Correntes e tensões induzidas interna e externamente em prédios atingidos por raios – parte 1

dez, 2018

A partir desta e nas próximas duas edições irei reproduzir um artigo do professor Antônio R. Panicali, da Proelco, e colaboradores* sobre correntes e tensões induzidas interna e externamente em prédios atingidos por raios. O trabalho foi originalmente apresentado no evento ENIE-2018. Segundo os autores, o texto que se segue procurou reproduzir, o mais fielmente possível, o conteúdo das apresentações, além de incluir uma seção inicial sobre a motivação.

  • Motivação

1950, Rio de Janeiro. Na época capital do Brasil, onde morei até 1952! Na casa de meus pais, tínhamos os seguintes equipamentos eletrônicos: uma rádio-vitrola AM – 78RPM e uma televisão “preto e branco” GE, novinha em folha, de 12 polegadas, uma das primeiras do bairro. Nossa casa vivia cheia de televizinhos! Tudo isso a válvulas termo-iônicas!!! Talvez, numa ou outra casa tivesse um receptor de FM: funções apenas recreativas! Era o que se esperava encontrar nos lares da época, além de dispositivos eletromecânicos, tais como ventilador, geladeira, liquidificador e “que tais”. Ah! Tínhamos também um telefone pretão, de disco, ligado a rede de fios da Telefônica: 26-3793 ainda me lembro do número. Código de área??? Não tinha não: interurbano era só via telefonista!!!

Para os mais jovens, convém informar que cada válvula termoiônica, figura 1a, corresponde aproximadamente, na tecnologia atual, a um transistor, com as seguintes diferenças: válvulas operam com tensões de dezenas a centenas de volts e cada uma ocupa um volume da ordem de 100 cm3, enquanto que transistores têm dimensões nano métricas, figura 1b, e operam com tensões de poucos volts. Conclusão: válvulas eram muito mais robustas, tanto física como eletricamente do que CI´s atuais que necessitam ser mais bem protegidos!

Mesmo nas aplicações industriais da época (transmissores de AM/FM, telefonia em ondas-curtas ou micro-ondas e eletrônica industrial), as tecnologias disponíveis eram aquelas: válvulas termoiônicas! Ah! Para algumas aplicações especiais, dispunha-se de retificadores de selênio!

Consequentemente, os equipamentos daquela época eram “infinitamente” mais robustos: resistiam com facilidade às perturbações eletromagnéticas de todo tipo, inclusive àquelas devidas à incidência de raios nas instalações! Além disso, para a maioria da população, uma falha do rádio ou da TV causaria, no máximo, a perda do noticiário (Repórter Esso ou Hora do Brasil) ou de um capítulo da novela O Direito de Nascer da Rádio Nacional. A função de um SPDA restringia-se, principalmente, à proteção da edificação. Note-se que, até 2015, quando foi emitida a mais recente versão da NBR-5419, a proteção contra raios da instalação elétrica interna de uma edificação ficava a cargo da Norma NBR-5410 (2005), focada principalmente em problemas da rede elétrica.

Vamos agora para a atualidade, século XXI: IoT (Internet das Coisas), Indústria 4.0, implantes bioeletrônicos,  para citar as novidades mais proeminentes. São dispositivos executando tarefas cada vez mais complexas e vitais, usando componentes cada dia menores e mais sensíveis, operando em tensões cada vez mais baixas, o que os torna cada vez mais susceptíveis às perturbações eletromagnéticas das mais variadas fontes, dentre outras aquelas devidas às descargas atmosféricas!

Decorre daí a necessidade de conhecermos em maior profundidade o comportamento eletromagnético dos elementos estruturais das edificações que abrigam tais dispositivos quando atingidas por raios, visto que, como veremos, podem afetar profundamente o ambiente interno das instalações. Nesse sentido, a NBR-5419 de 2015 representou um avanço considerável, especialmente pela introdução da parte NBR-5419-4, Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura. Esse é também o tema que procuraremos focar nessa série de dois artigos, visando permitir uma visão mais profunda de alguns dos fenômenos eletromagnéticos envolvidos e apresentar uma metodologia capaz de avaliar previamente, os níveis de campos e tensões resultantes dentro de edificações atingidas por raios.

Após um resumo das principais características dos raios, abordaremos os seguintes tópicos:

  • distribuição de correntes e tensões internas em edificações atingidas por raios;

  • efeito de ferragens complementares, tais como teto e contrapiso, na redução de tensões internas;

  • tensões entre ferragens estruturais e SPDA externo.

Hoje em dia dispomos de ferramentas computacionais capazes de simular, com razoável precisão, o comportamento eletromagnético dos canais ionizados dos raios, das ferragens estruturais, assim como das instalações elétricas internas de edificações atingidas por raios. Em particular, todos os resultados aqui apresentados foram baseados no Método dos Momentos (MOM) no domínio da frequência e transferidos para o domínio do tempo através da Transformada Rápida de Fourier (FFT).

Como será mostrado, poderão surgir tensões da ordem de kV´s ou mesmo  MV´s em alguns pontos, entre as partes metálicas, estruturais e/ou elétricas.  Na próxima edição, daremos continuidade ao tema e falaremos sobre raios e as correntes em ferragens estruturais e tensões dentro de um prédio atingido por raio.


  • Antônio R. Panicali, Proelco; C.F. Barbosa , CPqD;  J.C.O.Silva, APTEMC; e N.V.B Alves, Termotécnica

Comentários

Deixe uma mensagem