Para-raios

Para-raios

Funcionamento do para-raios
(em espanhol).

Tipo	Tipo Franklin (d) lightning protection (d) eletrodo

Descoberto

Descobridor	Benjamin Franklin
Data	1752

Utilização

Uso	lightning protection (d) lightning rod fashion (en)

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Comumente conhecido com para-raio^{AO 1990}, o sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) do tipo Franklin, é uma haste de metal, normalmente feita de cobre, alumínio, aço inoxidável ou aço galvanizado destinado a dar proteção aos edifícios dirigindo as descargas elétricas atmosféricas, raios, para o solo através de cabos de pequena resistência elétrica e hastes de aterramento. Como o raio tende a atingir o ponto mais alto de uma área, o para-raios é instalado no topo do prédio.^[1][2]

A fim de provar que os raios são descargas elétricas da natureza, o americano Benjamin Franklin procedeu a famosa experiência da pipa, com base na qual inventou o seu para-raios. Durante uma tempestade, empinou uma pipa^{(português brasileiro)} ou papagaio de papel^{(português europeu)} usando um fio metálico e constatou o que as nuvens eram carregadas eletricamente, ao observar as faíscas que se produziam entre uma chave atada à ponta do fio e sua mão. Franklin propôs, pela primeira vez, um método de proteção contra raios em um edifício: colocar sobre este uma ponta metálica 2 ou 3 metros acima do telhado e conectado à terra.^[1][2]

Franklin, inicialmente, acreditava que o para-raios descarregava silenciosamente uma nuvem de tempestade e, portanto, preveniria o raio. Isso ocorreria em função do fenômeno eletrostático denominado poder das pontas, que é a grande concentração de cargas elétricas que se acumulam em regiões pontiagudas. Posteriormente em 1755, o próprio Franklin declarou que o para-raios ou preveniria o raio ou o conduziria para a terra, protegendo a edificação, e é dessa última forma que ele funciona.^[1][2]

Aparentemente, foi no ano de 1752 que para-raios foram usados com o objetivo de proteção na França e nos Estados Unidos.^[1] Embora a proposta inicial de Franklin fosse que o terminal do para-raios fosse pontiagudo para aproveitar o "efeito das pontas" essa noção está incorreta. Não há evidências de que um terminal pontiagudo seja melhor que um arredondado,^[1][2] de fato há evidências que sugerem que terminais arredondados sejam mais eficientes.^[3][4]

O sistema de proteção contra descargas atmosféricas, geralmente chamado de para-raios, é composto por três sub-sistemas e é destinado a:

• interceptar uma descarga atmosférica para a estrutura (por meio do subsistema de captação),
• conduzir a corrente da descarga atmosférica para a terra de forma segura (por meio do subsistema de descida),
• dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra (por meio do subsistema de aterramento).

Hoje, não existe proteção 100% contra raios. O grau de proteção é definido à nível internacional em função de uma analise de risco, especificando um nível de proteção (I, II, III, IV). O maior nível de proteção é o nível I, oferecendo 98% de probabilidade de captação do raio.

Benjamin Franklin realizando a Experiência da pipa (1752).	Gravura de 1826 mostrando alguns modelos de para-raios.	Raio atingindo a Torre Eiffel, em 3 de Junho de 1902, às 21h:20min. Uma das primeiras fotografias de raios em ambiente urbano.	Torre Berliner Fernsehturm, de Berlim, atingida por um raio às 22h:57min. em 24 de Agosto de 2011.

Admite-se que a zona de proteção do para-raios tipo Franklin seja igual a um cone com vértice na ponta do para-raios O vértice e a geratriz do cone formam um ângulo ${\displaystyle \alpha }$ (vide figura). Esse ângulo sempre foi a questão mais discutida desde 1892.^[2]

No Brasil, segundo a norma NBR 5419, este ângulo varia conforme a altura do para-raios e o nível de proteção. Assim, por exemplo, para estruturas com nível de proteção exigido para classe IV (estruturas construídas de material não inflamável e com pouco acesso de pessoas, como depósitos em concreto armado) e uma altura relação ao solo de até 20 m o ângulo deve ser de 55^o. Já para estruturas de classe III (uso comum, como residências, escritórios e fábricas) para a mesma altura (20 m) o ângulo deve ser de 45^o.^[2]

Para descobrir o raio de proteção de um para-raios, utiliza-se a seguinte formula:

${\displaystyle R_{p}=h*\operatorname {tan} \alpha }$

onde ${\displaystyle h}$ é a altura em metros e ${\displaystyle \alpha }$ o ângulo em graus.

Empregado para o mesmo fim que o para-raios de Franklin, o para-raios de Melsens adota o princípio da gaiola de Faraday. Este método consiste em cobrir a edificação com cabos ou fitas metálicas, formando quadriculas no telhado, vários condutores de descida e aterramentos, interligados por um anel de aterramento enterrado ao redor da edificação. O nível de proteção define o dimensionamento das quadriculas e o distanciamento dos condutores de descida. Para maximizar a probabilidade de impacto, pode-se adicionar terminais aéreos.

O método da esfera rolante, estabelece, por meio do posicionamento de elementos verticais, o volume de proteção do subsistema de captação em um SPDA para qualquer direção.^[5]

A aplicação do método da esfera rolante consiste, basicamente, em rolar-se uma esfera imaginária por todas as partes externas da edificação. Esta esfera tem em seu raio (R) uma projeção estimada da distância entre o ponto de partida do líder ascendente (terra – nuvem) e a extremidade do líder descendente (nuvem – terra) que formam a descarga atmosférica.

O raio da esfera rolante pode ser calculado utilizando-se a seguinte equação:

R = 10.I_max^0,65

onde R é o raio da esfera rolante, em metros; e I_máx  é o valor de pico do líder ascendente (primeiro raio), em quilo amperes.

O Para-raios com Dispositivo de Ionização, também chamado de para-raios ionizante ou PDI, (Paratonnerre à Dispositif d'Amorçage em francês, Early Streamer Emission em inglês), nasceu no meio dos anos 80 na França depois da proibição do para-raios radioativo. O para-raios ionizante se caracteriza com a emissão antecipada de um líder ascendente e a conexão com o raio antes que qualquer outro objeto dentro do seu raio de proteção, oferecendo assim uma zona de proteção maior que um para-raios Franklin. O para-raios é caracterizado por seu tempo de antecipação, de 10µs até 60µs. A tecnologia é normatizada por normas tais como a NFC 17102, NP 4426, UNE 21186, e outras, exigindo requisitos de teste.

Conforme a ILPA (Associação Internacional de Proteção contra Raios), considerando apenas fabricantes franceses e espanhóis, o número acumulado de para-raios com dispositivos de ionização instalados no mundo chegou na barra de 680.000 em 2016. Esse número pode ser considerado maior devido à presença de fabricantes de varias outras nacionalidades (China, EUA, Índia, etc).

A tecnologia possui vários tipos de comprovação, sendo empírica,^[6][7][8] em laboratório^[9] e condições reais.^[10]

Estudos da ICLP (International Conference on Lighting Protection) põe em dúvida a eficácia do sistema ESE. Testes mostram ^[11] que essa tecnologia pode não funcionar corretamente em meios naturais, em oposição aos testes realizados em laboratório. A ICLP critica ainda as instruções e a forma que essas são apresentadas pelo fabricante no manual desses produtos^[11] podendo prejudicar ainda mais o funcionamento do produto, quando utilizado por pessoas comuns. Na carta apresentada no site oficial,^[12] eles concluem dizendo que o uso do inibidor de raios não apresenta vantagem sobre o uso do para raios comum (..that the ESE technology does not offer any advantage or improved efficiency compared to normal lightning rods.).^[11]

O dissipador ou inibidor de raios, Charge Transfer System (CTS) or Dissipation Array System (DAS) em inglês, é um tipo de proteção que, ao contrário do para-raios, visa evitar a formação do traçador através do qual se produz a descarga dentro de uma área especifica. Deste modo impede o processo natural de formação do raio numa área determinada. Hoje, nunca houve comprovação que esse sistema possa impedir um fenômeno natural como o raio. Esse sistema não está contemplado em nenhuma norma seja nacional, regional ou internacional, e ainda é sujeito de varias controvérsias.^[13][14][15]

Trata-se de um para-raios do tipo Franklin (haste pontiaguda) no qual são fixados radioisótopos. A proposta seria que a radiação emitida por estes radioisótopos ionizaria o ar envolta da haste, facilitando a conexão com o raio e promovendo uma maior proteção.^[16][17]

No Brasil, de 1970 a 1989, a grande maioria desses para-raios utilizava o elemento radioativo amerício-241, sendo que menos de 1% utilizavam o rádio-226.^[18] Porém em 1989 a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), através da Resolução n^o 4/89, suspendeu a autorização para a fabricação e instalação deste tipo de para-raios, baseada em estudos feitos no Brasil e no exterior que demonstraram que o desempenho desse tipo de para-raios não era superior ao dos convencionais e portanto, não se justificava o uso de fontes radioativas.^[18][19]

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Referências

• Portal da eletrônica
• Portal da história da ciência
• Portal da meteorologia