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1 ANÁLISE DE RISCO E DESENVOLVIMENTO DE PROJETO’ DE SPDA PARA O GINÁSIO DO IFPE CAMPUS PESQUEIRA RISK ANALYSIS AND LIGHTNING PROTECTION SYSTEM (LPS) DESIGN FOR THE IFPE CAMPUS PESQUEIRA GYMNASIUM Wellyma Ayanne Santos da Silva wass2@discente.ifpe.edu.br Herick Talles Queiroz Lemos herick.lemos@pesqueira.ifpe.edu.br RESUMO Este trabalho apresenta um estudo de caso em gerenciamento de risco e projeto de sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) para o ginásio do IFPE – Campus Pesqueira. As descargas atmosféricas, popularmente conhecidas como raios, são fenômenos naturais gerados por diferenças de potencial elétrico entre nuvens e o solo ou entre diferentes regiões das nuvens. Esses eventos ocorrem, geralmente, durante tempestades, e podem transportar correntes elétricas de dezenas a centenas de milhares de amperes. A segurança em edificações, especialmente em áreas como ginásio, é de extrema importância, pois é necessário garantir a integridade física das pessoas e da estrutura. Sendo assim, o Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) é essencial, principalmente em um ambiente com grande circulação de pessoas como em um ginásio. O ginásio do IFPE – Campus Pesqueira recebe frequentemente um grande número de pessoas que praticam atividades físicas e educacionais. Isso torna a adoção de um sistema eficiente contra raios indispensável. Diante desta necessidade, além de apresentar uma solução técnica, este trabalho visa contribuir para conscientização sobre a importância do planejamento e da prevenção em ambientes educacionais, reforçando a relevância da engenharia para a proteção da vida e do patrimônio. Palavras-chave: Descargas atmosféricas. Gerenciamento de risco. SPDA. ABSTRACT This work presents a case study in risk management and the design of a lightning protection system (LPS) for the gymnasium at IFPE – Pesqueira Campus. Lightning, commonly known as thunderbolts, are natural phenomena caused by electrical potential differences between clouds and the ground or between different regions within the clouds. These events typically occur during storms and can carry electrical currents ranging from tens to hundreds of thousands of amperes. Safety in buildings, especially in areas like gymnasiums, is extremely important, as it is necessary to Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 2 ensure the physical integrity of both people and the structure. Therefore, the Lightning Protection System (LPS) is essential, particularly in environments with a high circulation of people, such as a gym. The gymnasium at IFPE – Pesqueira Campus frequently hosts a large number of individuals engaged in physical and educational activities. This makes the implementation of an efficient lightning protection system indispensable. In light of this need, in addition to presenting a technical solution, this work also aims to raise awareness about the importance of planning and prevention in educational environments, reinforcing the relevance of engineering in protecting both life and property. Keywords: Lightning discharges; Risk management; Lightning Protection System (LPS) 1 INTRODUÇÃO A energia elétrica possui uma jornada fascinante que começou com a observação de fenômenos naturais e tornou-se uma das tecnologias mais transformadoras da humanidade. Seu uso é essencial, eficiente e versátil. Sua importância alcança todas as áreas do cotidiano, como, por exemplo: uso doméstico, industrial, saúde, educação, comunicação, sustentabilidade e desenvolvimento social. Sem sua existência sistemas de saúde e segurança colapsa, a comunicação é interrompida e a economia entra em crise. A energia elétrica é uma necessidade básica, no entanto, é necessário adotar sistemas de proteção contra choques elétricos para garantir a segurança e o bem-estar de todos que usufruem da eletricidade. Os principais sistemas de segurança contra choques elétricos são: aterramento, dispositivo DR (diferencial residual), isolamento elétrico, desligamento automático, blindagens e barreiras. A importância desses sistemas de proteção se deve à preservação da vida humana, segurança patrimonial e confiabilidade das instalações elétricas. Tornando-se fundamentais para evitar acidentes graves, incêndios e garantir o seguro uso da eletricidade em todos os tipos de ambiente. Neste contexto, as descargas atmosféricas causam sérias perturbações nas redes aéreas de transmissão e distribuição de energia elétrica, além de provocarem danos materiais nas construções atingidas por elas, sem contar os riscos de morte a que as pessoas e animais ficam submetidas. (Mamede Filho, 2018). As descargas atmosféricas, popularmente conhecidas como raios, são fenômenos naturais gerados por diferenças de potencial elétrico entre nuvens e o solo ou entre diferentes regiões das nuvens. Esses eventos ocorrem, geralmente, durante tempestades, e podem transportar correntes elétricas de dezenas a centenas de milhares de amperes. A segurança em edificações, especialmente em edificações de grande altura ou extensão, como ginásio, é de extrema importância, pois é necessário garantir a integridade física das pessoas e da estrutura. Sendo assim, o Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) é essencial, principalmente em um ambiente Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 3 com grande circulação de pessoas como em um ginásio. No IFPE Campus Pesqueira, a segurança de todos é uma prioridade e garantir um bom sistema de proteção contra descargas atmosféricas é fundamental para proteger os alunos, professores, funcionários e os bens da instituição. Quando não há medidas adequadas de proteção, os efeitos de um raio podem resultar em prejuízos materiais consideráveis, paralisação de atividades e, em casos extremos, acidentes fatais. Por isso, a instalação de um SPDA é uma exigência não apenas normativa, mas também uma necessidade para garantir a segurança de ambientes coletivos. O objetivo principal deste trabalho é garantir a segurança dos alunos, professores e servidores do IFPE Campus Pesqueira, desenvolvendo um projeto de SPDA com base no gerenciamento de risco e conforme os critérios da norma NBR 5419. O ginásio do IFPE – Campus Pesqueira recebe frequentemente muitas pessoas que praticam atividades físicas e educacionais. Isso torna a adoção de um sistema eficiente contra raios indispensável. Diante desta necessidade, além de apresentar uma solução técnica, este trabalho visa contribuir para conscientização sobre a importância do planejamento e da prevenção em ambientes educacionais, reforçando a relevância da engenharia para a proteção da vida e do patrimônio. 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Descargas atmosféricas: Conceitos e efeitos Segundo Mamede Filho (2018), foram desenvolvidas diversas teorias para compreender o fenômeno dos raios. Atualmente, entende-se que o atrito entre partículas presentes na água das nuvens causa fortes correntes de ar ascendente e gera um acúmulo significativo de cargas elétricas, formando o raio. Alguns experimentos mostram que as cargas positivas se alocam na parte superior da nuvem, enquanto as cargas negativas concentram-se na parte inferior, fazendo com que haja uma movimentação de cargas elétricas positivas na parte superior terrestre direcionada à região abaixo das nuvens. Esse processo faz com que a nuvem apresente um comportamento bipolar. Figura 01 - Distribuição das cargas elétricas nas nuvens e no solo. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 4 Fonte: Mamede Filho, 2019. A Figura 01 ilustra a diferença de potencial elétrico entre a nuvem e o solo. Essa diferença acontece devido à separação das cargas elétricas, podendo superar a rigidez dielétrica do ar, que é um isolante natural e levando à sua ruptura. Quando essa diferença, chamada de gradiente de tensão, ultrapassa a rigidez do ar ocorre asua ruptura e as cargas elétricas migram para o solo em forma de descarga atmosférica, resultando em um raio, que segue um caminho irregular e ramificado. Além do impacto visual e sonoro (raios e trovões), as descargas representam sérios riscos à integridade física de pessoas, animais, edificações e equipamentos eletrônicos, podendo causar: a) Incêndios; b) Queima de equipamentos eletrônicos; c) Danos estruturais; d) Acidentes fatais por choque elétrico. As descargas atmosféricas podem ser consideradas um fenômeno natural, sendo impossível evitá-las, porém existe a possibilidade de diminuir os efeitos causados por ela através de seu redirecionamento do local de impacto para o solo através de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas. (MIRANDA, 2003b). 2.2 Norma aplicável: ABNT NBR5419 (Partes 1 a 4) Atualmente, não existem dispositivos ou métodos capazes de interferir nos fenômenos climáticos naturais a ponto de evitar a ocorrência de descargas atmosféricas. Quando essas descargas atingem diretamente edificações, linhas elétricas, tubulações metálicas que adentram as estruturas ou o solo em suas proximidades, podem representar riscos significativos às pessoas, às construções, seus equipamentos e instalações internas. Por esse motivo, é indispensável adotar medidas adequadas de proteção contra descargas atmosféricas. (NBR 5419-1:2015) As conexões entre as partes da ABNT NBR 5419 são representadas na Figura 02. Figura 02 - Conexões entre as partes da ABNT NBR 5419:2015. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 5 Fonte: ABNT NBR 5419-1:2015 2.2.1 ABNT NBR 5419-1: Princípios Gerais Essa parte da norma apresenta as diretrizes básicas para a proteção das estruturas contra as descargas atmosféricas. Além disso, apresenta também os conceitos fundamentais, os critérios do projeto e os procedimentos iniciais que devem ser adotados para garantir a segurança das pessoas, edificações e equipamentos. Os efeitos provocados pelas descargas atmosféricas que incidem sobre as estruturas podem resultar em danos variados, afetando desde a própria edificação até equipamentos instalados em seu interior, pessoas presentes no local e redes elétricas associadas. O item 5.2.1 da NBR 5419-1 fala que a corrente da descarga atmosférica é a fonte de danos. As seguintes situações devem ser levadas em consideração em função da posição do ponto de impacto relativo à estrutura considerada: ● S1: descargas atmosféricas na estrutura, podendo causar: a) danos mecânicos imediatos, fogo e/ou explosão devido ao próprio plasma quente do canal da descarga atmosférica, ou devido à corrente resultando em aquecimento resistivo de condutores (condutores sobreaquecidos), ou devido à carga elétrica resultando em erosão pelo arco (metal fundido); b) fogo e/ou explosão iniciado por centelhamento devido a sobretensões resultantes de acoplamentos resistivos e indutivos e à passagem de parte da corrente da descarga atmosférica; c) danos às pessoas por choque elétrico devido a tensões de passo e de toque resultantes de acoplamentos resistivos e indutivos; d) falha ou mau funcionamento de sistemas internos devido a LEMP; ● S2: descargas atmosféricas próximas à estrutura, podendo causar: a) falha ou mau funcionamento de sistemas internos devido a LEMP. ● S3: descargas atmosféricas sobre as linhas elétricas e tubulações metálicas que entram na estrutura, podendo causar: a) fogo e/ou explosão iniciado por centelhamento devido a sobretensões e correntes das descargas atmosféricas transmitidas por meio das linhas elétricas e tubulações metálicas; b) danos a pessoas por choque elétrico devido a tensões de toque dentro da estrutura causadas por correntes das descargas atmosféricas transmitidas pelas linhas elétricas e tubulações metálicas; c) falha ou mau funcionamento de sistemas internos devido a sobretensões que aparecem nas linhas que entram na estrutura. ● S4: descargas atmosféricas próximas às linhas elétricas e tubulações metálicas que entram na estrutura, podendo causar: a) falha ou mau funcionamento de sistemas internos devido a sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura Em consequência disso, a parte 5.1.2.4 da NBR 5419-1 mostra que as descargas atmosféricas podem causar três tipos de danos. Sendo eles: a) D1: danos às pessoas devido a choque elétrico; b) D2: danos físicos (fogo, explosão, destruição mecânica, liberação de produtos químicos) devido aos efeitos das correntes das descargas atmosféricas, inclusive centelhamento; Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 6 c) D3: falhas de sistemas internos devido a LEMP. Cada tipo de dano relevante para a estrutura a ser protegida, sozinho ou em combinações com outros, pode, em consequência, produzir diferentes perdas. O tipo de perda que pode ocorrer depende das características do próprio objeto. Para a ABNT NBR 5419, são considerados os seguintes tipos de perdas, os quais podem aparecer como consequência de danos relevantes à estrutura: (Item 5.2 da NBR 5419-1:2015) a) L1: perda de vida humana; b) L2: perda de serviço ao público; c) L3: perda de patrimônio cultural; d) L4: perda de valor econômico. As perdas classificadas como L1, L2 e L3 podem ser caracterizadas como perdas de valor social, enquanto as perdas do tipo L4 são consideradas exclusivamente de natureza econômica. A relação entre as fontes de danos, os tipos de danos e as respectivas perdas estão apresentados na Tabela 01 Tabela 01 - Danos e perdas relevantes para uma estrutura para diferentes pontos de impacto da descarga atmosférica. Fonte: Tabela 2 da ABNT NBR 5419-1:2015. A necessidade de proteger um objeto contra descargas atmosféricas deve ser analisada com o objetivo de minimizar as perdas de valor social classificadas como L1, L2 e L3. Para determinar se a instalação de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas é ou não necessária, deve-se realizar uma avaliação de risco conforme os procedimentos estabelecidos na ABNT NBR 5419-2. Nessa avaliação, devem ser considerados os seguintes riscos, de acordo com os tipos de perdas descritos no item 5.2 da ABNT NBR 5419-1: a) R1: risco de perdas ou danos permanentes em vidas humanas; b) R2: risco de perdas de serviços ao público; c) R3: risco de perdas do patrimônio cultural. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 7 A Figura 03 a seguir ilustra a relação entre os riscos considerados no gerenciamento de risco, conforme estabelecido na ABNT NBR 5419-2, e os respectivos fatores de danos e perdas. Figura 03 - Tipos de perdas e riscos correspondentes que resultam de diferentes tipos de danos. Fonte: Figura 2 da ABNT NBR 5419-1:2015. Informações detalhadas sobre avaliação de risco e do procedimento para escolha das medidas de proteção são relatadas na ABNT NBR 5419-2. 2.2.2 ABNT NBR 5419-2: Gerenciamento de Risco Essa parte da norma apresenta os critérios e procedimentos para avaliar a necessidade de proteção contra descargas atmosféricas em estruturas e instalações. Essa etapa é essencial para determinar se é necessário instalar um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) e, se for o caso, qual o nível de proteção mais adequado. O item 4.2.2 da norma, apresenta os componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas, sendo eles: a) RA: componente relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura e fora nas zonas até 3 m ao redor dos condutores de descidas. Perda de tipo L1 e, no caso de estruturas contendo animais vivos, as perdas do tipo L4 com possíveis perdas de animais podem também aumentar; b) RB: componente relativo a danos físicos causados por centelhamentos perigosos dentro da estrutura iniciando incêndio ou explosão, os quais podem também colocar em perigo o meio ambiente. Todos os tipos deperdas (L1, L2, L3 e L4) podem aumentar; c) RC: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por LEMP. Perdas do tipo L2 e L4 podem ocorrer em todos os casos junto com o tipo L1, nos casos de estruturas com risco de explosão, e hospitais ou outras estruturas onde falhas de sistemas internos possam imediatamente colocar em perigo a vida humana. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 8 No item 4.2.3 da NBR 5419-2 são apresentados os componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas perto da estrutura: a) RM: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por LEMP. Perdas do tipo L2 e L4 podem ocorrer em todos os casos junto com o tipo L1, nos casos de estruturas com risco de explosão, e hospitais ou outras estruturas onde falhas de sistemas internos possam imediatamente colocar em perigo a vida humana. Além desses, são representados também os componentes de riscos para uma estrutura devido às descargas atmosféricas a uma linha conectada à estrutura e os componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas perto de uma linha conectada à estrutura. Esses componentes são representados nos itens 4.2.4 e 4.2.5, respectivamente. O item 4.2.4 mostra que os componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas em uma linha conectada à estrutura são: a) RU: componente relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura. Perda do tipo L1 e, no caso de propriedades agrícolas, perdas do tipo L4 com possíveis perdas de animais podem também ocorrer; b) RV: componente relativo a danos físicos (incêndio ou explosão iniciados por centelhamentos perigosos entre instalações externas e partes metálicas geralmente no ponto de entrada da linha na estrutura) devido à corrente da descarga atmosférica transmitida ou ao longo das linhas. Todos os tipos de perdas (L1, L2, L3 e L4) podem ocorrer; c) RW: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitidas a esta. Perdas do tipo L2 e L4 podem ocorrer em todos os casos, junto com o tipo L1, nos casos de estruturas com risco de explosão, e hospitais ou outras estruturas onde falhas de sistemas internos possam imediatamente colocar em perigo a vida humana. As linhas que são consideradas nessa análise, são apenas as linhas que adentram à estrutura. Já o item 4.2.5 apresenta o componente de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas perto de uma linha conectada à estrutura, sendo ele: a) RZ: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitidas a esta. Perdas do tipo L2 e L4 podem ocorrer em todos os casos, junto com o tipo L1, nos casos de estruturas com risco de explosão, e hospitais ou outras estruturas onde falhas de sistemas internos possam imediatamente colocar em perigo a vida humana. Cada risco ‘R’, é a soma dos seus componentes de risco. Ao calcular um risco, os componentes de risco podem ser agrupados de acordo com as fontes de danos e os tipos de danos. Para mais detalhes, ler o item 4.3 da NBR 5419-2 onde é mostrada a composição dos componentes de risco, detalhando a análise levada em conta para cada tipo de perda na estrutura. Esses componentes de risco que correspondem para cada tipo de perda, também estão mostrados na Tabela 02. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 9 Tabela 02 - Componentes de risco a serem considerados para cada tipo de perda em uma estrutura. Fonte: Tabela 2 da ABNT NBR 5419-2:2015. Após a identificação das componentes de risco relacionadas à estrutura em análise, essas componentes devem ser calculadas por meio da Equação 1 estabelecida pela norma. 𝑅 𝑋 = 𝑁 𝑋 * 𝑃 𝑋 * 𝐿 𝑋 (Equação 1) Onde: ● Nx é número de eventos perigosos por ano; ● Px é a probabilidade de dano à estrutura; ● Lx é a perda consequente. Portanto, antes de apresentar o cálculo das componentes de risco para cada situação, é fundamental definir como são determinados o número de eventos perigosos, a probabilidade de ocorrência de danos e as perdas consequentes, considerando também as diferentes situações de danos possíveis. A Tabela 03 mostra de maneira resumida algumas equações que são essenciais para a análise dos componentes de risco. Tabela 03 – Componentes de risco para diferentes tipos de danos e fontes de danos. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 10 Fonte: Tabela 6 da ABNT NBR 5419-2:2015. Para mais detalhes das equações, ver a Tabela 5 da ABNT NBR 5419-2. 2.2.2.1 Risco tolerável (RT) Cabe à autoridade competente definir o valor do risco tolerável a ser adotado. A Tabela 04 apresenta valores representativos de risco tolerável (RT) para situações em que as descargas atmosféricas possam causar perdas de vidas humanas ou prejuízos a valores sociais e culturais. (Item 5.3 ABNT NBR 5419-2). Tabela 04 - Valores típicos de riscos toleráveis RT. Fonte: Tabela 4 da ABNT NBR 54919-2:2015. O item 5.4 da NBR-5419-2 explica que, de acordo com a NBR 5419-1, os riscos R1, R2 e R3 devem ser considerados na análise da necessidade da proteção contra descargas atmosféricas. Se R ≤ RT, a proteção contra a descarga atmosférica não é necessária. Se R > RT, medidas de proteção devem ser adotadas no sentido de tornar R ≤ RT para todos os riscos aos quais a estrutura está sujeita. De acordo com o que é apresentado de maneira geral nesta parte da norma, pode-se concluir que para realizar o cálculo do risco atual da edificação, é necessário considerar os seguintes fatores: 1. Análise do número anual de eventos perigosos; 2. Avaliação da probabilidade de danos; 3. Análise da quantidade de perda; 4. Avaliação dos custos das perdas. Para detalhamento de cada fator citado acima, pode-se verificar os Anexos A, B, C e D da ABNT NBR 5419 - 2. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 11 2.2.3 ABNT NBR 5419-3: Danos Físicos a Estruturas e Perigos à Vida Esta parte da norma trata das medidas de proteção contra descargas atmosféricas no interior e ao redor da estrutura e dos riscos à vida causados por tensão de passo. O seu principal objetivo é estabelecer critérios para projetar e implementar o SPDA interno e externo, visando prevenir danos estruturais e proteger pessoas. Esta norma se aplica para: a) Projeto, instalação, inspeção e manutenção do SPDA para estruturas sem limitação de altura; b) Estabelecimento de medidas para proteção contra lesões a seres vivos causados pelas tensões de passo e toque provenientes das descargas atmosféricas. As características de um SPDA são definidas com base nas características da estrutura que será protegida e pelo nível de proteção necessário para proteção contra descargas atmosféricas. Os níveis de proteção estão mostrados na Tabela 05. Tabela 05 - Relação entre níveis de proteção para descargas atmosféricas e classe de SPDA. Nível de proteção Classe do SPDA I I II II III III IV IV Fonte: ABNT NBR 5419-3, 2015. O nível de proteção é determinado a partir do estudo de gerenciamento de risco da estrutura, enquanto a classe do SPDA será definida com base no nível de proteção pretendido para a estrutura protegida. Por meio da classe do SPDA, é possível obter as seguintes informações: a) Parâmetros da descarga atmosférica; b) Raio da esfera rolante, tamanho da malha e ângulo de proteção; c) Distâncias típicas entre condutores de descida e dos condutores em anel; d) Distância de segurança contra centelhamento perigoso; e) Comprimento mínimo dos eletrodos de terra. Como é dito no Item 4.2 da norma, quanto maior for a integração e a coordenação entre os projetos e as execuções da estrutura e do SPDA, melhores serãoas soluções adotadas, permitindo a otimização dos custos sem comprometer a qualidade técnica. Sempre que possível, o projeto da própria estrutura deve viabilizar o aproveitamento de suas partes metálicas como componentes naturais do sistema de proteção contra descargas atmosféricas. 2.2.4 ABNT NBR 5419-4: Sistemas Elétricos e Eletrônicos Internos na Estrutura Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 12 Esta parte da norma aborda a prevenção a danos permanentes aos equipamentos devido a impulsos eletromagnéticos dos raios, conhecidos como LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) que em português quer dizer Impulso Eletromagnético do Raio. Essa parte da norma não garante a proteção total contra interferências eletromagnéticas causadas por descargas atmosféricas. No entanto, é possível obter uma redução satisfatória nos danos aos equipamentos e perturbações causadas pelos raios por meio da adoção de medidas de proteção contra surtos (MPS). As medidas de proteção indicadas pela norma são baseadas no conceito de zonas de proteção contra raios (ZPR), as quais podem ser divididas em duas, sendo elas: a) Zona de proteção interna; b) Zona de proteção externa. A zona de proteção interna é dividida em três partes: 1. ZPR 0, onde a ameaça é devida a não atenuação do campo eletromagnético e os sistemas internos estão sujeitos a correntes de surto totais ou parciais; 2. ZPR 0A, onde a ameaça é devida a descarga atmosférica direta e totalidade do campo eletromagnético gerado por esta descarga; 3. ZPR 0B, onde a ameaça é devida a descarga atmosférica direta, no entanto, a ameaça é causada pela totalidade do campo eletromagnético. A zona de proteção externa é dividida em duas partes, sendo elas: 1. ZPR 1, onde a corrente de surto é limitada pela distribuição das correntes e interfaces isolantes, por DPS ou blindagem espacial instalados na fronteira das zonas; 2. ZPR 2, onde a corrente de surto pode ser ainda mais limitada. As medidas básicas de proteção contra surtos (MPS) incluem: 1. Aterramento e equipotencialização; 2. Blindagem magnética e roteamento das linhas; 3. Coordenação de DPS; 4. Interfaces isolantes. Para mais detalhamento sobre os incisos citados acima, ler os Itens 5 a 9 da norma. 2.3 Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) O SPDA é um sistema integrado usado para diminuir os danos físicos causados pelas descargas atmosféricas em edificações, sendo considerado o sistema mais confiável e eficaz. Geralmente é composto por dois sistemas de proteção: sistema interno e sistema externo. O item 8.4.1.2 da norma NBR 5419-1:2015 diz que o sistema externo está destinado à: a) Interceptar uma descarga atmosférica para a estrutura (por meio do subsistema de captação); b) Conduzir a corrente da descarga atmosférica para a terra de forma segura (por meio do subsistema de descida); c) Dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra (por meio do subsistema de aterramento). O sistema interno visa evitar os danos causados por tensão perigosa e centelhamentos que podem ocorrer no interior da edificação quando ocorre uma Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 13 descarga atmosférica. Esse sistema tem como objetivo principal garantir que a corrente elétrica proveniente de uma descarga atmosférica não cause danos às pessoas que estão no interior da edificação e aos equipamentos eletrônicos. As principais medidas de proteção contra as tensões perigosas, que também são conhecidas por tensão de passo e tensão de toque, para os seres vivos, consiste em: a) Diminuir a corrente elétrica que flui entre os seres vivos; b) Diminuir a ocorrência de tensões perigosas por meio de barreiras físicas ou advertências. Como é mostrado no item 4.2 da norma NBR 5419-3:2015, existem quatro classes de SPDA que correspondem aos quatro níveis de proteção contra descargas atmosféricas. Cada classe do SPDA é definida pelos seguintes critérios: a) Dados dependentes da classe do SPDA; b) Fatores que não dependem da classe do SPDA. O SPDA classe I possui o nível de proteção mais elevado e é indicado para instalações que possuem riscos extremos de impacto por raios, como, por exemplo: prédios muito altos, instalações nucleares e refinarias. O SPDA classe II é indicado para instalações com alto risco, mas não extremo, como, por exemplo: hospitais, escolas e prédios públicos. Já o SPDA classe III e IV são indicados para instalações com riscos médios ou mínimos, como: galpões isolados, edifícios comerciais, residências maiores e pequenas edificações rurais. A definição de cada classe é por meio de uma análise de risco obrigatória, conforme mostra a ABNT NBR 5419-2:2015. Nessa análise são considerados: a) Tipo de estrutura e edificação; b) Número de pessoas presentes no local; c) Valor e importância dos bens a proteger; d) Presença de materiais inflamáveis; e) Localização geográfica da estrutura. 2.3.1 Subsistemas de Captação São elementos condutores geralmente expostos, posicionados nos pontos mais altos da edificação, cuja função é realizar o contato direto com as descargas atmosféricas (Mamede Filho, 2018). Os captores são divididos em: 1. Captores naturais: são formados por elementos condutores expostos, geralmente partes integrantes da própria edificação a ser protegida (Mamede Filho, 2018). 2. Captores não naturais: são compostos por elementos condutores expostos, geralmente instalados sobre a cobertura e nas laterais das edificações, com a função de estabelecer contato direto com as descargas atmosféricas (Mamede Filho, 2018). 2.3.2 Subsistemas de Descida Os subsistemas de descidas podem ser classificados de acordo com a sua natureza construtiva, podendo ser: Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 14 1. Subsistemas de descida naturais: são elementos condutores, geralmente integrados à própria edificação, que, devido à sua natureza condutiva, permitem a condução das correntes elétricas provenientes das descargas atmosféricas até o subsistema de aterramento (Mamede Filho, 2018). 2. Subsistemas de descida não naturais: são formados por elementos condutores, expostos ou embutidos, destinados exclusivamente a conduzir ao subsistema de aterramento as correntes elétricas resultantes dos raios captados (Mamede Filho, 2018). 2.3.3 Subsistemas de aterramento Os subsistemas de aterramento também são classificados de acordo com sua natureza construtiva, podendo ser: 1. Subsistemas de aterramento naturais: são compostos por elementos metálicos embutidos nas fundações das edificações, fazendo parte integrante da própria estrutura, com a função de dispersar as correntes elétricas das descargas atmosféricas no solo como parte do sistema de aterramento (Mamede Filho, 2018). 2. Subsistema de aterramento não natural: são compostos por elementos condutores enterrados, dispostos horizontal ou verticalmente, cuja função é dispersar as correntes elétricas das descargas atmosféricas no solo (Mamede Filho, 2018). A Figura 04 ilustra detalhadamente os componentes construtivos de um SPDA, desde o subsistema de captação que é representado pelo captor, o subsistema de descida representado pelo condutor de descida e o subsistema de aterramento representado pelos eletrodos. Figura 04 – Elementos construtivos de um sistema de SPDA. Fonte: Mamede Filho, 2018. 2.4 Método de Medição da Resistividade do Solo O arranjo de Wenner é um dos métodos mais aceitos do mundo, produz resultados satisfatórios e é de fácil execução. Esse método consiste em quatro Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 15 hastes igualmente espaçadas, cravadas no solo com a mesma profundidade. Com este método, o aparelho faz circular uma corrente elétrica entre as duas hastes externas, nesse caso A1 e A2, como mostra a Figura 05. Figura 05 – Medição pelo método de Wenner. Fonte: (RAGGI, 2009). Deacordo com Mamede Filho (2018), para realizar a medição de resistividade do solo, é necessário cumprir alguns critérios, tais como: 1. Os eletrodos devem ser cravados, aproximadamente 20 cm no solo; 2. Os eletrodos devem estar sempre alinhados; 3. A distância entre os eletrodos deve ser igual; 4. Para cada espaçamento definido, ajustar o multiplicador do terrômetro. Esses são alguns dos passos cruciais para realizar a medição de resistividade do solo de maneira correta. Segundo Kindermann (1995), os espaçamentos sugeridos para medição são: 1, 2, 4, 8, 16 e 32 m. 2.4.1 Fórmula de Wenner A Equação 2 mostra como a fórmula de Wenner é aplicada para obtenção do valor da resistividade do solo. ρ = 𝑘 * 𝑅 (Equação 2) Onde, ● ρ, é a resistividade do solo; ● , é uma constante função da distância e profundidade das hastes; 𝑘 ● , é a resistência em ohms. 𝑅 A constante, função da distância e profundidade das hastes, pode ser obtida por meio da equação 3: 𝑘 = 4π𝑎 1+ 2𝑎 𝑎2+4𝑏2 − 2𝑎 4𝑎2+4𝑏2 (Equação 3) Onde, ● a, é o espaçamento entre as hastes; ● b, é a profundidade das hastes. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 16 A seguir será apresentado a metodologia utilizada para o desenvolvimento deste trabalho. 3 METODOLOGIA Esta seção apresenta a metodologia utilizada para realização deste trabalho, a qual foi dividida em três partes: a) inicialmente, foram realizadas as medições da resistividade do solo utilizando o método de Wenner; e na sequência, b) o projeto do SPDA adequado. 3.1 Gerenciamento de Risco Para realizar o gerenciamento de risco, foi utilizada a metodologia proposta na ABNT-NBR 5419-2. A primeira etapa do processo é o levantamento de dados da estrutura. A Tabela 06 apresenta os dados essenciais da estrutura para determinação do gerenciamento de risco. Tabela 06 – Características do projeto da estrutura. Parâmetros Comentário Valores Referência da NBR 5419-2 Densidade de descargas atmosféricas (1/Ωkm2/por ano) Valor fictício 2 - Fator de localização da estrutura Estrutura isolada 1 Tabela A.1 Risco de incêndio Baixo 0,001 Tabela C.4 Proteção contra choques (descargas na estrutura) Não existe 1 Tabela B.2 Proteção contra choques (descargas na linha) Não existe 1 Tabela B.6 Blindagem espacial interna Não existe 0,0001 Equação B.6 Blindagem espacial externa Não existe 1 Equação B.5 Perigo especial Não apresenta 1 Tabela C.6 Perda de vida humana (devido à tensão de toque e passo) Isolação elétrica 0,01 Tabela C.2 Perda de vida humana (devido à danos físicos) Outros 0,01 Tabela C.2 Fator de instalação de linha (elétrica/sinal) Aérea/Aére a 1 Tabela A.3 Fator tipo de linha (elétrica/sinal) Linha de BT/ Sinais 1 Tabela A.3 Fator ambiental (elétrica/sinal) Suburbano 0,5 Tabela A.4 Parâmetros Comentário Valores Referência da NBR 5419-2 Blindagem, aterramento e isolação (elétrica/sinal) Não existe 1 Tabela B.4 Estrutura adjacente (elétrica/sinal) Não existe 0,2 - Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 17 Fator de localização da estrutura adjacente (elétrica/sinal) Não existe 1 Tabela A.1 Fonte: Autoria própria, 2025. Além desses dados, faz-se necessário a divisão das zonas de risco. Para o ginásio, foram definidas duas zonas, uma interna, denominada de Zona 1, e outra externa, denominada de Zona 2. A Tabela 07 apresenta os parâmetros de projeto de cada zona. Tabela 07 – Distribuição de pessoas nas zonas. Quantidade de zonas 2 Nº de pessoas na Zona 1 50 Nº de pessoas na Zona 2 5 Total de tempo na Zona 1 por ano (h) 720 Total de tempo na Zona 2 por ano (h) 720 Fonte: Autoria própria, 2025. Para essas zonas, foram consideradas os danos, riscos e perdas apresentadas na Tabela 08. Tabela 08 – Danos, perdas e riscos considerados nas Zona 1 e 2. Tipos de danos Tipo Descrição D1 Ferimentos a seres vivos por choque elétrico D2 Danos físicos D3 Falhas de sistemas eletroeletrônicos Tipos de perdas Tipo Descrição L1 Ferimentos a seres vivos por choque elétrico Riscos Tipo Descrição R1 Risco de perda de vida humana, incluindo ferimentos As Tabela 09 e 10 apresentam, respectivamente, os parâmetros de projeto associados à estrutura e ao ambiente das Zonas 1 e 2. Tabela 09 – Características da estrutura e do meio ambiente na Zona 1. Parâmetros Comentário Valores Referência da NBR 5419-2 Fator de localização da estrutura Isolada 1 Tabela A.1 Parâmetros Comentário Valores Referência da NBR 5419-2 SPDA (Pb) Não existe 1 Tabela B.2 Ligação equipotencial (Peb) Não existe 1 Tabela B.7 Blindagem espacial externa Não existe 1 Equação B.5 Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 18 Fonte: Autoria própria, 2025. Tabela 10 – Características da estrutura e do meio ambiente na Zona 2. Parâmetros Comentário Valores Referência da NBR 5419-2 Fator de localização da estrutura Isolada 1 Tabela A.1 SPDA (Pb) Não existe 1 Tabela B.2 Ligação equipotencial (Peb) Não existe 1 Tabela B.7 Blindagem espacial externa Não existe 1 Equação B.4 Fonte: Autoria própria, 2025. Já as Tabelas 11 e 12 apresentam os valores associados às características das linhas de energia e sinal para as Zonas 1 e 2 respectivamente. Tabela 11 – Características da linha de energia e sinal na Zona 1. Características da linha de energia Parâmetros Comentários Valores Referência da NBR 5419-2 Comprimento - 1000 - Fator de instalação Enterrada 0,5 Tabela A.2 Fator tipo de linha BT 1 Tabela A.3 Fator ambiental Suburbano 0,5 Tabela A.4 Blindagem da linha Não existe 1 Tabela B.8 Blindagem, aterramento e isolação Não existe 1 Tabela B.4 Estrutura adjacente Não existe - - Fator de localização da estrutura Não existe - Tabela A.1 Tensão suportável do sistema interno (kV) Baixa tensão 2,5 - Características da linha de sinal Parâmetros Comentários Valores Referência Comprimento - 1000 - Fator de instalação Aérea 0,5 Tabela A.2 Fator tipo de linha Linha de sinais 1 Tabela A.3 Fator ambiental Suburbano 0,5 Tabela A.4 Blindagem da linha Não existe 1 Tabela B.8 Blindagem, aterramento e isolação Não existe 1 Tabela B.4 Estrutura adjacente Não existe - - Fator de localização da estrutura Estrutura isolada - Tabela A.1 Tensão suportável do sistema interno (kV) - 1,5 - Fonte: Autoria própria, 2025. Tabela 12 – Características da linha de energia e sinal na Zona 2. Características da linha de energia Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 19 Parâmetros Comentários Valores Referência da NBR 5419-2 Comprimento - 1000 - Fator de instalação Enterrada 0,5 Tabela A.2 Fator tipo de linha BT 1 Tabela A.3 Fator ambiental Suburbano 0,5 Tabela A.4 Blindagem da linha Não existe 1 Tabela B.8 Blindagem, aterramento e isolação Não existe 1 Tabela B.4 Estrutura adjacente Não existe - - Fator de localização da estrutura Não existe - Tabela A.1 Tensão suportável do sistema interno Uw (kV) Baixa tensão 2,5 - Características da linha de sinal Parâmetros Comentários Valores Referências Comprimento - 1000 - Fator de instalação Aérea 0,5 Tabela A.2 Fator tipo de linha Linha de sinais 1 Tabela A.3 Fator ambiental Suburbano 0,5 Tabela A.4 Blindagem da linha Não existe 1 Tabela B.8 Blindagem, aterramento e isolação Não existe 1 Tabela B.4 Estrutura adjacente Não existe - - Fator de localização da estrutura Estrutura isolada - Tabela A.1 Tensão suportável do sistema interno Uw (kV) - 1,5 - Fonte: Autoria própria, 2025. A partir dos parâmetros de projeto apresentados, é possível determinar fatores como: tensão suportável de impulso do sistema a ser protegido, probabilidade PLD dependente da resistência da blindagem do cabo e da tensão de impulso e a probabilidade PLI dependente do tipo da linha e da tensão suportável de impulso, conforme demonstrado a seguir. 3.3.1 Tensão Suportável de Impulso do SistemaProtegido É o valor máximo de tensão de impulso que um equipamento, ou parte dele, pode suportar, conforme definido pelo fabricante, indicando a capacidade da isolação de resistir a sobretensões transitórias. Este valor pode ser obtido por meio da Equação 4: 𝑈 𝐾 = 1 𝑈𝑤 (Equação 4) Onde, é a tensão suportável nominal de impulso de um sistema. 𝑈𝑤 3.3.2 Probabilidade PLD Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 20 É a probabilidade de reduzir as componentes PU , PV e PW, dependendo das características da linha e da tensão suportável do equipamento (descargas atmosféricas na linha conectada), em que: ● PU, é a probabilidade de ferimentos em seres vivos por choque elétrico (descargas atmosféricas perto da linha conectada); ● PV, é probabilidade de danos físicos à estrutura (descargas atmosféricas perto da linha conectada); ● PW, é a probabilidade de falha de sistemas internos (descargas atmosféricas na linha conectada). A probabilidade PLD pode ser obtida por meio da Tabela B.8 da ABNT NBR 5419-2, apresentada no Tabela 13. Tabela 13 – Valores da probabilidade PLD dependendo da resistência RS da blindagem do cabo e da tensão suportável de impulso UW do equipamento. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. 3.3.3 Probabilidade PLI É a probabilidade de reduzir a componente PZ, dependendo das características da linha e da tensão suportável do equipamento (descargas atmosféricas perto da linha conectada). PZ, é a probabilidade de falha de sistemas internos (descargas atmosféricas perto da linha conectada). A probabilidade PLI pode ser obtida por meio da Tabela B.9 apresentada na ABNT NBR 5419-2 e na Tabela 14. Tabela 14 – Valores da probabilidade PLI dependendo do tipo da linha e da tensão suportável de impulso. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 21 Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. A partir das probabilidades PLD e PLI é possível determinar os fatores de projeto associados às perdas típicas apresentados nas Tabelas 15 e 16 para as Zonas 1 e 2 respectivamente. Tabela 15 – Fatores válidos para a Zona 1. Parâmetros Comentários Valores Referência da NBR 5419-2 Tipo de piso Concreto 0,01 Tabela C.3 Proteção contra choque (descargas na estrutura) Não existe 1 Tabela B.1 Proteção contra choque (descargas na linha) Não existe 1 Tabela B.6 Risco de incêndio Baixo 0,001 Tabela C.5 Proteção contra incêndio Não existe 1 Tabela C.4 Blindagem espacial interna Não existe 1 Equação B.6 Fiação interna energia Não blindada (condutores no mesmo eletroduto) 0,2 Tabela B.5 DPS coordenados energia Não existe 1 Tabela B.3 Perigo especial Não existe 1 Tabela C.6 Dano 1 Devido à tensão de passo e toque 0,01 Tabela C.2 Dano 2 Devido à danos físicos 0,001 Tabela C.2 Dano 3 Devido a falhas em sistemas internos - Tabela C.2 Tabela 16 – Fatores válidos para a Zona 2. Parâmetros Comentários Valores Referência da NBR 5419-2 Tipo de piso Agricultura 0,01 Tabela C.3 Proteção contra choque (descargas na estrutura) Não existe 1 Tabela B.1 Proteção contra choque (descargas na linha) Não existe 1 Tabela B.6 Risco de incêndio Baixo 0,001 Tabela C.5 Proteção contra incêndio Não existe 1 Tabela C.4 Blindagem espacial interna Não existe 1 Equação B.6 Parâmetros Comentários Valores Referência da NBR 5419-2 Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 22 Fiação interna energia Não blindada (condutores no mesmo eletroduto) 0,2 Tabela B.5 DPS coordenados energia Não existe 1 Tabela B.3 Perigo especial Não existe 1 Tabela C.6 Dano 1 Devido à tensão de passo e toque 0,01 Tabela C.2 Dano 2 Devido a danos físicos 0,001 Tabela C.2 Dano 3 Devido a falhas em sistemas internos - Tabela C.2 Fonte: Autoria própria, 2025. A seguir será apresentado a metodologia de cálculo das perdas típicas de D1, D2 e D3, além do fator de pessoas por zona. 3.3.4 Perdas Típicas na Zona 1 Nesta zona interna, foi considerada a perda L1, correspondente a ferimentos a seres vivos por choque elétrico. Para a L1, existem perdas típicas que precisam ser determinadas para cada tipo de dano. A Tabela 17 exibe a tabela C.1 da ABNT NBR-5419-2, que apresenta as equações utilizadas para cada dano. Tabela 17 – Tipo de perda L1: Valores da perda para cada zona. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. Na Tabela 17: ● LT, é o número relativo médio típico de vítimas feridas por choque elétrico (D1) devido a um evento perigoso; ● LF, é número relativo médio típico de vítimas por danos físicos (D2) devido a um evento perigoso; ● LO, é número relativo médio típico de vítimas por falha de sistemas internos (D3) devido a um evento perigoso; ● rt, é um fator de redução da perda de vida humana dependendo do tipo do solo ou piso; ● rp, é um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo das providências tomadas para reduzir as consequências do incêndio; ● rf, é um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do risco de incêndio ou do risco de explosão da estrutura; Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 23 ● hz, é um fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um perigo especial estiver presente; ● nz, é o número de pessoas na zona; ● nt, é o número total de pessoas na estrutura; ● tz, é o tempo, durante o qual as pessoas estão presentes na zona, expresso em horas por ano. Os fatores LT, LF e LO são apresentados na Tabela C.2 da ABNT NBR 5419-2, conforme ilustrado no Tabela 18. Tabela 18 – Tipo de perda L1: Valores médios de LT, LF e LO. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. O fator de redução da perda de vida humana (rt) é determinado por meio da Tabela C.3 da NBR 5419-2, apresentada na Tabela 19. Tabela 19 – Fator de redução rt em função do tipo da superfície do solo. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. O fator de redução rP em função das providências tomadas para reduzir as consequências de um incêndio, é determinado por meio da Tabela C.4 da NBR 5419-2, apresentada na Tabela 20. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 24 Tabela 20 - Fator de redução rp em função das providências tomadas para reduzir as consequências de um incêndio. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. Por fim, o fator de redução rf em função do risco de incêndio ou explosão na estrutura, é determinado por meio da Tabela C.5 da NBR 5419-2, apresentada na Tabela 21. Tabela 21 - Fator de redução rf em função do risco de incêndio ou explosão na estrutura. Fonte: ABNT NBR 5419-2. 3.3.5 Fator de Pessoas na Zona A equação que resulta no fator de pessoas na zona, é obtido através de Equação 5. 𝐹 𝑝𝑧 = 𝑛 𝑧 𝑛 𝑡 * 𝑡 𝑧 8760 (Equação 5) Onde: ● nz, é o número de pessoas na zona; ● nt, é o número de pessoas presentes na estrutura; ● tz, é a quantidade de tempo em horas no qual as pessoas estão presentes na zona; ● 8760, é o tempo em horas equivalente a um ano. 3.3.6 Área de Exposição Equivalente das Linhas Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 25 A área equivalente de exposição à descargas diretas, fator dependente do comprimento da linha de energia, é determinado por meio da Equação 6. 𝐴 𝐿 = 40 * 𝐿 𝐿 (Equação 6) Onde, LL, é o comprimento da linha de energia. Quando esse valor é desconhecido, seu valor pode ser considerado como 1000 metros. 3.3.7 Número Anual de Eventos Perigosos É o número anual médio esperado de eventos perigosos devido a descargas atmosféricas diretas na estrutura, ou nas linhas. Na estrutura, este número pode ser calculado de acordo com a Equação 7. 𝑁 𝐷 = 𝑁 𝐺 * 𝐴 𝐷 * 𝐶 𝐷 * 10−6 (Equação 7) Onde: ● NG, é a densidade de descargas atmosféricas para a terra (1/km2 × ano); ● AD, é a área de exposição equivalente da estrutura, expressa em metro quadrado; ● CD, é o fator de localização da estrutura. O fator de localização da estrutura,é determinado a partir da Tabela A.1 da NBR 5419-2 e apresentada na Tabela 22. Tabela 22 – Fator de localização da estrutura CD. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. Na linha de energia, o número médio anual de eventos perigosos é dado pela Equação 8. 𝑁 𝐿 = 𝑁 𝐺 * 𝐴 𝐿 * 𝐶 𝐼 * 𝐶 𝐸 * 𝐶 𝑇 * 10−6 (Equação 8) Onde: ● NL, é o número de sobretensões de amplitude não inferior a 1 kV (1/ano) na seção da linha de energia; Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 26 ● NG, é a densidade de descargas atmosféricas para a terra (1/km2 × ano); ● AL, é a área de exposição equivalente de descargas atmosféricas que atingem a linha, expressa em metro quadrado; ● CI, é o fator de instalação da linha; ● CT, é o fator tipo de linha; ● CE, é o fator ambiental. O fator de instalação da linha é determinado a partir da Tabela A.2 da NBR 5419-2 e apresentado na Tabela 23. Tabela 23 – Fator de instalação da linha CI. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. Já o fator tipo de linha é determinado a partir da Tabela A.3 da ABNT NBR 5419-2 e apresentado na Tabela 24. Tabela 24 – Fator tipo de linha CT. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. 3.3.8 Análise da Quantidade de Perdas A Tabela 25 apresenta a equações de cálculo das perdas que podem ocorrer em razão de uma descarga elétrica na estrutura, relacionadas aos tipos de danos que ela pode causar. Essas equações estão descritas na Tabela C.1 da ABNT NBR 5419-2. Tabela 25 – Tipo de perda L1 – Valores de perda para cada zona. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 27 Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. Onde: ● LT, é o número relativo médio típico de vítimas feridas por choque elétrico (D1) devido a um evento perigoso; ● LF, é o número relativo médio típico de vítimas por danos físicos (D2) devido a um evento perigoso; ● LO, é número relativo médio típico de vítimas por falha de sistemas internos (D3) devido a um evento perigoso; ● rt, é um fator de redução da perda de vida humana dependendo do tipo do solo ou piso; ● rp, é um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo das providências tomadas para reduzir as consequências do incêndio; ● rf, é um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do risco de incêndio ou do risco de explosão da estrutura; ● hz, é um fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um perigo especial estiver presente; ● nz, é o número de pessoas na zona; ● nt, é o número total de pessoas na estrutura; ● tz, é o tempo, durante o qual as pessoas estão presentes na zona, expresso em horas por ano. A Tabela 26 apresenta os valores típicos toleráveis para LT, LF e LO. Estes valores são encontrados na Tabela C.2 da ABNT NBR 5419-2, 2015. Tabela 26 – Tipo de perda L1: Valores médios típicos de LT, LF e LO. Fonte: ABNT NBR 5419-2, 2015. 3.3.9 Cálculo das Componentes de Risco Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 28 Como etapa final do gerenciamento de risco, são determinadas as componentes de risco conforme as Figuras 05 e 06 deste trabalho. Os valores obtidos são somados e comparados com o risco tolerável para avaliação da necessidade do uso de SPDA na estrutura. Os resultados obtidos com e sem SPDA são apresentados na Seção 4. 3.4 Projeto de SPDA O projeto do SPDA para o ginásio do IFPE Campus – Pesqueira foi realizado de acordo com as exigências da ABNT NBR 5419-3 2015. Esta parte da norma aborda os detalhes construtivos de um SPDA, desde o método de captação ao método de aterramento adequado. Nas próximas seção serão descritos os critérios de dimensionamento e especificação dos componentes do SPDA. 3.4.1 Método de Captação O método de captação é determinado de acordo com as características dimensionais e dos materiais da coberta da estrutura protegida. A Tabela 3 da ABNT NBR 5419-3 apresenta os requisitos de espessura mínima necessária para que a cobertura seja considerada um captor natural. Essa tabela é reproduzida na Tabela 27. Tabela 27 – Espessura mínima de chapas metálicas ou tubulações metálicas em sistemas de captação. Fonte: ABNT NBR 5419-3, 2015. 3.4.2 Subsistema de Descida Para condução das correntes de descarga à terra, deve-se especificar um subsistema de descida. A Tabela 06 da ABNT NBR 5419-3 apresenta as especificações mínimas para variadas opções não naturais, assim como as condições e especificações mínimas para o uso de partes da estrutura como subsistema de descida natural. A quantidade mínima de condutores de descida pode ser determinada por meio do perímetro da estrutura e o espaçamento mínimo previsto na Tabela 04 da ABNT NBR 5419-3, apresentada na Tabela 28.. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 29 Tabela 28 - Valores típicos de distância entre os condutores de descida e entre os anéis condutores de acordo com a classe de SPDA. Fonte: ABNT NBR 5419-3. 3.4.3 Subsistema de Aterramento É responsável por dissipar com segurança a corrente elétrica da descarga atmosférica para o solo, minimizando riscos a pessoas, edificações e equipamentos. Ele atua em conjunto com os subsistemas de captação e de descida, garantindo a eficiência global do SPDA. Segundo a NBR 5419:2015, o aterramento no SPDA deve: ● Oferecer baixa resistência de dispersão da corrente para a terra. ● Manter a equipotencialização entre elementos metálicos, estruturas e sistemas elétricos. ● Evitar gradientes de potencial perigosos (tensões de passo e de toque). O subsistema de aterramento pode ser implementado de diferentes formas: ● Anel de aterramento (malha perimetral) – condutor enterrado ao redor da edificação, interligando todos os pontos de descida. ● Eletrodos verticais (hastes) – utilizados para melhorar a dissipação de corrente em solos de alta resistividade. ● Malhas internas – aplicadas em pisos ou áreas específicas para proteção adicional. Assim, o subsistema de aterramento é a etapa final e crucial do SPDA, assegurando que a energia da descarga seja conduzida de forma controlada e segura ao solo, preservando a integridade da edificação e das pessoas no entorno. 3.5 Medição da Resistividade do Solo Para a determinação da resistividade do solo, utilizou-se o método de Wenner, associado à utilização de um terrômetro digital, do modelo MTD20KWe, apresentado na Figura 05. Figura 05 - Terrômetro digital MTD20KWe. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 30 Fonte: Acervo do autor, 2025. O terrômetro digital MTD20KWe, é destinado para medir resistências e resistividades de aterramento pelo método de Wenner em um amplo intervalo de medições, desde 0,01Ω até 20kΩ. Este equipamento permite ensaios confiáveis em todo tipo de terreno, inclusive naqueles que possuem uma resistividade muito alta. O instrumento possui quatro terminais, sendo dois deles destinados para medição de corrente e dois para medição de potencial. O aparelho, através de sua fonte interna, faz circular uma corrente elétrica entre duas hastes externas que estão conectadas aos terminais de corrente Ext e Exc. As duas hastes internas são conectadas nos terminais de potencial Ec e Et. Assim, o aparelho processa internamente e indica a leitura do valor da resistência elétrica, dada em ohms, de acordo com a Equação 9: (Kindermann, 1995) 𝑅 = 𝑉 𝐼 (Equação 9) As hastes utilizadas na medição possuem de 30 centímetros de comprimento e foram fixadas 20 cm no solo. 3.5.1 Coleta e Tratamento dos Dados A Tabela 29 apresenta as coordenadas geográficos dos vértices da estrutura. Tabela 29 – Coordenadas geográficas dos vértices da estrutura . Coordenadas geográficas Dados Centro -8,3666349º, -36,6812233º Ponto 1 -8,3665719º, -36,6813970º Ponto 2 -8,3664594º, -36,6812370º Ponto 3 -8,3667231º, -36,6810513º Ponto 4 -8,3668452º, -36,6811807º Fonte: Autoria própria, 2025. InstitutoFederal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 31 As medições foram realizadas em duas direções, mais precisamente na direção frontal e lateral da estrutura. A Tabela 30 apresenta os valores obtidos. Tabela 30 – Valores obtidos através das medições. Direção 1 Distância entre hastes (m) Resistência (Ω) Escala utilizada Valores de k Resistividad e (Ω.m) 2 3,6 200 13,04 46,94 4 1,02 20 25,37 25,87 8 0,64 20 50,36 32,23 16 0,85 20 100,54 85,46 Direção 2 2 4,64 20 13,04 60,50 4 1,74 20 25,37 44,14 8 1,04 20 50,36 52,38 16 0,82 20 100,54 82,44 Fonte: Autoria própria, 2025. Os valores de k foram obtidos através da Equação 3 e os valores da Resistividade foram obtidos através da Equação 4. A partir disso, foi calculada a média da resistividade e foi encontrado o valor de 53,74 Ω.m. 3.5.2 Dimensionamento do Eletrodo de Aterramento A Tabela 31 apresenta os necessários para o cálculo da resistência da haste de aterramento. O comprimento e largura da estrutura corresponde às dimensões do ginásio do IFPE Campus Pesqueira. Tabela 31 – Dados da estrutura. Resistividade do solo (Ω.m) 53,74 Comprimento (m) 45,5 Largura (m) 35,5 Fonte: Autoria própria, 2025. O eletrodo proposto para o aterramento será do tipo anel, com hastes de aço cobreado de 1”x2400mm interligadas por meio de cabo de cobre nú de 35 mm² e solda exotérmica. A Tabela 32 resume as características construtivas do eletrodo de aterramento. Tabela 32 – Configuração da malha de aterramento. Configuração do eletrodo Anel Perímetro do anel 168 m Profundidade 0,5 m Diâmetro das hastes 1” ou 0,0254 m Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 32 Comprimento das hastes 2,4 m Seção do condutor de cobre 35 mm2 Fonte: Autoria própria, 2025. A resistência equivalente do eletrodo foi determinada seguindo a metodologia proposta em Kindermann (1995). A primeira etapa consiste em determinar a resistência de uma haste cravada verticalmente no solo por meio da Equação 10: 𝑅 1ℎ𝑎𝑠𝑡𝑒 = ρ𝑎 2π𝐿 ln 𝑙𝑛 4𝐿 𝑑( ) (Equação 10) Onde, ● , é a resistividade conhecida do solo; ρ𝑎 ● , é o comprimento da haste; 𝐿 ● , é o diâmetro da haste. 𝑑 Aplicando-se os valores do Quadro 02 na Equação 10, obteve-se uma resistência 21,16 Ω para uma haste do eletrodo. A resistência equivalente do anel, por sua vez, poderá ser determinada por meio da Equação 11. 𝑅 𝑒𝑞 = 𝑘 * 𝑅 1ℎ𝑎𝑠𝑡𝑒 (Equação 11) Na Equação 11, é o índice de redução obtido pelo arranjo, determinado com 𝑘 auxílio das curvas apresentadas na Figura 06, que correlaciona o índice de redução com o espaçamento e o diâmetro das hastes. Figura 06 – Índice de redução da resistência para malha quadrado vazio com 36 hastes. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 33 Fonte: Geraldo Kindermann, 1995. Para o eletrodo do SPDA, será considerado um afastamento de 3 metros entre as hastes, de modo que serão necessárias 13 hastes na largura e 17 hastes no comprimento, totalizando 56 hastes. Para esse afastamento, de acordo com a Figura 11, o fator de redução correspondente é de aproximadamente 0,04, do qual obtém-se uma resistência equivalente total de 0,85 . Ω 4 RESULTADOS Esta seção apresenta os resultados obtidos para o gerenciamento de risco do ginásio poliesportivo do IFPE Campus Pesqueira. Inicialmente serão apresentados os resultados considerando as condições atuais do ginásio, isto é, sem SPDA. Conforme demonstrado, o risco obtido para essa condição supera o limite tolerável recomentando pela NBR 5419, sendo necessário a adoção de proteção adicional. Assim, na sequência, são apresentadas as especificações de um SPDA Classe III incluindo o eletrodo de aterramento. Por fim, são apresentados os resultados de um novo gerenciamento de risco considerando a instalação do SPDA Classe III, demostrando sua eficácia para redução dos riscos a valores inferiores aos limites toleráveis pela NBR 5419. 4.1 Gerenciamento de Risco Sem SPDA Seguindo as etapas descritas na metodologia, foram determinadas as componentes de risco associadas aos danos D1 e D2 e o risco total R1 para cada zona. Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 33. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 34 Tabela 33 – Riscos relativos às Zonas definidas, sem SPDA. Riscos Relativos à Zona 1 (interno) Dano D1 0,039089546 1,4944E-05 Dano D2 0,000390895 1,4944E-05 R1 0,03951032888 Riscos Relativos à Zona 2 (externo) Dano D1 0,7817909101 0,02988792 Dano D2 1,56358182 0,02988792 R1 2,40514857095 Fonte: Autoria própria, 2025. Considerando os valores obtidos para R1 nas Zonas 1 e 2, verifica-se que o risco total é de 2,44466E-05 para a estrutura não protegida. Esse valor é superior ao risco tolerável recomendado pela NBR 5419, correspondente a 1,0E-05, indicando, portanto, a necessidade de adoção de medidas de proteção. A Tabela 34 resume os resultados da análise. Tabela 34 – Risco total e avaliação da necessidade de SPDA. Riscos da Estrutura Não Protegida Zona 1 3,95103E-07 Zona 2 2,40515E-05 Total 2,44466E-05 Decisão da Necessidade do SPDA Tolerável 1,0E-05 R1>RT VERDADEIRO Fonte: Autoria própria, 2025. 4.2 Proposta de SPDA Classe III A fim de reduzir o risco de perdas humanas incluindo ferimentos permanentes, foi projetado um SPDA para a ginásio do IFPE Campus Pesqueira. Para esse tipo de estrutura, a classe é definida de forma iterativa, isto é, atribui-se uma classe e realiza-se um novo gerenciamento de risco a fim de testar se o risco total com o SPDA da classe atribuída é inferior ao risco tolerável. Para este projeto, verificou-se a necessidade de adoção de um SPDA Classe III. As características do SPDA projetado são apresentadas a seguir. 4.2.1 Subsistema de Captação Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 35 O telhado do IFPE Campus Pesqueira consiste em uma estrutura de grande extensão, baixa altura e coberta em telha metálica. Para essas condições, optou-se pela utilização do telhado como um captor natural, dispensando assim a instalação de captores adicionais. Após inspeção técnica do telhado do ginásio do IFPE Campus Pesqueira, foi verificado que este utiliza estrutura com terças e tesouras metálicas e telha trapezoidal galvanizada com chapa nº 24 e espessura de 0,65 mm. Uma vez que essas características não proporcionam riscos de ignição e a importância de pontos quentes e perfuração pode ser desprezada, avalia-se, com base na Figura 23, que o telhado atende aos requisitos de uso como captor natural. A conexão do subsistema de descida ao telhado metálico será realizada por meio de conector em aço zincado com aba 8-10 mm e parafuso 1/4” para telha trapezoidal metálica, conforme ilustrado na Figura 06. Figura 06 – Conexão do subsistema de descida ao telhado. Fonte: Autoria própria, 2025. 4.2.2 Subsistema de Descida Neste projeto, será utilizado uma opção de descida não natural composta de cabo de cobre nu de 35 mm². De acordo com a Figura 24, considerando o perímetro 162 metros do ginásio, para a Classe III, será necessário um afastamento mínimo de 15 metros entre os cabos de descida, sendo necessário 12 descidas, três por lateral, conforme as Figura 07 e 08. Figura 07 – Vista Frontal e lateral com os cabos de descida. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 36 Fonte: Autoria própria, 2025. Figura 08 – Vista Isométrica dos cabos de descida. Fonte: Autoria própria, 2025. 4.2.3 Subsistema de Aterramento Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 37 Conforme foi apresentado na seção de metodologia, a malha de aterramento foi definida a partir da análise de Geraldo Kindermann (1995), através da observação no gráfico do índice de redução para malha de aterramento com trinta e seis hastes em quadradovazio, foi considerado que o valor do índice de redução é aproximadamente 0,07. Com isso foi realizado o cálculo utilizando a Equação 6 e obteve-se os detalhes construtivos da malha de aterramento adequada para o SPDA. Estes detalhes estão apresentados na Tabela 35. Tabela 35 – Detalhes construtivos da malha de aterramento. Resistência da haste de aterramento 21,16 Ω Índice de redução (k) 0,07 Resistência da malha de aterramento 1,48 Ω Espaçamento entre as hastes 3 m Fonte: Autoria própria, 2025. Para o eletrodo do SPDA, será considerado um afastamento de 3 metros entre as hastes, de modo que serão necessárias 13 hastes na largura e 17 hastes no comprimento, totalizando 56 hastes. As Figura 09, 10 e 11 mostram as vistas de como devem ser posicionadas as hastes de aterramento juntamente das caixas de medição, em vista superior e isométrica, além de mostrar os detalhes de conexão do cabo de descida com a malha de aterramento. Figura 09 – Vista superior das hastes de aterramento e eletrodo do SPDA. Fonte: Autoria própria, 2025. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 38 Figura 10 – Vista isométrica do eletrodo de aterramento do SPDA. Fonte: Autoria própria, 2025. Figura 11 – Detalhes da conexão entre os cabos de descida e as hastes de aterramento Fonte: Autoria própria, 2025. 4.3 Gerenciamento de Risco Sem SPDA Após a análise realizada considerando as condições de proteção que estão presentes na estrutura atualmente, foi feita uma nova análise considerando que as medidas de proteção contra descargas atmosféricas existem. A análise realizada foi a mesma, alterando apenas os valores correspondentes à proteção. Considerando Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 39 que a estrutura tenha um SPDA classe III instalado, os resultados dos riscos estão presentes na Tabela 36. Tabela 36 - Riscos relativos às Zonas definidas, com SPDA. Riscos relativos à zona 1 Dano D1 0,039089546 Risco relativo à perda L1 7,47198E-06 Risco relativo à perda L2 Dano D2 0,000195448 Risco relativo à perda L1 7,47198E-06 Risco relativo à perda L2 R1 0,03929993719 Risco total Riscos relativos à zona 2 Dano D1 0,7817909101 Risco relativo à perda L1 1,4944E-07 Risco relativo à perda L2 Dano D2 7,81791E-06 Risco relativo à perda L1 1,4944E-07 Risco relativo à perda L2 R1 0,78179902690 Risco total Fonte: Autoria própria, 2025. Com isso, foi realizada a análise para verificar se as medida de proteção consideradas foram ou não suficientes para proteger a estrutura contra as descargas atmosféricas. O valor obtido nesta análise, está apresentado na Tabela 37. Tabela 37 – Decisão da necessidade do projeto, com SPDA. Riscos da estrutura não protegida Zona 1 3,92999E-07 Zona 2 7,81799E-06 Total 8,21099E-06 Decisão da necessidade do projeto Tolerável 0,00001 R1>RT FALSO Fonte: Autoria própria, 2025. 5 CONCLUSÃO O estudo desenvolvido permitiu compreender a importância do Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) como medida essencial para a preservação da integridade física de pessoas, da estrutura das edificações e da operação segura de equipamentos elétricos e eletrônicos. A análise dos subsistemas que o compõem – captação, descida e aterramento – evidenciou que a eficiência do sistema depende da correta integração e dimensionamento de cada um deles, seguindo rigorosamente as diretrizes estabelecidas pela NBR 5419:2015. Dessa forma, ressalta-se que o SPDA não deve ser visto apenas como exigência normativa, mas como investimento em segurança e continuidade Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 40 operacional. A aplicação criteriosa dos conceitos abordados neste trabalho contribui para a redução de danos causados por descargas atmosféricas, reforçando a relevância do tema para a engenharia elétrica e para a sociedade em geral. Por fim, espera-se que este estudo possa servir de referência para futuros trabalhos e projetos relacionados à proteção contra descargas atmosféricas, incentivando a adoção de soluções cada vez mais eficientes e alinhadas às normas técnicas, de forma a garantir ambientes mais seguros e protegidos contra eventos naturais de alta periculosidade. Adicionalmente, a realização deste trabalho reforçou a importância da integração entre teoria e prática na formação do engenheiro eletricista. O processo de estudo, análise de risco, desenvolvimento do projeto e compreensão dos aspectos técnicos do SPDA permitiu consolidar conhecimentos adquiridos ao longo do curso e aplicá-los em uma situação real, contribuindo não apenas para a segurança da edificação estudada, mas também para o crescimento profissional e acadêmico do autor. REFERENCIAS ALMEIDA, Fernanda Souza de; COSTA, Ricardo. Análise do desempenho de sistemas de aterramento em SPDA. Revista Eletrônica de Engenharia, [s. l.], 2020. ANTUNER, Ygor De Luca Medeiros. Projeto executivo de SPDA de uma subestação distribuidora de energia elétrica após unificação e modernização. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Instituto Federal de Goiânia, Goiânia, 2023. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5419: proteção contra descargas atmosféricas. Rio de Janeiro, 2015. GOMES, Patrick Anderson Pinheiro. Gerenciamento de risco para projeto SPDA: um estudo de caso. 2023. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. KINDERMANN, Geraldo. Aterramento elétrico. 3. ed. Porto Alegre: Sagra, 1995. MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. MORAES, José Antonio de; LIMA, Carla Regina. Gerenciamento de riscos em projetos de engenharia: metodologia e aplicação prática. Revista Gestão e Projetos, [s. l.], 2019. SOUZA, André Nunes. SPDA – Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas. 2. ed. [S. l.]: [s. n.], 2020. Instituto Federal de Pernambuco. Campus Pesqueira. 1 INTRODUÇÃO 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.2.1 ABNT NBR 5419-1: Princípios Gerais 2.2.2 ABNT NBR 5419-2: Gerenciamento de Risco 2.2.2.1 Risco tolerável (RT) 2.3.1 Subsistemas de Captação 2.3.2 Subsistemas de Descida 2.3.3 Subsistemas de aterramento 2.4 Método de Medição da Resistividade do Solo 2.4.1 Fórmula de Wenner 3 METODOLOGIA 3.4 Projeto de SPDA 3.4.3 Subsistema de Aterramento 3.5 Medição da Resistividade do Solo 3.5.1 Coleta e Tratamento dos Dados 3.5.2 Dimensionamento do Eletrodo de Aterramento 4 RESULTADOS 4.1 Gerenciamento de Risco Sem SPDA 4.2 Proposta de SPDA Classe III 5 CONCLUSÃO REFERENCIAS