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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA

ABNT NBR 5419: Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 em

estruturas da UNIFEI.

Carolina Monteiro de Oliveira Peregrino

Murilo Airez Marton da Silva

Itajubá, outubro de 2017

UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação

ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA

Carolina Monteiro de Oliveira Peregrino

Murilo Airez Marton da Silva

ABNT NBR 5419: Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 em

estruturas da UNIFEI.

Monografia apresentada ao Instituto de

Sistemas Elétricos e Energia, da

Universidade Federal de Itajubá, como parte

dos requisitos para obtenção do título de

Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Estácio Tavares Wanderley Neto

Coorientador: Prof. Credson de Salles

Itajubá, outubro de 2017


iii

Dedicatória

Agradeço ao mundo pоr mudar аs coisas, pоr nunca

fazê-las serem dа mesma forma, para que, assim, eu

tenha a oportunidade de me reinventar todos os dias.

Dedico à minha família que, cоm muito carinho e

paciência me deram apoio e nãо mediram esforços

para que eu chegasse аté esta etapa. Mãe, seu cuidado

е dedicação foram o que deram, em alguns

momentos, а força pаrа seguir. Às pessoas cоm quem

convivi ao longo desses anos e a todos aqueles que,

dе alguma forma, estiveram е estão próximos dе mim.

Toda distância, tоdо sofrimento, todas аs renúncias

fizeram parte de quem me tornei. Valeu а pena

esperar. Valeu a pena cada escolha! Hоjе estamos

colhendo, juntos, оs frutos dо nosso empenho.

Carolina Peregrino

Dedico este trabalho à minha família, pоr sua

capacidade dе acreditar еm mіm е investir еm mim.

À minha Mãe, que sempre acreditou em mim e se

esforçou para me ajudar alcançar meus objetivos.

Ao meu Pai, suа presença significou segurança е

certeza dе quе não estou sozinho nessa caminhada.

À minha vó Zeila, pelo seu exemplo de determinação

e por sempre se preocupar comigo.

À minha irmã Juliana, por todo o companheirismo e

incentivo.

Aos meus amigos, que sempre encontraram uma

maneira de trazer felicidade mesmo em momentos

difíceis.

Por fim, esta minha conquista também é de vocês.

Murilo Marton


iv

Agradecimentos

Agradeço à Universidade Federal de Itajubá por todas as oportunidades que me foram

dadas.

Agradeço ao Instituto de Engenharia Elétrica pelo corpo de docentes que estiveram

contribuindo e compartilhando seu conhecimento por toda minha trajetória na universidade.

Agradeço ao Centro Acadêmico de Engenharia Elétrica (CAEEL) e ao Programa de

Educação Tutorial (PET) pelas lições que aprendi, que me fortaleceram e me ajudaram a crescer

como pessoa.

Agradeço imensamente à oportunidade de passar um tempo da minha vida acadêmica

na State University of New York at Oswego, que possibilitou amadurecer minha bagagem de

conhecimento e chegar até aqui.

Por fim, agradeço ao Estácio e ao Credson por aceitarem esse desafio junto comigo.

Carolina Peregrino

Agradeço primeiramente à Deus que permitiu que este momento fosse vivido por mim,

trazendo alegria aos meus pais e a todos que contribuíram para a realização deste trabalho.

Agradeço a Universidade Federal de Itajubá pela oportunidade da busca pelo

conhecimento.

Agradeço ao Instituto de Engenharia Elétrica e a todos os professores que me

acompanharam durante a graduação, sempre com a prontidão de ensinar e compartilhar o

conhecimento.

Agradeço aos professores e amigos da Kennesaw State University e Indiana Institute of

Technology, que me ajudaram a enxergar o mundo de outra maneira.

Agradeço ao Estácio e ao Credson pela oportunidade е apoio nа elaboração deste

trabalho.

Murilo Marton


v

Resumo

Esse trabalho apresenta a origem e as características de uma descarga atmosférica. Aponta os

aspectos de um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), desde sua

importância até os métodos de dimensionamento. Expõe a necessidade de se elaborar as normas

técnicas, dando enfoque na proteção contra descargas. Quanto a esta, aponta sua evolução desde

sua criação, enfatizando suas mais recentes alterações. Faz-se um comparativo entre as duas

últimas versões disponíveis, com foco na Parte 3 (ABNT NBR 5419-3:2015 - Danos físicos a

estruturas e perigos à vida). Para exemplificar qual o impacto dessas mudanças, apresenta-se

um estudo de caso por meio da observação dos pontos chave de cada sistema instalado para

verificar se dois prédios da Universidade Federal de Itajubá, à época projetados de acordo com

a ABNT NBR 5419:2005, ainda estariam de acordo com a norma revisada.

Palavras chave: SPDA, normas técnicas, descargas atmosféricas, comparativo.


vi

Abstract

This paper describes the origin and characteristics of a lightning discharge. It outlines the

aspects of a Lightning Protection System (LPS) from its importance to sizing methods. It

exposes the need on elaborating technical standards, focusing on protection against lightning

discharge. Regarding this, it points out its evolution since its inception, emphasizing the most

recent modifications. A comparison is made between the last two available versions,

highlighting section 3 (Structure physical damages and life hazard). In order to exemplify the

impact of these changes, a case study is presented through the observation of key points of each

installed system to verify if two buildings of the Federal University of Itajubá, designed

according to the ABNT NBR 5419:2005, would still be in agreement with the revised standard.

Key-words: LPS, IEC standard, lightning strikes, comparison.


vii

Lista de Figuras

Figura 1 – Os tipos de descargas atmosféricas. ........................................................................ 15

Figura 2 – Formação de raios ascendentes e descendentes. ..................................................... 15

Figura 3 - Raio registrado em Santa Teresa, com a catedral do centro do Rio de Janeiro ao

fundo. ........................................................................................................................................ 16

Figura 4 - Mapa Ceráunico do Brasil e Curiosidades. .............................................................. 17

Figura 5 – Forma de onda típica para descarga principal (descarga nuvem-solo/polaridade

negativa). .................................................................................................................................. 19

Figura 6 – Forma de onda típica para descargas subsequentes (descarga nuvem-solo/polaridade

negativa). .................................................................................................................................. 19

Figura 7 - Prejuízos causados devido descargas atmosféricas. ................................................ 20

Figura 8 - Infográfico sobre mortes por raios no Brasil. .......................................................... 21

Figura 9 - Experimento de Benjamin Franklin. ........................................................................ 23

Figura 10 – Subsistemas de um SPDA. .................................................................................... 24

Figura 11 – Subsistema Captor. ................................................................................................ 25

Figura 12 - Subsistema de Descida........................................................................................... 26

Figura 13 - Subsistema de Aterramento. .................................................................................. 27

Figura 14 – Disposição das cargas elétricas na edificação momentos antes de ser atingida por

uma descarga elétrica................................................................................................................ 28

Figura 15 – Ângulo de proteção. .............................................................................................. 29

Figura 16 – Volume de proteção provido por condutor suspenso. ........................................... 31

Figura 17 – Método da gaiola de Faraday. ............................................................................... 32

Figura 18 – Raio da Esfera para o modelo EMG. .................................................................... 33

Figura 19 – Volume protegido.................................................................................................. 34

Figura 20 – Exemplo ABNT NBR5419:2005 – Nível de proteção III – Malha 10 x 20 m. .... 38


viii

Figura 21 – Exemplo ABNT NBR5419:2015 – Nível de proteção III – Malha 15 x 15 m. .... 39

Figura 22 – Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA. ....................................... 40

Figura 23 – Anéis condutores de um sistema de descida para nível de proteção III. ............... 42

Figura 24 – Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da

resistividade do solo. ................................................................................................................ 43

Figura 25 – Comprimento mínimo do eletrodo de aterramento de acordo com a classe do SPDA.

.................................................................................................................................................. 44

Figura 26 – Prédio do CEDUC. ................................................................................................ 48

Figura 27 – Prédio do Hangar. ................................................................................................. 49

Figura 28 - Subsistema de Captação do projeto de SPDA do CEDUC. ................................... 51

Figura 29 - Descida e fixação da barra de alumínio. ................................................................ 52

Figura 30 – Ligações equipotenciais entre as telhas metálicas. ............................................... 52

Figura 31 – Projeto da descida em barra chata de alumínio. .................................................... 54

Figura 32 – Descida em barra chata de alumínio - CEDUC. ................................................... 54

Figura 33 – Componentes conectados a haste de aterramento. ................................................ 56

Figura 34 – Vala da malha de aterramento. .............................................................................. 57

Figura 35 – Subsistema de captação do projeto de SPDA do Hangar. ..................................... 58

Figura 36 – Projeto da descida em barra chata de alumínio – Hangar. .................................... 60

Figura 37 – Descida em barra chata de alumínio – Hangar. ..................................................... 60

Figura 38 – Subsistema de aterramento – Hangar. ................................................................... 62

Figura 39 – Vala para malha de aterramento – Hangar. ........................................................... 63

Figura 40 – Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – CEDUC. ............................ 66

Figura 41- Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – HANGAR. .......................... 68


ix

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Descargas Principais Negativas Nuvem-Solo (Adaptação ABNT NBR 5419-1:2015).

.................................................................................................................................................. 18

Tabela 2 – Segmentação da ABNT NBR 5419:2015. .............................................................. 36

Tabela 3 – Posicionamento de captores conforme o nível de proteção. ................................... 39

Tabela 4 - Valores máximos dos raios da esfera rolante e tamanho da malha correspondentes a

classe do SPDA ........................................................................................................................ 40

Tabela 5 - Espessura mínima de chapas metálicas ou tubulações metálicas em sistemas de

captação. ................................................................................................................................... 41

Tabela 6 – Espaçamento médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de

proteção. ................................................................................................................................... 41

Tabela 7 – Custo dos componentes considerando captação natural – CEDUC. ...................... 65

Tabela 8 - Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – CEDUC.

.................................................................................................................................................. 66

Tabela 9 – Custo dos componentes considerando captação natural – HANGAR. ................... 67

Tabela 10 – Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – HANGAR.

.................................................................................................................................................. 67


x

Sumário

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 12

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 14

2.1 As descargas atmosféricas...................................................................................... 14

2.1.1 Origem e formação dos raios .................................................................................... 14

2.1.2 Número de descargas para a Terra ........................................................................... 16

2.1.3 A corrente elétrica de uma descarga ......................................................................... 18

2.1.4 Os riscos atrelados às descargas atmosféricas .......................................................... 20

2.1.5 Proteção contra as descargas .................................................................................... 22

2.1.5.1 Subsistemas de um SPDA ................................................................................ 24

2.1.5.2 Métodos de dimensionamento de um SPDA .................................................... 27

3 ANÁLISE COMPARATIVA: ABNT NBR 5419:2005 VERSUS ABNT NBR 5419-

3:2015 ....................................................................................................................................... 35

3.1 ABNT NBR 5419 e sua evolução dentre os anos .................................................. 35

3.2 Os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3: Danos

físicos a estruturas e perigos à vida ....................................................................................... 37

3.2.1 Subsistema de Captação ........................................................................................... 38

3.2.2 Subsistema de Descida ............................................................................................. 41

3.2.3 Subsistema de Aterramento ...................................................................................... 43

3.2.4 Componentes ............................................................................................................ 44

3.2.5 Fixações .................................................................................................................... 45

3.2.6 Materiais e Dimensões.............................................................................................. 45

3.2.7 Sistema Interno de Proteção Contra Descargas Atmosféricas.................................. 45

3.2.8 Utilização de Ferragens Estruturais Como Parte do SPDA e Ensaio de

Continuidade. ........................................................................................................................ 46

4 METODOLOGIA ........................................................................................................... 48

5 ANÁLISE DOS PROJETOS DE SPDA SEGUNDO A ANBT NBR 5419:2015 – 3:

DANOS FÍSICOS A ESTRUTURAS E PERIGOS À VIDA .............................................. 51

5.1 Edifício CEDUC ...................................................................................................... 51




5.2 Edifício Hangar ....................................................................................................... 58



xi



5.3 Dificuldades na Análise de Conformidades ......................................................... 64

6 ANÁLISE ECONÔMICA DAS ADAPTAÇÕES ........................................................ 65

7 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 69

8 REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 71


12

1 Introdução

Popularmente conhecido como “raio”, a descarga elétrica atmosférica é um fenômeno

completamente randômico e imprevisível, tanto em relação às suas características físicas –

tempo de duração, intensidade da corrente elétrica, temperatura alcançada, como em relação

aos efeitos que sua incidência pode desencadear. O raio pode, também, ser descrito como sendo

uma maneira espetacular de notarmos, visivelmente, a energia elétrica, mesmo que em frações

de segundo.

Enunciado em 1747 por Benjamin Franklin, o princípio do “Poder das Pontas” nos

permitiu entender que as cargas elétricas têm grande facilidade para entrar e sair por lugares

pontiagudos. Desta forma, ao procurar um caminho para sua descarga, o raio atinge pontos altos

e afunilados, já que estes possuem altas concentrações de cargas. Os meios mais comuns que

as nuvens encontram para se descarregarem são, por exemplo, redes elétricas, antenas de TV,

torres, varais, rede telefônicas e cercas de arame, quando estas não são seccionadas e aterradas.

Em termos práticos, nada pode ser feito para impedir que aconteça uma descarga em

determinada região.

Pensando nisto, os SPDA (Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas) foram

elaborados para proteger construções (e seus ocupantes) dos efeitos que a energia contida nos

raios pode causar. Basicamente, estes sistemas criam um caminho, com um material de baixa

resistência elétrica, para que a descarga entre ou saia pelo solo com um risco mínimo às pessoas

presentes no local.

Visando estabelecer padrões, regras, diretrizes e/ou características similares em projetos

elétricos, a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) aprova NBRs (Normas

Brasileiras). A norma que prescreve os procedimentos e parâmetros a serem seguidos, quando

se faz necessária a instalação de um SPDA em uma estrutura, é norma ABNT NBR 5419.

A ABNT NBR 5419:2005, por muito tempo, normatizou os sistemas PDA. Em agosto

de 2015, esta norma, composta por 42 páginas, foi cancelada e substituída por uma nova versão,

ABNT NBR 5419:2015, com 309 páginas publicadas em 4 partes tal como a IEC 62305-1. A

mudança da norma tem como objetivo o melhoramento da segurança das instalações e a

indicação da aplicação de novos materiais e sistema. Como não se fala de prazos para

adequação, a partir da data de publicação do novo documento, muitos SPDA construídos com

base na norma de 2005 podem não atender à norma vigente.


13

Desta maneira, o objetivo desse trabalho é entender tecnicamente o conteúdo e

especificações da norma para a adequada aplicação nos projetos e instalações. Ainda, destacar,

com clareza, quais as principais mudanças que se percebe ao se comparar os documentos de

2005 e 2015, dando enfoque à parte 3 da ABNT NBR 5419:2015 – Danos físicos a estruturas e

perigos à vida, que é a que mais está ligada à norma anterior, trazendo os critérios de projeto,

instalação e manutenção dos SPDA.

Neste trabalho são apresentados os conceitos e parâmetros das descargas atmosféricas,

origem, histórico e divisão da norma em questão, função e importância em se ter um SPDA,

comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419, bem como um estudo de

caso.


14

2 Revisão Bibliográfica

2.1 As descargas atmosféricas

2.1.1 Origem e formação dos raios

Os raios e os trovões aparecem com constância nos mitos das civilizações do passado.

Profetas, sábios, escribas e feiticeiros os interpretavam como manifestações divinas,

considerados principalmente como reação de ira contra as atitudes dos homens. Nas mãos de

heróis mitológicos e de divindades eram utilizados como lanças, martelos, bumerangues,

flechas ou setas para castigar e perseguir os homens pecadores (ELAT, 2014)

Para os antigos gregos, os raios eram lanças produzidas pelos gigantes Ciclopes,

criaturas de um olho só. Elas eram feitas para que Zeus, o rei dos deuses, as atirasse sobre os

homens pecadores e arrogantes. Outra crença, muito difundida na Europa Medieval, dizia que

o badalar dos sinos das igrejas durante as tempestades afastaria os raios. A superstição perdurou

por muito tempo. Muitos campanários de igreja foram atingidos e mais de uma centena de

tocadores de sino foram mortos acreditando em tal ideia. A superstição perdeu força somente

no início do século XVIII. (ELAT, 2014)

Hoje em dia, com o avanço da ciência, sabemos que o raio é, na verdade, decorrente do

carregamento eletrostático de partículas em suspensão no ar.

As cargas acumuladas na nuvem induzem cargas de sinal contrário na superfície do

solo e um campo elétrico se forma entre a nuvem e o solo. Dentro da própria nuvem

e entre nuvens próximas existem cargas de polaridades opostas acumuladas em

diferentes regiões, gerando também campos elétricos de altas intensidades.

As descargas ocorrem quando os valores desses campos elétricos excedem o valor

suportável pelo ar, levando à sua ionização. Como consequência, o ar que antes se

comportava como um isolante passa a se comportar como um condutor, permitindo a

circulação de cargas elétricas. (PAULINO et al., 2016, p. 18)

As descargas podem ocorrer dentro das nuvens, entre nuvens, da nuvem para o espaço

e da nuvem para o solo, como pode ser visto na Figura 1. A Figura 2 ilustra e descreve a

formação de raios descendentes e ascendentes. Estes são bem raros e apenas poucos países já

foram capazes de filmar esse fenômeno atmosférico. No Brasil, pesquisadores do Grupo de

Eletricidade Atmosférica (ELAT) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)

capturaram, pela primeira vez, imagens de raios ascendentes no Pico do Jaraguá, zona norte de

São Paulo, no verão de 2012.


15

Figura 1 – Os tipos de descargas atmosféricas.

(Fonte: PAULINO at al. 2016. “Diferentes tipos de descargas atmosféricas”. Proteção de equipamentos

elétricos e eletrônicos contra surtos elétricos em instalações, 18. Lagoa Santa: Editora Clamper.)

Figura 2 – Formação de raios ascendentes e descendentes.

(Fonte: Estadão. 2013. Estadão.09/01/2017. http://www.estadao.com.br/noticias/geral)


16

2.1.2 Número de descargas para a Terra

A região de maior incidência de descargas atmosféricas no planeta é em sua zona

tropical, região compreendida entre os Trópicos de Câncer e Capricórnio. Esta faixa do globo

é caracterizada por elevado índice de chuvas e temperatura ambiente alta. Para se ter ideia da

dimensão desse fenômeno, de acordo com o INPE (Instituto de Pesquisas Espaciais), por volta

de 50 a 100 raios ocorrem no mundo a cada segundo, o que equivale a cerca de 10 milhões de

descargas por dia ou três bilhões por ano.

O Brasil é o país de maior extensão territorial localizado na região equatorial (tropical),

o que o torna o campeão de incidência de descargas atmosféricas (PAULINO et al., 2016, p.

18) – são, aproximadamente, 50 milhões de raios por ano. A Figura 3, ilustra uma ocorrência

deste fenômeno atmosférico em Santa Teresa, no Rio de Janeiro.

Figura 3 - Raio registrado em Santa Teresa, com a catedral do centro do Rio de Janeiro ao

fundo.

(Fonte: ELAT. 2016. Foto de Raios.15/03/2017. http://www.inpe.br/webelat/homepage/menu/noticias/)

Uma das formas de se medir a quantidade de descargas atmosféricas que incide em uma

determinada região é por meio do nível ceráunico - número de dias de trovoada numa

determinada região por ano. O infográfico apresentado na Figura 4 mostra o mapa ceráunico

do Brasil. (PAULINO et al., 2016, p. 18).


17

Figura 4 - Mapa Ceráunico do Brasil e Curiosidades.

(Fonte: INPE. 2015. Mapa de densidade de raios no Brasil.08/04/2017. http://www.inpe.br/webelat/

imagesNovoLayout/arte/infografico_2_alta.jpg)

Leg

enda:


18

2.1.3 A corrente elétrica de uma descarga

Toda essa densidade de descargas atmosféricas incidentes em edificações e torres

elevadas tem a medição dos seus valores de correntes feitas há bastante tempo. Já na década

de 1930,

(...) foi iniciado um importante projeto de medição de correntes no Empire State

Building, na época o edifício mais alto do mundo. Desde então, vários laboratórios

foram instalados ao redor do planeta com o objetivo de medir a intensidade e a forma

de onda das correntes de descarga atmosférica. (...) Na década de 1980, um desses

laboratórios foi instalado em Minas Gerais pela CEMIG (Estação Morro do

Cachimbo) e continua em atividade. (PAULINO et al., 2016, p. 21)

Esse sistema tem a medição da intensidade e a forma de onda das correntes de descarga

atmosférica feita de maneira indireta. Os campos eletromagnéticos gerados pelas descargas são

captados por antenas, sendo possível estimar-se o valor e a forma de onda das correntes de

descarga. Ainda, por meio da técnica de triangulação, é possível estimar o ponto de incidência

das descargas caso várias antenas sejam utilizadas.

As medições realizadas mostram que é comum a ocorrência de várias descargas no

mesmo canal ionizado (relâmpago). A primeira descarga geralmente é a de maior

intensidade e é chamada de descarga principal. As demais componentes são chamadas

de descargas subsequentes. (PAULINO et al., 2016, p. 22)

Examinou-se os valores medidos de intensidades de descargas ao longo do planeta, e

propuseram-se valores para a mediana e o desvio padrão para a descarga principal negativa.

São, respectivamente, 31,3 kA e 0,48 kA. A ABNT NBR 5419-1:2015, Princípios Gerais,

propõe a Tabela 1 com valores de pico das correntes e as associadas probabilidades um valor

de descarga ser excedido. (ANDERSON, R.B.; ERIKSSON, A.J., 1980).

Tabela 1 - Descargas Principais Negativas Nuvem-Solo (Adaptação ABNT NBR 5419-

1:2015).

Valor de pico da corrente (kA) % de descargas com valores acima

dos valores da primeira coluna

3 99

5 95

20 80

30 60

35 50

50 30

60 20

80 10

100 5


19

As formas de onda típicas de uma descarga principal e das subsequentes são mostradas

nas Figuras 5 e 6.

Figura 5 – Forma de onda típica para descarga principal (descarga nuvem-solo/polaridade

negativa).

(Fonte: PAULINO at al. 2016. “Formas de onda típicas de uma descarga nuvem-solo de polaridade

negativa. Primeira curva: descarga principal. ” Proteção de equipamentos elétricos e eletrônicos contra surtos

elétricos em instalações, 22. Lagoa Santa: Editora Clamper.)

Figura 6 – Forma de onda típica para descargas subsequentes (descarga nuvem-

solo/polaridade negativa).

(Fonte: PAULINO at al. 2016. “Formas de onda típicas de uma descarga nuvem-solo de polaridade

negativa. Segunda e terceira curvas: descargas subsequentes. ” Proteção de equipamentos elétricos e eletrônicos

contra surtos elétricos em instalações, 22. Lagoa Santa: Editora Clamper.)


20

Apesar de a intensidade das descargas (dezenas de quilo ampères) e a potência do campo

elétrico nas nuvens em que os raios se formam (pode chegar a mil gigawatts, ou seja, uma

potência 100 mil vezes maior do que a encontrada em redes de alta tensão) sejam bem

significativas, a energia contida em um raio, algo em torno de 300 kWh, equivalente ao

consumo mensal de energia de uma casa pequena, pois este tem uma duração muito breve (em

média 0,2 segundos). (ELAT, 2014).

2.1.4 Os riscos atrelados às descargas atmosféricas

Os raios são fenômenos naturais que aguçam a curiosidade, mas causam prejuízos e

mortes, como mostrado na Figura 7.

Conforme relata Daniel Mello – Repórter da EBC Agência Brasil – entre 2000 e 2014

morreram, em média, 111 pessoas por ano devido à queda de raios, totalizando 1.790 casos

(Figura 8). Em 2015 foram registradas 104 mortes. Já no ano de 2016, registrou-se menos

mortes por raios do que a média dos últimos 20 anos. Segundo as projeções do ELAT, o número

de vítimas desse tipo de acidente ficou abaixo dos 70 casos, graças a um aumento da

conscientização sobre os perigos dos raios. Para 2017, o grupo de pesquisas prevê uma

incidência de raios dentro da média histórica. A estimativa foi feita a partir das temperaturas

dos oceanos Atlântico e Pacífico - Sul, Equatorial e Norte.

Figura 7 - Prejuízos causados devido descargas atmosféricas.

(Fonte: Google Imagens. 2014. 10/04/2017. https://www.google.com/imghp?hl=pt-PT)


21

Figura 8 - Infográfico sobre mortes por raios no Brasil.

(Fonte: INPE. 2016. Morte por Raios no Brasil. 15/04/2017. http://www.inpe.br/webelat/imagesNovoLayout/

arte/infografico_4_alta_20160302.jpg)


22

A grande maioria dos acidentes com as descargas atmosféricas ocorre em áreas

descampadas, onde as pessoas estão desabrigadas. Em se considerando os animais, muitos são

mortos, também, por esse fenômeno por ano no país. Ainda, um grande número de incêndios

em edificações e florestas são iniciados pelos raios nas tempestades.

Milhões de dólares são perdidos anualmente devido a queima de equipamentos elétricos

e eletrônicos – causados pelas descargas atmosféricas – ao redor do mundo, trazendo uma série

de transtornos para os usuários que ficam privados de serviços hoje considerados essenciais.

Sistemas de distribuição de energia elétrica e de combustíveis, hospitais, semáforos e serviços

de telecomunicações, dentre outros, são serviços essenciais que podem deixar de operar devido

a esse fenômeno.

Apesar de todo o risco e perdas atrelados a eles, os raios também são os responsáveis

por quebrar as moléculas de nitrogênio e oxigênio na atmosfera, que, quando recombinadas,

formam o óxido de nitrogênio. Uma parte dessa combinação, ao ser levada pela chuva para o

solo, atua como fertilizante. Outra parte desse composto químico, em reação com outras

partículas, mantém o equilíbrio da camada de ozônio. Se as descargas atmosféricas não

existissem, esse equilíbrio seria abalado, deixando a camada de ozônio mais vulnerável e,

consequentemente, aumentando a intensidade dos raios ultravioleta.

2.1.5 Proteção contra as descargas

Há mais de 260 anos, mais precisamente no dia 15 de junho de 1752, em meio a uma

tempestade, o americano Benjamin Franklin (1706-1790) resolveu provar algumas de suas

suposições científicas. Franklin utilizou uma fita de seda para empinar uma pipa. Esta fita estava

presa a uma chave de metal, como ilustra a Figura 9. Franklin soltou o "brinquedo" e observou

que a carga elétrica dos raios descia pelo dispositivo. (BENJAMIN FRANKLIN HISTORY,

2017)


23

Figura 9 - Experimento de Benjamin Franklin.

(Fonte: WALDERRAMA. 2016. SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA,

18. SENAI)

Com esta ousada experiência, Franklin comprovou à comunidade científica da época

que o raio é apenas uma corrente elétrica de grandes proporções. Ainda, como o cientista se

voltava à praticidade e à utilidade de suas descobertas, demonstrou que hastes de ferro ligadas

à terra e posicionadas sobre ou ao lado de edificações serviriam de condutores para descargas

elétricas atmosféricas. Naquele momento, Benjamin Franklin estava inventado o para-raios.

Um Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), popularmente

conhecido por para-raios, tem como objetivo interceptar os raios e encaminhar a energia contida

neles, desde o ponto em que este atinge uma edificação até o ponto de aterramento, sendo este

percurso o mais rápido e seguro possível.

Ao contrário do que muitos possam imaginar, o SPDA não para, nem evita que as

descargas ocorram. Ele apenas faz a proteção das pessoas e do local onde estas se encontram,

neutralizando o crescimento gradiente de potencial elétrico entre o solo e as nuvens (“Poder das

Pontas”), dissipando o raio diretamente para o solo, já que esse oferece um caminho mais

atrativo para as descargas, reduzindo o risco de incidência sobre as estruturas.

A instalação dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas é uma exigência

do Corpo de Bombeiros regulamentada pela ABNT NBR 5419:2015. Seu uso é exigido em

edificações, estabelecimentos industriais ou comerciais, em áreas destinadas a depósitos de

explosivos e inflamáveis, ou sempre quando a periculosidade se justificar, devendo obedecer a

critérios de confiabilidade e de segurança. Não estão inclusos sistemas ferroviários, veículos,

aeronaves, navios e plataformas marítimas.


24

“Os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas diretas podem ser divididos,

classicamente, em três partes, a saber: rede captora de descargas, descidas e aterramentos”.

(CREDER, 2016). O dimensionamento da rede captora é segmentado em três métodos distintos:

Método de Franklin; Método Gaiola de Faraday; e Método da Esfera Rolante, Eletrogeométrico

ou Esfera Fictícia.

Considerando a complexidade do fenômeno das descargas e as simplificações

contidas nos modelos propostos, não se pode obter uma proteção com 100% de

garantia, o que significa dizer que, por melhor que seja dimensionado o sistema de

proteção de uma estrutura, ela poderá, eventualmente, ser atingida por um raio,

especialmente pelos de menor intensidade. (CREDER, 2016, p.218)

2.1.5.1 Subsistemas de um SPDA

Conforme pode ser analisado na Figura 10, cada subsistema de um Sistema de Proteção

contra Descargas Atmosféricas tem sua devida função.

Figura 10 – Subsistemas de um SPDA.

(Fonte: ProCobre. 2013. 15/04/2017.http://www.procobre.org/pr/pdf/pdf_pr/07_spda.pdf)

a) Rede captora de descargas

O subsistema de captação é constituído pelos “elementos condutores expostos,

normalmente localizados na parte mais elevada da edificação, responsáveis pelo contato direto

com as descargas atmosféricas”. (MAMEDE, 2012). Sendo assim, o captor é o elemento que


25

recebe o impacto direto da descarga atmosférica. É pelo captor que a descarga atmosférica entra

no SPDA e é conduzida a terra sem atingir diretamente o volume de proteção.

Os captores podem ser divididos em captores naturais e captores não naturais. Os

captores naturais são elementos metálicos que estão potencialmente expostos às descargas

atmosféricas (STÉFANI, 2011). Tanques, tubos, telhas e treliças metálicas com espessura

definidas de acordo com a ABNT NBR 5419:2015 são considerados captores naturais de uma

edificação. Já os captores não naturais, como os da Figura 11, “são constituídos de elementos

condutores expostos, normalmente instalados sobre a cobertura e a lateral superior das

edificações cuja finalidade é estabelecer contato direto com as descargas atmosféricas”

(MAMEDE, 2012). Podem ser citados como exemplo captores do tipo Franklin e condutores

de cobre nu fixados em forma de malha sobre a edificação.

Figura 11 – Subsistema Captor.

(Fonte: SM Consultoria. 15/04/2017.http://www. http://www.smconsultoriaempresarial.com.br)


26

b) Descidas

Os sistemas de descida recebem as correntes distribuídas pela captação, encaminhando-

as rapidamente para o solo. Ele deve passar por toda a edificação de um modo seguro para que

não cause efeitos secundários perigosos, como centelhamento lateral e indução de corrente em

condutores próximos. Assim como no sistema de captação, o condutor de descida também pode

ser natural ou não natural, como mostrados na Figura 12. (MAMEDE, 2012)

Um condutor de descida não natural é um elemento que traça um percurso retilíneo e

vertical, ligando o captor à terra pelo menor percurso possível e fixado na edificação. O

espaçamento máximo entre os condutores de descida depende do nível de proteção adotado

para a edificação. Estes sofreram uma modificação com a atualização da ABNT NBR 5419 e

podem ser vistos no item a que se refere.

Um condutor de descida natural pode ser entendido como sendo um elemento condutor

próprio da edificação e deve atender a alguns pré-requisitos, como: seção mínima

correspondente à norma (pode ser vista juntamente com o espaçamento antes mencionado),

comprovação de continuidade elétrica entre seus dois extremos, dentre outros. Além disso,

recomenda-se que seja utilizado cabo ou barra metálica adicional nos pilares da edificação para

que seja neste concentrada maior parte da corrente de descarga.

Figura 12 - Subsistema de Descida.

(Fonte: SM Consultoria. 15/04/2017. http://www.smconsultoriaempresarial.com.br)


27

c) Aterramento

O sistema de aterramento é conectado diretamente ao sistema de descidas, como na

Figura 13, e é responsável pela dissipação da corrente de descarga atmosférica no solo. Deve

oferecer o mínimo de resistência (relação entre a tensão medida entre o eletrodo e o terra remoto

pela corrente injetada nesse eletrodo) possível para que seja feito escoamento de forma segura

e, ainda, se distribuir pela terra de forma homogênea, evitando diferenças de potencial

acentuadas ao redor da edificação.

Figura 13 - Subsistema de Aterramento.


2.1.5.2 Métodos de dimensionamento de um SPDA

Como mencionado anteriormente, para determinado SPDA, existem três métodos

distintos de dimensionamento e posicionamento do subsistema de captação: Método de

Franklin, Método da Gaiola de Faraday, e Método da Esfera Rolante.

a) Método de Franklin

Baseado na descoberta de Benjamin Franklin, este método “consiste em determinar o

volume de proteção propiciado por um cone, cujo ângulo com a vertical varia segundo o nível

de proteção desejado e para determinada altura de construção”. (MAMEDE, 2012). A ABNT


28

NBR 5419:2015 define, em sua composição, as características de cada nível de proteção, bem

como os ângulos de proteção atrelados a eles.

A Figura 14 ilustra o princípio fundamental de atuação de um para-raios. Pode-se

perceber que, ao invés da descarga atingir diretamente o solo ou a estrutura, é conduzida pelo

sistema de descida (altamente condutivo), de modo que as descargas sejam interceptadas pelo

sistema, protegendo a edificação. Vale notar a concentração das cargas elétricas na base da

edificação migrando para o captor localizado em seu topo.

Figura 14 – Disposição das cargas elétricas na edificação momentos antes de ser atingida por

uma descarga elétrica.

(Fonte: DE ESTÉFANI, R.. 2011. “Edificação momentos antes de ser atingida por uma descarga atmosférica”.

Metodologia de projeto de sistema de proteção contra descargas atmosféricas para edifício residencial, 38. São

Carlos.)


29

Os projetos de instalação de para-raios podem ser elaborados de acordo com a sequência

a seguir:

i. Determinação da zona de proteção

Conforme com o nível de proteção e altura do captor (determinados por meio da norma

ABNT NBR 5419:2015), determina-se um ângulo de proteção que parte do captor, percorrendo

em torno da edificação, formando um cone. Dessa forma, qualquer descarga que poderia atingir

o volume desse cone será interceptada pelo SPDA.

O vértice do cone corresponde à extremidade superior do captor, cuja geratriz faz um

ângulo de α° com a vertical, propiciando um raio de base do cone de valor dado pela equação

(1), conforme pode ser conferido na Figura 15, na qual a posição do captor é meramente

ilustrativa. (MAMEDE, 2012)

Figura 15 – Ângulo de proteção.

(Fonte: Adaptado de DE ESTÉFANI, R.. 2011. “Ângulo de proteção de um captor”. Metodologia de projeto de

sistema de proteção contra descargas atmosféricas para edifício residencial, 39. São Carlos.)

𝑅𝑝 = 𝐻𝑐 × 𝑡𝑔 𝛼

(1)


30

ii. Número de condutores de descida

O número de condutores de descida (Ncd) é determinado em função do nível de proteção

atribuído à edificação, bem como da distância entre os condutores de descida. É sabido que os

condutores de descida devem se distribuir por todo o perímetro de construção (Pco), com certo

espaçamento (Dcd) máximo que se relaciona também com o nível de proteção inicialmente

adotado, sendo que devem ser, no mínimo, 2 condutores. A equação (2) mostra essa relação:

𝑁𝑐𝑑 =𝑃𝑐𝑜

𝐷𝑐𝑑

iii. Seção do Condutor

Devem ser utilizados, de preferência, condutores de cobre nu, principalmente em zonas

industriais de elevada poluição ou próximas à orla marítima. (MAMEDE, 2012)

A seção do condutor, bem como as variações de materiais que podem ser utilizados,

estão explícitos e detalhados na ABNT NBR 5419-3:2015.

iv. Resistência da malha de terra

Considerando a nova revisão da norma para SPDA, foi retirado o valor da resistência de

aterramento de 10 Ω, sendo que para locais onde o solo apresenta alta resistividade, poderão

ser aceitos valores maiores que este, desde que sejam feitos arranjos que minimizem as tensões

de passo e que seja tecnicamente justificado sua necessidade.

A norma também prevê aplicação do método de Franklin por condutor suspenso,

conforme pode-se observar na Figura 16. “O volume de proteção provido por condutor suspenso

está definido como sendo a composição do volume de proteção virtual de mastros com seus

vértices alinhados nesse condutor”. (ABNT NBR 5419-3:2015)

(2)


31

Figura 16 – Volume de proteção provido por condutor suspenso.

(Fonte: ABNT 5419:2015)

Esse tipo de configuração pode ser útil em áreas abertas que necessitam de proteção

contra descargas atmosféricas.

O Método de Franklin acaba sendo um caso particular do Método da Esfera Rolante, em

que o segmento de círculo é aproximado por um segmento de reta, tangente ao círculo na altura

do captor. Esse método é de mais fácil aplicação do que o eletrogeomético, mas pode resultar

em um sistema superdimensionado, uma vez que o volume de proteção proporcionado pelo

segmento de círculo sempre será superior ao proporcionado pelo segmento de reta. (CREDER,

2016). É recomendado que o Método de Franklin seja empregado em “estruturas não muito

elevadas e de pouca área horizontal, onde se pode utilizar uma pequena quantidade de captores,

o que torna o projeto economicamente interessante”. (MAMEDE, 2012).

b) Método da Gaiola de Faraday

Em 1836, o físico britânico Michael Faraday fez um experimento para provar os efeitos

da blindagem eletrostática.

Um condutor, quando carregado, tende a espalhar suas cargas uniformemente por toda

a sua superfície. Se esse condutor for uma esfera oca, por exemplo, as cargas irão se

espalhar pela superfície externa, pois a repulsão entre as cargas faz com que elas se

mantenham o mais longe possível umas das outras. Os efeitos de campo elétrico


32

criados no interior do condutor acabam se anulando, obtendo assim um campo elétrico

nulo. O mesmo acontece quando o condutor não está carregado, mas está em uma

região que possui um campo elétrico causado por um agente externo. Seu interior fica

livre da ação desse campo externo, fica blindado. Esse efeito é conhecido como

blindagem eletrostática. (ALVES, L. 2015)

Os projetistas de SPDA se aproveitaram da descoberta de Faraday para, então, criar um

método de proteção vantajoso, onde “uma rede de condutores, lançada na cobertura e nas

laterais da instalação a ser protegida, forma uma blindagem eletrostática, destinada a interceptar

as descargas atmosféricas incidentes”. (CREDER, 2016). “O método de Faraday (Figura 17),

ao contrário do método de Franklin, é indicado, na prática, para edificações com uma grande

área horizontal, nas quais seria necessária uma grande quantidade de captores do tipo Franklin,

tornando o projeto oneroso”. (MAMEDE, 2012).

Figura 17 – Método da gaiola de Faraday.



33

O método de Faraday consiste em instalar um sistema de captores formado por

condutores horizontais interligados em forma de malha, sendo que quanto menor for a distância

entre os condutores da malha, melhor será a proteção obtida na edificação.

Após feita a análise de risco para a determinação do nível de proteção do sistema, parte-

se para o seu dimensionamento. Com base na ABNT NBR 5419, o nível de proteção do sistema

vai determinar as principais características da Gaiola de Faraday, como, por exemplo, o

percurso do condutor instalado na cobertura, a localização e dimensões das hastes captoras, as

dimensões do emalhado da cobertura, as distâncias máximas entre baixadas, rede de terra e

equipotencializações.

c) Método da Esfera Rolante

É considerada a mais completa ferramenta para proteção de estruturas, sendo baseada

em métodos científicos de observação e medição dos parâmetros dos raios, e ensaios de

laboratórios de alta tensão. O método foi criado com base na delimitação do volume de proteção

dos captores de um SPDA, empregando-se eficientemente em estruturas de grande porte (altura

elevada) e de design complexo.

O Método da Esfera Rolante se fundamenta na premissa de uma esfera de raio Re com

o centro localizado na extremidade do líder antes do seu último salto, conforme visto na Figura

18 a seguir. (MAMEDE, 2012)

Figura 18 – Raio da Esfera para o modelo EMG.

(Fonte: MAMEDE FILHO, J. 2012. “Determinação da distância do raio da esfera do modelo eletrogeométrico”.

Instalações Elétricas Industriais, 511. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012)


34

A zona protegida, segundo esse método, pode ser definida como a região em que a esfera

rolante não consegue tocar, conforme a Figura 19.

O adequado posicionamento do subsistema de captação na aplicação deste método

ocorre se nenhum ponto da estrutura a ser protegida entrar em contato com uma esfera

fictícia rolando ao redor e no topo da estrutura em todas as direções possíveis. O raio,

r, dessa esfera depende da classe do SPDA. Sendo assim, a esfera somente poderá

tocar o próprio subsistema de captação. (ABNT 5419:2015 – parte 3/Anexo A)

Figura 19 – Volume protegido.

(Fonte: ABNT 5419:2015 – parte 3. “Projeto do subsistema de captação conforme o método da esfera rolante”.)


35

3 Análise Comparativa: ABNT NBR 5419:2005 versus

ABNT NBR 5419-3:2015

3.1 ABNT NBR 5419 e sua evolução dentre os anos

Fundada em 1940, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o órgão

nacional responsável pela normalização técnica no Brasil, fornecendo insumos ao

desenvolvimento tecnológico brasileiro. Trata-se de uma entidade privada, sem fins lucrativos

e de utilidade pública.

Quando não há normas para orientar a melhor forma de se realizar determinado

procedimento, é quase certa a ocorrência de falhas, conflitos e incompatibilidades entre as

etapas do processo ou serviço. As normas asseguram as características desejáveis de produtos

e procedimentos, como qualidade, segurança, confiabilidade, eficiência, bem como valores

ambientais. Ainda, facilitam o comércio entre países, tornando-o mais justo, disseminando a

inovação e protegendo os consumidores e usuários em geral de produtos e serviços.

Quando surge a necessidade da normalização de determinado tema, a ABNT

encaminha o assunto ao Comitê Técnico responsável, onde será exposto aos diversos

setores envolvidos. Uma vez elaborado o Projeto de Norma com o assunto solicitado,

ele é, então, submetido à Consulta Nacional. Neste processo, o Projeto de Norma,

elaborado por uma Comissão de Estudo representativa das partes interessadas e

setores envolvidos com o tema, é submetido à apreciação da sociedade. Durante este

período, qualquer interessado pode se manifestar, sem qualquer ônus, a fim de

recomendar à Comissão de Estudo autora a aprovação do texto como apresentado; a

aprovação do texto com sugestões; ou sua não aprovação, devendo, para tal,

apresentar as objeções técnicas que justifiquem sua manifestação. (ABNT, 2017)

As Normas Brasileiras ou NBR estabelecem regras, diretrizes, características ou

orientações sobre determinado material, produto, processo ou serviço. Seus objetivos são

aumentar a produtividade da empresa, a qualidade do produto final e a competitividade do

produto no mercado. Elas são revistas, atualizadas e publicadas com uma certa frequência.

Dessa forma, permitem garantir grande eficiência dos processos a que se referem. Seguir as

normas faz com que a incidência de acidentes de trabalho, poluição e contaminação do meio

ambiente sejam reduzidas acentuadamente.

É muito importante que sejam definidos, nas instalações prediais, sistemas que protejam

todos aqueles que utilizam do espaço e, pensando nisso, a ABNT criou sua primeira

regulamentação: a NB 165 – Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas.


36

“A NB-165 foi a primeira norma nacional que tratou da proteção contra descargas

atmosféricas. Redigido entre a década de 1940 e 1950, o documento, que possuía

apenas seis páginas, teve como base documentos belgas. Alguns anos depois, em

1970, o texto normativo sofreu sua primeira revisão, agora já influenciado por

documentos norte-americanos.

Em 1977, veio a segunda revisão e pela primeira vez o documento recebe a

denominação de NBR 5419 – Proteção de estruturas contra descargas elétricas

atmosféricas. Aumenta também o conteúdo da norma, que passa a contar com 16

páginas. Depois disso, a norma só seria revisada novamente em 1993, dessa vez

tomando como fundamento, em sua totalidade, a IEC 61024-A e B. Segundo Modena,

essa revisão foi considerada a “mola” para o primeiro grande salto, a primeira grande

revolução no que concerne ao conteúdo técnico relacionado com a normalização da

proteção contra descargas atmosféricas no Brasil.

Esta norma ficou válida até março de 2001, quando foi revisada novamente. Em

agosto de 2005, mais uma revisão, segundo Sueta, para, entre outras alterações, incluir

um anexo, contendo uma ilustração que mostra como deve ser feita a medição da

continuidade das armaduras de concreto dos edifícios para serem utilizados como

condutores de descargas atmosféricas. "Este desenho era uma coisa nova e chegou até

a ser copiado pela norma IEC", salienta o engenheiro”. (MOREIRA, 2013).

A última revisão lançada para a ABNT NBR 5419, no ano de 2015, trouxe ao público

novidades e alterações substanciais porque, enquanto a norma brasileira, versão 2005, volume

único, foi publicada com 42 páginas, a revisão foi apresentada em 4 volumes com um total em

torno de 310 páginas, somando-se todas as partes. Isso se deu pelo agrupamento de várias

normas relacionadas ao assunto de Proteção contra Descargas Atmosféricas, inclusive a

proteção de ambientes e equipamentos contra os efeitos indiretos dos raios.

Cada parte da nova revisão da referida norma retrata de um tema ou assunto específico,

como pode ser observado na Tabela 2.

Tabela 2 – Segmentação da ABNT NBR 5419:2015.

PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

NORMA TÍTULO

ABNT NBR 5419-1:2015 Parte 1: Princípios gerais

Vinculada ao desenvolvimento de conceitos e apresentação da teoria envolvida no processo, necessária para

melhor compreensão e para a confecção de estudos, projetos, análises, etc. Não há texto correspondente a esta

parte na norma de 2005.

ABNT NBR 5419-2:2015 Parte 2: Gerenciamento de risco

Responsável por direcionar uma análise de risco criteriosa e abrangente que, além de determinar a necessidade

técnica da existência do Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) no local, também fornece

os parâmetros para a determinação do nível de proteção adotado. Na norma de 2005, o responsável pela

definição da necessidade técnica da existência de SPDA nas estruturas é o anexo B.


37

Tabela 2 (Continuação) – Segmentação da ABNT NBR 5419:2015.

PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

NORMA TÍTULO

ABNT NBR 5419-3:2015 Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida

Normaliza as dimensões, os tipos de instalação, os tipos de métodos de cálculo e tudo o que envolve o SPDA

externo, bem como parte do SPDA interno. A maioria do texto existente na norma de 2005 tem correspondência

com esta parte.

ABNT NBR 5419-4:2015 Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura

Sem nenhuma correspondência na norma de 2005, esta parte define a correta utilização da proteção interna,

notadamente o conceito de Zona de Proteção contra Raios (ZPR), proporcionando o aumento da proteção das

instalações elétricas e, principalmente, dos equipamentos por ela servidos contra os efeitos indiretos das

descargas atmosféricas.

Os pilares da proteção contra descargas atmosféricas são a configuração do sistema

estabelecida no projeto, a prática utilizada na instalação, e a especificação e qualidade dos materiais

utilizados. O descuido com um dos pilares é suficiente para comprometer o desempenho dos

sistemas. Os materiais têm uma atenção especial na nova ABNT NBR 5419:2015. Ela traz

mudanças significativas em relação à edição anterior, 2005. (OLIVEIRA, 2015)

No Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), estabelecido pela parte 3

da nova ABNT NBR 5419:2015, os materiais são compostos, principalmente, pelos condutores,

além das fixações e conexões. Todos são dimensionados para suportar os esforços eletromecânicos

gerados pela descarga atmosférica, mas o principal critério para a especificação das dimensões e

características dos materiais é a resistência aos efeitos causados pelo ambiente onde serão aplicados.

A corrosão causada pela composição do meio onde são aplicados, a movimentação do solo e a fusão

causada pela descarga atmosférica no ponto de impacto, são alguns dos eventos que desafiam os

materiais, principalmente os condutores. (OLIVEIRA, 2015)

3.2 Os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3:

Danos físicos a estruturas e perigos à vida

A Parte 3, “Danos físicos a estruturas e perigos à vida”, é a que mais se assemelha à

norma de 2005. Nessa parte, o SPDA é descrito com detalhes com algumas modificações em

relação a versão anterior. (SUETA, 2015a).


38

3.2.1 Subsistema de Captação

Com relação aos métodos aceitáveis utilizados para o posicionamento do subsistema de

captação, estes continuam sendo os mesmos, porém com alterações no dimensionamento e

materiais utilizados. (SUETA, 2015a).

Os métodos utilizados para posicionamento do subsistema de captação são os seguintes:

Método da esfera rolante ou método eletrogeométrico;

Método das malhas ou método da gaiola de Faraday;

Método do ângulo de proteção ou método de Franklin.

O método da esfera rolante não apresenta nenhuma modificação significativa. Em

contrapartida, o método das malhas apresenta algumas alterações no máximo afastamento dos

condutores de malha (Tabelas 3 e 4), que passa a ser mais rigoroso, diminuindo o tamanho das

malhas e fazendo com que o formato destas seja mais quadriculado. (GONÇALVES JUNIOR,

2015).

A seguir, pode-se observar, nas Figura 20 e Figura 21, a diferença na aplicação do

método das malhas de acordo com a norma cancelada ABNT NBR 5419:2005 e a norma vigente

ABNT NBR 5419-3:2015.

Figura 20 – Exemplo ABNT NBR5419:2005 – Nível de proteção III – Malha 10 x 20 m.


39

Figura 21 – Exemplo ABNT NBR5419:2015 – Nível de proteção III – Malha 15 x 15 m.

De acordo com a ABNT NBR 5419:2005, o ângulo de proteção era definido a partir do

nível de proteção e do plano de referência do elemento e a sua determinação era feita por meio

do cruzamento das faixas de altura com o nível de proteção, como apresentado na Tabela 3. Na

versão atualizada da norma, ABNT NBR 5419-3:2015, os valores fixos dos ângulos foram

substituídos por um gráfico, apresentado na Figura 22, em que o ângulo de proteção pode ser

obtido por meio das curvas que relacionam o ângulo e altura para os diferentes níveis de

proteção. (ALVES, N., 2015b).

Tabela 3 – Posicionamento de captores conforme o nível de proteção.

(Fonte: ABNT NBR 5419:2005)


40

Tabela 4 - Valores máximos dos raios da esfera rolante e tamanho da malha correspondentes a

classe do SPDA

Método de proteção

Classe do SPDA

Raio da esfera

rolante –R

m

Máximo afastamento

dos condutores da

malha

m

I 20 5 x 5

II 30 10 x 10

III 45 15 x 15

IV 60 20 x 20

(Fonte: ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida)

Figura 22 – Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA.


A ABNT NBR 5419-3:2015 também apresenta algumas alterações de dimensões e

materiais de objetos a serem utilizados como sistema de captação natural. A Tabela 5, a seguir,

compara os valores estabelecidos na norma de 2005 com os da norma vigente.


41

Tabela 5 - Espessura mínima de chapas metálicas ou tubulações metálicas em sistemas de

captação.

Material

2005 2015

Espessura a

mm

Espessura b

mm

Espessura b

mm

Espessura b

mm

Aço (Inoxidável,

galvanizado a

quente)

4 0,5 4 0,5

Cobre 5 0,5 5 0,5

Alumínio 7 0,5 7 0,65

Chumbo - - - 2

Titânio - - 4 0,5

Zinco - - - 0,7 a previne perfuração, pontos quentes e iginição b não previne perfuração

Outra modificação que merece destaque é o item “5.2.3.2.- Estruturas acima de 60 m de

altura”, o qual determina que o sistema de captação seja estendido para as laterais da edificação,

cobrindo, tipicamente, 20% do total da altura, contabilizados a partir do topo do prédio. Esta

exigência decorre do fato de que edificações com mais de 60 m de altura estão muito suscetíveis

a descargas atmosféricas diretas no entorno do seu topo. (ALVES, N., 2015a).

3.2.2 Subsistema de Descida

Em relação ao sistema de descida, a norma de 2005 definia os espaçamentos médios dos

condutores de descida em função do nível de proteção de acordo com a Tabela 6 – Espaçamento

médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de proteçãoTabela 6, mostrada

a seguir.

Tabela 6 – Espaçamento médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de

proteção.

2005 2015

Nível de Proteção Distâncias

m

Distâncias

m

I 10 10

II 15 10

III 20 15

IV 25 20


42

Na norma atualizada, ABNT NBR 5419-3:2015, os espaçamentos médios dos

condutores de descidas foram alterados para os níveis de proteção II, III e IV, passando a ser

mais rigorosos, visto que seus valores foram diminuídos, conforme mostra a Tabela 6. No

entanto, de acordo com a atualização de 2015, é permitido que os espaçamentos entre os

condutores de descidas sejam até 20% além dos valores estabelecidos.

Esta modificação na norma pode não parecer muito relevante, devido aos parâmetros

alterados ainda apresentarem valores bem próximos, porém, em muitos casos, o número de

descidas para a mesma edificação poderá ser diferente. Por exemplo, “uma edificação

classificada como nível III, com 300 metros de perímetro, pela versão de 2005 necessitaria de

15 descidas, no entanto, pela revisão, este número subiria para 20 descidas”. (SUETA, 2015b).

Ainda, de acordo com a ABNT NBR 5419:2005,

Os condutores de descida não naturais devem ser interligados por meio de condutores

horizontais, formando anéis. O primeiro deve ser o anel de aterramento e, na

impossibilidade deste, um anel até no máximo 4 m acima do nível do solo e os outros

a cada 20 m de altura. São aceitos como captores de descargas laterais elementos

condutores expostos, naturais ou não, desde que se encontrem aterrados ou

interligados, com espaçamento horizontal não superior a 6 m, mantendo-se o

espaçamento máximo vertical de 20 m. (ABNT NBR 5419:2005)

Agora, a nova norma ABNT NBR 5419-3:2015 estabelece as distâncias típicas entre os

anéis condutores intermediários de acordo com os valores da Tabela 6. A Figura 23 ilustra o

posicionamento dos anéis condutores intermediários para um edifício.

Figura 23 – Anéis condutores de um sistema de descida para nível de proteção III.


43

3.2.3 Subsistema de Aterramento

Com relação ao subsistema de aterramento, a ABNT NBR 5419:2005, assim como a

IEC 62305-3, define dois tipos de arranjos: A e B. Na versão atualizada da norma brasileira, o

aterramento do tipo A foi suprimido.

“A disposição do tipo A compreende eletrodos de aterramento horizontais ou verticais

instalados no perímetro da estrutura a ser protegida, ligados a condutores de descida ou

eletrodos de fundação de forma a não formar um laço (loop) fechado”. (SUETA, 2014).

No Brasil, é comum a utilização de apenas uma haste de aterramento, de 2,4 m ou 3 m,

conectada aos condutores de descida. Em consequência deste fato, “a Comissão de Estudos

64.10, por uma questão de harmonização com outras normas, decidiu suprimir o arranjo do tipo

A, forçando, assim, a utilização do arranjo tipo B, considerado mais completo e seguro”.

(SUETA, 2014).

Para subsistemas de aterramento, na impossibilidade do aproveitamento das

armaduras das fundações, o arranjo a ser utilizado consiste em condutor em anel,

externo à estrutura a ser protegida, em contato com o solo por, pelo menos, 80 % do

seu comprimento total, ou elemento condutor interligando as armaduras descontínuas

da fundação (sapatas). Estes eletrodos de aterramento podem, também, ser do tipo

malha de aterramento. Devem ser consideradas medidas preventivas para evitar

eventuais situações que envolvam tensões superficiais perigosas. Embora 20 % do eletrodo convencional possa não estar em contato direto com o solo,

a continuidade elétrica do anel deve ser garantida ao longo de todo o seu comprimento.

(ABNT NBR 5419-3:2015, p. 17)

O gráfico de comprimento mínimo do eletrodo enterrado em função da resistividade do

solo que, de acordo com a norma antiga, considerava-se somente uma dependência para o nível

I (Figura 24), agora foi estendido, também, para o nível II (Figura 25).

Figura 24 – Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da

resistividade do solo.

(Fonte: ABNT NBR 5419:2005)


44

Figura 25 – Comprimento mínimo do eletrodo de aterramento de acordo com a classe do

SPDA.


O comprimento mínimo do eletrodo de aterramento não depende da resistividade do

solo para as classes de proteção III e IV. Ainda, de acordo com a ABNT NBR 5419-3:2015,

caso o solo apresente resistividade maior que 3000 Ω.m, as curvas devem ser prolongadas

utilizando as seguintes equações:

𝑙1 = 0,03𝜌 − 10 (Classe I) (3)

𝑙2 = 0,02𝜌 − 11 (Classe II) (4)

A ABNT NBR 5419:2005 previa um o valor máximo de 10 Ω para resistência de

aterramento. Na nova edição da norma, este valor foi excluído, visto que “a configuração do

aterramento e as ações para minimizar os eventuais potenciais de passo e de toque são mais

importantes do que um valor fixo de resistência”. (SUETA, 2015a).

3.2.4 Componentes

Um SPDA é principalmente composto por condutores, além das fixações e conexões.

Estes componentes devem suportar os esforços eletromecânicos gerados pela descarga

atmosférica, bem como os efeitos causados pelo ambiente de aplicação. Alguns eventos

desafiam esses componentes, como a corrosão causada pela composição do meio onde são

aplicados, a movimentação do solo e a fusão causada pela descarga atmosférica no ponto de

impacto. (OLIVEIRA, 2015).


45

Em vista destas condições nas quais os componentes podem ser submetidos, a Tabela 5

da ABNT NBR 5419-3:2015 lista os materiais com os quais os componentes do SPDA devem

ser construídos e as condições de utilização destes componentes.

3.2.5 Fixações

A ABNT NBR 5419-3:2015 define, agora, distâncias máximas para a fixação dos

condutores do SPDA, a fim de evitar que forças eletrodinâmicas e mecânicas acidentais causem

o afrouxamento, ou até mesmo a quebra dos condutores. Os valores, de acordo com a norma,

são:

a) Até 1,0 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na horizontal;

b) Até 1,5 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na vertical ou inclinado;

c) Até 1,0 m para condutores rígidos (cabos e cordoalhas) na horizontal;

d) Até 1,5 m para condutores rígidos (cabos e cordoalhas) na vertical ou inclinado.

3.2.6 Materiais e Dimensões

A ABNT NBR 5419-3:2015 teve um avanço importante no que se diz respeito à

especificação dos condutores de captação, descida e aterramento. As Tabelas 3, 6 e 7 desta

norma, respectivamente, trazem uma especificação mais detalhada dos condutores, evitando,

assim, a utilização de condutores fora das normas, chamados “cabos comerciais”. (ALVES, N.,

2015a).

Uma mudança que esta revisão trouxe em relação à versão anterior é a coluna de

comentários, a qual apresenta dimensões complementares, além da seção. Deste modo, é

possível obter, por exemplo, diâmetros e espessuras para os condutores, permitindo, assim, uma

melhor seleção e, consequentemente, uma melhor qualidade. (OLIVEIRA, 2015).

3.2.7 Sistema Interno de Proteção Contra Descargas Atmosféricas

De acordo com a ABNT NBR 5419-3:2015, “o SPDA interno deve evitar a ocorrência

de centelhamentos perigosos dentro do volume de proteção e da estrutura a ser protegida,

devido à corrente da descarga atmosférica que flui pelo SPDA externo ou em outras partes

condutivas da estrutura”.

A norma também prevê duas medidas para se evitar o centalhamento perigoso:

Ligações equipotenciais;

Isolação elétrica.


46

A equipotencialização é realizada através da interligação do SPDA com as instalações

metálicas, sistemas internos e partes condutivas externas. Esta ligação pode ocorrer

diretamente, por meio de condutores, ou indiretamente, por meio de dispositivos de proteção

contra surto (DPS) ou centelhadores. (ABNT NBR 5419-3:2015).

A ABNT NBR 5419:2005 previa a ligação entre a barras de equipotencialização locais

e os anéis horizontais que conectavam os condutores de descida para edificações maiores que

20 metros. De acordo com a ABNT NBR 5419-3:2015, essa ligação não deve ser realizada.

Sendo assim, deve ser instalada uma prumada vertical para interligação das barras de

equipotencialização locais (BEL) à barra de equipotencialização principal (BEP).

Outra pequena mudança que a ABNT NBR 5419-3:2015 trouxe é com relação as

dimensões mínimas dos condutores de equipotencialização, as quais são apresentadas nas

Tabelas 8 e 9 desta.

A isolação elétrica entre os subsistemas do SPDA, instalações metálicas e sistemas

internos pode ser obtida por meio da adoção de uma distância de segurança entre as partes que

seja superior à distância “s” (ABNT NBR 5419-3:2015), definida pela expressão (5).

𝑠 = 𝑘𝑖

𝑘𝑚. 𝑘𝑐 . 𝑙 (5)

Onde

ki de acordo com o nível de proteção escolhido para o SPDA;

kc de acordo com a corrente de descarga pelos condutores de descida;

km de acordo com o material isolante;

l é o comprimento expresso em metros (m), desde o ponto onde a distância de segurança

deve ser considerada até a equipotencialização mais próxima.

Na ABNT NBR 5419-3:2015, os valores do coeficiente ki para cada nível de proteção

foram suscintamente alterados, passando a ser 0,08 para o nível I, 0,06 para o nível II e 0,04

para os níveis III e IV. Já os valores dos kc e km permaneceram os mesmos.

3.2.8 Utilização de Ferragens Estruturais Como Parte do SPDA e Ensaio de

Continuidade

A ABNT NBR 5419-3:2015 descreve, com muito mais detalhes que a versão anterior

de 2005, a utilização das armaduras de concreto como parte integrante do SPDA natural, desde


47

que sejam satisfeitas as condições de continuidade e que suas dimensões estejam de acordo com

os requisitos especificados para condutores de descidas e aterramento.

A utilização das armaduras de concreto protendido também passa a ser permitida como

parte integrante do SPDA, porém os cabos de aço não podem ser utilizados como condutores

das descargas elétricas. (ABNT NBR 5419-3:2015).

A continuidade elétrica das armaduras deve ser determinada a partir da medição da

resistência ôhmica entre os segmentos da estrutura. Esta medição deve ser realizada com

instrumentos que forneçam corrente elétrica entre 1 A e 10 A, à uma frequência diferente de 60

Hz e seus múltiplos. Também, é importante salientar que a corrente do instrumento deve ser

suficiente para garantir precisão na medição sem danificar a estrutura. (ABNT NBR 5419-

3:2015 – Anexo F).

O ensaio de continuidade elétrica de armaduras de concreto agora deve ser realizado em

duas etapas: uma primeira verificação, com o objetivo de determinar se é possível a utilização

destas armaduras como parte integrante do SPDA (valor máximo de 1 Ω), e uma verificação

final, na qual as medições devem ser feitas entre o ponto mais alto do subsistema de captação

e o de aterramento, sendo o valor máximo de 0,2 Ω. (SUETA, 2015a).

Ainda, de acordo com a norma vigente, para a primeira verificação, as medições devem

ser realizadas em todos os pilares conectados ao subsistema de captação, com exceção para

edificações com perímetros maiores que 200 m, em que 50% das medições necessárias sejam

da mesma ordem de grandeza e menores que 1 Ω. As medições devem ser realizadas entre

diferentes trechos da edificação, como medições cruzadas (parte inferior de um pilar com a

parte superior de outro pilar), medições somente na parte inferior e medições em trechos

intermediários, as quais têm a finalidade de verificar a conexão entre pilares, continuidade de

baldrames e trechos da fundação e eventuais pontos de descontinuidade, respectivamente.


48

4 Metodologia

Para exemplificar qual o impacto das mudanças abordadas no capítulo 3, apresenta-se, no

capítulo 5, um estudo de caso realizado por meio de verificações, avaliando se dois prédios da

Universidade Federal de Itajubá – projetados coforme a norma de 2005 – estariam de acordo com

a norma de SPDA revisada de 2015.

As edificações, alvos deste estudo, são os edifícios do CEDUC (Centro de Educação) e

do Hangar, ambos situados no campus de Itajubá – MG. Suas principais atividades são,

respectivamente, desenvolver pesquisas na área de educação, ensino e extensão e ser um

laboratório do curso de Engenharia Mecânica Aeronáutica.

O prédio do CEDUC, mostrado na Figura 26, tem, aproximadamente, 36,5 metros de

comprimento, 28,1 metros de largura e 9,5 metros de altura, sendo construído em alvenaria com

cobertura metálica. O edifício do centro de educação tem uma arquitetura diferenciada não-

uniforme, onde um aglomerado de prédios menores se une, formando um prédio principal. Já o

Hangar, mostrado na Figura 27, tem, aproximadamente, 22,4 metros de comprimento 10,3

metros de altura e 30,4 metros de largura, sendo construído, também, em alvenaria com

cobertura metálica.

Figura 26 – Prédio do CEDUC.


49

Figura 27 – Prédio do Hangar.

Antes do início da inspeção visual, foram localizados os projetos de instalação do SPDA

junto à prefeitura do campus da Universidade, os quais foram desenvolvidos com base na norma

ABNT NBR 5419:2005. A seguir, descreve-se os pontos chave observados durante a análise.

Ambos os prédios foram projetados segundo o Método da Gaiola de Faraday.

Sistema de Captação

a) Tipo de captação;

b) Dimensão e especificação do material utilizado para composição da malha da gaiola

de Faraday;

c) Distância entre as malhas;

d) Presença ou não de captores na malha;

e) Material utilizado na interligação entre as malhas;

f) Interligação dos materiais metálicos localizados do telhado com o sistema de captação

do SPDA (ex.: chaminés, antenas, etc.);

g) Distância entre as fixações dos condutores.

Sistema de Descida

a) Tipo de descida;

b) Dimensão e especificação do material utilizado para composição das descidas;


50

c) Número de descidas;

d) Distância entre as descidas;

e) Sistema com ou sem isolação;

f) Uso de proteção mecânica;

g) Presença de anéis de equipotencialização intermediários;

h) Presença de conectores de medição;

i) Distância entre as fixações.

Sistema de Aterramento

a) Tipo do eletrodo de aterramento;

b) Número de hastes de aterramento;

c) Tipo de conexão entre os cabos/ hastes;

d) Interligação do aterramento com os demais sistemas;

e) Dimensão e especificação dos cabos utilizados para composição do aterramento;

f) Presença ou não de anel de aterramento enterrado a, pelo menos, 50 cm do solo;

g) Comprimento dos eletrodos de aterramento.

Após o levantamento de todos os dados, realizou-se o estudo de comparação do projeto

do sistema de SPDA de ambos os prédios, identificando se os parâmetros analisados

apresentavam diferenças, ou não, com a norma vigente (ABNT 5419:2015-3).


51

5 Análise dos projetos de SPDA segundo a ANBT NBR

5419:2015 – 3: Danos Físicos a Estruturas e Perigos à

vida

5.1 Edifício CEDUC

Para analisar o projeto de SPDA do prédio do CEDUC – Centro de Educação da

UNIFEI de acordo com a ABNT NBR 5419:2015, desconsiderou-se a fase de gerenciamento

de riscos. Ou seja, como a estrutura já possui SPDA, considerou-se mantida sua necessidade e,

ainda, seu nível de proteção.

A proteção adotada no projeto inicial foi de Nível II, na qual os parâmetros normativos

da ABNT NBR 5419:2015 garantem eficiência máxima de 98% e mínima de 97%.


a. Levantamento do Sistema de SPDA

Na cobertura do prédio do CEDUC, por meio do método de gaiola de Faraday,

elaborou-se um sistema de captação de descargas atmosféricas natural formado por telhas de

alumínio com espessura de 0,5 mm, conforme visto na Figura 28.

Figura 28 - Subsistema de Captação do projeto de SPDA do CEDUC.

(Fonte: UNIFEI.NUTEG-01-TERREO.COB.DET-SPDA-PE-R1.dwg 2011. “Instalações de SPDA”, folha 01/02,

Itajubá-MG: Projex Engenharia LTDA.)


52

Todas as estruturas metálicas existentes na cobertura do prédio estão interligadas,

visando a equipotencialização do sistema. A interligação dessas estruturas é feita por meio de

barra chata de alumínio ¾” x ¼” x 3 m, fixada nas telhas metálicas com rebite tipo pop em

alumínio Ø ¼” x 35 mm, como pode ser verificado nas Figura 29 e Figura 30.

Figura 29 - Descida e fixação da barra de alumínio.

(Fonte: UNIFEI.NUTEG-01-TERREO.COB.DET-SPDA-PE-R1.dwg 2011. “Instalações de SPDA”, folha

01/02, Itajubá-MG: Projex Engenharia LTDA.)

O projeto do SPDA do prédio do CEDUC (Figura 28) não previu cobertura metálica

no vão central, nem ligações equipotenciais entre as outras telhas metálicas. Porém, no

momento da inspeção visual, notou-se que, nesta área, existe uma cobertura de vigas e telhas

metálicas, mostradas na Figura 26. Além disso, foi possível verificar que foram realizadas

ligações equipotenciais com as outras telhas metálicas (Figura 30).

Figura 30 – Ligações equipotenciais entre as telhas metálicas.


53

b. Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419

Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, é possível

identificar, no levantamento do sistema de SPDA realizado acima, algumas diferenças com a

norma vigente. São elas:

Espessura da telha de alumínio do sistema de captação natural

2005

A espessura da telha de alumínio (0,5 mm) se enquadra na mínima requerida pela

tabela 4 da ABNT NBR 5419:2005.

2015

A tabela 3 da ABNT NBR 5419-3:2015 atualiza essas dimensões, na qual a nova

espessura mínima deve ser de 0,65 mm.



Para a interligação do subsistema de captação ao subsistema de aterramento, existem

9 descidas verticais feitas com fita de alumínio ¾” x ¼” x 3 m, sem isolação.

Para cada descida, onde há fácil acesso de pessoas, as fitas metálicas estão protegidas

(proteção mecânica) por tubos PVC de 1” a 2 metros do solo, como mostrado nas Figura 31 e

Figura 32. Há, também, caixas de medição, para que possa ser feita a desconexão entre os

subsistemas de descida e aterramento em futuras vistorias.


54

Figura 31 – Projeto da descida em barra chata de alumínio.



Figura 32 – Descida em barra chata de alumínio - CEDUC.


55

Na instalação, não consta descida horizontal em forma de anel por fita de alumínio

conectada às descidas verticais, atendendo a ABNT NBR 5419-2005, item 5.1.2.3.2, o qual

informa que esse anel só necessita ser inserido a cada 20 metros.





Número mínimo de descidas

De acordo com a expressão 2, define-se o número mínimo de descidas como a razão

entre o perímetro da edificação pela distância máxima entre as descidas, conforme nível de

proteção.

2005

O espaçamento médio dos condutores de descida não naturais é definido pela Tabela

5, para o nível II de proteção, como sendo 15 metros. O perímetro aproximado do prédio do

CEDUC é de 128 metros. Sendo assim,

𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 =𝑃𝑐𝑜

𝐷𝑐𝑑=

128

15 (6)

𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 ≅ 9 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑖𝑑𝑎𝑠 (7)

O número de descidas do subsistema está conforme a ABNT NBR 5419:2005, já que

o prédio possui 9 descidas instaladas. O material da descida, fita de alumínio ¾” x ¼” (120

mm²), está seguindo as diretrizes da tabela 3 da ABNT NBR 5419:2005, que especifica uma

seção mínima de 25 mm² para descidas de alumínio, em estruturas até 20 metros de altura.

2015

A Tabela 6 atualiza essas dimensões, na qual o espaçamento típico dos condutores de

descida, para o nível II de proteção, deve ser de 10 metros. Sendo assim,


56


𝐷𝑐𝑑=

128

10 (8)


Dessa maneira, o número de descidas do prédio do CEDUC está diferente do prescrito

na norma vigente. Ainda, encontra-se diferenças no espaçamento entre a maioria das descidas,

mesmo que a norma revisada preveja uma tolerância de, no máximo, 20% para este.

O material da descida está seguindo as diretrizes da tabela 6 da ABNT NBR 5419-

3:2015, que especifica uma seção mínima de 70 mm² para descidas de alumínio, mesmo que

esta tenha sido atualizada para a nova versão.



Encontra-se na interligação do subsistema de descida com o de aterramento um

condutor de descida de cobre, vindo da caixa de inspeção, de 35 mm², conectado à haste de

aterramento tipo “copperweld” alta camada (254 mícrons) de Ø ⅝” x 2,40 m.

Figura 33 – Componentes conectados a haste de aterramento.



No total, são 9 hastes de aterramento, todas conectadas entre si, formando um anel de

equipotencialização por meio de um cabo de cobre de 50 mm². Todas as conexões do


57

aterramento foram executadas por meio de solda exotérmica. A Figura 33 apresenta a situação

relatada acima.

De acordo com a Figura 34, o anel de aterramento está enterrado a, pelo menos, 50 cm

do solo, em pelo menos 80% do perímetro da construção e tem uma distância de 1 m do prédio.

Figura 34 – Vala da malha de aterramento.




Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, no

levantamento do sistema de SPDA realizado acima, não se encontrou diferenças em relação à

norma vigente.

Tipo de aterramento

2005

A norma previa dois tipos de aterramento: A – pontual; B – em anel. O sistema instalado

no prédio do CEDUC é o tipo B, onde são, no total, 9 hastes, todas conectadas entre si, formando

um anel de equipotencialização.

2015

O projeto para o CEDUC não foi afetado pela mudança dos tipos de aterramento na

norma vigente, já que a revisão suprimiu, apenas, o aterramento tipo A.


58

5.2 Edifício Hangar

Para analisar as diferenças do projeto de SPDA do prédio do Hangar de acordo com a

ABNT NBR 5419:2015, também se desconsiderou a fase de gerenciamento de riscos.

A proteção adotada no projeto inicial foi de Nível II, a qual foi mantida nesta análise,

garantindo aos parâmetros normativos da ABNT NBR 5419:2015, para este nível, eficiência

máxima de 98% e mínima de 97%.



Na cobertura do prédio do Hangar, por meio do método de gaiola de Faraday,

elaborou-se um sistema de captação misto utilizando-se, como captores não naturais, cabos de

cobre de 35 mm² e, como captores naturais, telhas de alumínio com espessura de 0,5 mm,

conforme visto na Figura 35.

Figura 35 – Subsistema de captação do projeto de SPDA do Hangar.

(Fonte: 02-UNIFEI-HAN-SPDA-02-03-0. “Instalações de SPDA”, folha 02/03, Itajubá-MG.)


59





Espessura da telha de alumínio do sistema de captação natural

2005

A espessura da telha de alumínio (0,5 mm) se enquadra na mínima requerida pela

tabela 4 da ABNT NBR 5419:2005.

2015

A tabela 3 da ABNT NBR 5419-3:2015 atualiza essas dimensões, na qual a nova

espessura mínima deve ser de 0,65 mm.



Para a interligação do subsistema de captação ao subsistema de aterramento, existem

14 descidas verticais feitas com fita de alumínio ⅞” x ⅛” x 3 m, sem isolação.

Para cada descida, onde há fácil acesso de pessoas, as fitas metálicas estão protegidas

(proteção mecânica) por tubos PVC de 1” a 2,3 metros do solo ou embutidas na estrutura de

alvenaria do prédio, como nas Figura 36 e Figura 37. Há, também, caixas de medição, para que

possa ser feita a desconexão entre os subsistemas de descida e aterramento em futuras vistorias.


60

Figura 36 – Projeto da descida em barra chata de alumínio – Hangar.


Figura 37 – Descida em barra chata de alumínio – Hangar.

Na instalação, não consta descida horizontal em forma de anel por fita de alumínio

conectada às descidas verticais, seguindo a ABNT NBR 5419-2005, item 5.1.2.3.2, o qual

informa que esse anel só necessita ser inserido a cada 20 metros.


61





Número mínimo de descidas

2005

O espaçamento médio dos condutores de descida não naturais é definido pela tabela 5,

para o nível II de proteção, como sendo 15 metros. O perímetro aproximado do prédio do

Hangar é de 105,6 metros. Sendo assim,


𝐷𝑐𝑑=

105,6

15 (10)


O número de descidas do subsistema está conforme a ABNT NBR 5419:2005, já que

o prédio possui 14 descidas instaladas. O material da descida, fita de alumínio ⅞” x ⅛” (70

mm²), está seguindo as diretrizes da tabela 3 da ABNT NBR 5419:2005, que especifica uma

seção mínima de 25 mm² para descidas de alumínio, em estruturas até 20 metros de altura.

2015

A tabela 6 atualiza essas dimensões, na qual o espaçamento típico dos condutores de

descida, para o nível II de proteção, deve ser de 10 metros. Sendo assim,


𝐷𝑐𝑑=

105,6

10 (12)


Dessa maneira, o número de descidas do prédio do Hangar continua de acordo com a

norma vigente, visto que o projeto executado apresenta 14 descidas.


62

O material da descida está seguindo as diretrizes da tabela 6 da ABNT NBR 5419-

3:2015, que especifica uma seção mínima de 70 mm² para descidas de alumínio, mesmo que

esta tenha sido atualizada para a nova versão.



Encontra-se no subsistema de aterramento um condutor de descida de cobre, vindo da

caixa de inspeção, de 50 mm², conectado à haste de aterramento tipo copperweld alta camada

(254 mícrons) de Ø ⅝” x 3,00 m por meio de conectores mecânicos do tipo cabo-haste.

No total, são 14 hastes de aterramento, todas conectadas entre si, formando um anel

de aterramento, por meio de um cabo de cobre de 50 mm². No projeto (Figura 38), também é

previsto que este anel de aterramento seja conectado no seu interior, formando assim uma malha

de aterramento com 4 módulos de 12,2 m x 16,8 m.

Figura 38 – Subsistema de aterramento – Hangar.



63

De acordo com o projeto (Figura 39), o anel de aterramento deve ser enterrado a, pelo

menos, 50 cm do solo, em pelo menos 80% do perímetro da construção e ter uma distância de

1 m do prédio.

Figura 39 – Vala para malha de aterramento – Hangar.



Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, no

levantamento do sistema de SPDA realizado acima, não se encontrou diferenças em relação à

norma vigente. Veja:

Tipo de aterramento

2005

A norma previa dois tipos de aterramento: A – pontual; B – em anel. O sistema instalado

no prédio do hangar é o tipo B, onde são, no total, 14 hastes, todas conectadas entre si, formando

um anel de equipotencialização.

2015

O projeto para o hangar não foi afetado pela mudança dos tipos de aterramento na norma

vigente, já que a revisão suprimiu, apenas, o aterramento tipo A.


64

5.3 Dificuldades na Análise de Conformidades

Durante a etapa de análise de conformidades dos SPDA, algumas barreiras foram

encontradas ao se comparar dados e especificações nos designs, impossibilitando a verificação

exata dos parâmetros do projeto construído.

No período de verificação da instalação real (física) dos SPDAs, a necessidade de

autorização e treinamentos/certificações para subir nos telhados das edificações e verificar os

dados, principalmente dos sistemas de captação de ambos os prédios, impossibilitou ter-se

acurácia nos dados coletados visualmente.


65

6 Análise Econômica das Adaptações

A análise comparativa entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419 permitiu

observar que vários parâmetros de cada subsistema dos SPDAs instalados nos edifícios do

CEDUC e do HANGAR sofreriam alterações se projetados conforme a norma de 2015. Essas

alterações resultariam no aumento ou na redução da quantidade de materiais utilizados na

construção do sistema, o que, irrefutavelmente, implicaria em uma alteração nos custos do

projeto.

Visando analisar qual seria o impacto financeiro que essas alterações trariam aos projetos

instalados nos prédios da Universidade Federal de Itajubá, fez-se uma análise econômica das

adaptações levantadas no capítulo 5. Para tal, estimou-se a variação do custo de implementação

dos Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas em ambos os prédios. Os preços dos

componentes foram estimados com base em cotações de fornecedores online. Ainda, para se

conseguir uma avaliação mais ampla do Subsistema de Captação, criou-se um cenário adicional

para comparar a captação natural com malhas construídas com condutores de cobre 35 mm².

As Tabelas 7 e 8 trazem os preços dos componentes dos subsistemas de captação, descida

e aterramento do CEDUC, considerando o projeto sendo executado com base na ABNT NBR

5419:2005 e ABNT NBR 5419-3:2015. Além disso, inclui-se na análise os cenários de captação

natural e Gaiola de Faraday (malhas).

Tabela 7 – Custo dos componentes considerando captação natural – CEDUC.


66

Tabela 8 - Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – CEDUC.

A partir das tabelas acima, pode-se perceber que houve um aumento de mais de 20% no

custo do projeto em ambos os cenários, quando referidos à ABNT NBR 5419-3:2015. A figura

40 apresenta uma visualização gráfica desta diferença percentual.

Figura 40 – Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – CEDUC.


67

As Tabelas 9 e 10 trazem os preços dos componentes dos subsistemas de captação, descida

e aterramento do HANGAR, considerando o projeto sendo executado com base na ABNT NBR

5419:2005 e ABNT NBR 5419-3:2015. Além disso, inclui-se na análise os cenários de captação

natural e Gaiola de Faraday (malhas).

Tabela 9 – Custo dos componentes considerando captação natural – HANGAR.

Tabela 10 – Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – HANGAR.


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Tabela 10 (continuação) – Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de

Faraday – HANGAR.

A partir das tabelas acima, pode-se perceber que houve um aumento no custo de ambos

os cenários quando referidos à ABNT NBR 5419-3:2015. A figura 41 apresenta uma

visualização gráfica desta diferença percentual.

Figura 41- Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – HANGAR.

Ao se analisar as informações contidas nos gráficos acima e compará-las com os da

Figura 40, nota-se uma discrepância no aumento percentual quando se considera o cenário

adicional de captação por Gaiola de Faraday. Esta se dá pelo fato de que, para o HANGAR, não

houve alterações no projeto do Subsistema de Descida, o que não acontece no CEDUC.

Nestas análises, foram desconsideradas as inserções de minicaptores Franklin no

Subsistema de Captação (opcionais) e, ainda, design, mão-de-obra para implantação, preços de

telhas na captação por Gaiola de Faraday, fixações e conexões.


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7 Conclusão

Visando mitigar os efeitos negativos trazidos pelas descargas, a ABNT fundamentou

uma Norma Brasileira (ABNT NBR 5419) para os Sistemas de Proteção contra Descargas

Atmosféricas (SPDAs), com base no consenso da sociedade. Essa norma regulamenta as boas

práticas a serem seguidas por projetistas e usuários e, mesmo não tendo força de lei, torna-se

obrigatória quando essa condição é estabelecida pelo poder público. As boas práticas são

definidas por meio de pesquisas, desenvolvimento tecnológico, experimentação técnica, sendo

a essência da normalização técnica, contando sempre com a participação da sociedade à qual

esta é designada.

Com o passar dos anos, as Normas Brasileiras estão se tornando cada vez mais

conceituais e complexas, envolvendo várias áreas tecnológicas. A ABNT NBR 5419 passou,

recentemente, por uma atualização no ano de 2015.

A nova norma traz, com detalhes, o fenômeno da descarga atmosférica e seus

parâmetros de uma forma mais cientíca e mais abrangente apresentando os diferentes

tipos de descargas e seus parâmetros, indicando as inuências de cada um deles nos

diversos tipos de danos possíveis. Além disto, apresenta as diversas formas de

simulação dos efeitos das descargas, sejam através de ensaios em laboratórios como,

também, através de modelamentos matemáticos e computacionais. A publicação da

nova norma brasileira é um marco na ciência de proteção de estruturas e pessoas

contra descargas atmosféricas. Se a versão 2005 da norma brasileira apresentava de

forma resumida e cartesiana os conceitos e parâmetros de proteção, a nova versão

amplia estes conceitos e apresenta, de uma forma mais científica e abrangente,

diversos aspectos de proteção a possíveis danos relacionados às descargas

atmosféricas. (SUETA, 2015b, p.22)

Atualizações nas Normas Brasileiras requerem a atenção de todos. Muitas instalações

que foram antes construídas seguindo as orientações da versão da ABNT NBR 5419:2005,

podem apresentar diferenças em relação à ABNT NBR 5419-3:2015. Pensando nisto, este

trabalho apresentou as mudanças mais significativas entre os dois textos mais recentes,

destacando os pontos que necessitam de atenção dos projetistas, bem como de todos envolvidos

neste âmbito.

Para destacar com clareza as mudanças, propôs-se desenvolver uma análise técnica entre

as duas versões da mesma norma em dois edifícios da Universidade Federal de Itajubá

(UNIFEI), verificando diversos pontos em todos subsistemas do SPDA, conforme detalhado no

capítulo 4 desta monografia.

A partir dos resultados obtidos nesta comparação verificou-se que, em ambos os projetos

analisados, as principais diferenças trazidas pela ABNT 5419-3:2015 foram relacionadas ao

número de descidas, o espaçamento entre elas e também em relação a dimensões dos materiais


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utilizados nos sistemas de SPDA, como, por exemplo, a espessura das telhas de alumínio

utilizadas como sistema de captação natural.

A análise financeira apresentada no capítulo 6 mostra que, devida rigidez no

dimensionamento dos parâmetros, a alteração na norma poderia causar também um impacto

financeiro nos projetos de SPDA dos prédios do HANGAR e do CEDUC. Nos casos analisados,

pôde-se verificar que a adequação dos projetos à nova norma resultaria em um aumento

considerável no custo final da instalação.

Para outros projetos que não os objetos deste estudo, esta mesma análise econômica

poderia mostrar que o aumento no custo poderia ser mínimo ou nulo. Tudo depende do nível

de proteção no qual o edifício se enquadra, bem como no projeto já instalado e qual norma foi

utilizada como referência na época de implantação.

Todas as análises feitas nesta monografia têm o intuito de, apenas, ilustrar as

modificações encontradas entre a ABNT NBR 5419:2005 e a ABNT NBR 5419-3:2015.


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8 Referências

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