SPDA – O que é um Subsistema de Captação?

Se você é da área da elétrica e já andou estudando o Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), então, provavelmente, você já deve ter ouvido falar do método da Gaiola de Faraday ou do Método de Franklin. Esses dois métodos são bastante famosos no que se refere aos métodos de captação de um SPDA, porém, muitas vezes, eles são confundidos com o próprio SPDA em si. Nesse artigo vamos deixar claro o que é um subsistema de captação, bem como cada método de cálculo, de acordo com a norma vigente ABNT NBR 5419:2015, e vamos explicar a subdivisão de um SPDA. 

Em que consiste um SPDA?

Antes de mais nada vamos deixar claro que um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas é subdividido em: 

  • Subsistema de Captação;
  • Subsistema de Descida;
  • Subsistema de Aterramento;

Cada subsistema tem sua particularidade e seus métodos de cálculo correspondentes. Cabe ao projetista entender e saber trabalhar com cada subsistema de acordo com a norma vigente. 

Subsistema de Captação

Agora sim! Dentro da subdivisão do SPDA temos o subsistema de captação. Na estrutura da edificação, os componentes desse subsistema (componentes estes que podem ser por exemplo: mastro+captor franklin, minicaptor ou terminal áereo de inserção, chapa de alumínio, cabo de cobre nú, dentre outros) devem ser posicionados nos cantos salientes, pontas expostas ou beiradas no topo da edificação (telhado ou cobertura).

Um subsistema de captação possui três métodos de cálculo. Estes métodos são descritos no item 5.2.2 da NBR 5419:2015-3 e são eles: 

  • Método das Malhas (comumente conhecido como Gaiola de Faraday);
  • Método do Ângulo de Proteção (conhecido como Franklin);
  • Método da Esfera Rolante (conhecido também como Modelo Eletrogeométrico);

A tabela 2 da NBR 5419:2015-3 resume as características dos três métodos de cálculo de acordo com a classe do SPDA (para quem não sabe o que é classe do SPDA, seria o mesmo que dizer nível de proteção, sendo que, este nível é calculado na análise de necessidade ou análise de risco e são explicitados mais precisamente na NBR 5419:2015-2).

Conforme observamos na tabela, para cada classe ou nível de proteção, temos um raio da esfera rolante e dimensões de malha, nos métodos da gailola de Faraday e modelo eletrogeométrico respectivamente. No método do ângulo de proteção ou Franklin, temos uma série de curvas que relacionam altura de componentes verticais (captor frankin + mastro ou minicaptor) com ângulo de proteção, conforme veremos mais a frente, onde trataremos de cada método de cálculo separadamente.

Método das Malhas – Gaiola de Faraday

Este método sempre foi e ainda é bastante usado nos sistemas de captação. O mesmo consiste na configuração de uma malha, dentro dos parâmetros observados na tabela 2, posicionada no perímetro superior e no topo da edificação. Está malha comumente é formada por cabos de cobre nú ou chapas de alumínio, e ainda conta com o auxílio de minicaptores nos cantos salientes da estrutura.

Figura 01 – Método das malhas no topo de uma edificação.

É importante observar que, analisando a tabela 2 mencionada acima, o afastamento máximo dos condutores da malha é disposto em quadrículas variando entre 5 a 20 metros. Como a própria tabela diz, esse afastamento, ou disposição das malhas é máximo, logo, pressupomos que, tomando como exemplo a classe I, se obtivermos um afastamento de 5×45×2 ou até mesmo 5×1 estaríamos dentro dos valores normalizados, porém, é sempre recomendável trabalhar com valores próximos aos da tabela.

Analisando este método e suas aplicações, passamos a obter parâmetros de instalação de acordo com o tipo de estrutura da edificação. Para que as malhas fiquem bem posicionadas e possam ter a maior eficiência, é recomendável utilizar este método quando:

  • Os telhados forem horizontais e inclinados sem curvatura;
  • As superfícies laterais forem planas;
  • Telhados com inclinações maiores que 10% (também consideramos telhados curvos ou telhados com várias áreas de inclinação) não são os mais adequados para este método;

Método do Ângulo de Proteção – Franklin

Este método trabalha com um elemento captor que cria um volume de proteção pela forma de um cone circular cujo vértice está posicionado no eixo do mastro (NBR 5419:2015-3). Um adendo importante é de que não devemos confundir a peça captor Franklin com o método do ângulo de proteção. Está peça não está diretamente correlacionada com o método e devemos ainda salientar que está peça pode ser usada em qualquer um dos métodos de cálculo de um subsistema de captação.

Figura 02 – Captor Franklin
Figura 03 – Método do Ângulo de Proteção através de um mastro captor

Analisando a figura 03 vamos fazer a descrição de cada componente. Vamos supor que o mastro que é formado pelas letras OA, seja um conjunto de mastro + captor franklin, comumente usado em subsistemas de captação cuja altura é h1. O plano B seria o que chamamos de “plano de referência”. Este plano de referência pode variar entre o topo da edificação ou a base da mesma, fica a critério do projetista defini-lo. A linha formada pelos pontos AC é o limite do volume de proteção relacionado. O ângulo α é definido de acordo com o gráfico abaixo: 

Figura 04 – Gráfico para consulta dos ângulos de proteção

As curvas representam a classe do SPDA a ser determinada no gerenciamento de risco. A altura H é medida em metros e corresponde a altura do elemento captor de acordo com o plano de referência determinado pelo projetista. Vamos a um exemplo para entendermos melhor: suponhamos uma edificação cuja altura seja de 10 metros e possua SPDA classe III. Nesta edificação o projetista colocou um conjunto de mastro + captor franklin com altura total de 5 metros. 

Figura 05 – Alturas e ângulos referenciados de acordo com o exemplo supracitado.

Se utilizarmos o plano de referência como sendo a base da edificação, obteríamos uma altura H= 15 metros (altura do mastro mais a altura do edifício), logo, ficaríamos com um ângulo de proteção de 54 graus. Porém se utilizarmos um plano de referência na base do topo da edificação teríamos uma altura referenciada somente pelo mastro H = 5 metros, obtendo um ângulo de proteção de 69 graus. Concluímos então que o plano de referência determinado pelo projetista determina um ângulo de proteção maior ou menor. 

Não podemos esquecer também do raio de proteção que o mastro atingirá dependendo do ângulo de proteção calculado. Este raio é calculado basicamente pela equação da tangente, sendo o cateto adjacente a altura H e o cateto oposto o raio de proteção. O resto já sabemos calcular: tg α = R/H -> R = tg α x H.

Método da Esfera Rolante – Modelo Eletrogeométrico

Este método também trabalha com um elemento captor onde é criado uma esfera fictícia de raio determinado de acordo com a classe do SPDA e a tabela 2 da NBR 5419:2015-3. Esta esfera rola no entorno da edificação ou no entorno do que se quer proteger. Basicamente se tem a ideia de que onde a esfera tocar o raio também poderá tocar. 

Figura 06 – Esfera Rolante com edificação menor que 60m
Figura 07 – Esfera Rolate com edificação maior que 60m

Para este método, a NBR 5419:2015-3 salienta que para edificações superiores a 60 metros de altura se faça uma proteção de 20% da altura total, por exemplo, se tivermos uma edificação de 100 metros de altura deveríamos fazer uma verificação através da esfera se há necessidade de fazer um anel de proteção a 80 metros de altura para evitar descargas laterais. 

Considerações finais

Muito bem pessoal, nesse artigo aprendemos que o SPDA é subdividido em três subsistemas e que o subsistema de captação é referenciado em três métodos de cálculo. Se esse artigo te acrescentou algum conhecimento e foi útil para você, deixe aqui seu comentário, sugestão ou dúvida.

Fonte e credibilidade: https://engfam.com.br/subsistema-de-captacao/