13. Proteção das Pessoas

14. Consultas


Instalação de sistemas de proteção às descargas atmosféricas em embarcações de pequeno porte.

1. Objetivo:

É comum encontrarmos muitas dúvidas e grande interesse sobre os dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas (raios) para embarcações de pequeno porte. A escassa bibliografia sobre o assunto motivou a elaboração do presente trabalho.

O objetivo deste trabalho é orientar sobre a instalação de sistemas de pára-raios em embarcações de pequeno porte.

2.Introdução:

Uma embarcação navegando representa um ponto de condução proeminente sobre uma superfície plana, estando, portanto, mais exposta a ser atingida por um raio que o resto do meio que a circunda (ver figura 1).

Apesar disso, a probabilidade de ser efetivamente atingida por um raio é muito baixa, já que o mar possui um baixo índice ceráunico.

Figura 1 - Distribuição de cargas entre uma embarcação e suas imediações.

3. Índice ceráunico e curvas isoceráunicas:

Curva isoceráunica é a que une pontos da superfície terrestre a um idêntico número de dias em que são observadas trovoadas (se só se vêem relâmpagos, não são computados), em um intervalo de tempo. Apesar de essas curvas não darem uma indicação exata da intensidade, duração, etc., das tempestades elétricas, está comprovado que constituem uma eficiente referência sobre a probabilidade de queda de raios.

As regiões tropicais são as que apresentam os mais altos índices ceráunicos, com mais dias de tempestade, estas de grande intensidade, ocorrendo o contrário nas zonas de altas montanhas, de intenso frio ou marítimas.

Com base nas curvas isoceráunicas descritas acima, se confecciona um mapa ceráunico, onde elas estão representadas.

4. Conceito de raio: O raio é a união violenta das cargas positivas e negativas, produzindo uma descarga elétrica através de gases de baixa condutividade.

As descargas podem ocorrer dentro da nuvem, de nuvem a nuvem ou da nuvem à terra. Estas últimas são as que nos interessam, por serem as que provocam danos, tanto em terra, como na água.

Normalmente, as nuvens estão carregadas negativamente na sua base, e positivamente na sua parte superior. Por indução eletrostática, a terra ficará positiva justamente debaixo de uma nuvem. Desta forma, uma diferença de potencial enorme é criada, produzindo-se o raio quando se vence a rigidez dielétrica do meio (ar ou vapor de água). Simultaneamente ao raio (descarga), se produz a luz (relâmpago) e, em seguida, o som (trovoada).

A metade dos raios, aproximadamente, são descargas simples, e a outra metade corresponde a raios compostos por descargas múltiplas em seqüência rápida.

Da mesma forma que na nuvem se formam centros de carga, algo similar ocorre na terra, pois há solos mais condutores que outros, considerando-se que as cargas na terra se movem segundo a indução imposta pela nuvem.

Já que a nuvem pode cobrir grandes áreas terrestres, sua influência eletrostática sempre será importante. Pode haver, deste modo, diversos centros de carga.

O raio incidirá sobre o elemento que tiver maior condutividade e for capaz de acrescentar mais cargas ao fenômeno. Também podem ser produzidas descargas superficiais entre eles, ao desaparecer a carga indutora devido aos raios de nuvem a nuvem.

O início da descarga, em um primeiro momento, é invisível, quando várias descargas-piloto se aproximam da terra, em forma de ramificações. Quando o caminho traçado pelas “piloto” se ioniza, inicia-se a descarga de retorno principal, dando origem às descargas visíveis.

Figura 2 - Diferentes tipos de descargas atmosféricas

5. Efeitos dos raios:

aMecânicos: destruição dos elementos atingidos ou afetados.

aTérmicos: incêndios, volatilização de metais por fusão.

aFisiológicos: queimaduras, paralisias, e, freqüentemente, a morte.

aElétricos: geração de sobretensões, tensões de passagem e de contato, por circulação de corrente de descarga, produção de correntes induzidas em condutores ou peças metálicas próximas e paralelas à corrente de descarga.

6.Pára-raios

Um sistema de pára-raios é um elemento constituído por três partes:

aPára-raios propriamente dito (captor)

aCabo ou elemento condutor

aTerra Física (no caso das embarcações, um elemento que assegure contato elétrico com a água na qual flutua a embarcação).

Figura 3 - Extremidades (captores) de pára-raios em instalações terrestres.

7.Cone de proteção.

Figura 4 - Cone de proteção de um pára-raios

Corretamente instalado, um sistema de proteção contra descargas atmosféricas pode apresentar um ângulo de proteção de aproximadamente 45 graus, dependendo do tipo de elemento a ser instalado.

8.Detalhes construtivos do sistema.

a.Condutividade

aA resistência total, do pára-raios até a placa, será inferior a 0,03 ohms.

b.Conexões e instalação

aAs conexões devem ser as mínimas indispensáveis;

aA trajetória será a mais direta possível, evitando curvas fechadas e ângulos retos, conforme detalhamos abaixo:

Figura 5: Diferentes formas de realizar a instalação do circuito de descida.

aA seção do cabo de descida será de cobre de 50 mm2, no mínimo.

aO captor (ponta do pára-raios) deverá ser colocado de forma a sobressair pelo menos 15 cm em relação a qualquer outro elemento em que estiver montado.

c. Placa de escoamento da descarga e aterramento:

aA placa de contato direto com a água será de cobre, de mais de 0,2 m2 de área, e de uma espessura de 4 mm, no mínimo, fixada em uma posição que a mantenha em contato permanente com a água, sob quaisquer condições de navegação. (ver figura 8).

Posição da placa de descarga	Conectando componentes metálicos a uma mesma massa.

Figura 8: Detalhe da placa de escoamento da descarga e aterramento de diferentes componentes metálicos da embarcação

aOs corpos metálicos interiores (motor, tanques de água e gasolina, mecanismos metálicos do leme, etc. ) serão conectados à placa de contato com a água (principalmente o motor, para que a corrente da descarga não passe pelos mancais) ou ao condutor de descida principal. (ver figura 8).

d.Precauções.

aTodo elemento pelo qual circula uma corrente elétrica cria um campo magnético ao redor de si. Por isso, devemos prestar atenção na localização do instrumental elétrico, eletrônico e de navegação.

aDevemos evitar o uso de combinação de metais que produza reações galvânicas ou eletrolíticas, que aceleram a corrosão em presença de umidade ou em imersão direta. Se for impraticável empregar a combinação ideal, podemos reduzir os efeitos da corrosão com revestimentos adequados ou conectores especiais.

9.Recomendações:

 
1)Use somente cobre condutor, do tipo eletrolítico, para uso em eletricidade.

2) Use somente materiais de primeira qualidade e altamente resistentes à corrosão, para que sua manutenção seja mínima. As braçadeiras, grampos, etc., devem ser de bronze ou cobre.

3)As conexões não devem ser soldadas. É melhor usar as conexões parafusadas com arruelas dentadas de contato, tudo isso bem fixado.

4)Os cabos são estendidos retos, sem se enroscarem nos estais.

Detalhe construtivo _ corte transversal.

Figura 6: corte transversal do casco

Figura 7 _ Detalhe da figura anterior: Detalhe superior: na base do mastro (metálico),
e detalhe inferior: conectado entre a linha de descida principal e a quilha.

5)Não é recomendável usar como placa de descarga outras partes normalmente submersas (hélice, pá do leme, placa para rádio-transmissores, etc.).

10. Classificação das embarcações (conforme o material do casco).

a.Casco de aço: (1)

Possuem proteção intrínseca. Os barcos com casco de aço em contato elétrico com mastros metálicos ou outras partes metálicas da superestrutura não precisam de proteção adicional contra raios. Os possíveis pontos de descontinuidade (estais, brandais e ovéns metálicos com macacos esticadores, etc.) levarão pontes metálicas parafusadas.

b.Casco e mastros de madeira: (1)

Este tipo de embarcação não possui, por si mesma, nenhuma proteção. Por isso devemos verificar o cumprimento dos itens 8 e 9 acima.

O condutor poderá ser esticado em linha reta nos estais e através do interior do casco — sem ficar rodeado, em nenhum momento, por elementos ferromagnéticos — até o elemento de contato ou placa de contato com a água. (Ver o item 8 - Placa de cobre).

c.Casco de madeira com mastros metálicos: (1)

Neste caso, devemos adequar a instalação ao sistema de proteção. Verificaremos o cumprimento dos itens 8 e 9 acima, principalmente o indicado para o condutor de descida e para a placa de escoamento da descarga.

Se o mastro tiver uma seção suficiente (mais de 100 mm2), servirá de condutor principal, e poderemos prescindir do pára-raios, desde que o mastro esteja conectado eletricamente ao resto do sistema de proteção. O condutor de descida será fixado firmemente ao mastro, no ponto onde os estais encapelam neste último, ou acima deste ponto.

d.Casco de aço e mastros de madeira: (1)

Como no inciso anterior, devemos adequar a instalação ao sistema de proteção,  instalando o pára-raios e o condutor de descida, o qual deverá estar conectado ao casco de maneira segura.

Será omitida a placa de contato com a água, e devemos observar os itens 8  e 9 acima.

e. Embarcações mistas (2):

Neste caso, seguiremos as indicações apresentadas nos itens 8 e 9, se for o caso, segundo cada caso particular.

As massas metálicas isoladas, próximas aos condutores principais, e os pontos perigosos, serão tratados segundo o item  8b (conexão e instalação).

f. Casco de concreto armado:

Neste caso particular, o casco será considerado como condutor se a armação metálica for contínua e estiver, do ponto de vista elétrico,  eficazmente conectada ao sistema captador de raios, e a algum elemento metálico (placa de escoamento da descarga) permanentemente em contato com a água.

Se não cumprir com a indicação acima, a embarcação será adequada à instalação, de acordo com os itens 8 e 9.

(1)As referências a madeira ou aço incluem os materiais de características elétricas similares, como plásticos ou alumínio, respectivamente.

(2)Embarcações mistas: todas as que possuírem uma combinação dos materiais descritos nos itens acima.

11. Manutenção

Se estiver corretamente projetado e montado, e supondo-se que esteja completo e sem defeitos, um sistema de proteção não requer nenhuma operação.

Há, entretanto, algumas atividades vinculadas ao mesmo, que serão devidamente consideradas para garantir ou completar sua efetividade: consertos do casco, substituição do mastro, etc. Nestes casos, será feita uma revisão da instalação elétrica abordada neste trabalho, e, de preferência, por pessoal especializado.

12.Considerações especiais: Antenas.

Podemos usar as antenas dos equipamentos de rádio como pára-raios,  se elas tiverem suficiente capacidade (o que não é comum no tipo de embarcação aqui tratado).

Uma antena de rádio pode atuar como elemento protetor, se tiver uma condutividade adequada  e se estiver equipada — como também o aparelho específico (rádio) — com descarregadores, espinterômetros, ou outro meio qualquer para fazer a ligação à "terra" (aterramento) durante as tempestades elétricas.

a. Antena com capacidade para suportar o raio:

Os descarregadores terão uma tensão de alimentação definida — proporcional à tensão de serviço do aparelho protegido, para este não sofrer danos — que restabelecerá automaticamente seu isolamento, depois que o raio passar. A seção mínima de antena, admitida, é de 10 mm2 de cobre ou equivalente. O sistema deverá ser revisado após uma descarga. (Isto é geralmente aplicado a navios de grande porte).

b. Antena sem capacidade para suportar o raio:

Devemos instalar um pára-raios, ou outro elemento que cumpra esta função, em uma posição mais elevada que a antena, para ela ficar protegida, e de acordo com as prescrições indicadas acima.

Evidentemente, se já possuímos um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, a instalação da antena deverá ser realizada abaixo do pára-raios, e a uma distância prudente, para evitar que ela funcione como elemento captor.

13. Proteção das Pessoas

Caso seja necessário enfrentar este tipo de fenômenos, o mais aconselhável é permanecer no interior da embarcação durante o tempo que durar a tempestade, limitando ao mínimo indispensável a exposição da tripulação à intempérie.

Durante estas exposições, se forem imprescindíveis, devemos evitar a permanência nas imediações de onde está instalado o sistema.

14. Consultas

Para qualquer consulta, entre em contato com:

Sección Electricidad - División Técnica Naval _ DPSN

Prefectura Naval Argentina - Edificio Guardacostas

1er. Piso - Oficina 1.44

Av. E. Madero 235 - Capital Federal

Email:  tnavpna@ciudad.com.ar