Série SPDA: Gaiola de Faraday
A gaiola de Faraday, também conhecido como método das malhas, consiste em instalar no telhado um sistema de captores formados por condutores horizontais, interligados em forma de malha.
O conceito, segundo o qual o campo magnético no interior de uma gaiola metálica é nulo e permitiria criar uma blindagem contra interferências eletromagnéticas, foi desenvolvido em 1836 por Michael Faraday.
O conceito inicial foi adaptado para se tornar um sistema de proteção contra descargas atmosféricas.
De fato, para obter uma gaiola perfeita, a gaiola de Faraday teria que ser fechada na sua íntegra, o que na prática, no caso de uma edificação, não é possível.
As normas especificam o máximo afastamento dos condutores da malha, conforme tabela abaixo, de maneira arbitrária e, infelizmente, sem estudo de campo comprovando a exatidão desse dimensionamento, mas apenas na base da teoria.
Não há garantia que as fitas metálicas utilizadas no método da gaiola de Faraday serão atingidas pela descarga em preferência de outros pontos próximos e expostos.
Tradicionalmente, para aumentar a probabilidade de impacto na gaiola, são adicionados terminais aéreos nas interseções dos condutores e, no mínimo, nos cantos.
As normas especificam também o distanciamento e número de condutores de descida.
Embora a quantidade considerável de descidas possa inviabilizar alguns projetos, o distanciamento e número de descidas está justificado.
Todavia, muitos profissionais falham na hora de explicar a razão do maior número de condutores de descida na gaiola de Faraday.
De fato, o método das malhas exige um maior número de descidas que no método do ângulo de proteção não por ser melhor, mas por ser necessário.
Ao contrário do para-raios Franklin onde as normas especificam um dimensionamento para que o captor seja o ponto de impacto do raio, o impacto do raio na gaiola de Faraday poderá ocorrer em qualquer ponto da malha.
Por tanto, a corrente da descarga precisará de um condutor próximo para se dissipar até o aterramento.
A única configuração onde a corrente da descarga se dividirá por igual em todos os condutores do subsistema de captação e de descida da malha, seria obter um impacto de raio no centro exato da malha no telhado de uma edificação, cuja geometria seria perfeitamente simétrica, com aterramentos e comprimento dos condutores idênticos, equidistantes e todos equipotencializados.
A probabilidade de se obter essa configuração é próxima de 0 uma vez que a probabilidade do impacto do raio ser perfeitamente centralizado é quase nula.
Tendo em vista que o impacto do raio nunca acontecerá no centro da gaiola, mas mais provavelmente nos cantos e nas bordas, um simples cálculo vem confirmar que a corrente do raio não se dividirá por igual, mas somente nos condutores mais próximos.
Calculando-se a reatância indutiva de um condutor, entende-se que a corrente do raio irá se dividir apenas nos condutores de descida mais próximos, conforme exemplo a seguir:
Considerando a alta frequência da descarga atmosférica, variando na faixa de 1 KHz à 100 MHz, e uma indutância de 1μH para um condutor de descida comum (cobre ou alumínio) de 1 metro, obtemos para 10 metros de condutor de descida para uma descarga de 10 MHz uma reatância indutiva muito alta de 628 Ω.
Assim sendo, a corrente da descarga atmosférica terá enorme dificuldade para se dividir em condutores de descida opostos, encontrando alta reatância indutiva, e irá preferir se dividir na sua maior proporção no condutor de descida mais próximo.
Interessado em saber mais sobre proteção contra raios? Confira também nossos artigos sobre o Para-raios Franklin e sobre o Para-raios com Dispositivo de Ionização. Entenda como otimizar a segurança de suas instalações!
Texto escrito por Indalec
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