Publicações

pantanal, pesquisa, raios, descargas, gado, pasto, árvores, UFMS 21/02/2019 15:37

CUIDADO, LÁ VEM TEMPORAL

É possível detectar com antecedência a primeira descarga elétrica, no início de uma tempestade? Onde e quando é melhor buscar refúgio dos raios?

POR MOACIR LACERDA 

 

Qualquer um de nós já viu muitos – ou já fechou os olhos quando eles riscam os céus! Mas quantos sabem realmente o que são raios e como se proteger deles?

Um raio é um plasma cuja temperatura pode chegar a 30.000 K (= 29.726º C), produzindo correntes elétricas de até centenas de milhares de amperes. São números muitos altos! Para se ter uma vaga ideia do que significam, vale lembrar que uma corrente elétrica de 30 milésimos de um ampere pode paralisar os músculos de uma pessoa; 50 mA afetam a respiração e 200 mA causam queimaduras graves e morte! E um raio pode descarregar uma corrente um milhão de vezes mais forte! Em menos tempo que um piscar de olhos!

Essa descarga é um mecanismo bastante complexo. Envolve várias fases fisicamente bem distintas, cada uma com duração de centenas de microssegundos. Todo o fenômeno, em suas diversas fases, dura décimos de segundo. Tais correntes elétricas produzem incêndios, destroem residências, ceifam preciosas vidas humanas, matam animais... Assim, entender como acontecem pode ajudar a evitar alguns desses desastres.

As descargas ocorrem da nuvem para o solo, do solo para a nuvem, dentro da nuvem e da nuvem para atmosfera. Os raios mais comuns – entre 80% e 90% do total – se dão dentro da nuvem. As descargas mais estudadas, no entanto, são aquelas entre a nuvem e o solo (em torno de 10%), pois são as de maior impacto para nós, humanos. Entre elas, as mais frequentes e, portanto, mais monitoradas, são as descargas nuvem-solo negativas: com início nas nuvens, as correntes se propagam para baixo e, ao se aproximarem do solo, podem se conectar com outras correntes emitidas no sentido inverso (para cima) por objetos do solo. Esse tipo de raio gera intenso barulho e propaga para cima uma corrente elétrica da ordem de dezenas de milhares de
amperes. É chamado de descarga de retorno ou choque de retorno (return stroke, em inglês).

O número de descargas por quilômetro quadrado por ano é muito alto em todo estado do Mato Grosso do Sul, chegando a valores superiores a 10, enquanto a média mundial é de apenas 1 a 2 raios/km2/ ano. A incidência de raios é medida por sistemas de localização de tempestade e por técnicas monitoradas por satélite, por meio de um sensor de imagens de relâmpagos (em inglês, Lightning Imaging Sensor ou LIS). Os valores são mais altos sobre as regiões não inundadas do estado. Também no Pantanal, as regiões não inundáveis sofrem mais quedas de raios que as inundáveis, mesmo durante as cheias.

Um índice tão alto justifica mais investimentos em sistemas de informações sobre a queda de raios. Sobretudo para tornar possível a previsão de quando vai cair o primeiro raio e quais regiões são mais vulneráveis. A partir de dados do LIS, entre 1998 e 2007, a equipe de pesquisadores liderada por João Ribeiro Soares Júnior, da Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (UFMS), identificou o horário entre 15 e 17 horas como o mais perigoso, com uma incidência maior de descargas. E constatou um período do ano mais arriscado, nos meses de outubro, novembro, dezembro e janeiro, sendo novembro o mês mais intenso. Os resultados foram confirmados em 2012, por Robson Jaques Verly, em sua dissertação de mestrado na UFMS, por meio de dados do sistema de localização de descarga STARNET do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP).

Além de saber quando, é importante saber onde os raios incidem com mais frequência. E, mais importante ainda, como usar esta informação para garantir alguma segurança a instalações, animais e pessoas. Existe muita especulação sobre o fato de algumas vítimas sobreviverem, mesmo depois de serem atingidas por raios. Seria o conteúdo de água no corpo? O trajeto da corrente elétrica no corpo? A magnitude da corrente? A posição em relação às linhas equipotenciais a partir do ponto onde a descarga caiu e se propagou pelo solo? A exposição ao tempo? Todas essas questões ainda são temas de muitas pesquisas, em todo mundo.

Existe um modelo eletrogeométrico utilizado pela norma brasileira NBR 5419 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) para definir a área adequada de proteção em uma estrutura. A partir dela, é possível modelar a influência de uma haste metálica fincada sobre um solo circundante constituído de materiais não metálicos. Com essa modelagem, o desenho da parábola utilizada para o traçado da região de proteção depende da relação entre a densidade de cargas ao longo dos materiais (que em última instância depende da capacidade de os objetos se carregarem).

Trocando em miúdos: os metais têm mais elétrons livres que os materiais não condutores do solo e mesmo das paredes das edificações. O potencial elétrico dos objetos metálicos é maior nas pontas do que ao longo do corpo metálico. Isso faz com que a corrente eletrônica se forme na direção das pontas (e quinas) e a tendência seja de o objeto metálico fixado no solo emitir correntes para cima.

Do mesmo modo (embora sem metais), as pontas das folhas e extremidades finas das árvores emitem corrente constantemente. Em situação de tempestade, abaixo de uma nuvem eletricamente carregada, o campo elétrico é tão intenso que essas correntes surgidas em terra e emitidas através das árvores podem disparar o mecanismo de descarga. E então um raio é gerado entre o solo e a nuvem.

O princípio é o mesmo quando uma pessoa está andando em um ambiente muito plano e descampado. Ela passa a fazer o papel de uma ponta e se torna mais vulnerável aos raios. Nessas condições, os pés estão em contato com o chão, cujo potencial é menor do que a cabeça (a “ponta” mais alta), fazendo surgir um movimento de elétrons de baixo para cima, que é intensificado sob uma tempestade. Torres instaladas em montanhas ou nas partes mais altas das cidades, mourões de cercas, silos, tratoristas sobre tratores, gado ao relento ou próximo aos arames das cercas, todos são exemplos de possíveis “pontas” com capacidade de atrair raios. O campo elétrico no solo, na iminência de uma tempestade, pode atingir valores de milhares de volts por metro. E isso faz com que essas correntes se intensifiquem.

Já para uma nuvem produzir raios é preciso ocorrer uma eletrização interna, o que depende da altura por ela atingida. Nuvens com o topo baixo não produzem conteúdo suficiente para gerar dipolos ou multipolos elétricos intensos em seu interior. Ou seja, não geram carga suficiente para produzir raios ou descargas nuvem-solo. Mas como saber se a nuvem está ou não carregada? E como aumentar o nível de informação para entender quando vai cair o primeiro raio? É bom saber delimitar a região de risco depois da queda do primeiro raio: ajuda a melhorar a segurança, mas não resolve o problema, pois, em geral, é o primeiro raio que causa irreparáveis perdas humanas e materiais.

Atualmente, no Brasil e no mundo, os sistemas de alerta mais empregados monitoram as descargas a partir da radiação emitida pelo raio. Porém não se consegue prever quando vai cair a descarga, se não forem incorporadas tecnologias para monitorar os processos que antecedem a queda do primeiro raio. Neste sentido, o Laboratório de Ciências Atmosféricas do Instituto de Física da UFMS (LCA/INFI/UFMS) desenvolveu um sistema de sensores de campo elétrico e processamento de dados, capaz de monitorar o comportamento do campo elétrico dentro da nuvem. Isso possibilita a previsão de queda do primeiro raio dentro de um intervalo entre 10 e 20 minutos, com valor médio de aproximadamente 15 minutos de antecedência.

Ainda é um tempo curto, no entanto pode significar a diferença entre a vida ou a morte. Em 10 minutos, com um sistema eficaz de alerta, muitas medidas de segurança prévias podem ser tomadas: interrupção de atividades ao ar livre; recolhimento de matrizes animais em local mais seguro; suspensão temporária da operação de equipamentos eletroeletrônicos etc. Os próprios equipamentos podem ser eletricamente desconectados de objetos externos ao volume a proteger, entre outras medidas.

As redes de sensores desenvolvidos pelo LCA já foram testadas em cidades como São José dos Campos e São Paulo. Há um projeto de instalação de um sistema piloto em andamento na cidade de Campo Grande, grandemente acelerado por atividades de extensão do laboratório da UFMS, financiadas pelo Ministério da Educação (MEC), entre 2015 e 2016. A equipe do LCA levou os sensores para escolas de Ensino Médio de Campo Grande e desenvolveu atividades didático-pedagógicas, abordando a Física das descargas atmosféricas. Os alunos tiveram acesso aos sensores instalados, aprendendo os princípios físicos de descargas elétricas. Os algoritmos computacionais e os programas desenvolvidos na universidade foram apresentados aos alunos e eles fizeram a captura de dados em tempo real, conseguindo distinguir as nuvens altas das baixas a partir da análise de imagens de satélite.

Os dados dos sensores dessa rede atualmente são enviados em tempo real para servidores encarregados de emitir alertas de queda de raios. Os dados também são estocados em computadores, o que permite fazer a reanálise das tempestades. Segundo dados
coletados em 2014 e 2015, Loreany F. de Araújo verificou que o intervalo entre as primeiras descargas internas à nuvem e a queda de um primeiro raio foi de aproximadamente 15 minutos.

A técnica de redes de sensores de campo elétrico associada a outros sistemas de coleta de dados produz resultados pioneiros na estimativa de cargas ativas dentro da nuvem. Ao analisar bases de dados com múltiplos sinais é possível localizar centros de carga dentro das nuvens e comparar com o sinal registrado por duas redes de sensores de campo elétrico – uma instalada nos Estados Unidos e outra em São Jose dos Campos (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais e Centro Técnico Aeroespacial – INPE/CTA). Assim, além de calcular as quantidades de cargas dentro das nuvens, é possível inferir as polaridades dos centros, com uma precisão de 85% (solução do problema inverso, Lei de Coulomb).

A aplicação dessas redes de sensores em grandes propriedades pode levar a uma economia significativa no agronegócio e, sobretudo, evitar mortes de pessoas e animais. O sistema ainda permite otimizar a continuidade de trabalhos em campo, mesmo sob nuvens amedrontadoramente muito escuras, quando elas não apresentam atividade elétrica significativa no seu interior, como é o caso das nuvens baixas. Em outras palavras, já é possível interpretar as nuvens de tempestade e fazer uma previsão de queda de raios a tempo de influenciar as decisões no campo, evitando tragédias!

Matéria originalmente publicada pela Revista Ciência Pantanal,Vol 04, nº01, 2018, ISSN 2357-9056

Acesse a revista clicando aqui.

 


Cadastre-se e receba nossas novidades

Eu curto o Pacto

Prefeitura Municipal de: Alto Paraguai, Araputanga, Arenápolis, Barra do Bugres, Cáceres, Curvelândia, Denise, Diamantino, Figueirópolis D´Oeste, Glória D´Oeste, Indiavaí, Jauru, Lambari D’Oeste, Mirassol D’Oeste, Nortelândia, Nova Marilândia, Nova Olímpia, Porto Esperidião, Porto Estrela, Reserva do Cabaçal, Rio Branco, Santo Afonso, São José dos Quatro Marcos, Salto do Céu e Tangará da Serra.

versão Normal Versão Normal Painel Administrativo Painel Administrativo