Para-raios

Os para-raios são dispositivos usados na proteção de edifícios ou torres muito altas. Eles são compostos de três sistemas: captação, descida e aterramento.

Para-raios são dispositivos que têm como objetivo proteger certos locais da ação de descargas elétricas vindas do céu. Os tipos principais são o de Franklin e o de Melsens. Nesta matéria, você entenderá o que são essas estruturas, como funcionam e quais são os seus tipos. Acompanhe:

O que são para-raios

Você já deve ter visto que, em estruturas muito altas, há uma haste de metal que aponta para cima. Essa haste é o para-raio, que é feito de cobre, alumínio, aço inoxidável ou aço galvanizado.

O para-raios serve para proteger edifícios, torres e outras estruturas elevadas da ação de descargas elétricas atmosféricas. Ou seja, para proteger dos raios. Para que isso aconteça, esses dispositivos são conectados à terra por fios condutores. Contudo, ao contrário do senso comum, os para-raios não atraem os raios para si: eles fornecem um caminho mais curto para a corrente elétrica, de modo a evitar danos na rede elétrica ou às pessoas.

Tipos de para-raios

Os para-raios podem ser de diversos tipos, sendo que cada um é destinado a uma aplicação específica. Por conta disso, não há como definir qual é melhor ou pior. Veja, a seguir, os principais:

  • Ângulo de proteção (Franklin): é o método mais comum e mais simples. Assim, a haste do para-raios protege uma área cônica localizada abaixo dele.
  • Proteção tipo Franklin: Fonte: Eletrojr – UFBA
  • Método das malhas (Melsen): esse tipo consiste em cobrir a estrutura com cabos ou fitas metálicas. Dessa maneira, busca-se de criar uma Gaiola de Faraday no local da construção.
  • Proteção do tipo malhas, usando para-raios de Melsen. Fonte: Wikimedia
  • Método da esfera rolante (eletrogeométrico): em estruturas muito elevadas ou complexas, o método de Franklin pode ser ineficaz. Então, esse modelo de para-raios coloca diversos modelos de Franklin ao longo da estrutura, a fim de aumentar a proteção.
  • Proteção do tipo esfera rolante. Fonte: Wikimedia

Além dos tipos de para-raios apresentados, existem diversos modelos para usos específicos. Contudo, o sistema de descida da descarga elétrica pode ser feito através de cabos de cobre ou barramentos colocados dentro da estrutura da construção. A decisão de qual método será utilizado fica a critério da pessoa responsável pelo projeto.

Como funcionam os para-raios

As descargas atmosféricas carregam uma alta corrente elétrica. Por conta disso, os materiais que carregam a corrente para a Terra devem ser feitos de metais de baixa resistência. Dessa forma, ao serem atravessados pela descarga elétrica, esses materiais não sofrerão tanto com o efeito joule.

A fim de proteger uma construção ou qualquer outra estrutura, o para-raios é composto de três estágios:

  • Captação: responsável por interceptar a descarga elétrica.
  • Sistema de descida: responsável por conduzir a corrente elétrica para o solo de maneira segura.
  • Aterramento: responsável por dispersar a descarga atmosférica em segurança na Terra.

Todo esse conjunto protege uma construção da ação de um raio. Porém, é necessário notar que não há 100% de proteção, independente de qual seja o tipo de isolamento elétrico usado. O maior nível de proteção alcançado é 98%.

Geralmente, um para-raios consegue proteger uma área cônica, cuja base possui raio aproximadamente igual à sua altura. Ou seja, um para-raios posicionado a 20 metros de altura protegerá uma área de 20 metros de raio, cujo centro será a base do sistema de proteção.

Vídeos sobre para-raios

Por muito tempo, o ser humano acreditou que os raios representavam a fúria divina. Atualmente, com o avanço da ciência, é possível compreender sua formação e conviver com esses fenômenos naturais inevitáveis. Veja os vídeos selecionados sobre para-raios:

Como funciona o para-raio

Nesse vídeo do ClickCiência da Universidade Federal de São Carlos, você entenderá, de maneira didática e descontraída, como funcionam os para-raios. Confira!

A física dos raios, relâmpagos e trovões

O professor Douglas Gomes explica as diferenças e semelhanças entre raios, relâmpagos e trovões. Além disso, mostra como é possível se proteger desses fenômenos naturais e inevitáveis.

Mitos e verdades sobre raios, relâmpagos e trovões

Será que um espelho atrai raios? E ficar no celular durante uma tempestade? Pode usar objeto metálico quando está chovendo? No vídeo do Mundo da Elétrica, Henrique Mattede discute diversas crendices populares a respeito dos raios e trovões. Acompanhe!

O conjunto de sistemas de proteção presente no para-raios é essencial para a proteção de edificações. Um dos princípios físicos usados para evitar os danos às estruturas metálicas é a Gaiola de Faraday. Aprenda sobre esse conceito também!

Referências

Os fundamentos históricos e experimentais da eletricidade (2010) – André Koch Torres de Assis / Disponível em: https://www.ifi.unicamp.br/~assis/Eletricidade.pdf

Tipos de para-raios: conheça o melhor para sua necessidade (2020) – Mateus Simões / Disponível em: https://www.eletrojr.com.br/2020/03/21/tipos-de-para-raios/

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Para-raios. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/para-raios. Acesso em: 26 de January de 2021.

Exercícios resolvidos

1. [UFSC]

O Circo da Física viaja pelo Brasil apresentando seu espetáculo para divertir o público de várias idades, mas também para ensinar e divulgar a Física de maneira lúdica e contextualizada. Muitas vezes, é necessária a substituição de alguns equipamentos elétricos que são danificados. Como o show não pode parar, esses equipamentos são comprados nas próprias cidades onde o circo está instalado, portanto alguns possuem especificação 220 V e outros, 110 V.
Outro aspecto fundamental é a proteção dos equipamentos elétricos utilizados nos shows contra possíveis descargas elétricas. Para isso, é instalado um para-raios no topo da estrutura do circo, como mostra a figura abaixo.

Com base no exposto, é correto afirmar que:

01) quando o Circo da Física está em uma cidade com rede elétrica de tensão 220 V, os aparelhos que funcionam com tensão de 110 V devem ser ligados a transformadores com potência de entrada igual à metade da potência de saída.
02) o para-raios tem a função de impedir que a descarga elétrica aconteça sobre o Circo da Física, logo ele dificulta a passagem das cargas elétricas nessa região, repelindo-as para longe.
04) quando o para-raios está eletrizado, há maior concentração de cargas elétricas nas suas pontas do que no restante do para-raios.
08) a corrente elétrica na saída do transformador é alternada.
16) o princípio de funcionamento tanto do transformador quanto do para-raios está baseado na indução eletromagnética.
32) em um transformador, a frequência da tensão de saída é a mesma que a da tensão de entrada.

Respostas corretas: 04 + 08 + 32 = 44.

01: falsa. O correto seria ligar a entrada do transformador, isto é, o primário, em 220 V, e a tensão de saída (secundário) teria a tensão de 110 V. Assim, considerando um transformador ideal, a potência de entrada seria o dobro da potência de saída.

02: falsa. O para-raios funciona como uma proteção à rede elétrica e a equipamentos ligados a ela por utilizar a indução eletrostática (poder das pontas) para promover um caminho mais fácil a essas descargas elétricas do que ao atingir o dispositivo, de modo que percorrem os cabos até dissipar sua energia no solo. Esses cabos devem estar bem isolados de estruturas metálicas e materiais inflamáveis.

04: verdadeira. Esse fenômeno chama-se indução eletrostática (poder das pontas).

08: verdadeira. As saídas de um transformador, assim como a entrada, são de corrente alternada, pois seu funcionamento depende da variação do fluxo magnético.

16: falsa. O princípio de funcionamento do transformador está baseado na indução eletromagnética, mas o para-raios, na indução eletrostática.

32: verdadeira. Nos transformadores, as frequências de entrada e saída são as mesmas.

2. [IF-SP]

Raios são descargas elétricas de grande intensidade que conectam as nuvens de tempestade na atmosfera e o solo. A intensidade típica de um raio é de 30 mil amperes, cerca de mil vezes a intensidade de um chuveiro elétrico, e eles percorrem distâncias da ordem de 5 km.
(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Acesso em:
30.10.2012)

Durante uma tempestade, uma nuvem carregada positivamente se aproxima de um edifício que possui um para-raios, conforme a figura a seguir:

De acordo com o enunciado, pode-se afirmar que, ao se estabelecer uma descarga elétrica no para-raios,

a) prótons passam da nuvem para o para-raios.
b) prótons passam do para-raios para a nuvem
c) elétrons passam da nuvem para o para-raios.
d) elétrons passam do para-raios para a nuvem.
e) elétrons e prótons se transferem de um corpo a outro.

Resposta correta: D.

A figura mostra a nuvem carregada positivamente. Assim, ela atrai elétrons, que sobem do para-raios para a nuvem.

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