SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS - SPDA

terça-feira, 29 de março de 2011

Medições de continuidade elétrica em descidas estruturais de para-raios

Por George Schoenfelder e Sérgio Cabral

Ensaios de medição são fundamentais para se comprovar a eficácia de Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) estruturais, garantindo assim a continuidade elétrica em pilares, vigas e lajes.

A idéia de se utilizar a ferragem do concreto armado com a finalidade de condução e dispersão para corrente de raios em descidas foi consequência do uso dessas mesmas estruturas metálicas em sistemas de aterramentos. Historicamente, a primeira utilização conhecida das ferragens do concreto armado para fins de aterramento data da Segunda Guerra Mundial, quando o engenheiro Herb Ufer idealizou um sistema para depósitos de bombas de uma base aérea, com o objetivo de protegê-los contra descargas atmosféricas e eletricidade estática. Após anos, Ufer inspecionou novamente as instalações e chegou à conclusão de que eletrodos de aterramento utilizando armaduras de concreto resultavam em uma resistência de aterramento mais robusta e ainda com menor valor quando comparados às resistências compostas por somente hastes, especialmente em regiões de solos com valores relativamente altos de resistividade. Por causa dessa descoberta, o uso de armaduras e/ou cabos e hastes inseridos nas fundações é também conhecido por aterramento ufer.
Como a experiência mostrou que os resultados estavam de acordo com o esperado, passou-se então a também utilizar a ferragem estrutural como subsistema de descida. No Brasil, a utilização do SPDA estrutural é orientada pela norma ABNT NBR 5419 desde 1993, sendo que, em outros países, a normalização já vem sendo utilizada há décadas.
De acordo com a última revisão da ABNT NBR 5419, de 2005, existem duas opções para esse sistema. A primeira consiste em simplesmente usar as ferragens do concreto armado como descidas naturais, desde que garantida a continuidade elétrica da ferragem dos pilares, verticalmente. A segunda opção, à qual a norma dedica um anexo específico para sua descrição e exigências, faz uso de uma barra de aço galvanizada a fogo adicional às ferragens existentes. Essa barra tem a suposta função específica de garantir a continuidade desde o solo até o topo do prédio. A utilização dessa barra adicional, comercialmente conhecida como re-bar (do inglês Reinforcing Bar), é defendida por profissionais que instalam SPDA com base na dificuldade do empreiteiro da obra civil em garantir a continuidade elétrica vertical das ferragens, já que não existe essa preocupação durante o processo da construção civil, uma vez que a continuidade elétrica não é necessária em termos estruturais. Também a adição de re-bars às ferragens estruturais, conforme previsto no Anexo D da ABNT NBR 5419, tem o objetivo de concentrar nela a maior parcela da corrente da descarga, poupando as ferragens estruturais do fluxo desta corrente. Entretanto, ao se levar em conta um efeito eletromagnético conhecido como efeito pelicular, essa ideia parece ser pouco efetiva, visto que a corrente impulsiva da descarga tende a fluir pelas ferragens periféricas, que são justamente as estruturais da edificação.
Independentemente da utilização ou não da barra adicional, a ABNT NBR 5419 exige que pelo menos 50% dos cruzamentos das barras da armadura, incluindo os estribos, estejam firmemente amarradas com arame de aço torcido. Além disso, as barras na região de trespasse deverão ter comprimento de sobreposição equivalente a vinte diâmetros, igualmente amarradas com arame de aço torcido ou soldadas, ou ainda interligadas por conexão mecânica adequada. Isso se aplica em armaduras de pilares, lajes e vigas. Essas amarrações deverão ser repetidas em todas as lajes, com todos os pilares que pertencem ao corpo do prédio. A execução desse procedimento não gera custos adicionais, pois os arames utilizados são aproveitados de sobras de outras ferragens e a execução demanda pouca mão de obra.
Em termos de aplicabilidade, além de seu óbvio uso com objetivo de se obter as devidas vantagens em construções novas, o uso de ferragem estrutural para descidas pode ser ainda feito em construções em concreto pré-moldado e em edificações já existentes, desde que observadas as devidas e as respectivas ressalvas.
Por sua vez, desde a edição de 2001, a ABNT NBR 5419 passou a contar com o Anexo E (normativo), que descreve metodologia de ensaio de armaduras para verificação da continuidade elétrica das ferragens de um edifício já construído, possibilitando assim o uso desta ferragem como parte integrante do sistema de proteção. Este ensaio, na edição de 2001, previa a verificação da continuidade utilizando uma máquina de solda, além de medições da impedância das ferragens entre alguns pontos da edificação com valores relativamente baixos de corrente, da ordem de 100 A, chegando a um mínimo de 1 A. A edição de 2005 trouxe como mudança neste anexo a retirada da máquina de solda para fazer testes de continuidade de estruturas de concreto armado, muito utilizado por profissionais, porém não adequado para esta medição. A partir deste momento passou-se a indicar a utilização de um microhmímetro.
Ainda assim, existem críticas severas ao Anexo E da norma. As principais referem-se ao fato de que, com os testes descritos nele, não é possível garantir as exigências da IEC 61024, na qual a própria ABNT NBR 5419 é baseada.
O ensaio de continuidade das armaduras deve ser realizado com equipamento capaz de injetar corrente mínima de 1 A entre os pontos extremos da armadura (entre a parte superior e a parte inferior da estrutura, procedendo a diversas medições entre pontos diferentes), medindo simultaneamente esta corrente e a queda de tensão entre os dois pontos. A resistência resultante da divisão do valor de tensão pelo valor de corrente deve resultar em, segundo a ABNT NBR 5419, inferior a 1 ?. A medição deve ser realizada utilizando a configuração de quatro fios, sendo dois para corrente e dois para potencial.
Em termos práticos, a realização desse ensaio de continuidade não é tarefa das mais simples, deixando de ser exigido em algumas situações. Por isso, com o intuito de contribuir com o tema, os autores apresentam neste trabalho dados referentes a um experimento realizado em obra de construção de um prédio habitacional em Blumenau (SC). Este trabalho está baseado em um trabalho mais amplo, apoiado pela Fundação Universidade Regional de Blumenau (FURB). As experiências relatadas no presente trabalho podem contribuir para outras medições em diversos locais do País.
Ensaio de continuidade elétrica em estrutura de concreto armado de um edifício em construção, conforme o “Anexo E” da ABNT NBR 5419:2005
Com o intuito de verificar na prática como se constitui o sistema de SPDA Estrutural, realizou-se essa medição em visita a um prédio em construção que utiliza o referido sistema. O prédio em questão possui dois pavimentos de garagem e dez pavimentos, totalizando uma altura de 40 metros até o topo da caixa d’água. Para a realização da medição, por não se tratar do seu objetivo, não foram envolvidos todos os subsistemas que compõem o SPDA. Somente o subsistema de descida, que neste caso utiliza a ferragem estrutural como meio de condução da corrente de descargas atmosféricas da captação para o aterramento, permitido pela ABNT NBR 5419, foi analisado e ensaiado.
A construtora responsável pela obra utiliza as ferragens estruturais como subsistema de descida há alguns anos por dois motivos principais: economia e ganho estético. Conforme verificado no local em outra ocasião e ilustrado nas Figuras 1, 2 e 3, a ferragem estrutural é conectada entre si por meio de solda elétrica. As soldas são realizadas no trespasse das ferragens horizontais de cada pavimento e das ferragens dos pilares, bem como com a malha de ferro da laje. As emendas entre barras horizontais também são realizadas via solda. Dessa forma, tem-se a garantia da continuidade elétrica e da equipotencialização da estrutura.

Figura 1 - Solda entre a ferragem vertical na mudança de pavimento da prumada de coluna e a ferragem horizontal. 

Figura 2 - Emenda com solda da ferragem horizontal.

Figura 3 - Solda entre ferragem vertical, horizontal e a malha de ferro da laje. 

Figuras 4.a (superior) e 4.b (inferior) - Conexão com os cabos de cobre de cobertura.

Figura 5 - Cabo de cobre soldado à ferragem de uma coluna, não interligado à malha da terra.
 
Figura 6 - Cabo conectado a uma hasta dentro de uma caixa de inspeção


Figura 7 - identificação dos pontos de conexão na cobertura: (1) fachada principal, (2) fachada oposta, (3) e (4) sobre a caixa d'água

Figura 8 - Equipamentos utilizados.

quarta-feira, 23 de março de 2011

CREA-PR reforça a necessidade de implantação e conservação dos pára-raios por profissionais capacitados

O Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia do Estado do Paraná (CREA-PR) aborda a importância de cuidados referentes a conservação dos pára-raios nos edifícios, uma vez que eles têm como captar a descarga elétrica e conduzi-la para o sistema de aterramento de modo rápido e seguro, minimizando os danos.


Segundo o engenheiro eletricista e de segurança no trabalho, Fauzi Geraix Filho, caso não haja eficiência do sistema de proteção contra descargas atmosféricas, existe a possibilidade de riscos mecânicos. “Se um raio atingir a lateral de um edifício, as paredes se quebrarão e o prédio irá abaixo”, fala. “Existem ainda os riscos eletrônicos, ou seja, a queima de todos os aparelhos que dependam de energia elétrica, além do risco à vida das pessoas caso fiquem desprotegidas ou desabrigadas. Portanto quanto maior for a eficiência do sistema, menor serão os danos causados a esses equipamentos”.

O CREA-PR informa sobre a existência da norma técnica NBR 5419 – Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas, que diz que o engenheiro que projeta o edifício deve calcular a necessidade ou não de um pára-raios. Existe também uma normativa do CONFEA que rege a respeito de fiscalização destes sistemas, que está sendo revisada pela Câmara Especializada de Engenharia Elétrica, para implantar modificações importantes para aumentar a eficiência dos profissionais a respeito de proteção contra descargas atmosféricas.

Se o edifício não estiver equipado com o pára-raios, o engenheiro responsável pela sua construção poderá responder criminalmente pela falta de aplicação das normas técnicas, além da sua responsabilidade civil em caso de acidente. “Através da normativa o CREA-PR efetua fiscalizações e observâncias e, caso exista alguma irregularidade, o sindico é comunicado”. Geraix Filho recomenda a inspeção anual, realizada por um engenheiro eletricista, com laudo técnico. “Esta medida está de acordo com a orientação da NBR-5419 e é muito importante em virtude das inúmeras falhas registradas”, explica.

Fugindo dos riscos


Geraix Filho frisa que existem locais que devem ser evitados em caso de tempestades, como piscinas e outras áreas externas, e o melhor é procurar abrigo dentro de edificações. “É recomendável que as pessoas evitem utilizar aparelhos e equipamentos eletrônicos que estejam conectados a linha de energia elétrica, como chuveiro elétrico, ferro de passar e telefones”, diz. “Já a televisão, computador e outros eletrônicos devem ser mantidos desligados pela possibilidade de a descarga vir a queimá-los”, recomenda.

Raios sob diferentes ângulos

Raios sob diferentes ângulos Pesquisadores do Inpe capturam primeiras imagens coloridas de descargas elétricas com câmeras de altas resolução e velocidade (Elat/Inpe)
Por Elton Alisson
Agência FAPESP – Pesquisadores do Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) estão começando a observar as descargas atmosféricas (raios) sob diferentes ângulos.
Em janeiro, eles capturaram em São José dos Campos (SP), na região do Vale do Paraíba, as primeiras imagens coloridas de raios já registradas no mundo com câmeras com altas resolução e velocidade.
Segundo o coordenador do projeto e do Elat, Osmar Pinto Júnior, as imagens produzidas pelas câmeras permitirão analisar, pela primeira vez, com maior acuidade, as características dos raios e avaliar os impactos sobre os objetos que atingem no solo.
“Por meio dessas imagens poderemos visualizar com detalhes um raio caindo sobre um para-raios de um prédio ou sobre uma torre de transmissão e distribuição de energia, por exemplo. Com isso, será possível realizar estudos mais aprofundados sobre o nível de proteção que esses objetos precisam ter para resistir a uma descarga elétrica atmosférica”, disse à Agência FAPESP.
As imagens capturadas pelas câmeras também possibilitarão aperfeiçoar os sistemas de detecção e monitoramento de raios. Atualmente, os sistemas apresentam erros de localização que variam de 500 metros a 5 quilômetros, dependendo da intensidade do raio.
“É uma margem de erro apreciável, que nós temos dificuldade de diminuir. Para isso, precisamos de uma técnica independente e mais precisa, como essas câmeras”, contou Pinto Júnior.
Para calibrar o sistema de monitoramento utilizado pelo Inpe, os pesquisadores irão operá-lo simultaneamente com as câmeras e comparar as informações sobre as observações de tempestades fornecidas pelas duas técnicas.
Dessa forma, será possível predizer, no futuro, onde e quando cairão raios durante uma tempestade, que variam de acordo com a região, e melhorar os sistemas de prevenção e proteção contra o fenômeno natural.
“Os raios causam prejuízos materiais no Brasil de, aproximadamente, R$ 1 bilhão ao ano. E, em um cenário em que ele, estão se tornando cada vez mais frequentes, a tendência é que os prejuízos e os riscos de mortes e ferimentos causados por raios também aumentem”, apontou.
Cerco aos raios
Inicialmente, os pesquisadores do Elat começaram a operar apenas uma câmera com resolução de 1.260 por 720 pixels, alta definição (HD) e capaz de registrar até 2 mil quadros por segundo, para filmar tempestades em São José dos Campos.
Mas eles já estão preparando mais duas outras câmeras – com as mesmas especificações – para operar simultaneamente, de modo a superar os obstáculos apresentados pelo uso de uma única câmera para registrar tempestades.
Segundo Pinto Júnior, ao apontar só uma câmera para uma tempestade não é possível ter uma visão completa de todos os raios e medir sua intensidade, porque a chuva – entre outros fenômenos – bloqueia a luminosidade dos raios que ocorrem na direção contrária para a qual a câmera está direcionada.
Para furar esse bloqueio, os pesquisadores utilizarão a partir de setembro de 2011 as três câmeras simultaneamente, que serão sincronizadas por um sistema de posicionamento global (GPS) para filmar tempestades em uma região onde há a maior concentração de raios no Vale do Paraíba.
As câmeras ficarão distantes cerca de 20 quilômetros uma das outras, formando um triângulo, de modo a poder registrar, sob diferentes ângulos, uma tempestade que ocorra no centro.
As informações obtidas pelas câmeras serão comparadas com as do sistema de detecção e monitoramento de raios operado pelo Elat e permitirão aperfeiçoar a Rede Brasileira de Detecção de Descargas Atmosféricas (BrasilDat), que detecta descargas elétricas no país e é operada pelo Elat em parceria com outras instituições.
“Esse é um projeto de pesquisa único, que até agora não foi realizado em nenhum outro lugar. Por meio dele, será possível ter uma visão global de uma tempestade”, disse Pinto Júnior.
O Elat é pioneiro no estudo de descargas elétricas que atingem o solo com câmeras de alta velocidade e tem contribuído mundialmente para o avanço das pesquisas sobre as características do fenômeno.
Em 2000, o grupo iniciou as primeiras pesquisas de raios com câmeras de alta velocidade e baixa resolução – de 420 por 240 pixels. E, nos últimos anos, com o aumento da capacidade de memória dos computadores, começou a registrar filmes com resolução nove vezes maior.
“Até então, haviam sido feitas algumas observações de raios a partir de aviões principalmente pela Nasa, a agência espacial americana”, disse o coordenador do projeto.
As gravações de imagens com câmeras rápidas realizadas pelos pesquisadores brasileiros serão utilizadas no inédito documentário Fragmentos de paixão – Que raio de história. O filme, que deverá ser lançado em 2012, está sendo realizado sob coordenação do Elat e mostrará os raios ao longo da história do Brasil.