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RINDAT – Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas atmosféricas

O Brasil é um campeão quando se fala em descargas atmosféricas, aqui é onde existe a maior incidência de raios no mundo,  esse fenômeno é muito perigoso e anualmente causa milhões de reais em danos materiais e dezenas de vitimas fatais. Fizemos dois  artigos com circuitos eletrônicos bem interessante de  Detector de Raios: Detector de Raios 1Detector de Raios 2.

Para os técnicos eletrônicos que trabalham na área de reparo, as descargas atmosféricas são a fonte de grande parte dos consertos, principalmente na época das chuvas. Eu mesmo já perdi a conta de quantos receptores de parabólica e modens se queimaram durante uma tempestade elétrica.

O que são Raios

Raio é um poderoso fluxo repentino de energia elétrica, uma descarga eletrostática, acompanhada por trovões que ocorrem durante uma tempestade elétrica . Eles ocorrem na atmosfera, entre regiões eletricamente carregadas, que causam uma grande quantidade de radiação eletromagnética, além de outros fenômenos como o relâmpago, trovão e ressonância Schumann. Esse fenômeno ocorre na zona tropical e principalmente sobre os continentes.

As grandezas físicas de um raio é algo impressionante, um raio de uma nuvem que alcança o solo pode ter uma corrente elétrica média de 20 kA de tensão negativa ou 200 kA de tensão positiva, dura apenas 0,20 segundos e pode chegar a uma temperatura de 30K°C. Se levarmos em conta que ocorrem no planeta 75 raios por segundo, é possível imaginar o perigo que corremos.

A tipo de descarga atmosférica pode ser classificada como:

nuvem-solo = O Raio sai da Nuvem para a Terra
solo-nuvem = O Raio sai da Terra para a Nuvem
intra-nuvem = O Raio percorre o interior de uma
entre nuvens = O Raio sai da Nuvem para outra Nuvem

RINDAT

Pela grande quantidade de Raios que cem no Brasil foi criado a RINDAT, que é a sigla de rede integrada de detecção de descargas atmosféricas. Ela é uma rede de detecção em LF e VHF que permite a detectar descargas atmosféricas que atingem o solo. O sistema registra o instante preciso de ocorrência, a localização do ponto de impacto e características físicas como intensidade e polaridade. Isso é feito mediante um conjunto de sensores remotos que detecta a radiação eletromagnética (EM) emitida pelos relâmpagos na faixa entre 100 kHz a 300 kHZ, analisa os sinais recebidos por intermédio de algoritmos específicos e elimina aqueles cujas fontes não tenham sido descargas atmosféricas.

RINDAT – Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas atmosféricas
RINDAT – Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas atmosféricas

Cada sensor que tenha detectado um evento válido envia os dados obtidos (os quais consistem basicamente no horário do evento e a forma de onda da radiação) para um sistema central de processamento, que calcula os parâmetros de cada descarga. Por fim, a central de processamento armazena toda a informação disponível em bancos de dados específicos, permitindo assim consultas posteriores às soluções determinadas em tempo real e o reprocessamento dos dados utilizando-se diferentes padrões de configuração e diferentes combinações dos sensores que compõem a rede.

Além desses recursos, o usuário também poderá selecionar algumas opções de visualização no mapa através das abas (na parte superior) detalhadas a seguir.

A RINDAT apresenta um novo conceito em exibição de dados de descargas atmosféricas. O novo mapa utiliza a plataforma Google Maps® e adota o conceito de atividade elétrica, que é calculada a partir dos dados da rede. O termo atividade elétrica é usado para definir as regiões onde estão ocorrendo descargas atmosféricas, independente do tipo de descarga. O novo mapa representa, através de diferentes cores, diferentes intensidades da atividade elétrica.

O usuário tem acesso a dois níveis de “zoom” para visualizar a atividade elétrica sobre a região de seu interesse. É possível mover o mapa e aplicar o “zoom” através dos controles exibidos no canto superior esquerdo do mapa. No canto superior direito, é possível alternar entre os diferentes tipos de mapas disponibilizados pelo Google Maps (terreno, satélite ou híbrido)..

 RINDAT e Raios

Descargas atmosféricas são as causadoras de muito prejuízo na area da eletrônica, quem nunca perdeu um equipamento queimado pela descarga elétrica?

Descargas atmosféricas são descargas elétricas de grande extensão (alguns quilômetros) e de grande intensidade (picos de intensidade de corrente acima de um k àmpere), que ocorrem devido ao acúmulo de cargas elétricas em regiões localizadas da atmosfera, em geral dentro de tempestades. A descarga inicia quando o campo elétrico produzido por estas cargas excede a capacidade isolante, também conhecida como rigidez dielétrica, do ar em um dado local na atmosfera, que pode ser dentro da nuvem ou próximo ao solo.

Quebrada a rigidez, tem início um rápido movimento de elétrons de uma região de cargas negativas para uma região de cargas positivas. Existem diversos tipos de descargas, classificadas em função do local onde se originam e do local onde terminam.

Como ocorrem

Descargas atmosféricas podem ocorrer da nuvem para o solo, do solo para a nuvem, dentro da nuvem, da nuvem para um ponto qualquer na atmosfera, denominados descargas no ar, ou ainda entre nuvens.

De todos os tipos de descargas, as intra-nuvem são as mais freqüentes, em parte devido ao fato de a capacidade isolante do ar diminuir com a altura em função da diminuição da densidade do ar, em parte devido às regiões de cargas opostas dentro da nuvem estarem mais próximas que no caso dos outros relâmpagos. Globalmente, elas representam cerca de 70% do número total de descargas. Este percentual varia com a latitude geográfica, sendo em torno de 80-90% em regiões próximas ao equador geográfico e em torno de 50-60% em regiões de médias latitudes.

Descargas nuvem-solo

As descargas nuvem-solo, também denominados raios, são as mais estudados devido ao seu caráter destrutivo. Elas podem ser divididas em dois tipos ou polaridades, definidas em função do sinal da carga efetiva transferida da nuvem ao solo: negativas e positivas.

Os raios negativos, globalmente cerca de 90% dos raios, transferem cargas negativas (elétrons) de uma região carregada negativamente dentro da nuvem para o solo. Os raios positivos, cerca de 10%, transferem cargas positivas de uma região carregada positivamente dentro da nuvem para o solo (na realidade, elétrons são transportados do solo para a nuvem).

Os raios duram em média em torno de um quarto de segundo, embora valores variando desde um décimo de segundo a dois segundos têm sido registrados. Durante este período, percorrem na atmosfera trajetórias com comprimentos desde alguns quilômetros até algumas dezenas de quilômetros.

A corrente elétrica, por sua vez, sofre grandes variações desde algumas centenas de àmperes até centenas de quiloàmperes. A corrente flui em um canal com um diâmetro de uns poucos centímetros, denominado canal do relâmpago, onde a temperatura atinge valores máximos tão elevados quanto algumas dezenas de milhares de graus e a pressão valores de dezenas de atmosferas.

Embora o raio possa parecer para o olho humano uma descarga contínua, na verdade em geral ele é formado de múltiplas descargas, denominadas descargas de retorno, que se sucedem em intervalos de tempo muito curtos. Ao número destas descargas, dá-se o nome de multiplicidade do raio. Durante o intervalo entre as descargas, variações lentas e rápidas de corrente podem ocorrer.

Raios de Polaridade Negativa

Um raio negativo é formado por diversas etapas. Ele inicia com fracas descargas na região de cargas negativas dentro da nuvem, em geral em torno de 5 km, que se deslocam em direção ao centro inferior de cargas positivas ao longo de um período de cerca de 10 millisegundos (ms) denominado período de quebra de rigidez preliminar.

Ao final do processo de quebra de rigidez, uma fraca descarga luminosa, geralmente não visível, denominada líder escalonado, se propaga para fora da nuvem em direção ao solo com uma velocidade em torno de 400.000 km/h ao longo do canal de relâmpago. Por transportar cargas negativas, o líder escalonado é dito ser negativo.

Como se proteger dos raios ?

Os raios podem ser perigosos. Quando raios estão caindo próximo, você esta sujeito a ser atingido diretamente por eles. A chance de uma pessoa ser atingida por um raio é algo em torno de 1 para 1 milhão. Entretanto, a maioria das mortes e ferimentos não são devido a incidência direta e sim a efeitos indiretos associados a incidências próximas ou efeitos secundários dos raios e efeitos secundários normalmente associados com incêndios ou queda de linhas de energia induzidos por descargas que venham a atingir uma pessoa.

A corrente do raio pode causar sérias queimaduras e outros danos ao coração, pulmões, sistema nervoso central e outras partes do corpo, através de aquecimento e uma variedade de reações eletroquímicas. A extensão dos danos depende sobre a intensidade da corrente, as partes do corpo afetadas, as condições físicas da vítima, e as condições específicas do incidente.

Cerca de 20 a 30 % das vítimas de raios morrem, a maioria delas por parada cardíaca e respiratória, e cerca de 70 % dos sobreviventes sofrem por um longo tempo de sérias seqüelas psicológicas e orgânicas. As seqüelas mais comuns são diminuição ou perda de memória, diminuição da capacidade de concentração e distúrbios do sono. No Brasil é estimado que cerca de 100 pessoas morrem por ano atingidas por raios e cerca de 500 ficam feridas. De modo a evitar os acidentes descritos acima, procure seguir as recomendações listadas abaixo.

Quais os principais cuidados com o raio ?

Se possível, não saia para a rua ou não permaneça na rua durante tempestades, a não ser que seja absolutamente necessário. Nestes casos, procure abrigo nos seguintes lugares: carros não conversíveis, ônibus ou outros veículos metálicos não conversíveis; em moradias ou prédios, de preferência que possuam proteção contra raios; em abrigos subterrâneos, tais como metros ou túneis; em grandes construções com estruturas metálicas; em barcos ou navios metálicos fechados; e finalmente em desfiladeiros ou vales. Se estiver dentro de casa, evite: usar telefone, a não ser que seja sem fio; ficar próximo de tomadas e canos, janelas e portas metálicas; tocar em qualquer equipamento elétrico ligado a rede elétrica. Se estiver na rua, evite: segurar objetos metálicos longos, tais como varas de pesca, tripés e tacos de golfe; empinar pipas e aeromodelos com fio; andar à cavalo; nadar; e ficar em grupos.

Se possível, evite os seguintes lugares que possam oferecer pouca ou nenhuma proteção contra raios: pequenas construções não protegidas, tais como celeiros, tendas ou barracos; veículos sem capota, tais como tratores, motocicletas ou bicicletas; estacionar próximo a arvores ou linhas de energia elétrica.

Se possível, evite também certos locais que são extremamente perigosos durante uma tempestade, tais como: topos de morros ou cordilheiras; topos de prédios; áreas abertas, campos de futebol ou golfe; estacionamentos abertos e quadras de tênis; proximidade de cercas de arame, varais metálicos, linhas aéreas, trilhos e árvores isoladas; estruturas altas, tais como torres, linhas telefônicas e linhas de energia elétrica.

Se você estiver em um local sem um abrigo próximo e sentir seus pêlos arrepiados ou sua pele coçar, indicando que um raio esta prestes a cair, ajoelhe-se e curve-se para a frente, colocando suas mãos nos joelhos e sua cabeça entre eles. Não deite-se no chão. Maiores detalhes podem ser encontrados no site do Grupo de Eletricidade Atmosférica (ELAT) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) no endereço www.cea.inpe.br/elat.

Como proteger seus aparelhos domésticos do raio?

Os pára-raios instalados no alto de casa e edifícios evitam a destruição, incêndios e riscos para as pessoas, mas não garantem, sozinhos, a proteção de eletrodomésticos e equipamentos elétricos.

Os picos de tensão são provocados, principalmente, por raios ocorridos em locais distantes e conduzidos pela rede elétrica até o interior das edificações. Esse tipo de descarga elétrica não é protegido pelos pára-raios externos e,sim, pelos varistores instalados dentro das residências.

Varistor. Que raio de palavra é essa?

Varistores são elementos componentes dos pára-raios de baixa tensão criados para proteger equipamentos eletro-eletrônicos em residências, escritórios, indústrias, hospitais, fazendas e em qualquer lugar que receba ebnergia elétrica.

Características do varistor

Os varistores mais recomendados são os do tipo “pastilhas de óxido de zinco”, que podem ser instalados com facilidade no quadro de distribuição (um aparelho para cada fase), instalados junto a cada tomada ou um varistor para cada equipamento eletro-eletrônico. Existem no comércio especializado diversas marcas e modelos de varistores, também conhecidos como protetores de surtos ou pára-raios de baixa tensão. Os varistores a serem utilizados por consumidores da Cemig devem possuir o valor de tensão máxima de serviço entre 150 e 180 volts, e corrente máxima de surto superior a 5000 A. Informe-se nas Agências de Atendimento da Cemig ou nas lojas especializadas.

Um aterramento correto é muito importante

Para uma eficiente atuação dos varistores, é necessário que o sistema de aterramento da unidade consumidora também seja eficiente. Você deve verificar com atenção o seu sistema de aterramento antes de instalar o varistor. No caso de aterramento mal feito, ou de uma grande sobrecarga na rede elétrica, este dispositivo pode não funcionar perfeitamente.

A vida útil dos varistores depende do número de vezes que ele operou e da intensidade das correntes conduzidas. Portanto, será necessário trocá-lo anualmente.

ATENÇÃO: É recomendado o uso desse pára-raio de baixa tensão, mas a garantia do dispositivo é dada pelo seu fabricante.

O que é RINDAT?

A Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas (RINDAT) é uma rede de sensores e centrais que permitem detectar em tempo real as descargas atmosféricas nuvem-solo, isto é, a maior parte das descargas que atingem o solo, em parte do território brasileiro.

A RINDAT foi criada a partir de um convênio de cooperação técnico-científico entre quatro instituições: a CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais), FURNAS (Furnas Centrais Elétricas), o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e o SIMEPAR (Sistema Meteorológico do Paraná).

Até o início de 2005, a RINDAT cobria cerca de um terço do país. Ao longo de 2005, a RINDAT esta passando por um processo de expansão, cuja meta é fazer com que a rede passe a cobrir dois terços do país, incluindo de forma integral as regiões sul, sudeste e centro-oeste. Em área de monitoramento, a RINDAT ocupa a terceira posição no mundo, sendo superada somente pelas redes existentes nos Estados Unidos e Canadá.

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Os Objetivos Principais da RINDAT são:

– Intercâmbio dos sinais obtidos pelos sensores das diferentes instituições envolvidas, com o objetivo de ampliar a área de cobertura e melhorar a qualificação das informações obtidas.

– Integração dos procedimentos de análise, manutenção e operação conjunta, de modo a otimizar os custos e minimizar as perdas de dados, aumentando a redundância da rede.

– Intercâmbio de informações técnico-científicas. Com base nas tecnologias atualmente disponíveis, a RINDAT apresenta as seguintes características principais: eficiência de detecção entre 70% e 90%, precisão de localização média entre 0,5 km e 2 km, precisão média da estimativa do pico de corrente das descargas de 20% a 50% e capacidade de discriminação entre as descargas nuvem-solo e intra-nuvem de cerca de 80% a 90%, sendo que estes valores variam regionalmente.

Fonte Furnas, Rindat e Inpe

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