuição, pois sua
função é garantir a continuidade do funcionamento do sistema de energia, mesmo
que sofra abalos pela inesperada ocorrência de valores de corrente e tensão
superiores aos valores nominais. As finalidades básicas deste dispositivo são de
impedir que o abalo gerado pelas sobretensões se propague pela linha e
equipamento do sistema, permitindo a rápida dissipação das mesmas. Além disso,
outros modelos mais simplificados garantem a proteção de estruturas de prédios
comerciais e residenciais, além das pessoas que vivam ou transitem em seus
interiores (MARCARINI, 2012).
4
FILHO, J. A. (1996). Curso Básico Sobre a Utilização do ATP, CLAUE - Comitê Latino Americano de
Usuários do EMTP/ATP.
Assim, ao longo dos tempos, diversos para-raios foram idealizados e
construídos buscando aperfeiçoar seu funcionamento em vista das necessidades de
proteção e das consequências na falha do equipamento ao ser atingido por uma
descarga elétrica, nos seus mais diversos usos.
De acordo com dados do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
(Inpe/MCTI, 2013), o Brasil é campeão mundial em incidência de raios e ocorre em
seu território pelo menos uma a cada 50 mortes causadas por descargas elétricas
no planeta. São cerca de 100 vítimas fatais, mais de 200 feridos por ano e prejuízos
anuais da ordem de R$ 1 bilhão, sendo assim este trabalho tem por objetivo
apresentar o histórico da evolução do sistema de para-raios demonstrando a
importância que o mesmo tem desde tempos remotos, utilizando como base
pesquisa bibliográfica sobre o assunto abordado.
Os para-raios têm duas finalidades, segundo entrevista via e-mail com o
engenheiro Normando Alves (TERMOTÉCNICA, 2013), que é a de proteger
sistemas elétricos complexos e a de proteger a estrutura de edifícios. Esta última é
denominada de SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas).
Conforme
a
NBR
5419/2005
(Proteção
de
Estruturas
contra
Descargas
Atmosféricas), sua função é proteger a estrutura de edifícios e as pessoas em seu
interior. Há ainda o para-raios com a finalidade de proteger instalações elétricas de
baixa tensão (residenciais e comerciais). Trata-se de um modelo específico,
denominado Clamper. A sua utilização é obrigatória em quadros de distribuição de
circuitos (QDC) segundo a NBR 5410/2005 (Instalações Elétricas de Baixa Tensão).
De acordo com Pallaro (2013) um dos primeiros para-raios foi patenteado
por E. A. Sperry em 1887 e era baseado em centelhadores. Em seguida, em 1916, a
empresa americana ESSCo, desenvolveu o para-raios do tipo expulsão. Tentando
aprimorar o funcionamento sob tensões mais elevadas, o mercado conheceu o
modelo eletrolítico/químico a partir de 1916. Este para-raios foi o primeiro a utilizar
um metal, o hidróxido de alumínio, para reduzir a corrente elétrica que atravessava o
aparelho. A partir dele, surgiram em 1920 o para-raios com funcionamento baseado
no peróxido de chumbo, em 1930, o de carboneto de silício e, mais recentemente, o
para-raios com pastilhas de óxido de zinco em 1968. Este último ainda teve
evoluções referentes à adição de outros elementos metálicos junto ao zinco para
otimizar o desempenho dos resistores dentro das pastilhas do aparelho.
Esses modelos citados acima foram desenvolvidos mais especificamente
para proteção de centrais de transmissão de energia elétrica, de transmissão de
dados, redes de distribuição e subestações. Em relação aos modelos de proteção de
estruturas de edificações, estes não tiveram grandes evoluções desde o Captor de
Franklin. Baseado no conceito da Gaiola de Faraday, em 1846 o físico e químico
belga Louis Melsens desenvolveu o modelo de malhas de condutores que eram
interligados entre si e ao Captor de Franklin. Essas malhas eram conectadas a
condutores de descida nas edificações e aterrados no solo. Em 1914, também
existiram tentativas de melhorar a capacidade de proteção de Franklin com a criação
de captores, (PALLARO. 2013).
A partir de 1887, os modelos evoluíram de forma mais acelerada,
alterando características de funcionamento e peculiaridades.
De acordo com Woodworth (2011) em 1887 adotava-se o modelo de
para-raios de Sperry que baseado em um ou dois centelhadores, conforme mostra
figura1, que eram percorridas pela corrente e uma bobina. Inicialmente foram
utilizados como para- raios os centelhadores separados a ar, muito usado como
dispositivo de proteção dos equipamentos de uma subestação. Quando uma
sobretensão alcança o centelhador há o disparo, limitando a sobretensão nos
equipamentos protegidos por aquele dispositivo. Porém, o centelhador apresentava
como grande desvantagem o fato das variáveis climáticas como umidade, pressão
poeira e desgaste natural do material livre ao ambiente afetarem seu ponto de
operação, fazendo, com isso, variar o nível de proteção e assim diminuindo a
confiabilidade do equipamento, além de que quando em operação é necessário para
a eliminação do curto-circuito a atuação da proteção do sistema.
Figura 1- Esquema de para-raios
Fonte: (WOODWORTH, 2011. p. 3)
Ainda de acordo com Woodworth (2011) em meados de 1916 foi
desenvolvido o modelo tipo expulsão que funcionava com dois centelhadores que
possuíam diferentes espaçamentos e eram constituídos por diferentes materiais
dielétricos, não existia uma distribuição uniforme de tensão entre esses e o início da
disrupção era sempre determinado pelo centelhador montado na parte superior do
para-raios. Com a disrupção do centelhador superior, toda a tensão passava a ser
aplicada sobre o centelhador inferior, que iniciava o processo de formação do arco
no seu dielétrico, constituída por um material fibroso com a propriedade básica de
gerar gases que provocavam a deionização do arco, provocando, dessa maneira, a
interrupção da corrente de descarga elétrica.
Na Figura 2 é possível ver detalhes desse para-raios. Nesse modelo, o
principal problema era o desgaste exagerado do material com a passagem de
corrente, o que exigia sua troca ou reparo sempre que fosse atingido por um raio.
Por isso, foi necessário desenvolver novos modelos co m vida útil de operação
maior.
Figura 2 - Esquema para-raios tipo expulsão
Fonte: (SILVA, 2012, p. 10)
Entre 1916 e 1930 era utilizado o modelo de para-raios eletrolíticoquímico, sendo este o primeiro a utilizar o recurso de um metal, o hidróxido de
alumínio, como elemento de resistência para reduzir a passagem da corrente,
reduzindo assim seus efeitos. Em sua montagem, foram colocados em série o
centelhador, placas de alumínio e o hidróxido, configurando com resistores não
lineares, conforme representado na Figura 3. Pelo fato de ser não lineares, esse
elemento metálico tinha bom comportamento resistivo ao ser atravessado pela
corrente atmosférica, devido suas características de tensão X corrente dentro de um
campo elétrico. Esse modelo de para-raios consistia de um centelhador em série a
um tanque contendo uma célula composta por duas placas de alumínio invertidas,
em formato de cones separados entre si por um eletrólito líquido e coberto por
uma fina película de hidróxido de alumínio.
À medida que a tensão aumentava, a rigidez dielétrica do ar era rompida
no centelhador, perfurando a película de hidróxido de alumínio e criando um
caminho de menor resistência para a corrente através do eletrólito. Quando o valor
de tensão era reduzido, a película se refazia, aumentando, assim, o valor da
resistência e impedindo a passagem da corrente, interrompendo assim o arco. O
maior problema desse modelo era pelo fato de que constantemente o centelhador
deveria ser “curto-circuitado” para que surgisse entre seus terminais uma tensão
fase para a terra no sistema, pois caso não houvesse nenhuma atuação do pararaios, o filme formado pelo eletrólito se dissolveria gradualmente com o tempo ao
não ser atravessado por corrente depois das tempestades de raios (SILVA, 2012).
Figura 3 - Representação para-raios eletrolítico-químico
Fonte: (SILVA, 2012, p. 12)
Araujo (2010) menciona que por volta do ano 1920, devido às frequentes
manutenções necessárias para funcionamento dos centelhadores com células de
alumínio, foi criado o para-raios de peróxido de chumbo. Este utilizava pastilhas
contendo peróxido de chumbo, envoltas com isolante. Muito utilizado em sistema de
proteção em Alta Tensão, toda vez que uma corrente atingia o equipamento, era
direcionada pelo centelhador até o invólucro de chumbo em série. A corrente tinha
sua resistência diminuída e então era canalizada para a terra pelo equipamento.
Em meados de 1930 passou a ser comercializado o para-raios de
carboneto de silício, esse modelo de equipamento seguiu a tendência de utilização
de resistores não lineares. Para esses resitores foram utilizados vários elementos
com características tensão x corrente que foram muito importantes para as
evoluções seguintes dos para-raios. Por ter essa característica não linear, conforme
gráfico da Figura 4, esses resistores atuavam de forma mais eficiente junto aos
centelhadores, reduziram consideravelmente a corrente e seus efeitos térmicos
dentro do equipamento e suportavam tensões mais elevadas (MARCARINI, 2012).
Figura 4 – Gráfico com curva V x I de para-raios com resistores não lineares, UFSP 2010
Fonte: (MARCARINI, 2012, p. 26)
A impedância dos blocos de SiC
varia em função da magnitude da
corrente e da taxa de crescimento da tensão, sendo reduzida quando percorrida pela
elevada corrente proveniente de um surto (descarga atmosférica). Este baixo valor
de resistência elétrica percorrida pela corrente de descarga produz uma tensão
(residual) cujo valor é definido pela norma. A corrente passante nos resistores, que
podem ser visualizados nas Figuras 5 e 6, resulta numa potência dissipada em
forma de calor o que diminui a resistência elétrica da camada isolante da sílica.
Depois da dissipação da energia proveniente da sobretensão, a corrente de
descarga diminui e a resistividade interna do bloco aumenta devido à rápida
dissipação do calor. Este fato provoca uma redução do valor da corrente
subsequente, que atinge um valor que poderia ser facilmente interrompido na
passagem do zero da corrente em frequência industrial (SILVA, 2012).
Esse
modelo
ainda
é
utilizado
no
sistema
elétrico
brasileiro,
principalmente em subestações.
Figura 5 – Esquema Para-raios de Carboneto de Silício (FILHO, 2010)
Fonte: (BIBBO et. al., 2010, p. 16)
Figura 6 – Para-raios de Carboneto de Silício
Fonte: (PALLARO, 2013, p. 20)
Conforme mencionado por Marcarini (2012), a partir de 1968, com a
ausência dos centelhadores, elementos indispensáveis na montagem dos para-raios
de SiC, optou-se pela utilização dos resistores de óxido metálicos, denominados de
para-raios de óxido de zinco, devido a elevada não linearidade na característica
“tensão x corrente” dos elementos de ZnO, associadas a sua estabilidade térmica e
a sua elevada capacidade de absorção de energia para sobretensões temporárias e
transitórias. A não utilização dos centelhadores torna os projetos de para-raios de
ZnO mais simplificados, além de oferecer muitas vantagens em suas características
de proteção e de operação. Para-raios de Óxido de Zinco (ZnO) vêm sendo
largamente utilizados na proteção dos sistemas elétricos. Em alguns países, como
por exemplo, o Japão, praticamente a totalidade dos para-raios instalados em seu
sistema elétrico são do tipo ZnO. No Brasil, empresas concessionárias de energia e
grandes consumidores industriais vêm utilizando cada vez mais os para-raios de
ZnO sejam na substituição dos para-raios convencionais de SiC ou em novos
projetos de proteção contra descargas atmosféricas. A Figura 7 mostra um corte
esquemático do modelo evidenciando as pastilhas com os resistores de óxido
metálico. Hoje em dia, tais resistores tem associados, ainda, outros elementos
metálicos junto ao zinco, melhorando suas características sob influência de uma
corrente elétrica.
Figura 7 – Corte Esquemático para-raios de óxido de zinco
Fonte: (MARCARINI, 2012, p. 27)
De acordo com Brito (2006) os para-raios de óxidos metálicos
apresentaram dois tipos de invólucros: o de material de porcelana e o de polímeros.
O primeiro apresentava um dispositivo de que se abria ao ser elevada a pressão
interna dentro do equipamento. Dentro deles ocorre aumento de pressão sempre
quando são percorridos por corrente elétrica que, pelo efeito Joule, aumenta a
temperatura do ar formando gases quentes.
Esses gases devem ser eliminados do interior do equipamento para que
não ocorra explosão.
Mas os materiais de revestimento em porcelana não
apresentavam boa estanqueidade, permitindo que alguma umidade entrasse, com o
tempo, dentro do para-raios oxidando e danificando seus componentes. Com isso,
por volta de 1980, os novos aparelhos passaram a ser construídos com invólucro de
materiais poliméricos. Estes são resistentes às intempéries, variações de
temperatura e isolam satisfatoriamente os componentes interno da umidade. Dois
modelos foram desenvolvidos, um sem espaços vazios em seu interior e outro com
espaços vazios e dispositivo, tipo diafragma, de alívio de pressão interna, conforme
a Figuras 8.
Figura 8 – Para-raios de óxido de zinco com invólucro de materiais polímeros
Fonte: (MARCARINI, 2012, p. 29)
Silva (2012) cita que nos edifícios residenciais e comerciais, os para-raios
tiveram uma evolução mais contida em relação aos de proteção de sistema de
distribuição de energia elétrica. Esse fato se deve que o último grupo apresenta
consequências maiores ao ser atingido por descargas atmosféricas, ao sofrer
interrupções em larga escala de fornecimento de energia, incêndios e custos
elevados de reparo dos danos. Carecia, ainda, de proteções mais eficientes e
confiáveis. Já as edificações, tinham um bom nível de proteção com a utilização do
Captor de Franklin com o condutor de descida aterrado. Mas nem por isso, houve
novos materiais e sistemas que protegessem as edificações contra as descargas
atmosféricas. O Captor de Franklin foi, por décadas, um dos para-raios mais baratos
e eficientes de proteção. Inicialmente, apenas um captor, instalado no ponto mais
alto e vulnerável da torre, era considerado suficiente.
O conceito central do funcionamento do Captor de Franklin é de que
todas as pontas, pelo fato de concentrarem preferencialmente todas as cargas,
podem aumentar o campo superficial local. Se o campo atingir uma dezena de
quilovolts/metro, o efeito corona é desencadeado. Efeito corona é uma descarga
elétrica produzida pela ionização de um fluido nas redondezas de um condutor, a
qual ocorre quando o gradiente elétrico excede certo valor, mas as condições são
insuficientes para causar um arco elétrico (SILVA, 2012).
Tomando por base esse principio o físico húngaro J.B. Szillard teve a
ideia de criar, em 1914, um para-raios ionizante com a utilização de radioatividade
denominado de para-raios radioativo. Assim, realizou vários testes com um terminal
de Franklin contendo um sal do elemento químico Rádio-226 (Ra-226). Szillar
constatou que, quando esse dispositivo era colocado num campo elétrico, a corrente
resultante era consideravelmente maior que aquela medida utilizando-se um terminal
convencional de Franklin. Este acréscimo de corrente foi atribuído à ionização do ar
provocada pelas partículas alfa e beta, eletricamente carregadas, provenientes do
decaimento do Ra-226 e de seus descendentes radioativos. As emissões dessas
partículas altamente energéticas por esses elementos conduziam, de forma mais
eficiente, as descargas atmosféricas sendo, então, direcionadas para o captor e
descarregadas na terra.
Nos anos seguintes, outros cientistas desenvolveram essa ideia até que
em 1953 Alphonse Capart construiu o primeiro captor radioativo e, três anos mais
tarde, começou sua produção e comercialização em grande escala. Após 1945, o
isótopo de Ra-226 foi substituído por Amerício-241, representado pelas figuras 9 e
10, por ser um material mais estável e ter menores custos. (TRANSIENTE
ENGENHARIA, 2012; MARUMO, 2006).
Figuras 9 – Para-raios radioativo
Fonte: (INSPESEG, [20--?])
Convém salientar que os captores radioativos haviam sido desenvolvidos
a partir das ideias predominantemente teóricas de cientistas e físicos e que, na
época em que foram propostas, quase não haviam métodos normatizados e
tecnologias capazes de confirma-las e embasá-las (MARUMO, 2006).
Porém, em 1968 o cientista alemão Müller Hillebrand constatou que os
captores radioativos não eram tão eficientes como acreditava Capart e que tinham
comportamento semelhante ao captor de Franklin dentro de um mesmo campo
elétrico. Assim a utilização desses captores com radioisótopos tiveram sua utilização
suspensa em vários países. No Brasil tais captores passaram a ter sua utilização
proibida a partir de 19 de abril de 1989, através de resolução emitida pela Comissão
Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Nessa resolução, a CNEN, entre outras
fundamentações, se baseou no estudo do cientista alemão. (RODRIGUES, 2010
p.15). Veja-se:
Resolução CNEN n° 4, de 19 de abril de 1989.
A Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), usando das atribuições
que lhe confere o artigo 1°, inciso I, da Lei n° 6.189, de16 de dezembro de
1974, o artigo 141 do Decreto n° 51.726, de 19 de fevereiro de1974, o artigo
141 do Decreto n° 51.726 de 19 de fevereiro de1963, e o artigo 21, inciso I e
V do Decreto n° 75.569, de 7 de abril de 1975, por decisão de sua
Comissão Deliberativa, na 534ª Sessão, realizada em 19 de abril de 1989,
Considerando que o comércio de substâncias radioativas constitui
monopólio da União, instituído pelaLein° 4.118 de27 de agosto de1962, o
artigo 1° inciso II, in fine;
Considerando que esse monopólio é exercido pela CNEN na qualidade de
órgão superior de orientação, planejamento, supervisão e fiscalização,
Considerando que compete a CNEN baixar normas gerais sobre
substâncias radioativas;
Considerando que a CNEN cabe, ainda, registrar as pessoas que utilizem
substâncias radioativas,
Bem como receber e depositar rejeitos radioativos;
Considerando a proliferação do uso de substâncias radioativas em pararaios;
Considerando que não está tecnicamente comprovada a maior eficácia de
para-raios radioativos em relação aos convencionais e que, portanto, o
"princípio da justificação" previsto na Norma CNEN-NE-3.01 – "Diretrizes
Básicas de Radioproteção" não está demonstrado;
Considerando a necessidade de dar destino adequado ao material
radioativo dos para-raios desativados,
Resolve:
1 - Suspender, a partir da vigência desta Resolução, a concessão de
autorização para utilização de material radioativo em para-raios.
2 – O material radioativo remanescente dos para-raios desativados devem
ser imediatamente recolhidos a CNEN.
3 – Esta Resolução entra em vigor na data de sua publicação.
Marumo (2006) salienta que, apesar dos para-raios radioativos terem sido
utilizados no Brasil de 1970 até 1989, ano em que foram proibidos pela CNEN,
nunca foram permitidos pela norma ABNT NBR 5419/2005 – Proteção de Estruturas
contra Descargas Atmosféricas, ou seja, para efeitos de norma, não era considerado
como proteção de edificações. Com a revisão do seu texto em 1993, a NBR 5419
salientou a proibição de utilização de captores com material radioativo em sistemas
de proteção contra descargas elétricas atmosféricas (SPDA) nas edificações.
Em 2005, com a revisão da ABNT NBR 5419:2005, foi elaborada uma tabela que
contempla a utilização dos três modelos de para-raios em edificações em função de sua
altura e do nível de proteção requerido, que pode ser observado na Tabela 1.
Tabela 1 – - Posicionamento de captores conforme o nível de proteção.
Fonte: ABNT/NBR 5419, 2005.
Essa tabela foi consequência da evolução dos para-raios. Em 1980 foi
desenvolvido o para-raios com vários captores (método eletrogeométrico), este
também conhecido como Método das Esferas Rolantes, trata de uma evolução da
utilização de apenas um captor na edificação a proteger. O método Franklin, devido
as suas limitações impostas pela norma, não era muito recomendado para proteger
edificações de grandes alturas ou áreas elevadas, sendo ideal apenas para
edificações de pequeno porte. O método das Esferas Rolante consiste em se fazer
rolar uma esfera, por toda a edificação. Esta esfera terá um raio definido em função
do Nível de Proteção. Os locais onde a esfera tocar a edificação são os locais mais
suscetíveis a receber as descargas atmosféricas. Resumindo, pode-se dizer que os
locais onde a esfera tocar, o raio também poderá tocar, devendo estes serem
protegidos por captores Franklin em cada ponto tocado pela esfera (ABNT/NBR
5419, 2005).
Finalmente o para-raios tipo Gaiola de Faraday tornou-se o modelo mais
utilizado em edificações de altura elevada ou em grandes extensões horizontais.
Sua eficiência é superior ao mastro com Captor de Franklin e simples descidas de
aterramento porque se constituiu numa malha metálica que envolve toda a estrutura
da edificação. Dessa maneira, esta fica com todos os pontos de tensões
equalizados, minimizando consideravelmente os efeitos da descarga elétrica. Além
disso, esse sistema utiliza as massas metálicas presentes no volume a ser
protegido, inclusive as armaduras do concreto, para aumentar o nível de equalização
e, consequentemente, a proteção. Ele é constituído de um captor Franklin no topo,
com barras galvanizadas a fogo, tipo re-bars, que constituem o subsistema de
descidas. Fazem parte também os subsistemas de aterramento e os anéis de
cintamento, a cada 20 metros de altura e o anel de aterramento. Outra vantagem é
que os aterramentos de centrais de gás GLP, e das telecomunicações podem ser
conectadas às caixas de equipontencialização do SPDA (ABNT/NBR 5419, 2005).
3 METODOLOGIA
Para atender ao objetivo de apresentar a evolução dos para-raios,
realizou-se uma revisão bibliográfica que é um método que permite a inclusão de
estudos de diferentes abordagens do assunto, com o objetivo de definir conceitos,
rever teoria, analisar evidências e questões metodológicas de um tema específico
(Gil, 2002).
De acordo com Marconi e Lakatos (2003):
A pesquisa bibliográfica, ou de fontes secundárias, abrange toda bibliografia
já tornada pública em relação ao tema de estudo, desde publicações
avulsas, boletins, jornais, revistas, livros, pesquisas, monografias, teses,
material cartográfico etc., até meios de comunicação orais: rádio, gravações
em fita magnética e audiovisuais: filmes e televisão. Sua finalidade é colocar
o pesquisador em contato direto com tudo o que foi escrito, dito ou filmado
sobre determinado assunto, inclusive conferencias seguidas de debates que
tenham sido transcritos por alguma fonte, quer publicadas, quer gravadas
(MARCONI; LAKATOS, 2003, p. 183).
Inicialmente foi realizada uma busca utilizando-se apenas os seguintes
descritores: Para-raios e SPDA. Tendo em vista que no processo de delimitação do
objeto desse estudo houve número insuficiente de artigos que não constaram nesta
primeira busca, optou-se então por outros trabalhos científicos tais como
dissertações, teses e/ou legislações e normas brasileiras sobre o tema. Essa
redefinição pode ampliar o número de publicações que atendiam ao objetivo do
estudo.
Este estudo teve um tratamento qualitativo, pois a partir de análise feita
de forma detalhada, abrangente, consistente e coerente o pesquisador pode
participar, compreender e interpretar toda a argumentação lógica das ideias dos
autores escolhidos.
CONCLUSÃO
Ao responder sobre o que levou aos diversos estudiosos desenvolverem
novos tipos de para-raios, a pergunta orientadora deste estudo pode se tecer a
seguinte conclusão.
A proteção contra os danos e efeitos provenientes de descargas elétricas
atmosféricas fez com que vários estudiosos desenvolvessem diferentes tipos de
para-raios para atender as necessidades do homem. Desde 1752, com os primeiros
passos de Benjamin Franklin na evolução desses aparelhos, dezenas de modelos
foram testados e implantados, sempre se seguindo, a partir dos resultados com a
proteção de sistemas elétricos e edifícios, na linha de desenvolvimento e
aprimoramento dos para-raios. E os resultados dessas constantes evoluções se
verificam em sistemas e aparelhos com elevada eficiência na proteção contra as
descargas atmosféricas, garantindo o funcionamento constante e equilibrado de
subestações de energia, sistemas de transmissão e distribuição, bem como na
proteção de edificações e pessoas presentes em seus interiores.
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