E. E. PROFESSORA BEATHRIS CAIXEIRO DEL CISTIA

Trabalho de Física

Raios: Uso de Tecnologia Evita Mortes e Prejuízos

Nome: Wesley Germano Otavio Nº 41 Série: 3º B

Raios: Uso de Tecnologia Evita Mortes e Prejuízos

Antes de vermos como funciona a detecção de raios vamos entender

este fenômeno.

Os raios são umas das mais violentas manifestações da natureza.

Manifestação que, em uma fração de segundos, pode produzir uma carga de

energia tão alta cujos parâmetros podem chegam a:

125 milhões de volts

200 mil ampères

25 mil graus centígrados

Para que um raio possa ocorrer é necessário que existam cargas de

sinais opostos entre nuvens ou entre nuvens e o solo, quando isso ocorre, a

atração entre as cargas é tão grande que provoca a descarga elétrica. Tais

cargas foram nomeadas de cargas positivas e cargas negativas por Benjamin

Franklin, por volta de 1750, século XVIII, quando esse realizou grandes

descobertas sobre a eletricidade. Além de identificar o sinal das cargas,

positivas e negativas, Franklin demonstrou de modo experimental que os raios

são um fenômeno de natureza elétrica.

Os raios podem ser classificados de acordo com sua origem, assim,

eles podem ser:

Da nuvem para o solo;

Do solo para a nuvem;

Entre nuvens.

Um raio dura em média meio segundo. Nesse intervalo de tempo vários

fenômenos ocorrem, entre eles os fenômenos físicos e climáticos. De acordo

com a variação do clima os raios podem ser mais ou menos intensos. Algumas

regiões do planeta têm tendência para a formação de descargas elétricas,

originando os raios.

A formação de um raio ocorre de forma rápida e violenta. Essa

formação se dá a partir da grande diferença de potencial entre as cargas,

positivas e negativas, entre nuvens e o solo ou até mesmo entre nuvens, e

quando o campo elétrico de uma nuvem supera o limite de capacidade

dielétrica do ar atmosférico, que normalmente varia entre 10000 volts/cm e

30000 volts/cm, dependendo das condições locais. O ar que está entre as

cargas, ao se ionizar, torna-se condutor, permitindo assim que ocorra uma forte

descarga elétrica. Devido a essa forte ionização do ar que está entre as cargas

elétricas em movimento é que ocorrem os chamados relâmpagos, que é a

parte visual de um raio. A parte sonora ocorre em virtude do aquecimento

brusco e da rápida expansão do ar, produzindo assim uma forte pressão que

se manifesta através do trovão, parte sonora. Sendo assim, relâmpago e trovão

são conceitos diferentes, mas que tem origem no mesmo fenômeno, o raio.

A ionização da nuvem ocorre em razão das milhares de colisões das

partículas de gelo que se encontram no seu interior, esta é uma das teorias

aceitas. Outra causa, que não exclui a primeira, estaria em efeitos resultantes

da diferença de condutividade elétrica do gelo em face das diferenças de

temperatura no interior da nuvem. Durante as colisões, as partículas de gelo se

rompem, perdendo elétrons e transformando em íons, o que torna a nuvem

eletricamente carregada.

Utilizando recursos da tecnologia para a previsão de

raios

Muitas vezes por conta do desconhecimento de administradores de

empresas, clubes e fazendas, não há investimento em monitoramento para a

detecção e prevenção contra os raios. Situação que é bastante preocupante, já

que cada vez mais aumentam os danos causados pela incidência de descargas

atmosféricas no país.

Segundo dados divulgados em 2008, pelo Instituto Nacional de

Pesquisas Espaciais (INPE), os prejuízos giram em torno de R$ 1 bilhão

anuais, sendo R$ 600 milhões só no setor elétrico. Cerca de 50 milhões de

raios caem anualmente no Brasil, e em média, cem pessoas morrem por ano,

após serem atingidas por raios.

Já existem no país equipamentos que antecipam a ocorrência de raios

e ajudam na prevenção. O Storm Tracker, por exemplo, é um deles. Ele

mostra informações sobre os raios que caem dentro de uma área de 1

quilômetro. Composto por uma antena, o equipamento pode ser instalado em

uma torre ou telhado. Os dados são enviados para uma placa de captura em

um computador com o software do equipamento instalado, que aponta em um

mapa onde ocorreram os raios.

Outro equipamento é o LD-250, que além de estimar a distância do

sinal de força recebido, anuncia tanto uma descarga atmosférica próxima,

quanto uma severa. Se uma descarga é detectada próxima ou excede o limite

presente, o som do alarme interno recebe a informação e ativa o alarme dos

computadores em um arquivo de notificação.

Já o EFM-100, faz o monitoramento num raio de 40 quilômetros.

Quando o campo eletromagnético é modificado por uma descarga elétrica, o

aparelho capta e manda os dados para o computador, registrando que haverá

incidência de raios na região monitorada, determinando que o local está

perigoso e com probabilidade de tempestade.

O aquecimento global é o principal responsável pelo aumento do

número de raios em diferentes países, tanto do hemisfério Norte quanto do Sul.

Segundo informações divulgadas pela Agência Espacial Norte-Americana

(NASA), em um modelo climático, onde foi aplicada uma atmosfera com o

dobro da concentração de dióxido de carbono (CO2) com aumento superficial

de temperatura de 3°C, houve uma intensificação das correntes ascendentes

em tempestades, com aumento na altitude onde os raios se formam e

intensificação das tempestades, sejam de raios ou tornados. O modelo também

sugeriu um possível aumento das queimadas produzidas por raios.

Informação que reafirma a necessidade do uso de tecnologias para um

monitoramento constante, como prevenção contra os prejuízos e mortes que os

raios podem causar.

Sistema de detecção de raios em tempo real na internet

Descargas elétricas, ou raios, podem ser acompanhados em tempo

real na internet através do site http://www.rindat.com.br/. Quem disponibiliza

esses serviços são o Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat), que faz parte do

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), e a Rede Integrada Nacional

de Detecção de Descargas Atmosféricas (Rindat), que atua com a Companhia

Energética de Minas Gerais (Cemig), a Furnas Centrais Elétricas (Furnas), o

Sistema Meteorológico do Paraná (Simepar), e também o Inpe.

O Elat, de acordo com as informações do seu site, é o pioneiro neste

serviço, atuando desde 2004. Os dois portais são parceiros e possuem uma

rede de sensores e centrais que permitem detectar em tempo real as

descargas atmosféricas nuvem-solo, isto é, a maior parte das descargas que

atingem o solo, em parte do território brasileiro.

Como mostra a imagem ao lado, a região sul, principalmente o Rio

Grande do Sul, está cheia de pontos que mostram a ocorrência de descargas

elétricas em intervalos de tempo variados. Desde a tarde desta quarta-feira

foram registrados estragos causados por temporais no Estado.

Funcionamento dos para-raios

Você sabe qual a função de um para-raios? Já se perguntou como ele

funciona? Um para-raios é uma haste de metal, comumente de cobre ou

alumínio, destinado a dar proteção aos edifícios atraindo as descargas elétricas

atmosféricas, raios, para as suas pontas e desviando-as para o solo através de

cabos de pequena resistência elétrica. Como o raio tende a atingir o ponto mais

alto de uma área, o para-raios é instalado no topo do prédio.

Chama-se também para-raios, ou descarregador, o aparelho destinado

a proteger instalações elétricas contra o efeito de cargas excessivas

(sobretensões) e descarregá-las na terra.

A fim de provar que os raios são descargas elétricas da natureza, o

americano Benjamin Franklin procedeu a uma experiência famosa, com base

na qual inventou o seu para-raios. Durante uma tempestade, empinou uma

pipa e constatou o poder das pontas de atrair raios ao observar as faíscas que

se produziam nas chaves atadas à ponta do cordel em suas mãos. Com essa

observação, Franklin passou a estudar a utilidade desta forma de Eletricidade.

Princípio de Funcionamento

Através do fenômeno eletrostático denominado poder das pontas, que

é a grande concentração de cargas elétricas que se acumulam em regiões

pontiagudas, quando o campo elétrico nas vizinhanças da ponta do para-raios

atinge determinado valor, o ar em sua volta se ioniza e se descarrega através

de sua ponta para o solo através de um fio de baixa resistividade, que é

enterrado no solo e rodeado de pó de carvão

Zona de proteção

Admite-se que a zona de proteção

desse tipo de para-raios é igual a um cone

com vértice na ponta da antena, raio no solo e

altura equivalente do chão à ponta da antena.

O vértice e a geratriz do cone forma um ângulo

de 55º para estruturas com nível de proteção exigido para classe IV; para

outros níveis este ângulo varia em função da altura do captor em relação ao

solo (ver tabela - NBR-5419), conforme a figura ao lado.

Área de proteção de um para-raios.

Para descobrir o raio de proteção de um para-raio, utiliza-se a formula

R_p=h * \operatorname{tan}\, A onde h é a altura em metros e A o ângulo em

graus. Ou no modelo de fórmula Tang  = R / h

Outros Tipos de Para-raios

Para-raios de Melsens: Empregado para o mesmo fim que o para-

raios de Franklin, o para-raios de Melsens adota o princípio da gaiola de

Faraday. Consiste em envolver o edifício numa armadura metálica,

aproveitando as linhas arquitetônicas para a passagem da trama: barras de

ferro verticais e horizontais. No alto da construção, as barras verticais juntam-

se em feixes, os quais se ligam ao solo, no outro extremo, por uma série de

chapas de terra.

Para-raios em instalações elétricas: Na proteção de instalações

elétricas, o para-raios, ou descarregador, é colocado num ponto da instalação

em que se forme um máximo da onda de tensão elétrica. Na instalação,

intercala-se um dispositivo que obrigue a onda de corrente elétrica, em

quadratura com a onda de tensão elétrica, a ter uma inversão nesse ponto. Os

tipos de para-raios empregados em instalações elétricas são: de antena, de

rolos, de peróxido de chumbo e eletrolítico.

Inibidor de raios: O inibidor de raios é um

elemento de protecção que, ao contrário do para-raios,

evita a formação do traçador através do qual se produz a

descarga. Deste modo impede o processo natural de

formação do raio numa área determinada.

Os para-raios tradicionais protegem as estruturas mas não podem

evitar os efeitos negativos da indução electromagnética

causada pela grande energia que se transmite durante a

descarga, de que todos os aparelhos existentes, tanto eléctricos como

Exemplo de Inibidor de Raios (Lightning-Inhibitor) em um

aeroporto.

telefónicos, informáticos, electrónicos, etc. se ressentem em maior ou menor

medida, e que pode mesmo causar a sua completa destruição.

O inibidor de raios proporciona protecção não só contra os raios mas

também contra os efeitos das induções electromagnéticas, dado que é capaz

de evitar o processo natural de formação do raio na zona protegida.

A terra e a nuvem actuam como duas placas de um condensador, e

quando a tensão entre placas aumenta suficientemente alcança-se um ponto

de ruptura e produz-se o raio. O tempo de queda do raio é praticamente

instantâneo, mas o processo de formação do traçador pode durar alguns

minutos. O princípio físico de actuação do inibidor de raios está baseado na

descarga deste condensador de forma controlada e constante durante esse

tempo, através de um fluxo eléctrico da ordem dos miliamperes que se produz

na sua cabeça para a ligação à terra em momentos de campo eléctrico "entre

placas" elevado, situação que se apresenta quando há uma trovoada.

Conclusão

As consequências das descargas elétricas de um raio podem ser

desastrosas, em razão da grande quantidade de energia que é liberada durante

a descarga. Foram criados vários dispositivos que protegem contra os raios,

porém o mais conhecido deles é o para-raios, criado por Benjamin Franklin

após a descoberta da eletricidade e do raio.

O para-raios, uma estrutura metálica fina e pontuda, tem a finalidade

de proteger construções e instalações, como casas, edifícios, depósitos de

combustíveis e linhas de transmissão de energia elétrica. Essas estruturas

metálicas destinam-se a oferecer à descarga elétrica um caminho seguro entre

a nuvem e o solo.

Outras medidas preventivas podem ser tomadas no intuito de manter-

se seguro contra raios. Medidas como:

Evitar condutores, tais como: antenas, água, materiais elétricos, etc.

Durante uma tempestade evitar lugares abertos, não ficar sob árvores,

elevações, etc.

Não tomar banho, pois no caso de uma descarga de alto potencial a

água pode conduzir energia elétrica.

Bibliografia

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O Para-raio – Brasil Escola. Disponível em:

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