Campo da invenção

A presente patente de privilégio de invenção pertence ao campo dos artigos elétricos para proteção de descargas atmosféricas que recebeu a denominação de "DAVID STAR - DS 136" e tem por objeto um prático e inovador sistema de proteção contra descargas atmosféricas para ser aplicado em bases lançadoras de foguetes, o qual utiliza catenárias de cabo de aço e torres com pára-raios para proteção específica de estruturas verticais elevadas, inclusive, de estrutura de foguete em condições de pré-lançamento e lançamento e também, dos equipamentos e pessoas próximas às instalações, dentro dos parâmetros de projeto, desenvolvidos, e normativos em vigor, a fim de tornar essas instalações operativas e seguras.

Por se tratar de estruturas elevadas, o sistema de proteção de descargas em apresentação foi considerado como solução definitiva de proteção, pois, além de proteger o elemento principal contra descargas atmosféricas entre terra e nuvem, também protege contra descargas laterais entre nuvem e estrutura.

O sistema contra descargas elétricas e eletrostáticas também prevê, como condicional, um sistema de monitoração de frente de ondas de descargas atmosféricas incorporado nas torres.

É objetivo do presente pedido de patente, apresentar um inovador sistema de proteção contra descargas elétricas em estruturas verticais elevadas, bem como em elementos verticais ativos, como bases de lançamento de foguetes, plataformas marítimas, navios, piers, instalações aeroportuárias, e outros afins com baixo custo para sua exequibilidade industrial, aliado aos requisitos de robustez, segurança e praticidade utilitária que oferece a esse tipo de instalação, uma opção adicional no mercado de congéneres que ao contrário dos modelos usuais, é dotado de inúmeras possibilidades e benefícios, tornando-se um sistema de grande expectativa e aceitação no mercado setorial.

Histórico da invenção

O desenvolvimento deste invento, foi necessário para proteger-se, inicialmente, bases de lançamentos de foguetes, onde o equivalente a ser protegido, é extremamente sensível a descargas atmosféricas, podendo, inclusive, causar a destruição total das instalações no caso de ocorrência de raio sobre o foguete com sua carga já instalada.

A preparação do foguete para lançamento e mesmo, no momento do lançamento, é imprescindível que se tenha total segurança preventiva contra as descargas elétricas provenientes de raios e da própria atmosfera.

Da mesma forma, este invento é aplicado para qualquer tipo de estrutura vertical de grande estatura.

Para tanto, a instalação de pára-raios são medidas necessárias que devem ser previstas, contudo, deve-se levar em conta, o projeto deste tipo de dispositivo, tendo em vista a total garantia do seu desempenho.

Pontos deficientes do estado da técnica

Para proteção contra descargas elétricas, os métodos conhecidos como o de Franklin e da esfera rolante (eletro- geométrico) não são "aplicáveis" à proteção de estruturas elevadas, ou seja, não há segurança na utilização de torres com pára-raios para esta aplicação. As descargas laterais, que poderão ocorrer na estrutura elevada do foguete, ou de outro tipo de estrutura, utilizando-se os métodos existentes estão com níveis bem superiores a 3,7 KA. Quando o índice cerâunico da região é alto e a resistividade do solo é alta, favorece as descargas atmosféricas com níveis de correntes, acima de 100 KA.

O projeto em apresentação para proteção contra descargas atmosféricas oferece também uma blindagem contra "flashes" laterais de corrente de descargas atmosféricas, visto que em regiões altas e próximas ao mar em combinação com a direção do vento, favorece tais ocorrências.

Como exemplo, o sistema proposto é o que mais se aproxima do ideal para a proteção de plataformas de lançamento de foguetes, como no caso do Cyclone 4, nas condições onde será implantada a Base de Lançamento de Alcântara - Maranhão - BR.

Sumário da invenção

Pela necessidade em se ter um sistema de proteção contra descargas elétricas que proteja com total segurança e as estruturas elevadas, levou o inventor com notório conhecimento setorial a criar e desenvolver o objeto da presente patente, intitulada de "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARA ESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS" o qual idealiza um sistema de proteção composto por três torres de treliças metálicas interligadas por cabos de aço devidamente aterrados, a fim de formar uma malha de proteção em todo o volume local, onde se encontra a estrutura a ser protegida, ou no caso de uma base de lançamento, o foguete e suas estruturas de preparação e lançamento.

A metodologia utilizada no projeto em questão é de elevação do plano terra, acima da maior altura do elemento a ser protegido, por exemplo, como o foguete e respectivas estruturas de suporte, cujo volume acima do plano terra é protegido pela técnica ou método da "esfera rolante" para a corrente máxima de 3,7 KA.

O sistema de proteção contra descargas atmosféricas visa proteger as estruturas metálicas elevadas posicionadas verticalmente, consideradas elevadas e sujeitas às descargas atmosféricas, cujo nível de segurança é considerável, por conter material combustível e equipamentos de alta sensibilidade às correntes elétrícas.

O sistema de proteção contra descargas atmosféricas prevê tais condições e impede a circulação de correntes através de "flashes" (arcos voltaicos) entre o ar e a estrutura metálica a ser protegida, bem como, impede qualquer tipo de passagem de corrente na estrutura a ser protegida.

Levando-se em consideração que os níveis de correntes de "flash" para a proteção de uma estrutura, por exemplo, de um foguete, não poderão ultrapassar 3,7 KA, o raio "R" de cobertura oferecido pelo método eletro-geométrico, denominado de "Esfera Rolante" é de 36,6 metros. Assim sendo, qualquer estrutura menor que 36, 6m será impossível de ser protegida, somente com torres e pára-raios, sem a elevação do plano terra, acima da maior altura a ser protegida.

O sistema de proteção contra descargas elétricas prevê a proteção efetiva de estruturas verticais de grande porte, com alturas superiores ao raio de proteção "R".

Conforme equação formulada pelo GT-33 da CIGRE (Conferência Internacional de Grandes Redes Elétricas de Alta-Tensão - Paris) o valor de "R" é dado por:

R= 2i max + 30 (1 - e ^{_i max} ) ' ,' i max = 3,'7 KA

As catenárias serão feitas com cabo de aço galvanizado a fogo com seção da ordem de 16 mm e tratamento com pintura em esmalte para elevadas temperaturas.

Serão utilizadas as prumadas das torres e das catenárias para conduzir as correntes de descargas atmosféricas que por sua vez estarão interligadas no Sistema de Aterramento.

O sistema de proteção contra descargas elétricas atende as normas: IEEE-80, IEC 610224 e, recomendações CIGRE e NBR-5419.

Breve descrição dos desenhos da invenção A caracterização da presente solicitação de patente de privilégio de invenção ora proposta é feita por meio dos desenhos representativos do "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARA ESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS", de tal modo, que o produto possa ser integralmente reproduzido por técnica adequada, permitindo plena caracterização da funcionalidade do objeto pleiteado.

A partir das figuras elaboradas, que expressam a melhor forma ou forma preferencial de se realizar o produto ora idealizado, se fundamenta a parte descritiva do relatório, através de uma numeração detalhada e consecutiva, onde esta esclarece aspectos que possam ficar subentendidos pela representação adotada, de modo a determinar claramente a proteção pleiteada.

A seguir, para melhor entendimento e compreensão de como se constitui o "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARA ESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS", que aqui se pleiteia, apresentam-se os desenhos ilustrativos em anexo, onde se ve:

A F1G. 01 - Mostra uma vista em perspectiva superior do sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.

A FIG. 02 - Mostra outra vista em perspectiva superior do sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.

A FIG. 03 - Mostra outra vista em perspectiva superior do sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.

A FIG. 04 - Mostra uma vista superior do sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.

A FIG. 05 - Mostra uma vista em elevação do sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.

A FIG. 06 - Mostra uma vista detalhada da fixação e aterramento no solo, utilizado pelo sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.

A FIG. 07 - Mostra uma vista detalhada da fixação e aterramento na torre, utilizado pelo sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.

Estas figuras são meramente ilustrativas, podendo apresentar variações, desde que não fujam do inicialmente requerido.

Descrição detalhada da invenção

De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, o "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARA ESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS", concebe um sistema de proteção contra descargas atmosféricas para proteger estruturas verticais elevadas, como plataformas marítimas, navios, instalações aeroportuárias ou bases de lançamento de foguetes em suas plataformas de lançamentos e mesmo quando da sua preparação para lançamento.

O sistema de proteção contra descargas elétricas possui três torres interligadas por cabos de aço, de fora a compor uma "gaiola" devidamente aterrada, a fim de blindar o volume onde se encontra o foguete, contra as descargas elétricas de plano superior e flancos laterais.

Denominado de sistema de proteção contra descargas elétricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas (1) é constituído por três torres (2) de treliças metálicas, posicionadas em pontos imaginários de um triangulo equilátero, as quais são interligadas por dois cabos de aço (3) paralelos e próximos aos topos que também descrevem as laterais de um triangulo equilátero.

Um terceiro cabo de aço (3) saído do vértice interno de topo de cada torre (2), forma uma trama com o primeiro e segundo cabo de aço (3), exatamente nos vértices do triângulo que descrevem, de modo a compor um hexágono suspenso (4) produzido em linhas com nós (5).

A porção mediana de cada lateral do triângulo que equivalem as laterais expostas do hexágono suspenso (4), é aterrada no solo, por meio de dois cabos de aço convergentes (7).

Os cabos de aço se consolidam nas torres (2) e no solo, por meio de um gancho (8) com mola helicoidal (9) e olhai (10) ou, qualquer tipo de ancoragem por elo, sendo que o aterramento (6) é efetuado por meio de um cabo de contato (11) físico que interliga o material do cabo de aço (3), antes da mola helicoidal (9) ao solo ou ao material da estrutura da torre (2), onde cada qual também é aterrada ao solo.

Cada torre (2) apresenta em seu topo, um pára-raio (12) devidamente aterrado ao solo.

O volume compreendido, interno e abaixo do hexágono suspenso (4), no qual se posiciona o foguete (13), está protegido contra descargas atmosféricas de plano superior e flancos laterais.

O presente relatório descritivo de patente tratou de uma nova concepção sistema de proteção contra descargas elétricas, que apresenta, conforme se pode evidenciar pelas análises realizadas e figuras mostradas, inúmeras diferenças sobre os sistemas convencionais existentes, além de características técnicas construtivas e funcionais completamente diferentes dessas pertinentes ao estado da técnica.

Pelas vantagens que oferece, e ainda, por revestir-se de características verdadeiramente inovadoras que preenchem todos os requisitos de novidade e originalidade no género, o presente "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARA ESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS" reúne condições necessárias e suficientes para merecer o privilégio de invenção.