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A descarga Atmosférica
Fenómeno meteorológico temido, associado desde a antiguidade à cólera dos deuses, as descargas atmosféricas atinge diariamente a Terra com vários milhares de impactos. Causa danos avaliados em milhares de milhões de dólares e acidentes mortais…
F.A.Q.
Perguntas / Respostas sobre a descarga atmosférica
Quer saber mais sobre o fenómeno? Compreendê-lo? Com mais de 60 anos de experiência na proteção contra descargas atmosféricas, podemos aconselhá-lo.
Em certas condições atmosféricas (humidade, calor, etc.), formam-se nuvens características das tempestades elétricas. Estas enormes massas de nuvens, geralmente do tipo cumulonimbo (com forma de bigorna), são compostas por gotas de água na parte inferior e cristais de gelo na parte superior.
Sob o efeito de violentas correntes ascendentes internas, ocorre uma separação das cargas elétricas destas partículas de água, resultando numa concentração positiva na parte superior das nuvens, enquanto a base está carregada negativamente. Às vezes, forma-se uma bolsa de cargas positivas na base negativa.
Quando uma nuvem de tempestade se forma sobre o solo, cria-se um grande dipolo com a Terra. Sob a influência das cargas negativas na base da nuvem, o leve campo elétrico atmosférico que existe permanentemente ao nível do solo inverte-se e aumenta rapidamente até atingir valores entre 10 e 15 kilovolts por metro. A descarga do solo torna-se então iminente.
A primeira fase da descarga atmosférica é uma pré-carga fracamente luminosa (traçador descendente) que se forma dentro da nuvem e avança aos saltos, várias dezenas de metros em direção ao solo.
Ao mesmo tempo, o campo elétrico atmosférico ao nível do solo aumenta à medida que o traçador descendente se aproxima. Observa-se então a criação espontânea, na ponta de qualquer aspereza (pilar, para-raios…), de uma ionização natural, que se manifesta sob a forma de descargas elétricas azuladas: é o efeito espiga ou efeito Corona, observado em tempo de tempestade por marinheiros como “fogo de Santo Elmo” ou por montanhistas através do ruído característico das “abelhas”.
Assim que o traçador descendente se aproxima do solo, a ionização causada pelo efeito Corona intensifica-se, especialmente na ponta das asperezas, até se transformar numa descarga ascendente: é o traçador ascendente, que se desenvolve em direção à nuvem.
Quando um destes traçadores ascendentes e o traçador descendente se encontram, cria-se um canal condutor que permite a passagem de uma corrente muito elevada: é a descarga atmosférica, caracterizado por um brilho intenso (relâmpago) e um ruído ensurdecedor (trovão).
O relâmpago pode ser composto por várias descargas sucessivas, separadas por algumas centésimas de segundo, que utilizam o mesmo canal altamente ionizado.
Em climas temperados, a grande maioria (cerca de 90%) das descargas atmosféricas é descendente negativa, pois a base da nuvem carregada negativamente descarrega em direção ao solo.
Principalmente no inverno, um traçador descendente pode, por vezes, desenvolver-se a partir de uma bolsa positiva na base da nuvem em direção ao solo: trata-se de uma descarga atmosférica descendente positiva.
A partir de certas estruturas elevadas (pico de montanha, torre de telecomunicações, edifício alto), ocorre, por vezes, a progressão espontânea de um traçador ascendente em direção à nuvem, quando as condições do campo elétrico o permitem; a descarga atmosférica resultante é então chamada ascendente.
Estas descargas, positivas ou mais raramente negativas, são geralmente mais intensas e, portanto, mais destrutivas do que as descargas atmosféricas descendentes.
Estima-se que ocorrem cerca de 32 milhões de descargas atmosféricas por ano, ou seja, entre 50 e 100 descargas atmosféricas nuvem-solo por segundo. Em 2020, segundo o Insurance Information Institute, o valor das indemnizações por danos apenas nos Estados Unidos foi de 2,1 mil milhões de dólares, um aumento de 125% num ano.
Globalmente, sítios como http://www.struckbylightning.org/news/dispIncidentdb.cfm mantêm uma base de dados de incidentes causados por este fenómeno meteorológico devastador.
Os danos são especialmente graves devido às características técnicas das descargas atmosféricas: a corrente elétrica gerada por uma descarga atmosférica é extremamente intensa (vários milhares de amperes). Além disso, a forma de onda, com um tempo de subida muito curto, contribui para a geração de tensões extremamente elevadas. Por exemplo, a tensão gerada num condutor de cobre de 30 x 2 mm (60 mm²) e 50 m de comprimento pode atingir até 10 MegaVolts (dados normativos de Nível I).
O fenómeno da descarga atmosférica não ocorre com a mesma intensidade em todas as regiões. A formação de cumulonimbos, geradores de trovoadas, depende de grandes variações de temperatura entre o solo (quente e húmido) e as camadas mais altas da atmosfera (frias). Por isso, o fenómeno concentra-se em zonas tropicais e nos meses de verão nas regiões temperadas.
Em 2017, investigadores determinaram que o local do mundo com mais descargas atmosféricas se encontra na Venezuela, no Lago de Maracaibo.
Durante o verão de 2018, a França registou um forte aumento no número de trovoadas e descargas atmosféricas (mais de 700.000).
No dia 10 de junho de 2018, foram contabilizados 77.000 descargas atmosféricas em França. De janeiro a setembro de 2018, o território francês registou apenas 30 dias sem qualquer queda de descargas atmosféricas.
Cientistas publicaram um estudo na revista Nature que mostra uma relação entre o aquecimento global e a densidade de descargas atmosféricas. Segundo este estudo, um aumento de 1°C na temperatura média resulta num aumento de 10% no número de trovoadas.
Outro estudo recente demonstra uma relação entre a densidade de descargas atmosféricas e a poluição causada pelo intenso tráfego marítimo no estreito de Malaca, no sudeste asiático. Com base em 1,5 mil milhões de descargas atmosféricas registadas entre 2006 e 2015, os investigadores mostraram que a poluição atmosférica provoca um aumento da atividade elétrica das tempestades. Trata-se de uma consequência pouco conhecida da atividade humana sobre o clima.
As descargas atmosféricas representam uma fonte interessante de energia renovável, especialmente para países emergentes situados em zonas tropicais, onde há muita atividade elétrica.
Atualmente, contudo, não existe qualquer solução prática para recuperar esta energia.
Estão em curso estudos para canalizar esta corrente para um ponto único, especialmente através do uso de lasers. No entanto, a comunidade científica ainda não apresentou resultados conclusivos.
F.A.Q.
Perguntas / Respostas sobre a proteção contra as descargas atmosféricas e os para-raios
1753
Invenção do para-raios por Benjamin FRANKLIN. Ele é o primeiro a demonstrar a natureza elétrica da descarga atmosférica, graças à experiência do «papagaio».
Ao mesmo tempo, em França, DALIBARD confirma esta hipótese em MARLY, com a sua experiência da vara metálica que se eletriza durante o tempo de trovoada;
Jacques de ROMAS chega também a esta conclusão com um papagaio, diferente do de FRANKLIN, pelo facto de um fio de cobre ser enrolado à volta da corda que a liga ao solo.
Esta descoberta rapidamente desencadeia uma extraordinária febre pelos para-raios; são inicialmente instalados em algumas igrejas e, pouco tempo depois, também em residências privadas.
1880
Um físico belga, MELLSENS, recomendou proteger os edifícios cobrindo-os com fios metálicos estendidos sobre a superfície do edifício, ligados a estacas no telhado e a várias tomadas de terra: é o nascimento da gaiola de Faraday.
1914
Primeiras tentativas de melhorar o para-raios simples feitas pelo húngaro SZILLARD e pelo francês DOZERE. Estes trabalhos resultaram nos para-raios radioativos, que utilizam fontes radioativas para manter uma ionização permanente à volta da ponta.
1985
Por razões de segurança pública, a fabricação e instalação de para-raios radioativos são proibidas.
Após vários anos de investigação e graças a um melhor conhecimento dos fenómenos físicos da descarga atmosférica, abre-se uma nova via: trata-se de reforçar a ionização perto da ponta graças a um dispositivo elétrico, autónomo de qualquer fonte de energia. Esta nova tecnologia é denominada «Para-raios com dispositivo de ionização».
1995
Publicação da norma francesa NF C 17 102 relativa à proteção contra descargas atmosféricas através de para-raios com dispositivo de ionização. Esta norma foi posteriormente revista e traduzida em mais de vinte países que também adotaram uma norma específica para a proteção contra as descargas atmosféricas através de para-raios com dispositivo de ionização, especialmente em Espanha (UNE 21 186), Portugal (NP 4426), Roménia (I7), Argentina (IRAM 2426), Turquia, Angola, etc.
2015
A entidade certificadora americana UL (Underwriter Laboratories) oferece a certificação de para-raios e a emissão de certificados de conformidade das instalações com a norma NF C 17 102.
2016
A associação «International Lightning Protection Association» ( www.intlpa.org ) recolhe no seu site mais de 680.000 instalações de para-raios em todo o mundo.
Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas é composto por quatro elementos:
