Proteção contra descargas elétricas atmosféricas

Contra as perigosas descargas atmosféricas foram desenvolvidos muitos aparelhos, sendo o pára-raio o mais conhecido. Para aqueles que não sabem o que fazer durante uma tempestade, as normas de segurança nos ajudam a não insistir em velhos costumes, como atender a telefones ou usar guarda-chuvas com pontas.

Benjamin Franklin e o pára-raio

Os primeiros estudos experimentais sobre a eletricidade atmosférica foram realizados no século XIII pelo livreiro e impressor americano Benjamin Franklin. Ele partiu da seguinte hipótese: a descarga que saltava de um capacitor, conhecido na época com o nome de garrafa de Leyden, incluindo faísca e ruído, equivaleria, em menor escala, à descarga atmosférica, relâmpago e trovão. Para verificar se essa hipótese era verdadeira, ele propôs um experimento: colocar uma haste metálica abaixo de uma nuvem de tempestade e aproximar dela um corpo aterrado, que esteja em contato com o solo para descarregar a eletricidade que vai ser passada pela haste. Em maio de 1752, o cientista francês Thomas-François D'Alibard (1703-1799) realizou o experimento proposto por Franklin. Levantou uma barra de ferro pontiaguda na direção de nuvens de tempestade e aproximou desta um fio aterrado, verificando que faíscas saltavam do mastro para o fio. Além de provada a hipótese de Franklin, se estabeleceu assim o princípio do funcionamento dos pára-raios.

Os sistemas de proteção

A invenção dos pára-raios permitiu maior segurança contra as descargas atmosféricas. Ele faz parte do que hoje se chama de sistema de proteção. Esses sistemas foram feitos para proteger construções e seus ocupantes dos efeitos da eletricidade dos relâmpagos. Ele cria 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. Um sistema é dividido em três componentes: o terminal aéreo, os condutores de descida e o terminal de aterramento. O terminal aéreo é uma haste metálica rígida e pontiaguda , montada numa base ou tripé, no ponto mais alto da estrutura, que deverá capturar a descarga. É comumente conhecido pelo nome de pára-raio. Existem dois modelos básicos de pára-raios: o captador do tipo "Franklin" e a gaiola de Faraday. O captador "Franklin" é constituído por uma haste metálica, sendo mais barato, mas pouco seguro, pois funciona de acordo com probabilidades. O segundo consiste em um sistema de vários receptores colocados de modo a envolver o topo da estrutura, como uma gaiola. Esse sistema proporciona maior proteção. A haste dos pára-raios deve ser pontiaguda pois desse modo têm maior poder de acúmulo de cargas. Em ambos, seus materiais devem ser rígidos para suportar o impacto da descarga, além de ter um elevado ponto de fusão, não derretendo com o calor gerado pela descarga. E por último, o material da haste deve ser bom condutor. Os condutores de descida são cabos metálicos que unem o terminal aéreo ao terminal de aterramento. Nos edifícios, eles são dispostos em paredes sem janelas, por questão de segurança. Os terminais de aterramento são hastes, geralmente de cobre, enterradas no chão, a um nível que dependerá do tipo de solo e do tipo de construção que se deseja proteger. Os minerais que compõem o solo determinam melhores resultados no escoamento da descarga. Outros pára-raios, chamados de captores radioativos utilizam um elemento radioativo, o Américo, para atrair raios. Tais aparelhos tem fabricação e utilização proibida, por não garantirem uma proteção eficiente. Existem componentes não convencionais dos sistemas de proteção que desativam momentaneamente um aparelho, um instrumento ou transmissor elétrico nas proximidades do local de queda do relâmpago. A voltagem desses intrumentos pode aumentar e esse aumento é denominado surto de tensão ou sobretensão. Os supressores de surto ou pára-raios eletrônicos são componentes adicionados aos sistemas convencionais proteger contra as sobretensões. Centelhadores, varistores, diodos zener, são exemplos comuns de supressores.

Riscos e benefícios

Os relâmpagos podem atingir as pessoas diretamente. Esse acidente deve-se ao efeito direto do relâmpago. Mesmo que as chances sejam pequenas (cerca de 1 para 1 milhão), é necessário que haja cuidados contra esses acidentes. A maioria das mortes e tragédias ocorrem pelosefeitos indiretos, que acontecem nas proximidades do local de queda de um relâmpago. Os efeitos fisiológicos da corrente elétricaassociados aos relâmpagos dependem muito da área do corpo atingida e de outras condições no momento do acidente. Comumente, a corrente ocasiona sérias queimaduras, danos ao coração, aos pulmões, ao sistema nervoso central, paradas cardíacas, respiratórias e seqüelas psicológicas, como diminuição da capacidade de raciocínio e distúrbios do sono. A média de mortes de pessoas atingidas, seja direta ou indiretamente, por ano no Brasil é de 100 pessoas. Não há nenhum método conhecido que evite a ocorrência de um relâmpago. Mesmo construções devidamente protegidas já sofrerão esse ataque, enquanto outras desprotegidas, às vezes ao lado dessas, nada sofreram. Podemos perguntar para quê o uso dos sistemas de proteção se eles realmente não protegem. Na verdade, o sistema tenta "atrair a atenção" da descarga e não impedir que ela aconteça. Vale a regra: ruim com eles, pior sem eles.

Regras de proteção pessoal

As regras de proteção pessoal são um conjunto de medidas, baseadas em conceitos da Física, com o mesmo objetivo dos sistemas de proteção. Nesta seção, citaremos as mais importantes.

Durante uma tempestade, se recomenda não sair de casa e não permanecer nas ruas. Em casa, as chances de ocorrer acidentes diminuem, devido a prédios, árvores e outras residências com proteção, atrativos em potencial para as descargas. Em casa, não se deve usar o telefone, com exceção do tipo "sem fio", nem se aproximar de objetos metálicos (janelas, grades ou tomadas). Os eletrodomésticos devem ser desligados da rede elétrica. Essas diretrizes evitam os efeitos indiretos das descargas, pois a boa condutividade dos materiais presentes nesses objetos podem provocar acidentes.

Se realmente for necessário permanecer nas ruas, deve-se evitar segurar objetos metálicos longos, como tripés, varas de pesca ou guarda-chuvas. Não se deve empinar papagaio ou aviõezinhos com fio. Franklin, por pura sorte, escapou da morte em seu experimento com a pipa. Andar a cavalo também é uma atividade de risco. O cavaleiro comporta-se como uma ponta e poderá atrair o raio. Não se deve nadar. Relãmpagos ocorrem nessas superfícies, aso contrário do que se pensa. Alguns locais podem servir de esconderijos numa tempestade: ônibus, veículos fechados metálicos, prédios e moradias com proteção, construções com estrutura metálica, barcos e navios metálicos fechados, abrigos subterrâneos, como túneis e metrôs, vales, desfiladeiros ou depressões no solo. Nunca se deve ficar no interior de celeiros, barracos e tendas, que facilmente incendeiam ou se destróem pela força da descarga, tampouco próximo a linhas de energia elétrica ou árvores isoladas.

As últmas regras relacionam-se aos locais onde é extremamente perigoso permanecer: topos de morros, cordilheiras, prédios, áreas abertas (como campos de futebol), estacionamentos abertos, quadras de tênis, cercados de arame, varais de metal, linhas aéreas, trilhos, torres, linhas telefônicas e linhas de energia elétrica.

Quando não for possível realizar nenhum dos procedimentos acima citados, ainda há uma maneira de escapar de um acidente. Momentos antes de ocorrer a descarga, pessoas que estejam nessas proximidades sentem seu pêlos arrepiados ou a pele coçando, indícios da atividade elétrica. Não se deve entrar em pânico. Pode-se ficar na seguinte posição: ajoelhado, curvado para frente, com as mãos colocadas nos joelhos e a cabeça entre eles. Imita-se, desse modo, uma esfera e não uma ponta, como na posição de pé. Jamais se deve deitar no chão, pois a descarga atingirá diretamente essa superfície.