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Para-raios

Tipo	Instrumento meteorológico (en)

Descoberto

Descobridor	Benjamin Franklin

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Para-raios.

Um para-raios^{AO 1990} é uma haste de metal, comumente 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. Como o raio tende a atingir o ponto mais alto de uma área, o para-raios é instalado no topo do prédio.^[1][2]

Princípio de funcionamento |

A fim de provar que os raios são descargas elétricas da natureza, o americano Benjamin Franklin procedeu a uma experiência famosa, 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]

Zona de proteção |

Zona de proteção de um para-raios

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 α{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 formula Rp=h∗tan⁡α{displaystyle R_{p}=h*operatorname {tan} alpha } onde h{displaystyle h} é a altura em metros e α{displaystyle alpha } o ângulo em graus.

Outros tipos |

Para-raios de Melsens |

Empregado para o mesmo fim que o para-raios de Franklin, o para-raios de Melsens adota o princípio da gaiola de Faraday. Consiste em envolver o edifício numa armadura metálica, aproveitando as linhas arquitetônicas para a passagem da trama: barras de ferro verticais e horizontais. No alto da construção, as barras verticais juntam-se em feixes, os quais se ligam ao solo, no outro extremo, por uma série de chapas de terra. ^{[carece de fontes?]}

Para-raios em instalações elétricas |

Na proteção de instalações elétricas, o para-raios, ou descarregador, é colocado num ponto da instalação em que se forme um máximo da onda de tensão elétrica. Na instalação, intercala-se um dispositivo que obrigue a onda de corrente elétrica, em quadratura com a onda de tensão elétrica, a ter uma inversão nesse ponto. Os tipos de para-raios empregados em instalações elétricas são: de antena, de rolos, de peróxido de chumbo e eletrolítico. ^{[carece de fontes?]}

Inibidor de raios |

Exemplo de Inibidor de Raios (Lightning-Inhibitor) em um aeroporto.

O inibidor de raios é um elemento de protecção que, ao contrário do para-raios, evita a formação do traçador através do qual se produz a descarga. Deste modo impede o processo natural de formação do raio numa área determinada.

Os para-raios tradicionais protegem as estruturas mas não podem evitar os efeitos negativos da indução electromagnética causada pela grande energia que se transmite durante a descarga, de que todos os aparelhos existentes, tanto eléctricos como telefónicos, informáticos, electrónicos, etc. se ressentem em maior ou menor medida, e que pode mesmo causar a sua completa destruição.

O inibidor de raios proporciona protecção não só contra os raios mas também contra os efeitos das induções electromagnéticas, dado que é capaz de evitar o processo natural de formação do raio na zona protegida.

Para-raios radioativo. As fontes radioativas localizam-se nos anéis.

A terra e a nuvem actuam como duas placas de um condensador, e quando a tensão entre placas aumenta suficientemente alcança-se um ponto de ruptura e produz-se o raio. O tempo de queda do raio é praticamente instantâneo, mas o processo de formação do traçador pode durar alguns minutos. O princípio físico de actuação do inibidor de raios está baseado na descarga deste condensador de forma controlada e constante durante esse tempo, através de um fluxo eléctrico da ordem dos miliamperes que se produz na sua cabeça para a ligação à terra em momentos de campo eléctrico "entre placas" elevado, situação que se apresenta quando há uma trovoada. ^{[carece de fontes?]}

Riscos |

Estátua protegida por para-raios.

Estudos da ICLP (International Conference on Lighting Protection) põe em dúvida a eficácia do sistema ESE (en:Lightning rod # Early streamer emission(ESE)theory), com o qual o inibidor de raios funciona. Testes confirmam^[5] 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^[5] podendo prejudicar ainda mais o funcionamento do produto, quando utilizado por pessoas comuns. Na carta apresentada no site ofical,^[6] eles concluem dizendo que o uso do inibidor de raios não apresenta vantagem sobre o uso do para raios comum^[5](..that the ESE technology does not offer any advantage or improved efficiency compared to normal lightning rods.).

Para-raios radioativo |

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.^[7][8]

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.^[9]

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.^[9][10]

O para-raios no Brasil ou Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas. |

O para-raios ^{AO 1990}, como é popularmente conhecido, é normatizado pela ABNT através da Norma NBR-5419-2015 com o nome de SPDA - Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas. Segundo a norma, é dividido entre SPDA externo e SPDA interno.

O SPDA externo pode ser isolado ou não-isolado da estrutura a ser protegida. Os sistemas externos não-isolados são compostos de 3 subsistemas: subsistema captor, subsistemas de descidas e subsistema de aterramento, sendo que o método de proteção mais utilizado atualmente é a Gaiola de Faraday, onde todos os perímetros superiores da edificação são circundados por um anel metálico (subsistema captor), interligado a descidas metálicas intercaladas a uma distância variável entre 10m e 25m, de acordo com o nível de proteção, que por sua vez depende do tipo de ocupação da estrutura. Os subsistemas captor, de descidas e de aterramento podem utilizar elementos naturais, próprios da estrutura da edificação, ou não naturais, os quais são construídos para atender as exigências normativas.

Exemplos de elementos naturais são coberturas metálicas e suas estruturas usados como subsistema captor, pilares e colunas metálicas, assim como as armações metálicas do concreto armado das colunas usados como subsistema de descidas, armações metálicas das lajes usadas como anel de equilíbrio e armação metálica das fundações usadas como subsistema de aterramento. O mastro de Franklin é uma alternativa de elemento não natural do subsistema captor. É um terminal acoplado a uma haste de metal, comumente de cobre ou alumínio, destinado a dar proteção aos edifícios dirigindo as descargas elétricas atmosféricas, raios, através do subsistema de descidas para o solo através de cabos de pequena resistência elétrica, onde as correntes serão dispersadas através do subsistema de aterramento, minimizando a possibilidade de danos físicos e/ou pessoais. Como o raio tende a atingir o ponto mais alto de uma área, o para-raios é instalado no topo do prédio. ^{[carece de fontes?]}

Chama-se também para-raios externo ou SPDA externo o DPS - Dispositivo Protetor de Surtos, cujo uso no Brasil é exigido pela norma ABNT NBR 5410 e mencionado na NBR 5419. Estes dispositivos são destinados a proteger instalações elétricas (quadros de entrada e de distribuição) e aparelhos eletrônicos individuais contra o efeito de cargas excessivas (sobretensões). ^{[carece de fontes?]}

Referências