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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA
ABNT NBR 5419: Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 em
estruturas da UNIFEI.
Carolina Monteiro de Oliveira Peregrino
Murilo Airez Marton da Silva
Itajubá, outubro de 2017
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA
Carolina Monteiro de Oliveira Peregrino
Murilo Airez Marton da Silva
ABNT NBR 5419: Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 em
estruturas da UNIFEI.
Monografia apresentada ao Instituto de
Sistemas Elétricos e Energia, da
Universidade Federal de Itajubá, como parte
dos requisitos para obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Estácio Tavares Wanderley Neto
Coorientador: Prof. Credson de Salles
Itajubá, outubro de 2017
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
iii
Dedicatória
Agradeço ao mundo pоr mudar аs coisas, pоr nunca
fazê-las serem dа mesma forma, para que, assim, eu
tenha a oportunidade de me reinventar todos os dias.
Dedico à minha família que, cоm muito carinho e
paciência me deram apoio e nãо mediram esforços
para que eu chegasse аté esta etapa. Mãe, seu cuidado
е dedicação foram o que deram, em alguns
momentos, а força pаrа seguir. Às pessoas cоm quem
convivi ao longo desses anos e a todos aqueles que,
dе alguma forma, estiveram е estão próximos dе mim.
Toda distância, tоdо sofrimento, todas аs renúncias
fizeram parte de quem me tornei. Valeu а pena
esperar. Valeu a pena cada escolha! Hоjе estamos
colhendo, juntos, оs frutos dо nosso empenho.
Carolina Peregrino
Dedico este trabalho à minha família, pоr sua
capacidade dе acreditar еm mіm е investir еm mim.
À minha Mãe, que sempre acreditou em mim e se
esforçou para me ajudar alcançar meus objetivos.
Ao meu Pai, suа presença significou segurança е
certeza dе quе não estou sozinho nessa caminhada.
À minha vó Zeila, pelo seu exemplo de determinação
e por sempre se preocupar comigo.
À minha irmã Juliana, por todo o companheirismo e
incentivo.
Aos meus amigos, que sempre encontraram uma
maneira de trazer felicidade mesmo em momentos
difíceis.
Por fim, esta minha conquista também é de vocês.
Murilo Marton
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
iv
Agradecimentos
Agradeço à Universidade Federal de Itajubá por todas as oportunidades que me foram
dadas.
Agradeço ao Instituto de Engenharia Elétrica pelo corpo de docentes que estiveram
contribuindo e compartilhando seu conhecimento por toda minha trajetória na universidade.
Agradeço ao Centro Acadêmico de Engenharia Elétrica (CAEEL) e ao Programa de
Educação Tutorial (PET) pelas lições que aprendi, que me fortaleceram e me ajudaram a crescer
como pessoa.
Agradeço imensamente à oportunidade de passar um tempo da minha vida acadêmica
na State University of New York at Oswego, que possibilitou amadurecer minha bagagem de
conhecimento e chegar até aqui.
Por fim, agradeço ao Estácio e ao Credson por aceitarem esse desafio junto comigo.
Carolina Peregrino
Agradeço primeiramente à Deus que permitiu que este momento fosse vivido por mim,
trazendo alegria aos meus pais e a todos que contribuíram para a realização deste trabalho.
Agradeço a Universidade Federal de Itajubá pela oportunidade da busca pelo
conhecimento.
Agradeço ao Instituto de Engenharia Elétrica e a todos os professores que me
acompanharam durante a graduação, sempre com a prontidão de ensinar e compartilhar o
conhecimento.
Agradeço aos professores e amigos da Kennesaw State University e Indiana Institute of
Technology, que me ajudaram a enxergar o mundo de outra maneira.
Agradeço ao Estácio e ao Credson pela oportunidade е apoio nа elaboração deste
trabalho.
Murilo Marton
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
v
Resumo
Esse trabalho apresenta a origem e as características de uma descarga atmosférica. Aponta os
aspectos de um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), desde sua
importância até os métodos de dimensionamento. Expõe a necessidade de se elaborar as normas
técnicas, dando enfoque na proteção contra descargas. Quanto a esta, aponta sua evolução desde
sua criação, enfatizando suas mais recentes alterações. Faz-se um comparativo entre as duas
últimas versões disponíveis, com foco na Parte 3 (ABNT NBR 5419-3:2015 - Danos físicos a
estruturas e perigos à vida). Para exemplificar qual o impacto dessas mudanças, apresenta-se
um estudo de caso por meio da observação dos pontos chave de cada sistema instalado para
verificar se dois prédios da Universidade Federal de Itajubá, à época projetados de acordo com
a ABNT NBR 5419:2005, ainda estariam de acordo com a norma revisada.
Palavras chave: SPDA, normas técnicas, descargas atmosféricas, comparativo.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
vi
Abstract
This paper describes the origin and characteristics of a lightning discharge. It outlines the
aspects of a Lightning Protection System (LPS) from its importance to sizing methods. It
exposes the need on elaborating technical standards, focusing on protection against lightning
discharge. Regarding this, it points out its evolution since its inception, emphasizing the most
recent modifications. A comparison is made between the last two available versions,
highlighting section 3 (Structure physical damages and life hazard). In order to exemplify the
impact of these changes, a case study is presented through the observation of key points of each
installed system to verify if two buildings of the Federal University of Itajubá, designed
according to the ABNT NBR 5419:2005, would still be in agreement with the revised standard.
Key-words: LPS, IEC standard, lightning strikes, comparison.
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Lista de Figuras
Figura 1 – Os tipos de descargas atmosféricas. ........................................................................ 15
Figura 2 – Formação de raios ascendentes e descendentes. ..................................................... 15
Figura 3 - Raio registrado em Santa Teresa, com a catedral do centro do Rio de Janeiro ao
fundo. ........................................................................................................................................ 16
Figura 4 - Mapa Ceráunico do Brasil e Curiosidades. .............................................................. 17
Figura 5 – Forma de onda típica para descarga principal (descarga nuvem-solo/polaridade
negativa). .................................................................................................................................. 19
Figura 6 – Forma de onda típica para descargas subsequentes (descarga nuvem-solo/polaridade
negativa). .................................................................................................................................. 19
Figura 7 - Prejuízos causados devido descargas atmosféricas. ................................................ 20
Figura 8 - Infográfico sobre mortes por raios no Brasil. .......................................................... 21
Figura 9 - Experimento de Benjamin Franklin. ........................................................................ 23
Figura 10 – Subsistemas de um SPDA. .................................................................................... 24
Figura 11 – Subsistema Captor. ................................................................................................ 25
Figura 12 - Subsistema de Descida........................................................................................... 26
Figura 13 - Subsistema de Aterramento. .................................................................................. 27
Figura 14 – Disposição das cargas elétricas na edificação momentos antes de ser atingida por
uma descarga elétrica................................................................................................................ 28
Figura 15 – Ângulo de proteção. .............................................................................................. 29
Figura 16 – Volume de proteção provido por condutor suspenso. ........................................... 31
Figura 17 – Método da gaiola de Faraday. ............................................................................... 32
Figura 18 – Raio da Esfera para o modelo EMG. .................................................................... 33
Figura 19 – Volume protegido.................................................................................................. 34
Figura 20 – Exemplo ABNT NBR5419:2005 – Nível de proteção III – Malha 10 x 20 m. .... 38
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Figura 21 – Exemplo ABNT NBR5419:2015 – Nível de proteção III – Malha 15 x 15 m. .... 39
Figura 22 – Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA. ....................................... 40
Figura 23 – Anéis condutores de um sistema de descida para nível de proteção III. ............... 42
Figura 24 – Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da
resistividade do solo. ................................................................................................................ 43
Figura 25 – Comprimento mínimo do eletrodo de aterramento de acordo com a classe do SPDA.
.................................................................................................................................................. 44
Figura 26 – Prédio do CEDUC. ................................................................................................ 48
Figura 27 – Prédio do Hangar. ................................................................................................. 49
Figura 28 - Subsistema de Captação do projeto de SPDA do CEDUC. ................................... 51
Figura 29 - Descida e fixação da barra de alumínio. ................................................................ 52
Figura 30 – Ligações equipotenciais entre as telhas metálicas. ............................................... 52
Figura 31 – Projeto da descida em barra chata de alumínio. .................................................... 54
Figura 32 – Descida em barra chata de alumínio - CEDUC. ................................................... 54
Figura 33 – Componentes conectados a haste de aterramento. ................................................ 56
Figura 34 – Vala da malha de aterramento. .............................................................................. 57
Figura 35 – Subsistema de captação do projeto de SPDA do Hangar. ..................................... 58
Figura 36 – Projeto da descida em barra chata de alumínio – Hangar. .................................... 60
Figura 37 – Descida em barra chata de alumínio – Hangar. ..................................................... 60
Figura 38 – Subsistema de aterramento – Hangar. ................................................................... 62
Figura 39 – Vala para malha de aterramento – Hangar. ........................................................... 63
Figura 40 – Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – CEDUC. ............................ 66
Figura 41- Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – HANGAR. .......................... 68
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Lista de Tabelas
Tabela 1 - Descargas Principais Negativas Nuvem-Solo (Adaptação ABNT NBR 5419-1:2015).
.................................................................................................................................................. 18
Tabela 2 – Segmentação da ABNT NBR 5419:2015. .............................................................. 36
Tabela 3 – Posicionamento de captores conforme o nível de proteção. ................................... 39
Tabela 4 - Valores máximos dos raios da esfera rolante e tamanho da malha correspondentes a
classe do SPDA ........................................................................................................................ 40
Tabela 5 - Espessura mínima de chapas metálicas ou tubulações metálicas em sistemas de
captação. ................................................................................................................................... 41
Tabela 6 – Espaçamento médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de
proteção. ................................................................................................................................... 41
Tabela 7 – Custo dos componentes considerando captação natural – CEDUC. ...................... 65
Tabela 8 - Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – CEDUC.
.................................................................................................................................................. 66
Tabela 9 – Custo dos componentes considerando captação natural – HANGAR. ................... 67
Tabela 10 – Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – HANGAR.
.................................................................................................................................................. 67
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Sumário
1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 14
2.1 As descargas atmosféricas...................................................................................... 14
2.1.1 Origem e formação dos raios .................................................................................... 14
2.1.2 Número de descargas para a Terra ........................................................................... 16
2.1.3 A corrente elétrica de uma descarga ......................................................................... 18
2.1.4 Os riscos atrelados às descargas atmosféricas .......................................................... 20
2.1.5 Proteção contra as descargas .................................................................................... 22
2.1.5.1 Subsistemas de um SPDA ................................................................................ 24
2.1.5.2 Métodos de dimensionamento de um SPDA .................................................... 27
3 ANÁLISE COMPARATIVA: ABNT NBR 5419:2005 VERSUS ABNT NBR 5419-
3:2015 ....................................................................................................................................... 35
3.1 ABNT NBR 5419 e sua evolução dentre os anos .................................................. 35
3.2 Os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3: Danos
físicos a estruturas e perigos à vida ....................................................................................... 37
3.2.1 Subsistema de Captação ........................................................................................... 38
3.2.2 Subsistema de Descida ............................................................................................. 41
3.2.3 Subsistema de Aterramento ...................................................................................... 43
3.2.4 Componentes ............................................................................................................ 44
3.2.5 Fixações .................................................................................................................... 45
3.2.6 Materiais e Dimensões.............................................................................................. 45
3.2.7 Sistema Interno de Proteção Contra Descargas Atmosféricas.................................. 45
3.2.8 Utilização de Ferragens Estruturais Como Parte do SPDA e Ensaio de
Continuidade. ........................................................................................................................ 46
4 METODOLOGIA ........................................................................................................... 48
5 ANÁLISE DOS PROJETOS DE SPDA SEGUNDO A ANBT NBR 5419:2015 – 3:
DANOS FÍSICOS A ESTRUTURAS E PERIGOS À VIDA .............................................. 51
5.1 Edifício CEDUC ...................................................................................................... 51
5.1.1 Subsistema de Captação ........................................................................................... 51
5.1.2 Subsistema de Descida ............................................................................................. 53
5.1.3 Subsistema de Aterramento ...................................................................................... 56
5.2 Edifício Hangar ....................................................................................................... 58
5.2.1 Subsistema de Captação ........................................................................................... 58
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xi
5.2.2 Subsistema de Descida ............................................................................................. 59
5.2.3 Subsistema de Aterramento ...................................................................................... 62
5.3 Dificuldades na Análise de Conformidades ......................................................... 64
6 ANÁLISE ECONÔMICA DAS ADAPTAÇÕES ........................................................ 65
7 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 69
8 REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 71
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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1 Introdução
Popularmente conhecido como “raio”, a descarga elétrica atmosférica é um fenômeno
completamente randômico e imprevisível, tanto em relação às suas características físicas –
tempo de duração, intensidade da corrente elétrica, temperatura alcançada, como em relação
aos efeitos que sua incidência pode desencadear. O raio pode, também, ser descrito como sendo
uma maneira espetacular de notarmos, visivelmente, a energia elétrica, mesmo que em frações
de segundo.
Enunciado em 1747 por Benjamin Franklin, o princípio do “Poder das Pontas” nos
permitiu entender que as cargas elétricas têm grande facilidade para entrar e sair por lugares
pontiagudos. Desta forma, ao procurar um caminho para sua descarga, o raio atinge pontos altos
e afunilados, já que estes possuem altas concentrações de cargas. Os meios mais comuns que
as nuvens encontram para se descarregarem são, por exemplo, redes elétricas, antenas de TV,
torres, varais, rede telefônicas e cercas de arame, quando estas não são seccionadas e aterradas.
Em termos práticos, nada pode ser feito para impedir que aconteça uma descarga em
determinada região.
Pensando nisto, os SPDA (Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas) foram
elaborados para proteger construções (e seus ocupantes) dos efeitos que a energia contida nos
raios pode causar. Basicamente, estes sistemas criam 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.
Visando estabelecer padrões, regras, diretrizes e/ou características similares em projetos
elétricos, a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) aprova NBRs (Normas
Brasileiras). A norma que prescreve os procedimentos e parâmetros a serem seguidos, quando
se faz necessária a instalação de um SPDA em uma estrutura, é norma ABNT NBR 5419.
A ABNT NBR 5419:2005, por muito tempo, normatizou os sistemas PDA. Em agosto
de 2015, esta norma, composta por 42 páginas, foi cancelada e substituída por uma nova versão,
ABNT NBR 5419:2015, com 309 páginas publicadas em 4 partes tal como a IEC 62305-1. A
mudança da norma tem como objetivo o melhoramento da segurança das instalações e a
indicação da aplicação de novos materiais e sistema. Como não se fala de prazos para
adequação, a partir da data de publicação do novo documento, muitos SPDA construídos com
base na norma de 2005 podem não atender à norma vigente.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
13
Desta maneira, o objetivo desse trabalho é entender tecnicamente o conteúdo e
especificações da norma para a adequada aplicação nos projetos e instalações. Ainda, destacar,
com clareza, quais as principais mudanças que se percebe ao se comparar os documentos de
2005 e 2015, dando enfoque à parte 3 da ABNT NBR 5419:2015 – Danos físicos a estruturas e
perigos à vida, que é a que mais está ligada à norma anterior, trazendo os critérios de projeto,
instalação e manutenção dos SPDA.
Neste trabalho são apresentados os conceitos e parâmetros das descargas atmosféricas,
origem, histórico e divisão da norma em questão, função e importância em se ter um SPDA,
comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419, bem como um estudo de
caso.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
14
2 Revisão Bibliográfica
2.1 As descargas atmosféricas
2.1.1 Origem e formação dos raios
Os raios e os trovões aparecem com constância nos mitos das civilizações do passado.
Profetas, sábios, escribas e feiticeiros os interpretavam como manifestações divinas,
considerados principalmente como reação de ira contra as atitudes dos homens. Nas mãos de
heróis mitológicos e de divindades eram utilizados como lanças, martelos, bumerangues,
flechas ou setas para castigar e perseguir os homens pecadores (ELAT, 2014)
Para os antigos gregos, os raios eram lanças produzidas pelos gigantes Ciclopes,
criaturas de um olho só. Elas eram feitas para que Zeus, o rei dos deuses, as atirasse sobre os
homens pecadores e arrogantes. Outra crença, muito difundida na Europa Medieval, dizia que
o badalar dos sinos das igrejas durante as tempestades afastaria os raios. A superstição perdurou
por muito tempo. Muitos campanários de igreja foram atingidos e mais de uma centena de
tocadores de sino foram mortos acreditando em tal ideia. A superstição perdeu força somente
no início do século XVIII. (ELAT, 2014)
Hoje em dia, com o avanço da ciência, sabemos que o raio é, na verdade, decorrente do
carregamento eletrostático de partículas em suspensão no ar.
As cargas acumuladas na nuvem induzem cargas de sinal contrário na superfície do
solo e um campo elétrico se forma entre a nuvem e o solo. Dentro da própria nuvem
e entre nuvens próximas existem cargas de polaridades opostas acumuladas em
diferentes regiões, gerando também campos elétricos de altas intensidades.
As descargas ocorrem quando os valores desses campos elétricos excedem o valor
suportável pelo ar, levando à sua ionização. Como consequência, o ar que antes se
comportava como um isolante passa a se comportar como um condutor, permitindo a
circulação de cargas elétricas. (PAULINO et al., 2016, p. 18)
As descargas podem ocorrer dentro das nuvens, entre nuvens, da nuvem para o espaço
e da nuvem para o solo, como pode ser visto na Figura 1. A Figura 2 ilustra e descreve a
formação de raios descendentes e ascendentes. Estes são bem raros e apenas poucos países já
foram capazes de filmar esse fenômeno atmosférico. No Brasil, pesquisadores do Grupo de
Eletricidade Atmosférica (ELAT) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
capturaram, pela primeira vez, imagens de raios ascendentes no Pico do Jaraguá, zona norte de
São Paulo, no verão de 2012.
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15
Figura 1 – Os tipos de descargas atmosféricas.
(Fonte: PAULINO at al. 2016. “Diferentes tipos de descargas atmosféricas”. Proteção de equipamentos
elétricos e eletrônicos contra surtos elétricos em instalações, 18. Lagoa Santa: Editora Clamper.)
Figura 2 – Formação de raios ascendentes e descendentes.
(Fonte: Estadão. 2013. Estadão.09/01/2017. http://www.estadao.com.br/noticias/geral)
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16
2.1.2 Número de descargas para a Terra
A região de maior incidência de descargas atmosféricas no planeta é em sua zona
tropical, região compreendida entre os Trópicos de Câncer e Capricórnio. Esta faixa do globo
é caracterizada por elevado índice de chuvas e temperatura ambiente alta. Para se ter ideia da
dimensão desse fenômeno, de acordo com o INPE (Instituto de Pesquisas Espaciais), por volta
de 50 a 100 raios ocorrem no mundo a cada segundo, o que equivale a cerca de 10 milhões de
descargas por dia ou três bilhões por ano.
O Brasil é o país de maior extensão territorial localizado na região equatorial (tropical),
o que o torna o campeão de incidência de descargas atmosféricas (PAULINO et al., 2016, p.
18) – são, aproximadamente, 50 milhões de raios por ano. A Figura 3, ilustra uma ocorrência
deste fenômeno atmosférico em Santa Teresa, no Rio de Janeiro.
Figura 3 - Raio registrado em Santa Teresa, com a catedral do centro do Rio de Janeiro ao
fundo.
(Fonte: ELAT. 2016. Foto de Raios.15/03/2017. http://www.inpe.br/webelat/homepage/menu/noticias/)
Uma das formas de se medir a quantidade de descargas atmosféricas que incide em uma
determinada região é por meio do nível ceráunico - número de dias de trovoada numa
determinada região por ano. O infográfico apresentado na Figura 4 mostra o mapa ceráunico
do Brasil. (PAULINO et al., 2016, p. 18).
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Figura 4 - Mapa Ceráunico do Brasil e Curiosidades.
(Fonte: INPE. 2015. Mapa de densidade de raios no Brasil.08/04/2017. http://www.inpe.br/webelat/
imagesNovoLayout/arte/infografico_2_alta.jpg)
Leg
enda:
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
18
2.1.3 A corrente elétrica de uma descarga
Toda essa densidade de descargas atmosféricas incidentes em edificações e torres
elevadas tem a medição dos seus valores de correntes feitas há bastante tempo. Já na década
de 1930,
(...) foi iniciado um importante projeto de medição de correntes no Empire State
Building, na época o edifício mais alto do mundo. Desde então, vários laboratórios
foram instalados ao redor do planeta com o objetivo de medir a intensidade e a forma
de onda das correntes de descarga atmosférica. (...) Na década de 1980, um desses
laboratórios foi instalado em Minas Gerais pela CEMIG (Estação Morro do
Cachimbo) e continua em atividade. (PAULINO et al., 2016, p. 21)
Esse sistema tem a medição da intensidade e a forma de onda das correntes de descarga
atmosférica feita de maneira indireta. Os campos eletromagnéticos gerados pelas descargas são
captados por antenas, sendo possível estimar-se o valor e a forma de onda das correntes de
descarga. Ainda, por meio da técnica de triangulação, é possível estimar o ponto de incidência
das descargas caso várias antenas sejam utilizadas.
As medições realizadas mostram que é comum a ocorrência de várias descargas no
mesmo canal ionizado (relâmpago). A primeira descarga geralmente é a de maior
intensidade e é chamada de descarga principal. As demais componentes são chamadas
de descargas subsequentes. (PAULINO et al., 2016, p. 22)
Examinou-se os valores medidos de intensidades de descargas ao longo do planeta, e
propuseram-se valores para a mediana e o desvio padrão para a descarga principal negativa.
São, respectivamente, 31,3 kA e 0,48 kA. A ABNT NBR 5419-1:2015, Princípios Gerais,
propõe a Tabela 1 com valores de pico das correntes e as associadas probabilidades um valor
de descarga ser excedido. (ANDERSON, R.B.; ERIKSSON, A.J., 1980).
Tabela 1 - Descargas Principais Negativas Nuvem-Solo (Adaptação ABNT NBR 5419-
1:2015).
Valor de pico da corrente (kA) % de descargas com valores acima
dos valores da primeira coluna
3 99
5 95
20 80
30 60
35 50
50 30
60 20
80 10
100 5
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As formas de onda típicas de uma descarga principal e das subsequentes são mostradas
nas Figuras 5 e 6.
Figura 5 – Forma de onda típica para descarga principal (descarga nuvem-solo/polaridade
negativa).
(Fonte: PAULINO at al. 2016. “Formas de onda típicas de uma descarga nuvem-solo de polaridade
negativa. Primeira curva: descarga principal. ” Proteção de equipamentos elétricos e eletrônicos contra surtos
elétricos em instalações, 22. Lagoa Santa: Editora Clamper.)
Figura 6 – Forma de onda típica para descargas subsequentes (descarga nuvem-
solo/polaridade negativa).
(Fonte: PAULINO at al. 2016. “Formas de onda típicas de uma descarga nuvem-solo de polaridade
negativa. Segunda e terceira curvas: descargas subsequentes. ” Proteção de equipamentos elétricos e eletrônicos
contra surtos elétricos em instalações, 22. Lagoa Santa: Editora Clamper.)
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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Apesar de a intensidade das descargas (dezenas de quilo ampères) e a potência do campo
elétrico nas nuvens em que os raios se formam (pode chegar a mil gigawatts, ou seja, uma
potência 100 mil vezes maior do que a encontrada em redes de alta tensão) sejam bem
significativas, a energia contida em um raio, algo em torno de 300 kWh, equivalente ao
consumo mensal de energia de uma casa pequena, pois este tem uma duração muito breve (em
média 0,2 segundos). (ELAT, 2014).
2.1.4 Os riscos atrelados às descargas atmosféricas
Os raios são fenômenos naturais que aguçam a curiosidade, mas causam prejuízos e
mortes, como mostrado na Figura 7.
Conforme relata Daniel Mello – Repórter da EBC Agência Brasil – entre 2000 e 2014
morreram, em média, 111 pessoas por ano devido à queda de raios, totalizando 1.790 casos
(Figura 8). Em 2015 foram registradas 104 mortes. Já no ano de 2016, registrou-se menos
mortes por raios do que a média dos últimos 20 anos. Segundo as projeções do ELAT, o número
de vítimas desse tipo de acidente ficou abaixo dos 70 casos, graças a um aumento da
conscientização sobre os perigos dos raios. Para 2017, o grupo de pesquisas prevê uma
incidência de raios dentro da média histórica. A estimativa foi feita a partir das temperaturas
dos oceanos Atlântico e Pacífico - Sul, Equatorial e Norte.
Figura 7 - Prejuízos causados devido descargas atmosféricas.
(Fonte: Google Imagens. 2014. 10/04/2017. https://www.google.com/imghp?hl=pt-PT)
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Figura 8 - Infográfico sobre mortes por raios no Brasil.
(Fonte: INPE. 2016. Morte por Raios no Brasil. 15/04/2017. http://www.inpe.br/webelat/imagesNovoLayout/
arte/infografico_4_alta_20160302.jpg)
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A grande maioria dos acidentes com as descargas atmosféricas ocorre em áreas
descampadas, onde as pessoas estão desabrigadas. Em se considerando os animais, muitos são
mortos, também, por esse fenômeno por ano no país. Ainda, um grande número de incêndios
em edificações e florestas são iniciados pelos raios nas tempestades.
Milhões de dólares são perdidos anualmente devido a queima de equipamentos elétricos
e eletrônicos – causados pelas descargas atmosféricas – ao redor do mundo, trazendo uma série
de transtornos para os usuários que ficam privados de serviços hoje considerados essenciais.
Sistemas de distribuição de energia elétrica e de combustíveis, hospitais, semáforos e serviços
de telecomunicações, dentre outros, são serviços essenciais que podem deixar de operar devido
a esse fenômeno.
Apesar de todo o risco e perdas atrelados a eles, os raios também são os responsáveis
por quebrar as moléculas de nitrogênio e oxigênio na atmosfera, que, quando recombinadas,
formam o óxido de nitrogênio. Uma parte dessa combinação, ao ser levada pela chuva para o
solo, atua como fertilizante. Outra parte desse composto químico, em reação com outras
partículas, mantém o equilíbrio da camada de ozônio. Se as descargas atmosféricas não
existissem, esse equilíbrio seria abalado, deixando a camada de ozônio mais vulnerável e,
consequentemente, aumentando a intensidade dos raios ultravioleta.
2.1.5 Proteção contra as descargas
Há mais de 260 anos, mais precisamente no dia 15 de junho de 1752, em meio a uma
tempestade, o americano Benjamin Franklin (1706-1790) resolveu provar algumas de suas
suposições científicas. Franklin utilizou uma fita de seda para empinar uma pipa. Esta fita estava
presa a uma chave de metal, como ilustra a Figura 9. Franklin soltou o "brinquedo" e observou
que a carga elétrica dos raios descia pelo dispositivo. (BENJAMIN FRANKLIN HISTORY,
2017)
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23
Figura 9 - Experimento de Benjamin Franklin.
(Fonte: WALDERRAMA. 2016. SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA,
18. SENAI)
Com esta ousada experiência, Franklin comprovou à comunidade científica da época
que o raio é apenas uma corrente elétrica de grandes proporções. Ainda, como o cientista se
voltava à praticidade e à utilidade de suas descobertas, demonstrou que hastes de ferro ligadas
à terra e posicionadas sobre ou ao lado de edificações serviriam de condutores para descargas
elétricas atmosféricas. Naquele momento, Benjamin Franklin estava inventado o para-raios.
Um Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), popularmente
conhecido por para-raios, tem como objetivo interceptar os raios e encaminhar a energia contida
neles, desde o ponto em que este atinge uma edificação até o ponto de aterramento, sendo este
percurso o mais rápido e seguro possível.
Ao contrário do que muitos possam imaginar, o SPDA não para, nem evita que as
descargas ocorram. Ele apenas faz a proteção das pessoas e do local onde estas se encontram,
neutralizando o crescimento gradiente de potencial elétrico entre o solo e as nuvens (“Poder das
Pontas”), dissipando o raio diretamente para o solo, já que esse oferece um caminho mais
atrativo para as descargas, reduzindo o risco de incidência sobre as estruturas.
A instalação dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas é uma exigência
do Corpo de Bombeiros regulamentada pela ABNT NBR 5419:2015. Seu uso é exigido em
edificações, estabelecimentos industriais ou comerciais, em áreas destinadas a depósitos de
explosivos e inflamáveis, ou sempre quando a periculosidade se justificar, devendo obedecer a
critérios de confiabilidade e de segurança. Não estão inclusos sistemas ferroviários, veículos,
aeronaves, navios e plataformas marítimas.
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24
“Os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas diretas podem ser divididos,
classicamente, em três partes, a saber: rede captora de descargas, descidas e aterramentos”.
(CREDER, 2016). O dimensionamento da rede captora é segmentado em três métodos distintos:
Método de Franklin; Método Gaiola de Faraday; e Método da Esfera Rolante, Eletrogeométrico
ou Esfera Fictícia.
Considerando a complexidade do fenômeno das descargas e as simplificações
contidas nos modelos propostos, não se pode obter uma proteção com 100% de
garantia, o que significa dizer que, por melhor que seja dimensionado o sistema de
proteção de uma estrutura, ela poderá, eventualmente, ser atingida por um raio,
especialmente pelos de menor intensidade. (CREDER, 2016, p.218)
2.1.5.1 Subsistemas de um SPDA
Conforme pode ser analisado na Figura 10, cada subsistema de um Sistema de Proteção
contra Descargas Atmosféricas tem sua devida função.
Figura 10 – Subsistemas de um SPDA.
(Fonte: ProCobre. 2013. 15/04/2017.http://www.procobre.org/pr/pdf/pdf_pr/07_spda.pdf)
a) Rede captora de descargas
O subsistema de captação é constituído pelos “elementos condutores expostos,
normalmente localizados na parte mais elevada da edificação, responsáveis pelo contato direto
com as descargas atmosféricas”. (MAMEDE, 2012). Sendo assim, o captor é o elemento que
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25
recebe o impacto direto da descarga atmosférica. É pelo captor que a descarga atmosférica entra
no SPDA e é conduzida a terra sem atingir diretamente o volume de proteção.
Os captores podem ser divididos em captores naturais e captores não naturais. Os
captores naturais são elementos metálicos que estão potencialmente expostos às descargas
atmosféricas (STÉFANI, 2011). Tanques, tubos, telhas e treliças metálicas com espessura
definidas de acordo com a ABNT NBR 5419:2015 são considerados captores naturais de uma
edificação. Já os captores não naturais, como os da Figura 11, “são constituídos de elementos
condutores expostos, normalmente instalados sobre a cobertura e a lateral superior das
edificações cuja finalidade é estabelecer contato direto com as descargas atmosféricas”
(MAMEDE, 2012). Podem ser citados como exemplo captores do tipo Franklin e condutores
de cobre nu fixados em forma de malha sobre a edificação.
Figura 11 – Subsistema Captor.
(Fonte: SM Consultoria. 15/04/2017.http://www. http://www.smconsultoriaempresarial.com.br)
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26
b) Descidas
Os sistemas de descida recebem as correntes distribuídas pela captação, encaminhando-
as rapidamente para o solo. Ele deve passar por toda a edificação de um modo seguro para que
não cause efeitos secundários perigosos, como centelhamento lateral e indução de corrente em
condutores próximos. Assim como no sistema de captação, o condutor de descida também pode
ser natural ou não natural, como mostrados na Figura 12. (MAMEDE, 2012)
Um condutor de descida não natural é um elemento que traça um percurso retilíneo e
vertical, ligando o captor à terra pelo menor percurso possível e fixado na edificação. O
espaçamento máximo entre os condutores de descida depende do nível de proteção adotado
para a edificação. Estes sofreram uma modificação com a atualização da ABNT NBR 5419 e
podem ser vistos no item a que se refere.
Um condutor de descida natural pode ser entendido como sendo um elemento condutor
próprio da edificação e deve atender a alguns pré-requisitos, como: seção mínima
correspondente à norma (pode ser vista juntamente com o espaçamento antes mencionado),
comprovação de continuidade elétrica entre seus dois extremos, dentre outros. Além disso,
recomenda-se que seja utilizado cabo ou barra metálica adicional nos pilares da edificação para
que seja neste concentrada maior parte da corrente de descarga.
Figura 12 - Subsistema de Descida.
(Fonte: SM Consultoria. 15/04/2017. http://www.smconsultoriaempresarial.com.br)
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27
c) Aterramento
O sistema de aterramento é conectado diretamente ao sistema de descidas, como na
Figura 13, e é responsável pela dissipação da corrente de descarga atmosférica no solo. Deve
oferecer o mínimo de resistência (relação entre a tensão medida entre o eletrodo e o terra remoto
pela corrente injetada nesse eletrodo) possível para que seja feito escoamento de forma segura
e, ainda, se distribuir pela terra de forma homogênea, evitando diferenças de potencial
acentuadas ao redor da edificação.
Figura 13 - Subsistema de Aterramento.
(Fonte: SM Consultoria. 15/04/2017.http://www. http://www.smconsultoriaempresarial.com.br)
2.1.5.2 Métodos de dimensionamento de um SPDA
Como mencionado anteriormente, para determinado SPDA, existem três métodos
distintos de dimensionamento e posicionamento do subsistema de captação: Método de
Franklin, Método da Gaiola de Faraday, e Método da Esfera Rolante.
a) Método de Franklin
Baseado na descoberta de Benjamin Franklin, este método “consiste em determinar o
volume de proteção propiciado por um cone, cujo ângulo com a vertical varia segundo o nível
de proteção desejado e para determinada altura de construção”. (MAMEDE, 2012). A ABNT
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28
NBR 5419:2015 define, em sua composição, as características de cada nível de proteção, bem
como os ângulos de proteção atrelados a eles.
A Figura 14 ilustra o princípio fundamental de atuação de um para-raios. Pode-se
perceber que, ao invés da descarga atingir diretamente o solo ou a estrutura, é conduzida pelo
sistema de descida (altamente condutivo), de modo que as descargas sejam interceptadas pelo
sistema, protegendo a edificação. Vale notar a concentração das cargas elétricas na base da
edificação migrando para o captor localizado em seu topo.
Figura 14 – Disposição das cargas elétricas na edificação momentos antes de ser atingida por
uma descarga elétrica.
(Fonte: DE ESTÉFANI, R.. 2011. “Edificação momentos antes de ser atingida por uma descarga atmosférica”.
Metodologia de projeto de sistema de proteção contra descargas atmosféricas para edifício residencial, 38. São
Carlos.)
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29
Os projetos de instalação de para-raios podem ser elaborados de acordo com a sequência
a seguir:
i. Determinação da zona de proteção
Conforme com o nível de proteção e altura do captor (determinados por meio da norma
ABNT NBR 5419:2015), determina-se um ângulo de proteção que parte do captor, percorrendo
em torno da edificação, formando um cone. Dessa forma, qualquer descarga que poderia atingir
o volume desse cone será interceptada pelo SPDA.
O vértice do cone corresponde à extremidade superior do captor, cuja geratriz faz um
ângulo de α° com a vertical, propiciando um raio de base do cone de valor dado pela equação
(1), conforme pode ser conferido na Figura 15, na qual a posição do captor é meramente
ilustrativa. (MAMEDE, 2012)
Figura 15 – Ângulo de proteção.
(Fonte: Adaptado de DE ESTÉFANI, R.. 2011. “Ângulo de proteção de um captor”. Metodologia de projeto de
sistema de proteção contra descargas atmosféricas para edifício residencial, 39. São Carlos.)
𝑅𝑝 = 𝐻𝑐 × 𝑡𝑔 𝛼
(1)
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30
ii. Número de condutores de descida
O número de condutores de descida (Ncd) é determinado em função do nível de proteção
atribuído à edificação, bem como da distância entre os condutores de descida. É sabido que os
condutores de descida devem se distribuir por todo o perímetro de construção (Pco), com certo
espaçamento (Dcd) máximo que se relaciona também com o nível de proteção inicialmente
adotado, sendo que devem ser, no mínimo, 2 condutores. A equação (2) mostra essa relação:
𝑁𝑐𝑑 =𝑃𝑐𝑜
𝐷𝑐𝑑
iii. Seção do Condutor
Devem ser utilizados, de preferência, condutores de cobre nu, principalmente em zonas
industriais de elevada poluição ou próximas à orla marítima. (MAMEDE, 2012)
A seção do condutor, bem como as variações de materiais que podem ser utilizados,
estão explícitos e detalhados na ABNT NBR 5419-3:2015.
iv. Resistência da malha de terra
Considerando a nova revisão da norma para SPDA, foi retirado o valor da resistência de
aterramento de 10 Ω, sendo que para locais onde o solo apresenta alta resistividade, poderão
ser aceitos valores maiores que este, desde que sejam feitos arranjos que minimizem as tensões
de passo e que seja tecnicamente justificado sua necessidade.
A norma também prevê aplicação do método de Franklin por condutor suspenso,
conforme pode-se observar na Figura 16. “O volume de proteção provido por condutor suspenso
está definido como sendo a composição do volume de proteção virtual de mastros com seus
vértices alinhados nesse condutor”. (ABNT NBR 5419-3:2015)
(2)
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31
Figura 16 – Volume de proteção provido por condutor suspenso.
(Fonte: ABNT 5419:2015)
Esse tipo de configuração pode ser útil em áreas abertas que necessitam de proteção
contra descargas atmosféricas.
O Método de Franklin acaba sendo um caso particular do Método da Esfera Rolante, em
que o segmento de círculo é aproximado por um segmento de reta, tangente ao círculo na altura
do captor. Esse método é de mais fácil aplicação do que o eletrogeomético, mas pode resultar
em um sistema superdimensionado, uma vez que o volume de proteção proporcionado pelo
segmento de círculo sempre será superior ao proporcionado pelo segmento de reta. (CREDER,
2016). É recomendado que o Método de Franklin seja empregado em “estruturas não muito
elevadas e de pouca área horizontal, onde se pode utilizar uma pequena quantidade de captores,
o que torna o projeto economicamente interessante”. (MAMEDE, 2012).
b) Método da Gaiola de Faraday
Em 1836, o físico britânico Michael Faraday fez um experimento para provar os efeitos
da blindagem eletrostática.
Um condutor, quando carregado, tende a espalhar suas cargas uniformemente por toda
a sua superfície. Se esse condutor for uma esfera oca, por exemplo, as cargas irão se
espalhar pela superfície externa, pois a repulsão entre as cargas faz com que elas se
mantenham o mais longe possível umas das outras. Os efeitos de campo elétrico
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32
criados no interior do condutor acabam se anulando, obtendo assim um campo elétrico
nulo. O mesmo acontece quando o condutor não está carregado, mas está em uma
região que possui um campo elétrico causado por um agente externo. Seu interior fica
livre da ação desse campo externo, fica blindado. Esse efeito é conhecido como
blindagem eletrostática. (ALVES, L. 2015)
Os projetistas de SPDA se aproveitaram da descoberta de Faraday para, então, criar um
método de proteção vantajoso, onde “uma rede de condutores, lançada na cobertura e nas
laterais da instalação a ser protegida, forma uma blindagem eletrostática, destinada a interceptar
as descargas atmosféricas incidentes”. (CREDER, 2016). “O método de Faraday (Figura 17),
ao contrário do método de Franklin, é indicado, na prática, para edificações com uma grande
área horizontal, nas quais seria necessária uma grande quantidade de captores do tipo Franklin,
tornando o projeto oneroso”. (MAMEDE, 2012).
Figura 17 – Método da gaiola de Faraday.
(Fonte: SM Consultoria. 15/04/2017.http://www. http://www.smconsultoriaempresarial.com.br)
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33
O método de Faraday consiste em instalar um sistema de captores formado por
condutores horizontais interligados em forma de malha, sendo que quanto menor for a distância
entre os condutores da malha, melhor será a proteção obtida na edificação.
Após feita a análise de risco para a determinação do nível de proteção do sistema, parte-
se para o seu dimensionamento. Com base na ABNT NBR 5419, o nível de proteção do sistema
vai determinar as principais características da Gaiola de Faraday, como, por exemplo, o
percurso do condutor instalado na cobertura, a localização e dimensões das hastes captoras, as
dimensões do emalhado da cobertura, as distâncias máximas entre baixadas, rede de terra e
equipotencializações.
c) Método da Esfera Rolante
É considerada a mais completa ferramenta para proteção de estruturas, sendo baseada
em métodos científicos de observação e medição dos parâmetros dos raios, e ensaios de
laboratórios de alta tensão. O método foi criado com base na delimitação do volume de proteção
dos captores de um SPDA, empregando-se eficientemente em estruturas de grande porte (altura
elevada) e de design complexo.
O Método da Esfera Rolante se fundamenta na premissa de uma esfera de raio Re com
o centro localizado na extremidade do líder antes do seu último salto, conforme visto na Figura
18 a seguir. (MAMEDE, 2012)
Figura 18 – Raio da Esfera para o modelo EMG.
(Fonte: MAMEDE FILHO, J. 2012. “Determinação da distância do raio da esfera do modelo eletrogeométrico”.
Instalações Elétricas Industriais, 511. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012)
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34
A zona protegida, segundo esse método, pode ser definida como a região em que a esfera
rolante não consegue tocar, conforme a Figura 19.
O adequado posicionamento do subsistema de captação na aplicação deste método
ocorre se nenhum ponto da estrutura a ser protegida entrar em contato com uma esfera
fictícia rolando ao redor e no topo da estrutura em todas as direções possíveis. O raio,
r, dessa esfera depende da classe do SPDA. Sendo assim, a esfera somente poderá
tocar o próprio subsistema de captação. (ABNT 5419:2015 – parte 3/Anexo A)
Figura 19 – Volume protegido.
(Fonte: ABNT 5419:2015 – parte 3. “Projeto do subsistema de captação conforme o método da esfera rolante”.)
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35
3 Análise Comparativa: ABNT NBR 5419:2005 versus
ABNT NBR 5419-3:2015
3.1 ABNT NBR 5419 e sua evolução dentre os anos
Fundada em 1940, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o órgão
nacional responsável pela normalização técnica no Brasil, fornecendo insumos ao
desenvolvimento tecnológico brasileiro. Trata-se de uma entidade privada, sem fins lucrativos
e de utilidade pública.
Quando não há normas para orientar a melhor forma de se realizar determinado
procedimento, é quase certa a ocorrência de falhas, conflitos e incompatibilidades entre as
etapas do processo ou serviço. As normas asseguram as características desejáveis de produtos
e procedimentos, como qualidade, segurança, confiabilidade, eficiência, bem como valores
ambientais. Ainda, facilitam o comércio entre países, tornando-o mais justo, disseminando a
inovação e protegendo os consumidores e usuários em geral de produtos e serviços.
Quando surge a necessidade da normalização de determinado tema, a ABNT
encaminha o assunto ao Comitê Técnico responsável, onde será exposto aos diversos
setores envolvidos. Uma vez elaborado o Projeto de Norma com o assunto solicitado,
ele é, então, submetido à Consulta Nacional. Neste processo, o Projeto de Norma,
elaborado por uma Comissão de Estudo representativa das partes interessadas e
setores envolvidos com o tema, é submetido à apreciação da sociedade. Durante este
período, qualquer interessado pode se manifestar, sem qualquer ônus, a fim de
recomendar à Comissão de Estudo autora a aprovação do texto como apresentado; a
aprovação do texto com sugestões; ou sua não aprovação, devendo, para tal,
apresentar as objeções técnicas que justifiquem sua manifestação. (ABNT, 2017)
As Normas Brasileiras ou NBR estabelecem regras, diretrizes, características ou
orientações sobre determinado material, produto, processo ou serviço. Seus objetivos são
aumentar a produtividade da empresa, a qualidade do produto final e a competitividade do
produto no mercado. Elas são revistas, atualizadas e publicadas com uma certa frequência.
Dessa forma, permitem garantir grande eficiência dos processos a que se referem. Seguir as
normas faz com que a incidência de acidentes de trabalho, poluição e contaminação do meio
ambiente sejam reduzidas acentuadamente.
É muito importante que sejam definidos, nas instalações prediais, sistemas que protejam
todos aqueles que utilizam do espaço e, pensando nisso, a ABNT criou sua primeira
regulamentação: a NB 165 – Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas.
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36
“A NB-165 foi a primeira norma nacional que tratou da proteção contra descargas
atmosféricas. Redigido entre a década de 1940 e 1950, o documento, que possuía
apenas seis páginas, teve como base documentos belgas. Alguns anos depois, em
1970, o texto normativo sofreu sua primeira revisão, agora já influenciado por
documentos norte-americanos.
Em 1977, veio a segunda revisão e pela primeira vez o documento recebe a
denominação de NBR 5419 – Proteção de estruturas contra descargas elétricas
atmosféricas. Aumenta também o conteúdo da norma, que passa a contar com 16
páginas. Depois disso, a norma só seria revisada novamente em 1993, dessa vez
tomando como fundamento, em sua totalidade, a IEC 61024-A e B. Segundo Modena,
essa revisão foi considerada a “mola” para o primeiro grande salto, a primeira grande
revolução no que concerne ao conteúdo técnico relacionado com a normalização da
proteção contra descargas atmosféricas no Brasil.
Esta norma ficou válida até março de 2001, quando foi revisada novamente. Em
agosto de 2005, mais uma revisão, segundo Sueta, para, entre outras alterações, incluir
um anexo, contendo uma ilustração que mostra como deve ser feita a medição da
continuidade das armaduras de concreto dos edifícios para serem utilizados como
condutores de descargas atmosféricas. "Este desenho era uma coisa nova e chegou até
a ser copiado pela norma IEC", salienta o engenheiro”. (MOREIRA, 2013).
A última revisão lançada para a ABNT NBR 5419, no ano de 2015, trouxe ao público
novidades e alterações substanciais porque, enquanto a norma brasileira, versão 2005, volume
único, foi publicada com 42 páginas, a revisão foi apresentada em 4 volumes com um total em
torno de 310 páginas, somando-se todas as partes. Isso se deu pelo agrupamento de várias
normas relacionadas ao assunto de Proteção contra Descargas Atmosféricas, inclusive a
proteção de ambientes e equipamentos contra os efeitos indiretos dos raios.
Cada parte da nova revisão da referida norma retrata de um tema ou assunto específico,
como pode ser observado na Tabela 2.
Tabela 2 – Segmentação da ABNT NBR 5419:2015.
PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
NORMA TÍTULO
ABNT NBR 5419-1:2015 Parte 1: Princípios gerais
Vinculada ao desenvolvimento de conceitos e apresentação da teoria envolvida no processo, necessária para
melhor compreensão e para a confecção de estudos, projetos, análises, etc. Não há texto correspondente a esta
parte na norma de 2005.
ABNT NBR 5419-2:2015 Parte 2: Gerenciamento de risco
Responsável por direcionar uma análise de risco criteriosa e abrangente que, além de determinar a necessidade
técnica da existência do Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) no local, também fornece
os parâmetros para a determinação do nível de proteção adotado. Na norma de 2005, o responsável pela
definição da necessidade técnica da existência de SPDA nas estruturas é o anexo B.
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37
Tabela 2 (Continuação) – Segmentação da ABNT NBR 5419:2015.
PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
NORMA TÍTULO
ABNT NBR 5419-3:2015 Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida
Normaliza as dimensões, os tipos de instalação, os tipos de métodos de cálculo e tudo o que envolve o SPDA
externo, bem como parte do SPDA interno. A maioria do texto existente na norma de 2005 tem correspondência
com esta parte.
ABNT NBR 5419-4:2015 Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura
Sem nenhuma correspondência na norma de 2005, esta parte define a correta utilização da proteção interna,
notadamente o conceito de Zona de Proteção contra Raios (ZPR), proporcionando o aumento da proteção das
instalações elétricas e, principalmente, dos equipamentos por ela servidos contra os efeitos indiretos das
descargas atmosféricas.
Os pilares da proteção contra descargas atmosféricas são a configuração do sistema
estabelecida no projeto, a prática utilizada na instalação, e a especificação e qualidade dos materiais
utilizados. O descuido com um dos pilares é suficiente para comprometer o desempenho dos
sistemas. Os materiais têm uma atenção especial na nova ABNT NBR 5419:2015. Ela traz
mudanças significativas em relação à edição anterior, 2005. (OLIVEIRA, 2015)
No Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), estabelecido pela parte 3
da nova ABNT NBR 5419:2015, os materiais são compostos, principalmente, pelos condutores,
além das fixações e conexões. Todos são dimensionados para suportar os esforços eletromecânicos
gerados pela descarga atmosférica, mas o principal critério para a especificação das dimensões e
características dos materiais é a resistência aos efeitos causados pelo ambiente onde serão aplicados.
A corrosão causada pela composição do meio onde são aplicados, a movimentação do solo e a fusão
causada pela descarga atmosférica no ponto de impacto, são alguns dos eventos que desafiam os
materiais, principalmente os condutores. (OLIVEIRA, 2015)
3.2 Os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3:
Danos físicos a estruturas e perigos à vida
A Parte 3, “Danos físicos a estruturas e perigos à vida”, é a que mais se assemelha à
norma de 2005. Nessa parte, o SPDA é descrito com detalhes com algumas modificações em
relação a versão anterior. (SUETA, 2015a).
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38
3.2.1 Subsistema de Captação
Com relação aos métodos aceitáveis utilizados para o posicionamento do subsistema de
captação, estes continuam sendo os mesmos, porém com alterações no dimensionamento e
materiais utilizados. (SUETA, 2015a).
Os métodos utilizados para posicionamento do subsistema de captação são os seguintes:
Método da esfera rolante ou método eletrogeométrico;
Método das malhas ou método da gaiola de Faraday;
Método do ângulo de proteção ou método de Franklin.
O método da esfera rolante não apresenta nenhuma modificação significativa. Em
contrapartida, o método das malhas apresenta algumas alterações no máximo afastamento dos
condutores de malha (Tabelas 3 e 4), que passa a ser mais rigoroso, diminuindo o tamanho das
malhas e fazendo com que o formato destas seja mais quadriculado. (GONÇALVES JUNIOR,
2015).
A seguir, pode-se observar, nas Figura 20 e Figura 21, a diferença na aplicação do
método das malhas de acordo com a norma cancelada ABNT NBR 5419:2005 e a norma vigente
ABNT NBR 5419-3:2015.
Figura 20 – Exemplo ABNT NBR5419:2005 – Nível de proteção III – Malha 10 x 20 m.
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39
Figura 21 – Exemplo ABNT NBR5419:2015 – Nível de proteção III – Malha 15 x 15 m.
De acordo com a ABNT NBR 5419:2005, o ângulo de proteção era definido a partir do
nível de proteção e do plano de referência do elemento e a sua determinação era feita por meio
do cruzamento das faixas de altura com o nível de proteção, como apresentado na Tabela 3. Na
versão atualizada da norma, ABNT NBR 5419-3:2015, os valores fixos dos ângulos foram
substituídos por um gráfico, apresentado na Figura 22, em que o ângulo de proteção pode ser
obtido por meio das curvas que relacionam o ângulo e altura para os diferentes níveis de
proteção. (ALVES, N., 2015b).
Tabela 3 – Posicionamento de captores conforme o nível de proteção.
(Fonte: ABNT NBR 5419:2005)
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40
Tabela 4 - Valores máximos dos raios da esfera rolante e tamanho da malha correspondentes a
classe do SPDA
Método de proteção
Classe do SPDA
Raio da esfera
rolante –R
m
Máximo afastamento
dos condutores da
malha
m
I 20 5 x 5
II 30 10 x 10
III 45 15 x 15
IV 60 20 x 20
(Fonte: ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida)
Figura 22 – Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA.
(Fonte: ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida)
A ABNT NBR 5419-3:2015 também apresenta algumas alterações de dimensões e
materiais de objetos a serem utilizados como sistema de captação natural. A Tabela 5, a seguir,
compara os valores estabelecidos na norma de 2005 com os da norma vigente.
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41
Tabela 5 - Espessura mínima de chapas metálicas ou tubulações metálicas em sistemas de
captação.
Material
2005 2015
Espessura a
mm
Espessura b
mm
Espessura b
mm
Espessura b
mm
Aço (Inoxidável,
galvanizado a
quente)
4 0,5 4 0,5
Cobre 5 0,5 5 0,5
Alumínio 7 0,5 7 0,65
Chumbo - - - 2
Titânio - - 4 0,5
Zinco - - - 0,7 a previne perfuração, pontos quentes e iginição b não previne perfuração
Outra modificação que merece destaque é o item “5.2.3.2.- Estruturas acima de 60 m de
altura”, o qual determina que o sistema de captação seja estendido para as laterais da edificação,
cobrindo, tipicamente, 20% do total da altura, contabilizados a partir do topo do prédio. Esta
exigência decorre do fato de que edificações com mais de 60 m de altura estão muito suscetíveis
a descargas atmosféricas diretas no entorno do seu topo. (ALVES, N., 2015a).
3.2.2 Subsistema de Descida
Em relação ao sistema de descida, a norma de 2005 definia os espaçamentos médios dos
condutores de descida em função do nível de proteção de acordo com a Tabela 6 – Espaçamento
médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de proteçãoTabela 6, mostrada
a seguir.
Tabela 6 – Espaçamento médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de
proteção.
2005 2015
Nível de Proteção Distâncias
m
Distâncias
m
I 10 10
II 15 10
III 20 15
IV 25 20
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42
Na norma atualizada, ABNT NBR 5419-3:2015, os espaçamentos médios dos
condutores de descidas foram alterados para os níveis de proteção II, III e IV, passando a ser
mais rigorosos, visto que seus valores foram diminuídos, conforme mostra a Tabela 6. No
entanto, de acordo com a atualização de 2015, é permitido que os espaçamentos entre os
condutores de descidas sejam até 20% além dos valores estabelecidos.
Esta modificação na norma pode não parecer muito relevante, devido aos parâmetros
alterados ainda apresentarem valores bem próximos, porém, em muitos casos, o número de
descidas para a mesma edificação poderá ser diferente. Por exemplo, “uma edificação
classificada como nível III, com 300 metros de perímetro, pela versão de 2005 necessitaria de
15 descidas, no entanto, pela revisão, este número subiria para 20 descidas”. (SUETA, 2015b).
Ainda, de acordo com a ABNT NBR 5419:2005,
Os condutores de descida não naturais devem ser interligados por meio de condutores
horizontais, formando anéis. O primeiro deve ser o anel de aterramento e, na
impossibilidade deste, um anel até no máximo 4 m acima do nível do solo e os outros
a cada 20 m de altura. São aceitos como captores de descargas laterais elementos
condutores expostos, naturais ou não, desde que se encontrem aterrados ou
interligados, com espaçamento horizontal não superior a 6 m, mantendo-se o
espaçamento máximo vertical de 20 m. (ABNT NBR 5419:2005)
Agora, a nova norma ABNT NBR 5419-3:2015 estabelece as distâncias típicas entre os
anéis condutores intermediários de acordo com os valores da Tabela 6. A Figura 23 ilustra o
posicionamento dos anéis condutores intermediários para um edifício.
Figura 23 – Anéis condutores de um sistema de descida para nível de proteção III.
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43
3.2.3 Subsistema de Aterramento
Com relação ao subsistema de aterramento, a ABNT NBR 5419:2005, assim como a
IEC 62305-3, define dois tipos de arranjos: A e B. Na versão atualizada da norma brasileira, o
aterramento do tipo A foi suprimido.
“A disposição do tipo A compreende eletrodos de aterramento horizontais ou verticais
instalados no perímetro da estrutura a ser protegida, ligados a condutores de descida ou
eletrodos de fundação de forma a não formar um laço (loop) fechado”. (SUETA, 2014).
No Brasil, é comum a utilização de apenas uma haste de aterramento, de 2,4 m ou 3 m,
conectada aos condutores de descida. Em consequência deste fato, “a Comissão de Estudos
64.10, por uma questão de harmonização com outras normas, decidiu suprimir o arranjo do tipo
A, forçando, assim, a utilização do arranjo tipo B, considerado mais completo e seguro”.
(SUETA, 2014).
Para subsistemas de aterramento, na impossibilidade do aproveitamento das
armaduras das fundações, o arranjo a ser utilizado consiste em condutor em anel,
externo à estrutura a ser protegida, em contato com o solo por, pelo menos, 80 % do
seu comprimento total, ou elemento condutor interligando as armaduras descontínuas
da fundação (sapatas). Estes eletrodos de aterramento podem, também, ser do tipo
malha de aterramento. Devem ser consideradas medidas preventivas para evitar
eventuais situações que envolvam tensões superficiais perigosas. Embora 20 % do eletrodo convencional possa não estar em contato direto com o solo,
a continuidade elétrica do anel deve ser garantida ao longo de todo o seu comprimento.
(ABNT NBR 5419-3:2015, p. 17)
O gráfico de comprimento mínimo do eletrodo enterrado em função da resistividade do
solo que, de acordo com a norma antiga, considerava-se somente uma dependência para o nível
I (Figura 24), agora foi estendido, também, para o nível II (Figura 25).
Figura 24 – Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da
resistividade do solo.
(Fonte: ABNT NBR 5419:2005)
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44
Figura 25 – Comprimento mínimo do eletrodo de aterramento de acordo com a classe do
SPDA.
(Fonte: ABNT NBR 5419:2015 – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida)
O comprimento mínimo do eletrodo de aterramento não depende da resistividade do
solo para as classes de proteção III e IV. Ainda, de acordo com a ABNT NBR 5419-3:2015,
caso o solo apresente resistividade maior que 3000 Ω.m, as curvas devem ser prolongadas
utilizando as seguintes equações:
𝑙1 = 0,03𝜌 − 10 (Classe I) (3)
𝑙2 = 0,02𝜌 − 11 (Classe II) (4)
A ABNT NBR 5419:2005 previa um o valor máximo de 10 Ω para resistência de
aterramento. Na nova edição da norma, este valor foi excluído, visto que “a configuração do
aterramento e as ações para minimizar os eventuais potenciais de passo e de toque são mais
importantes do que um valor fixo de resistência”. (SUETA, 2015a).
3.2.4 Componentes
Um SPDA é principalmente composto por condutores, além das fixações e conexões.
Estes componentes devem suportar os esforços eletromecânicos gerados pela descarga
atmosférica, bem como os efeitos causados pelo ambiente de aplicação. Alguns eventos
desafiam esses componentes, como a corrosão causada pela composição do meio onde são
aplicados, a movimentação do solo e a fusão causada pela descarga atmosférica no ponto de
impacto. (OLIVEIRA, 2015).
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45
Em vista destas condições nas quais os componentes podem ser submetidos, a Tabela 5
da ABNT NBR 5419-3:2015 lista os materiais com os quais os componentes do SPDA devem
ser construídos e as condições de utilização destes componentes.
3.2.5 Fixações
A ABNT NBR 5419-3:2015 define, agora, distâncias máximas para a fixação dos
condutores do SPDA, a fim de evitar que forças eletrodinâmicas e mecânicas acidentais causem
o afrouxamento, ou até mesmo a quebra dos condutores. Os valores, de acordo com a norma,
são:
a) Até 1,0 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na horizontal;
b) Até 1,5 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na vertical ou inclinado;
c) Até 1,0 m para condutores rígidos (cabos e cordoalhas) na horizontal;
d) Até 1,5 m para condutores rígidos (cabos e cordoalhas) na vertical ou inclinado.
3.2.6 Materiais e Dimensões
A ABNT NBR 5419-3:2015 teve um avanço importante no que se diz respeito à
especificação dos condutores de captação, descida e aterramento. As Tabelas 3, 6 e 7 desta
norma, respectivamente, trazem uma especificação mais detalhada dos condutores, evitando,
assim, a utilização de condutores fora das normas, chamados “cabos comerciais”. (ALVES, N.,
2015a).
Uma mudança que esta revisão trouxe em relação à versão anterior é a coluna de
comentários, a qual apresenta dimensões complementares, além da seção. Deste modo, é
possível obter, por exemplo, diâmetros e espessuras para os condutores, permitindo, assim, uma
melhor seleção e, consequentemente, uma melhor qualidade. (OLIVEIRA, 2015).
3.2.7 Sistema Interno de Proteção Contra Descargas Atmosféricas
De acordo com a ABNT NBR 5419-3:2015, “o SPDA interno deve evitar a ocorrência
de centelhamentos perigosos dentro do volume de proteção e da estrutura a ser protegida,
devido à corrente da descarga atmosférica que flui pelo SPDA externo ou em outras partes
condutivas da estrutura”.
A norma também prevê duas medidas para se evitar o centalhamento perigoso:
Ligações equipotenciais;
Isolação elétrica.
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46
A equipotencialização é realizada através da interligação do SPDA com as instalações
metálicas, sistemas internos e partes condutivas externas. Esta ligação pode ocorrer
diretamente, por meio de condutores, ou indiretamente, por meio de dispositivos de proteção
contra surto (DPS) ou centelhadores. (ABNT NBR 5419-3:2015).
A ABNT NBR 5419:2005 previa a ligação entre a barras de equipotencialização locais
e os anéis horizontais que conectavam os condutores de descida para edificações maiores que
20 metros. De acordo com a ABNT NBR 5419-3:2015, essa ligação não deve ser realizada.
Sendo assim, deve ser instalada uma prumada vertical para interligação das barras de
equipotencialização locais (BEL) à barra de equipotencialização principal (BEP).
Outra pequena mudança que a ABNT NBR 5419-3:2015 trouxe é com relação as
dimensões mínimas dos condutores de equipotencialização, as quais são apresentadas nas
Tabelas 8 e 9 desta.
A isolação elétrica entre os subsistemas do SPDA, instalações metálicas e sistemas
internos pode ser obtida por meio da adoção de uma distância de segurança entre as partes que
seja superior à distância “s” (ABNT NBR 5419-3:2015), definida pela expressão (5).
𝑠 = 𝑘𝑖
𝑘𝑚. 𝑘𝑐 . 𝑙 (5)
Onde
ki de acordo com o nível de proteção escolhido para o SPDA;
kc de acordo com a corrente de descarga pelos condutores de descida;
km de acordo com o material isolante;
l é o comprimento expresso em metros (m), desde o ponto onde a distância de segurança
deve ser considerada até a equipotencialização mais próxima.
Na ABNT NBR 5419-3:2015, os valores do coeficiente ki para cada nível de proteção
foram suscintamente alterados, passando a ser 0,08 para o nível I, 0,06 para o nível II e 0,04
para os níveis III e IV. Já os valores dos kc e km permaneceram os mesmos.
3.2.8 Utilização de Ferragens Estruturais Como Parte do SPDA e Ensaio de
Continuidade
A ABNT NBR 5419-3:2015 descreve, com muito mais detalhes que a versão anterior
de 2005, a utilização das armaduras de concreto como parte integrante do SPDA natural, desde
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47
que sejam satisfeitas as condições de continuidade e que suas dimensões estejam de acordo com
os requisitos especificados para condutores de descidas e aterramento.
A utilização das armaduras de concreto protendido também passa a ser permitida como
parte integrante do SPDA, porém os cabos de aço não podem ser utilizados como condutores
das descargas elétricas. (ABNT NBR 5419-3:2015).
A continuidade elétrica das armaduras deve ser determinada a partir da medição da
resistência ôhmica entre os segmentos da estrutura. Esta medição deve ser realizada com
instrumentos que forneçam corrente elétrica entre 1 A e 10 A, à uma frequência diferente de 60
Hz e seus múltiplos. Também, é importante salientar que a corrente do instrumento deve ser
suficiente para garantir precisão na medição sem danificar a estrutura. (ABNT NBR 5419-
3:2015 – Anexo F).
O ensaio de continuidade elétrica de armaduras de concreto agora deve ser realizado em
duas etapas: uma primeira verificação, com o objetivo de determinar se é possível a utilização
destas armaduras como parte integrante do SPDA (valor máximo de 1 Ω), e uma verificação
final, na qual as medições devem ser feitas entre o ponto mais alto do subsistema de captação
e o de aterramento, sendo o valor máximo de 0,2 Ω. (SUETA, 2015a).
Ainda, de acordo com a norma vigente, para a primeira verificação, as medições devem
ser realizadas em todos os pilares conectados ao subsistema de captação, com exceção para
edificações com perímetros maiores que 200 m, em que 50% das medições necessárias sejam
da mesma ordem de grandeza e menores que 1 Ω. As medições devem ser realizadas entre
diferentes trechos da edificação, como medições cruzadas (parte inferior de um pilar com a
parte superior de outro pilar), medições somente na parte inferior e medições em trechos
intermediários, as quais têm a finalidade de verificar a conexão entre pilares, continuidade de
baldrames e trechos da fundação e eventuais pontos de descontinuidade, respectivamente.
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48
4 Metodologia
Para exemplificar qual o impacto das mudanças abordadas no capítulo 3, apresenta-se, no
capítulo 5, um estudo de caso realizado por meio de verificações, avaliando se dois prédios da
Universidade Federal de Itajubá – projetados coforme a norma de 2005 – estariam de acordo com
a norma de SPDA revisada de 2015.
As edificações, alvos deste estudo, são os edifícios do CEDUC (Centro de Educação) e
do Hangar, ambos situados no campus de Itajubá – MG. Suas principais atividades são,
respectivamente, desenvolver pesquisas na área de educação, ensino e extensão e ser um
laboratório do curso de Engenharia Mecânica Aeronáutica.
O prédio do CEDUC, mostrado na Figura 26, tem, aproximadamente, 36,5 metros de
comprimento, 28,1 metros de largura e 9,5 metros de altura, sendo construído em alvenaria com
cobertura metálica. O edifício do centro de educação tem uma arquitetura diferenciada não-
uniforme, onde um aglomerado de prédios menores se une, formando um prédio principal. Já o
Hangar, mostrado na Figura 27, tem, aproximadamente, 22,4 metros de comprimento 10,3
metros de altura e 30,4 metros de largura, sendo construído, também, em alvenaria com
cobertura metálica.
Figura 26 – Prédio do CEDUC.
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49
Figura 27 – Prédio do Hangar.
Antes do início da inspeção visual, foram localizados os projetos de instalação do SPDA
junto à prefeitura do campus da Universidade, os quais foram desenvolvidos com base na norma
ABNT NBR 5419:2005. A seguir, descreve-se os pontos chave observados durante a análise.
Ambos os prédios foram projetados segundo o Método da Gaiola de Faraday.
Sistema de Captação
a) Tipo de captação;
b) Dimensão e especificação do material utilizado para composição da malha da gaiola
de Faraday;
c) Distância entre as malhas;
d) Presença ou não de captores na malha;
e) Material utilizado na interligação entre as malhas;
f) Interligação dos materiais metálicos localizados do telhado com o sistema de captação
do SPDA (ex.: chaminés, antenas, etc.);
g) Distância entre as fixações dos condutores.
Sistema de Descida
a) Tipo de descida;
b) Dimensão e especificação do material utilizado para composição das descidas;
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50
c) Número de descidas;
d) Distância entre as descidas;
e) Sistema com ou sem isolação;
f) Uso de proteção mecânica;
g) Presença de anéis de equipotencialização intermediários;
h) Presença de conectores de medição;
i) Distância entre as fixações.
Sistema de Aterramento
a) Tipo do eletrodo de aterramento;
b) Número de hastes de aterramento;
c) Tipo de conexão entre os cabos/ hastes;
d) Interligação do aterramento com os demais sistemas;
e) Dimensão e especificação dos cabos utilizados para composição do aterramento;
f) Presença ou não de anel de aterramento enterrado a, pelo menos, 50 cm do solo;
g) Comprimento dos eletrodos de aterramento.
Após o levantamento de todos os dados, realizou-se o estudo de comparação do projeto
do sistema de SPDA de ambos os prédios, identificando se os parâmetros analisados
apresentavam diferenças, ou não, com a norma vigente (ABNT 5419:2015-3).
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51
5 Análise dos projetos de SPDA segundo a ANBT NBR
5419:2015 – 3: Danos Físicos a Estruturas e Perigos à
vida
5.1 Edifício CEDUC
Para analisar o projeto de SPDA do prédio do CEDUC – Centro de Educação da
UNIFEI de acordo com a ABNT NBR 5419:2015, desconsiderou-se a fase de gerenciamento
de riscos. Ou seja, como a estrutura já possui SPDA, considerou-se mantida sua necessidade e,
ainda, seu nível de proteção.
A proteção adotada no projeto inicial foi de Nível II, na qual os parâmetros normativos
da ABNT NBR 5419:2015 garantem eficiência máxima de 98% e mínima de 97%.
5.1.1 Subsistema de Captação
a. Levantamento do Sistema de SPDA
Na cobertura do prédio do CEDUC, por meio do método de gaiola de Faraday,
elaborou-se um sistema de captação de descargas atmosféricas natural formado por telhas de
alumínio com espessura de 0,5 mm, conforme visto na Figura 28.
Figura 28 - Subsistema de Captação do projeto de SPDA do CEDUC.
(Fonte: UNIFEI.NUTEG-01-TERREO.COB.DET-SPDA-PE-R1.dwg 2011. “Instalações de SPDA”, folha 01/02,
Itajubá-MG: Projex Engenharia LTDA.)
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52
Todas as estruturas metálicas existentes na cobertura do prédio estão interligadas,
visando a equipotencialização do sistema. A interligação dessas estruturas é feita por meio de
barra chata de alumínio ¾” x ¼” x 3 m, fixada nas telhas metálicas com rebite tipo pop em
alumínio Ø ¼” x 35 mm, como pode ser verificado nas Figura 29 e Figura 30.
Figura 29 - Descida e fixação da barra de alumínio.
(Fonte: UNIFEI.NUTEG-01-TERREO.COB.DET-SPDA-PE-R1.dwg 2011. “Instalações de SPDA”, folha
01/02, Itajubá-MG: Projex Engenharia LTDA.)
O projeto do SPDA do prédio do CEDUC (Figura 28) não previu cobertura metálica
no vão central, nem ligações equipotenciais entre as outras telhas metálicas. Porém, no
momento da inspeção visual, notou-se que, nesta área, existe uma cobertura de vigas e telhas
metálicas, mostradas na Figura 26. Além disso, foi possível verificar que foram realizadas
ligações equipotenciais com as outras telhas metálicas (Figura 30).
Figura 30 – Ligações equipotenciais entre as telhas metálicas.
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53
b. Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419
Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, é possível
identificar, no levantamento do sistema de SPDA realizado acima, algumas diferenças com a
norma vigente. São elas:
Espessura da telha de alumínio do sistema de captação natural
2005
A espessura da telha de alumínio (0,5 mm) se enquadra na mínima requerida pela
tabela 4 da ABNT NBR 5419:2005.
2015
A tabela 3 da ABNT NBR 5419-3:2015 atualiza essas dimensões, na qual a nova
espessura mínima deve ser de 0,65 mm.
5.1.2 Subsistema de Descida
a. Levantamento do Sistema de SPDA
Para a interligação do subsistema de captação ao subsistema de aterramento, existem
9 descidas verticais feitas com fita de alumínio ¾” x ¼” x 3 m, sem isolação.
Para cada descida, onde há fácil acesso de pessoas, as fitas metálicas estão protegidas
(proteção mecânica) por tubos PVC de 1” a 2 metros do solo, como mostrado nas Figura 31 e
Figura 32. Há, também, caixas de medição, para que possa ser feita a desconexão entre os
subsistemas de descida e aterramento em futuras vistorias.
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54
Figura 31 – Projeto da descida em barra chata de alumínio.
(Fonte: UNIFEI.NUTEG-01-TERREO.COB.DET-SPDA-PE-R1.dwg 2011. “Instalações de SPDA”, folha 01/02,
Itajubá-MG: Projex Engenharia LTDA.)
Figura 32 – Descida em barra chata de alumínio - CEDUC.
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55
Na instalação, não consta descida horizontal em forma de anel por fita de alumínio
conectada às descidas verticais, atendendo a ABNT NBR 5419-2005, item 5.1.2.3.2, o qual
informa que esse anel só necessita ser inserido a cada 20 metros.
b. Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419
Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, é possível
identificar, no levantamento do sistema de SPDA realizado acima, algumas diferenças com a
norma vigente. São elas:
Número mínimo de descidas
De acordo com a expressão 2, define-se o número mínimo de descidas como a razão
entre o perímetro da edificação pela distância máxima entre as descidas, conforme nível de
proteção.
2005
O espaçamento médio dos condutores de descida não naturais é definido pela Tabela
5, para o nível II de proteção, como sendo 15 metros. O perímetro aproximado do prédio do
CEDUC é de 128 metros. Sendo assim,
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 =𝑃𝑐𝑜
𝐷𝑐𝑑=
128
15 (6)
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 ≅ 9 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑖𝑑𝑎𝑠 (7)
O número de descidas do subsistema está conforme a ABNT NBR 5419:2005, já que
o prédio possui 9 descidas instaladas. O material da descida, fita de alumínio ¾” x ¼” (120
mm²), está seguindo as diretrizes da tabela 3 da ABNT NBR 5419:2005, que especifica uma
seção mínima de 25 mm² para descidas de alumínio, em estruturas até 20 metros de altura.
2015
A Tabela 6 atualiza essas dimensões, na qual o espaçamento típico dos condutores de
descida, para o nível II de proteção, deve ser de 10 metros. Sendo assim,
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56
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 =𝑃𝑐𝑜
𝐷𝑐𝑑=
128
10 (8)
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 ≅ 13 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑖𝑑𝑎𝑠 (9)
Dessa maneira, o número de descidas do prédio do CEDUC está diferente do prescrito
na norma vigente. Ainda, encontra-se diferenças no espaçamento entre a maioria das descidas,
mesmo que a norma revisada preveja uma tolerância de, no máximo, 20% para este.
O material da descida está seguindo as diretrizes da tabela 6 da ABNT NBR 5419-
3:2015, que especifica uma seção mínima de 70 mm² para descidas de alumínio, mesmo que
esta tenha sido atualizada para a nova versão.
5.1.3 Subsistema de Aterramento
a. Levantamento do Sistema de SPDA
Encontra-se na interligação do subsistema de descida com o de aterramento um
condutor de descida de cobre, vindo da caixa de inspeção, de 35 mm², conectado à haste de
aterramento tipo “copperweld” alta camada (254 mícrons) de Ø ⅝” x 2,40 m.
Figura 33 – Componentes conectados a haste de aterramento.
(Fonte: UNIFEI.NUTEG-01-TERREO.COB.DET-SPDA-PE-R1.dwg 2011. “Instalações de SPDA”, folha 01/02,
Itajubá-MG: Projex Engenharia LTDA.)
No total, são 9 hastes de aterramento, todas conectadas entre si, formando um anel de
equipotencialização por meio de um cabo de cobre de 50 mm². Todas as conexões do
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57
aterramento foram executadas por meio de solda exotérmica. A Figura 33 apresenta a situação
relatada acima.
De acordo com a Figura 34, o anel de aterramento está enterrado a, pelo menos, 50 cm
do solo, em pelo menos 80% do perímetro da construção e tem uma distância de 1 m do prédio.
Figura 34 – Vala da malha de aterramento.
(Fonte: UNIFEI.NUTEG-01-TERREO.COB.DET-SPDA-PE-R1.dwg 2011. “Instalações de SPDA”, folha 01/02,
Itajubá-MG: Projex Engenharia LTDA.)
b. Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419
Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, no
levantamento do sistema de SPDA realizado acima, não se encontrou diferenças em relação à
norma vigente.
Tipo de aterramento
2005
A norma previa dois tipos de aterramento: A – pontual; B – em anel. O sistema instalado
no prédio do CEDUC é o tipo B, onde são, no total, 9 hastes, todas conectadas entre si, formando
um anel de equipotencialização.
2015
O projeto para o CEDUC não foi afetado pela mudança dos tipos de aterramento na
norma vigente, já que a revisão suprimiu, apenas, o aterramento tipo A.
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58
5.2 Edifício Hangar
Para analisar as diferenças do projeto de SPDA do prédio do Hangar de acordo com a
ABNT NBR 5419:2015, também se desconsiderou a fase de gerenciamento de riscos.
A proteção adotada no projeto inicial foi de Nível II, a qual foi mantida nesta análise,
garantindo aos parâmetros normativos da ABNT NBR 5419:2015, para este nível, eficiência
máxima de 98% e mínima de 97%.
5.2.1 Subsistema de Captação
a. Levantamento do Sistema de SPDA
Na cobertura do prédio do Hangar, por meio do método de gaiola de Faraday,
elaborou-se um sistema de captação misto utilizando-se, como captores não naturais, cabos de
cobre de 35 mm² e, como captores naturais, telhas de alumínio com espessura de 0,5 mm,
conforme visto na Figura 35.
Figura 35 – Subsistema de captação do projeto de SPDA do Hangar.
(Fonte: 02-UNIFEI-HAN-SPDA-02-03-0. “Instalações de SPDA”, folha 02/03, Itajubá-MG.)
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59
b. Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419
Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, é possível
identificar, no levantamento do sistema de SPDA realizado acima, algumas diferenças com a
norma vigente. São elas:
Espessura da telha de alumínio do sistema de captação natural
2005
A espessura da telha de alumínio (0,5 mm) se enquadra na mínima requerida pela
tabela 4 da ABNT NBR 5419:2005.
2015
A tabela 3 da ABNT NBR 5419-3:2015 atualiza essas dimensões, na qual a nova
espessura mínima deve ser de 0,65 mm.
5.2.2 Subsistema de Descida
a. Levantamento do Sistema de SPDA
Para a interligação do subsistema de captação ao subsistema de aterramento, existem
14 descidas verticais feitas com fita de alumínio ⅞” x ⅛” x 3 m, sem isolação.
Para cada descida, onde há fácil acesso de pessoas, as fitas metálicas estão protegidas
(proteção mecânica) por tubos PVC de 1” a 2,3 metros do solo ou embutidas na estrutura de
alvenaria do prédio, como nas Figura 36 e Figura 37. Há, também, caixas de medição, para que
possa ser feita a desconexão entre os subsistemas de descida e aterramento em futuras vistorias.
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60
Figura 36 – Projeto da descida em barra chata de alumínio – Hangar.
(Fonte: 03-UNIFEI-HAN-SPDA-03-03-0. “Instalações de SPDA”, folha 03/03, Itajubá-MG.)
Figura 37 – Descida em barra chata de alumínio – Hangar.
Na instalação, não consta descida horizontal em forma de anel por fita de alumínio
conectada às descidas verticais, seguindo a ABNT NBR 5419-2005, item 5.1.2.3.2, o qual
informa que esse anel só necessita ser inserido a cada 20 metros.
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b. Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419
Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, é possível
identificar, no levantamento do sistema de SPDA realizado acima, algumas diferenças com a
norma vigente. São elas:
Número mínimo de descidas
2005
O espaçamento médio dos condutores de descida não naturais é definido pela tabela 5,
para o nível II de proteção, como sendo 15 metros. O perímetro aproximado do prédio do
Hangar é de 105,6 metros. Sendo assim,
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 =𝑃𝑐𝑜
𝐷𝑐𝑑=
105,6
15 (10)
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 ≅ 7 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑖𝑑𝑎𝑠 (11)
O número de descidas do subsistema está conforme a ABNT NBR 5419:2005, já que
o prédio possui 14 descidas instaladas. O material da descida, fita de alumínio ⅞” x ⅛” (70
mm²), está seguindo as diretrizes da tabela 3 da ABNT NBR 5419:2005, que especifica uma
seção mínima de 25 mm² para descidas de alumínio, em estruturas até 20 metros de altura.
2015
A tabela 6 atualiza essas dimensões, na qual o espaçamento típico dos condutores de
descida, para o nível II de proteção, deve ser de 10 metros. Sendo assim,
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 =𝑃𝑐𝑜
𝐷𝑐𝑑=
105,6
10 (12)
𝑁𝑐𝑑 𝑚í𝑛 ≅ 11 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑖𝑑𝑎𝑠 (13)
Dessa maneira, o número de descidas do prédio do Hangar continua de acordo com a
norma vigente, visto que o projeto executado apresenta 14 descidas.
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O material da descida está seguindo as diretrizes da tabela 6 da ABNT NBR 5419-
3:2015, que especifica uma seção mínima de 70 mm² para descidas de alumínio, mesmo que
esta tenha sido atualizada para a nova versão.
5.2.3 Subsistema de Aterramento
a. Levantamento do Sistema de SPDA
Encontra-se no subsistema de aterramento um condutor de descida de cobre, vindo da
caixa de inspeção, de 50 mm², conectado à haste de aterramento tipo copperweld alta camada
(254 mícrons) de Ø ⅝” x 3,00 m por meio de conectores mecânicos do tipo cabo-haste.
No total, são 14 hastes de aterramento, todas conectadas entre si, formando um anel
de aterramento, por meio de um cabo de cobre de 50 mm². No projeto (Figura 38), também é
previsto que este anel de aterramento seja conectado no seu interior, formando assim uma malha
de aterramento com 4 módulos de 12,2 m x 16,8 m.
Figura 38 – Subsistema de aterramento – Hangar.
(Fonte: 01-UNIFEI-HAN-SPDA-01-03-0. “Instalações de SPDA”, folha 01/03, Itajubá-MG.)
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De acordo com o projeto (Figura 39), o anel de aterramento deve ser enterrado a, pelo
menos, 50 cm do solo, em pelo menos 80% do perímetro da construção e ter uma distância de
1 m do prédio.
Figura 39 – Vala para malha de aterramento – Hangar.
(Fonte: 03-UNIFEI-HAN-SPDA-03-03-0. “Instalações de SPDA”, folha 03/03, Itajubá-MG.)
b. Comparativo entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419
Analisando os novos padrões estabelecidos pela ABNT NBR 5419-3:2015, no
levantamento do sistema de SPDA realizado acima, não se encontrou diferenças em relação à
norma vigente. Veja:
Tipo de aterramento
2005
A norma previa dois tipos de aterramento: A – pontual; B – em anel. O sistema instalado
no prédio do hangar é o tipo B, onde são, no total, 14 hastes, todas conectadas entre si, formando
um anel de equipotencialização.
2015
O projeto para o hangar não foi afetado pela mudança dos tipos de aterramento na norma
vigente, já que a revisão suprimiu, apenas, o aterramento tipo A.
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5.3 Dificuldades na Análise de Conformidades
Durante a etapa de análise de conformidades dos SPDA, algumas barreiras foram
encontradas ao se comparar dados e especificações nos designs, impossibilitando a verificação
exata dos parâmetros do projeto construído.
No período de verificação da instalação real (física) dos SPDAs, a necessidade de
autorização e treinamentos/certificações para subir nos telhados das edificações e verificar os
dados, principalmente dos sistemas de captação de ambos os prédios, impossibilitou ter-se
acurácia nos dados coletados visualmente.
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6 Análise Econômica das Adaptações
A análise comparativa entre as versões de 2005 e 2015 da ABNT NBR 5419 permitiu
observar que vários parâmetros de cada subsistema dos SPDAs instalados nos edifícios do
CEDUC e do HANGAR sofreriam alterações se projetados conforme a norma de 2015. Essas
alterações resultariam no aumento ou na redução da quantidade de materiais utilizados na
construção do sistema, o que, irrefutavelmente, implicaria em uma alteração nos custos do
projeto.
Visando analisar qual seria o impacto financeiro que essas alterações trariam aos projetos
instalados nos prédios da Universidade Federal de Itajubá, fez-se uma análise econômica das
adaptações levantadas no capítulo 5. Para tal, estimou-se a variação do custo de implementação
dos Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas em ambos os prédios. Os preços dos
componentes foram estimados com base em cotações de fornecedores online. Ainda, para se
conseguir uma avaliação mais ampla do Subsistema de Captação, criou-se um cenário adicional
para comparar a captação natural com malhas construídas com condutores de cobre 35 mm².
As Tabelas 7 e 8 trazem os preços dos componentes dos subsistemas de captação, descida
e aterramento do CEDUC, considerando o projeto sendo executado com base na ABNT NBR
5419:2005 e ABNT NBR 5419-3:2015. Além disso, inclui-se na análise os cenários de captação
natural e Gaiola de Faraday (malhas).
Tabela 7 – Custo dos componentes considerando captação natural – CEDUC.
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Tabela 8 - Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – CEDUC.
A partir das tabelas acima, pode-se perceber que houve um aumento de mais de 20% no
custo do projeto em ambos os cenários, quando referidos à ABNT NBR 5419-3:2015. A figura
40 apresenta uma visualização gráfica desta diferença percentual.
Figura 40 – Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – CEDUC.
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As Tabelas 9 e 10 trazem os preços dos componentes dos subsistemas de captação, descida
e aterramento do HANGAR, considerando o projeto sendo executado com base na ABNT NBR
5419:2005 e ABNT NBR 5419-3:2015. Além disso, inclui-se na análise os cenários de captação
natural e Gaiola de Faraday (malhas).
Tabela 9 – Custo dos componentes considerando captação natural – HANGAR.
Tabela 10 – Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de Faraday – HANGAR.
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Tabela 10 (continuação) – Custo dos componentes considerando captação por Gaiola de
Faraday – HANGAR.
A partir das tabelas acima, pode-se perceber que houve um aumento no custo de ambos
os cenários quando referidos à ABNT NBR 5419-3:2015. A figura 41 apresenta uma
visualização gráfica desta diferença percentual.
Figura 41- Aumento percentual do custo do projeto de SPDA – HANGAR.
Ao se analisar as informações contidas nos gráficos acima e compará-las com os da
Figura 40, nota-se uma discrepância no aumento percentual quando se considera o cenário
adicional de captação por Gaiola de Faraday. Esta se dá pelo fato de que, para o HANGAR, não
houve alterações no projeto do Subsistema de Descida, o que não acontece no CEDUC.
Nestas análises, foram desconsideradas as inserções de minicaptores Franklin no
Subsistema de Captação (opcionais) e, ainda, design, mão-de-obra para implantação, preços de
telhas na captação por Gaiola de Faraday, fixações e conexões.
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7 Conclusão
Visando mitigar os efeitos negativos trazidos pelas descargas, a ABNT fundamentou
uma Norma Brasileira (ABNT NBR 5419) para os Sistemas de Proteção contra Descargas
Atmosféricas (SPDAs), com base no consenso da sociedade. Essa norma regulamenta as boas
práticas a serem seguidas por projetistas e usuários e, mesmo não tendo força de lei, torna-se
obrigatória quando essa condição é estabelecida pelo poder público. As boas práticas são
definidas por meio de pesquisas, desenvolvimento tecnológico, experimentação técnica, sendo
a essência da normalização técnica, contando sempre com a participação da sociedade à qual
esta é designada.
Com o passar dos anos, as Normas Brasileiras estão se tornando cada vez mais
conceituais e complexas, envolvendo várias áreas tecnológicas. A ABNT NBR 5419 passou,
recentemente, por uma atualização no ano de 2015.
A nova norma traz, com detalhes, o fenômeno da descarga atmosférica e seus
parâmetros de uma forma mais cientíca e mais abrangente apresentando os diferentes
tipos de descargas e seus parâmetros, indicando as inuências de cada um deles nos
diversos tipos de danos possíveis. Além disto, apresenta as diversas formas de
simulação dos efeitos das descargas, sejam através de ensaios em laboratórios como,
também, através de modelamentos matemáticos e computacionais. A publicação da
nova norma brasileira é um marco na ciência de proteção de estruturas e pessoas
contra descargas atmosféricas. Se a versão 2005 da norma brasileira apresentava de
forma resumida e cartesiana os conceitos e parâmetros de proteção, a nova versão
amplia estes conceitos e apresenta, de uma forma mais científica e abrangente,
diversos aspectos de proteção a possíveis danos relacionados às descargas
atmosféricas. (SUETA, 2015b, p.22)
Atualizações nas Normas Brasileiras requerem a atenção de todos. Muitas instalações
que foram antes construídas seguindo as orientações da versão da ABNT NBR 5419:2005,
podem apresentar diferenças em relação à ABNT NBR 5419-3:2015. Pensando nisto, este
trabalho apresentou as mudanças mais significativas entre os dois textos mais recentes,
destacando os pontos que necessitam de atenção dos projetistas, bem como de todos envolvidos
neste âmbito.
Para destacar com clareza as mudanças, propôs-se desenvolver uma análise técnica entre
as duas versões da mesma norma em dois edifícios da Universidade Federal de Itajubá
(UNIFEI), verificando diversos pontos em todos subsistemas do SPDA, conforme detalhado no
capítulo 4 desta monografia.
A partir dos resultados obtidos nesta comparação verificou-se que, em ambos os projetos
analisados, as principais diferenças trazidas pela ABNT 5419-3:2015 foram relacionadas ao
número de descidas, o espaçamento entre elas e também em relação a dimensões dos materiais
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utilizados nos sistemas de SPDA, como, por exemplo, a espessura das telhas de alumínio
utilizadas como sistema de captação natural.
A análise financeira apresentada no capítulo 6 mostra que, devida rigidez no
dimensionamento dos parâmetros, a alteração na norma poderia causar também um impacto
financeiro nos projetos de SPDA dos prédios do HANGAR e do CEDUC. Nos casos analisados,
pôde-se verificar que a adequação dos projetos à nova norma resultaria em um aumento
considerável no custo final da instalação.
Para outros projetos que não os objetos deste estudo, esta mesma análise econômica
poderia mostrar que o aumento no custo poderia ser mínimo ou nulo. Tudo depende do nível
de proteção no qual o edifício se enquadra, bem como no projeto já instalado e qual norma foi
utilizada como referência na época de implantação.
Todas as análises feitas nesta monografia têm o intuito de, apenas, ilustrar as
modificações encontradas entre a ABNT NBR 5419:2005 e a ABNT NBR 5419-3:2015.
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8 Referências
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<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/gaiola-faraday.htm>. Acesso em: 21 de abril de
2017.
ALVES, Normando V. B. Considerações importantes sobre a ABNT NBR 5419 – Partes 3 e 4.
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maio de 2017.
ALVES, Normando V. B. Nova abordagem para os métodos de captação. Portal O Setor
Elétrico, 2015b. Disponível em: <http://www.osetoreletrico.com.br/2016/2015/04/20/nova-
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