Tudo sobre subsistema de captação conforme NBR5419/2015 – SPDA

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INTRODUÇÃO

Você sabe o que é um subsistema de captação? Tem dúvidas em relação a como projetar um? Sabe o que a NBR5419:2015 diz a respeito do assunto?

Se você respondeu sim para pelo menos uma das perguntas feitas acima esse artigo é perfeito para você. Nos próximos parágrafos faremos uma abordagem simplificada e objetiva de tudo que a parte 3 da NBR5419:2015 nos diz sobre subsistemas de captação.

É importante que você saiba que para um bom projeto de subsistema de captação você deve antes fazer o estudo de gerenciamento de risco da edificação. Já fizemos um artigo a respeito do assunto e você pode conferir ele clicando aqui. Também desenvolvemos uma aplicação online que permite que você faça um gerenciamento de risco em menos de 5 minutos, clique aqui e conheça.

 

1 – CONCEITOS PRELIMINARES RELACIONADOS AO SUBSISTEMA DE CAPTAÇÃO

Antes de falarmos sobre o subsistema de captação em si, devemos definir um conceito preliminar muito importante: Diferença entre SPDA externo e SPDA interno.

SPDA Externo: Tem como objetivo interceptar uma descarga atmosférica para estrutura através do subsistema de captação, conduzir a corrente elétrica da descarga para a terra de maneira segura através do subsistema de descida e por fim dispersar a corrente da descarga na terra por meio do subsistema de aterramento. 

SPDA Interno: Tem como objetivo reduzir os riscos com centelhamentos perigosos dentro da estrutura protegida pelo SPDA externo. O SPDA interno consiste em equipotencializar todos os elementos condutores de corrente elétrica dentro da estrutura e/ou criar uma isolação elétrica entre os componentes do SPDA externo e os demais elementos condutores.

Como vimos acima, o subsistema de captação é parte integrante do que chamamos de SPDA externo e tem como objetivo interceptar descargas atmosféricas antes que as mesmas cheguem a algum ponto indesejado.

 

2- Métodos de Proteção

Definir de maneira adequada o posicionamento do subsistema de captação é fundamental para que o SPDA funcione plenamente. Diante disso a norma nos traz 3 métodos considerados aceitáveis que devem ser usados para se determinar a posição correta dos captores em uma estrutura. São eles:

– Método do ângulo de proteção;

– Método da esfera rolante;

– Método das malhas.

Devemos sempre utilizar um ou mais destes métodos na hora de projetar o subsistema de captação. Também é importante salientar que os métodos da esfera rolante e das malhas podem ser aplicados em qualquer situação, já o método do ângulo de proteção é indicado para estruturas de formato mais simples e também limita a altura do captor como mostrado mais à frente.

 

2.1- Método do ângulo de proteção (Método Franklin na NBR5419:2005)

A primeira coisa que devemos salientar sobre esse método é que, como informado anteriormente, ele é limitado a estruturas com formatos mais simples.  É importante, também, que você tenha feito o gerenciamento de risco da edificação, pois através dele você saberá qual deve ser a classe de SPDA a ser instalada no local e essa informação é de suma importância neste momento.

O objetivo neste método é definir através da classe do SPDA e da altura do captor em relação ao plano de referência (plano a ser protegido) qual será o ângulo utilizado no captor.

Com essas informações em mãos devemos então consultar a figura 1 (também disponível na norma). O ângulo de proteção (α) depende diretamente da altura H (ver figura 2). É importante lembrar que a altura H é medida a partir da ponta do captor ao plano de referência.

Figura 1

Exemplo prático método ângulo de proteção

Figura 2

 

Após definir a classe do SPDA, a altura H e encontrar o ângulo α correspondente deve se então traçar um cone partindo da ponta do captor e com ângulo α. Tudo que você deseja proteger deve estar dentro deste cone. A figura 3 ilustra a formação desse cone.

 

Repare que a base do cone possui um raio de proteção Rp(oc). Esse raio é determinado pela seguinte equação:

Após traçar o cone será possível verificar se toda a área da edificação que precisa ser protegida se encontra dentro do volume de proteção (cone).

As figuras 4 e 5 exemplificam situações onde o volume de proteção não cobre de maneira correta a edificação desejada.

Figura 4

Obs. Figura meramente ilustrativa, portanto o raio de proteção, o ângulo α e a altura H não estão necessariamente de acordo com o proposto na norma.

 

Figura 5

Obs. Figura meramente ilustrativa, portanto o raio de proteção, o ângulo α e a altura H não estão necessariamente de acordo com o proposto na norma.

 

A figura 6, por sua vez, mostra uma situação onde a edificação está completamente dentro do volume de proteção.

Figura 6

Obs. Figura meramente ilustrativa, portanto o raio de proteção, o ângulo α e a altura H não estão necessariamente de acordo com o proposto na norma.

A figura 6, por sua vez, mostra uma situação onde a edificação está completamente dentro do volume de proteção.

É válido também fazer a verificação da proteção através da planta baixa. Para isso você deve posicionar o captor na planta da edificação de acordo com o projetado (normalmente no meio do pavimento) e traçar um círculo com raio Rp(oc).

 

2.2 – Método da esfera rolante (Método Eletrogeométrico na NBR5419:2005)

Esse método consiste, basicamente, em rolar uma esfera imaginária de raio R por todas as partes externas da edificação a ser protegida. O raio R depende diretamente da classe do SPDA escolhido para a estrutura e é definido conforme a tabela 1. Vale lembrar que para se definir a classe do SPDA deve-se realizar o estudo de análise e gerenciamento de risco, conforme citado anteriormente.

Raio da esfera rolante - NBR5419

Tabela 1

A figura 7 mostra, de maneira gráfica, a aplicação do método da esfera rolante. No exemplo vemos uma esfera de raio R sendo rolada por duas estruturas, de modo a se a analisar o volume de proteção oferecido por ela.

Figura 7

De acordo com o método da esfera rolante, todos os pontos em que a esfera toca a estrutura, são pontos desprotegidos. Havendo pontos desprotegidos devemos adotar então uma nova estratégia. Essa estratégia pode ser reposicionar o captor, caso seja possível, ou adicionar mais captores. Esses novos captores devem, preferencialmente, estar nos pontos desprotegidos.

É importante salientar que para uma análise completa segundo o método da esfera rolante, não devemos analisar somente a vista em corte, como na figura 7. Em outras palavras, devemos analisar o impacto dos captores na planta baixa e também em corte. Na sequência do capítulo apresentaremos um exemplo para facilitar a compreensão.

Antes de partimos para o exemplo, é importante que você conheça 4 conceitos ainda não apresentados neste artigo. Esses conceitos são: Distância Máxima (Dm), Raio de interação (Ri), Raio de centro (Rc) e Raio de proteção (Rp)*.

A distância máxima trata da distância linear máxima entre dois captores. Raio de interção e raio de centro são duas variáveis que nos auxiliaram na determinação do raio de proteção (Rp).

*O Raio de proteção (Rp) apresentado aqui é diferente do Raio de proteção

Os quatro fatores podem ser facilmente calculados através das equações abaixo:

Onde:

R – Raio da esfera conforme tabela 1;

A – Altura de Referência;

H – Distância do captor ao solo.

 

2.2.1 – Exemplo Prático

Abaixo é apresentado um exemplo prático utilizando o método da esfera rolante. Mostraremos também como desenhar a esfera rolante e seu volume de proteção no software Autocad.

Neste exemplo, considere que já foi feito o estudo de análise e gerenciamento de risco da edificação e constatou-se a necessidade de se utilizar SPDA classe III. A figura abaixo mostra as demais informações relevantes sobre a edificação.

Exemplo prático Método das esferas rolantes - NBR5419

Figura 8 – Exemplo Prático

Conforme mostrado na imagem acima, H = 20 metros e A = 15 metros. A variável R, podemos obter consultando a tabela 1.

Exemplo prático Método das esferas rolantes - Raio da esfera rolante - NBR5419

Figura 9 – Exemplo 

Para SPDA classe III, nossa esfera deverá ter raio R = 45 metros.

Com os valores de A, H e R, podemos calcular Dm, Ri, Rc e  Rp.

Após calcular as variáveis acima, podemos iniciar a parte do desenho no Autocad.

Nosso primeiro objetivo será verificar o volume de proteção em corte. Para isso devemos seguir os passos abaixo.

 

1º Passo: Desenhar um circulo com raio R com centro na ponta do captor.

2º Passo: Encontrar a intersecção entre o círculo desenhado e o solo. Após isso devemos fazer uma cópia da linha do solo com uma distância igual a R.

3º Passo: No cruzamento entre a linha copiada e o círculo, fazemos um novo círculo de raio R.

4º Passo: Podemos apagar o primeiro círculo e ficar somente o segundo, pois este trata-se da esfera rolada, que indica a área sob proteção. Repare que toda a área dentro do círculo é uma área desprotegida.

5º Passo: Agora, após verificar que parte da estrutura não está sendo protegida, adicionaremos mais um captor e desenharemos um circulo com R = 45 metros na ponta de cada dos captores.

6º Passo: Agora, desenharemos um novo círculo, também com raio R, a partir da intersecção dos dois primeiros círculos.

7º Passo: Podemos agora apagar os dois primeiros círculos e manter somente o terceiro, pois a área abaixo dele e entre os captores é a área que está sendo protegida.

Com os primeiros sete passos rolamos a esfera de proteção de modo a verificamos se os captores são capazes de proteger a edificação de forma vertical. Agora, iremos trabalhar com a vista superior da edificação de modo a verificar se o sistema de proteção proposto é capaz de proteger toda a edificação horizontalmente

8º Passo: Podemos agora apagar os dois primeiros círculos e manter somente o terceiro, pois a área abaixo dele e entre os captores é a área que está sendo protegida.

9º Passo: Agora devemos traçar um círculo que tangencie os dois círculos desenhados anteriormente e que possua raio Ri, calculado no início deste capítulo*. Após desenhar este terceiro círculo, podemos espelhá-lo para baixo através do comando mirror, formando assim a imagem abaixo.

*Para fazer isso no autocad basta dar o comando círculo, selecionar a opção “tan, tan, radius”, clicar em qualquer ponto de um dos círculos, clicar em qualquer ponto do outro círculo e inserir o raio Ri.

10º Passo: Agora devemos deixar somente a área correspondente a área de proteção, conforme imagem abaixo.

Apesar de parecer bastante complicado à primeira vista, o método da esfera rolante é simples e com um pouco de prática você fará com facilidade.

 

2.3 – Método das malhas (Método Gaiola de Faraday na NBR5419:2005)

Trata-se de um método de proteção muito eficiente e largamente utilizado. Consiste em formar em cima da edificação uma grade metálica, que deve estar devidamente aterrada.

A norma nos passa duas orientações importantes em relação ao posicionamento dos captores em uma malha:

  • Os captores devem ser instalados na periferia da cobertura da estrutura;
  • Os captores devem ser instalados nas saliências da cobertura da estrutura.

O método das malhas é indicado para telhados com formação puramente horizontal e também para telhados inclinados sem curvatura. Superfície laterais planas também podem ser protegidas por este método.

A distância entre os condutores de uma malha é definida pela norma através da tabela 1 e depende diretamente da classe do SPDA definida através do gerenciamento de risco.

Raio da esfera rolante - NBR5419

Nesse método todos os condutores serão interligados de modo a formar uma espécie de rede, ou seja, uma malha condutora. Quanto mais próximos os captores estiverem, ou sejam, quanto menor for o afastamento entre eles, mais segura estará a edificação.

CONCLUSÃO

A aplicação dos métodos descritos na normativa pode parece complicada em um primeiro olhar, mas seguindo os passos apresentados nesse artigo você conseguirá, com certeza, fazer bons projetos.

É importante, além de ler o artigo, ler também a norma NBR5419:2015, pois há outros detalhes importantes em relação a outras partes de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas.

Também desenvolvemos um artigo sobre sistema de captação natural e você pode ler clicando aqui.

 

Fonte: EA – Engenheiros Associados