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1 2 Instalações Elétricas Prediais ....................................................... 3 Bibliografia ........................................................................... 21 3 Instalações Elétricas Prediais Aula 01 Olá alunos! Seja bem-vindos a aula de instalações elétricas prediais, ao longo desta aula você irá aprender a analisar a elaboração de um projeto elétrico residencial. Para acompanhar esta apostila você, preferencialmente, deve realizar o download do software AutoCAD. Lembrando que a versão para estudantes deste programa está disponível na plataforma do aluno. Caso você opte por desenhar, utilizando apenas lápis e papel, é recomendável adquirir os itens abaixo, que podem ser encontrados em qualquer papelaria. Bloco papel A-3 180g/m2. Lapiseira 0.3 mm. Lapiseira 0.5 mm. Lapiseira 0.7 mm. Borracha macia. Par de esquadros sem graduação. Régua de 30 cm. Gabarito círculos TRIDENT D-2 ou similar. Gabarito eletricidade TRIDENT E-13 ou similar. Com o software instalado no seu computador ou com o material em mãos você pode acompanhar esta aula e elaborar um projeto elétrico residencial. 4 Um projeto elétrico tem como objetivo a transferência de energia elétrica desde uma fonte, em geral a concessionaria, até o consumidor de maneira eficaz e segura. Algumas definições importantes: Carga ou potência instalada: É a soma de todas as potências nominais de todos os aparelhos elétricos pertencentes a uma instalação ou sistema elétrico. Demanda: É a potência elétrica realmente absorvida em um determinado instante por um aparelho elétrico. Demanda média de um consumidor ou sistema: É a potência elétrica média absorvida durante um intervalo de tempo determinado (15min ou 30 min). Demanda máxima de um consumidor ou sistema: É a maior de todas as demandas ocorridas em um período de tempo determinado, representa a maior média de todas as demandas verificadas em um período (1 dia,1 semana, 1 mês ou 1 ano). 5 Como exemplo será usada uma planta baixa de uma casa, Figura 1. Abaixo seguem as medidas de cada um dos seus cômodos. Figura 1 – Planta baixa de uma casa Dormitório 1 = 3,25m x 3,40m. Dormitório 2 = 3,15m x 3,40m. Sala = 3,25m x 3,05m. Copa = 3,10m x 3,05m. Cozinha = 3,75m x 3,05m. Banheiro = 1,80m x 2,30m. Área de Serviço = 1,75m x 3,40m. Explorando este exemplo para tirar todas as suas dúvidas, o primeiro passo é atribuir uma carga de iluminação e de TUG (tomada de uso geral). 6 A atribuição de carga para iluminação é baseada na área em m2. Segundo a NBR 5410, item 4.2.1.2, é preciso prever um ponto de luz no teto comandado por um interruptor de parede. Arandelas no banheiro devem estar distantes no mínimo 60cm do limite do box do chuveiro. Caso a área seja inferior a 6 m2, você deve atribuir uma potência mínima 100VA de carga de iluminação para esse ambiente; se essa área for superior a 6 m2, é preciso atribuir 100VA de potência de iluminação para os primeiros 6 m2, e 60VA de potência de iluminação para cada fatia de 4 m2 inteiro. Nota: A NBR5410 não estabelece critérios para iluminação externas em residências, ficando a decisão por conta do projetista. Para continuar o projeto, você deve calcular agora a área em m2 de cada ambiente da planta baixa da Figura 1. Veja uma tabela com as medidas dessas áreas. Tabela 1 – Relação entre as dimensões em m² e potência de iluminação Dependência Dimensões área em m2 Potência de iluminação em VA Sala 3,25m x 3.05m =9.91 m2 9.91 m2=>100VA 100 Copa 3.10m x 3.06 = 9.48 m2 9.48 m2=>100VA 100 Cozinha 3,05m x 3,75m = 11,43m2 11,43m2 (100+60) 160 Dormitório 1 3.25m x 3.40m = 11.05 m2 11.05 m2(100+60) 160 Dormitório 2 3.15m x 3.40m =10.71 m2 10.71 m2(100+60) 160 Banheiro 1.80m x 2.30m = 4.14 m2 4.14 m2 =>100VA 100 Área de Serviço 1.75m x 3.40m = 5.95 m2 5.95 m2 =>100VA 100 Hall de entrada 1.80m x 1.00 m = 1.80 m2 1.80m2 =>100VA 100 Área Externa ------------- -------------- ---- O próximo passo é atribuir a carga de TUG, que por sua vez está relacionada com a quantidade de tomadas no ambiente, para isso é preciso determinar a quantidade total de tomadas que serão utilizadas. 7 A NBR 5410 estabelece que a copa, cozinha ou áreas molhadas devem atribuir uma tomada de uso geral para cada 3,5m. do perímetro. Nesses cômodos devem ser usados 600VA para as três primeiras tomadas e 100VA o excedente. Nos demais cômodos deve ser adotada uma tomada a cada 5,5 m do perímetro e atribuído 100VA por tomada. Para exemplificar, utilizando o cômodo cozinha, adote uma tomada a cada cinco pontos, com a atribuição de 100VA de carga. 3,05m x 2 + 3,75 x 2 = 13,6m 13,6 / 3,5 = 3,88 TUG = 4 TUG A carga será então de 3 x 600VA + 100VA = 1900VA. A cozinha, como estabelece a norma, deve possuir uma tomada para cada 3.5m do perímetro. Assim é possível elaborar uma tabela de levantamento de cargas da planta. Tabela 2 – Tabela de levantamento de cargas da planta da Figura 1. DEPENDENCIA CARGA DE ILUMINAÇÃO (VA) CARGA DE TUG (VA) CARGA DE TUE (W) USO ESPECÍFICO Sala 100 400 Copa 100 1900 Cozinha 160 1900 4000 W (Forno elétrico) 6000W (Secadora de louças) Dormitório 1 160 400 Dormitório 2 160 400 Banheiro 100 600 6500 (Chuveiro Elétrico) Área de Serviço 100 1200 1000VA e FP = 0,89 (Lavadora de roupas) = 1000x0,89=890W Hall 100 100 Área Externa 100 Potência Total 1080 6900 17.390W Esta tabela de cargas foi criada de acordo com as regras descritas anteriormente nessa aula. 8 Assim o total de carga para iluminação é de 1.080W e a carga total de TUG 6.900W, a soma oferece o valor de 17.390W. Agora é preciso escolher qual o tipo de alimentação será usado na residência, para isso você deve fazer conforme indicado a seguir. A potência total de iluminação é 1.080W. Conforme a tabela anterior, a NBR 5410 recomenda fator de potência 1 (FP=1) a potência de iluminação P (Ilum.) = 1080 x 1 = 1080 W, agora é preciso que você converta VA em watts. A potência total de tomada de uso geral, segundo as recomendações da NBR 5410, deve possuir fator de potência de 0,8 (FP=08) P (TUG) = 6900 x 0.8 = 5520W. A divisão do circuito deve ser feita tomando como norma que todo ponto de utilização previsto deve alimentar de modo exclusivo ou virtualmente dedicado um equipamento com corrente nominal superior a 10 A. Ou seja, é possível fracionar os circuitos de tomada de uso geral em circuitos de 10 A, assim todos os circuitos de TUG possuem 10 Ampères. Leve em consideração que a potência de uma secadora fica em torno de 6.000W de potência, um forno elétrico fica em torno de 4000W de potência, chuveiros consomem uma média de 6500W de potência, uma máquina de lavar em média consome 890W. Agora você deve somar as potências dos aparelhos para alcançar a potência total da sua instalação. 1080+5520+6000+4000+6500+890 = 23990 Total Geral = 23.990W De acordo com o resultado encontrado você consegue escolher o tipo de alimentação que pode ser usada na residência, para este exemplo será usada a alimentação padrão da cidade de Santos. 9 Segue abaixo alguns dados da companhia energética desta cidade. Monofásica tipo M1: carga instalada até 8kW. Monofásica tipo M2: carga instalada acima 8 até 11kW. Bifásica tipo B1: carga instalada acima de 11 até 15kW. Bifásica tipo B2: carga instalada acima de 15 até 22kW. Trifásica: são as cargas que não se classificam nos tipos anteriores e possuem até265kVA. O valor da potência total é de 23.990W, de acordo com os dados da companhia energética de Brasília qual o tipo de alimentação deve ser usado na residência? A alimentação escolhida deve ser a trifásica, pois na cidade de Santos é usado 380V fase-fase e 220 fase-neutro. Após descobrir o tipo de alimentação adequado é necessário dividir a instalação elétrica em circuitos. É recomendável que você faça previsões dos circuitos de iluminação separando os circuitos TUG (tomadas de uso geral) dos circuitos de TUE (tomadas de uso específico). Todo ponto de utilização é previsto para alimentar, de modo exclusivo ou virtualmente dedicado, um equipamento com corrente nominal superior a 10A. Então como estamos vendo no quadro da Tabela 2, para distribuição de circuitos de TUG faça uma distribuição dos circuitos dividindo cada circuito no máximo para 10A. Agora você deve aprender a dividir o circuito de TUE. Isso é bastante fácil basta para cada tomada estipular um uso específico. Por exemplo, para o chuveiro, pode ser usado o circuito 7; para o forno elétrico o circuito 8; para a lavadora de louças o circuito 9; enfim cada tomada em área molhada precisa dessa especificação. 10 Outro cálculo que deve ser realizado é o do circuito de distribuição geral. Para isso você deve somar a potência de iluminação com a potência de TUG. O resultado será 6.600W, sem levar em consideração o fator de demanda. Porém, o fator de demanda não pode ser esquecido. Para descobrir ele basta verificar a Tabela 3. Tabela 3 – Fator demanda Potência iluminação + potência TUG (W) FD 0 a 1000 0,86 1001 a 2000 0,75 2001 a 3000 0,66 3001 a 4000 0,59 4001 a 5000 0,52 5001 a 6000 0,45 6001 a 7000 0,40 7001 a 8000 0,35 8001 a 9000 0,31 9001 a 10000 0,27 Acima de 10000 0,24 Segundo a Tabela 3, entre 6000W e 7000W, o fator de demanda é de 0,4. Agora você deve somar a potência de TUG com a potência de iluminação, o resultado deve ser multiplicado por 0,4. Fator de demanda: 0,4 6600W x 0,4 = 2640W Para finalizar o cálculo, deve ser encontrada a potência de TUE. 11 Na Tabela 2, somando circuitos TUE tem-se 17.390W, o fator de demanda vai ser encontrado na Tabela 4, procurando o número de cargas de TUE (4) presentes no projeto, é encontrado na tabela 3 o fator demanda 0,76. Tabela 4 –Fator de Demanda Nº de TUE FD Potência TUE 17.390 Fator de demanda FD = 0,76 17.390 x 0,76 = 13.216,4W Potência residencial FP = 0,95 2640W + 13.216,4 = 15.856,4W Para residencial FP = 0,95 S(total) = P(total)/FP=15.856/0,95 = 16,691KVA 𝑆 = √3 ∙ 𝑉 ∙ 𝐼 𝐼 = , √ ∙ = 25,35𝐴 CEB trifásico 32A 01 1,00 02 1,00 03 0,84 04 0,76 05 0,70 06 0,65 07 0,60 08 0,57 09 0,54 10 0,52 11 0,49 12 0,48 13 0,46 14 0,45 15 0,44 16 0,43 17 0,40 18 0,40 19 0,40 O tipo de alimentação desse projeto é alimentação trifásica então a potência aparente é dada pela fórmula abaixo: 𝑆 = √3 𝑥 𝑉 𝑥 𝐼 𝐼 = 16681 𝑘𝑉𝐴 √3 𝑥 380 = 25,35𝐴 𝐶𝐸𝐵 𝑡𝑟𝑖𝑓𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜 32𝐴 A corrente de distribuição no circuito vai ser 25, 35ª; este circuito vai necessitar um disjuntor geral de 32A. 12 Após esses cálculos é preciso fazer o carregamento dos circuitos nos eletrodutos, para isso é preciso calcular a corrente do circuito. Cálculo da corrente de fase: 𝐼 = 𝑃 𝑉 𝑥 𝐹𝑃 = 𝑆 𝑉 Cálculo da corrente de projeto: 𝐼 = 𝐼 𝐹𝐶𝑇 𝑥 𝐹𝐶𝑁𝐶 A corrente do projeto é influenciada pelos fatores de correção de temperatura, de correção de números e circuitos. Uma boa prática é sempre usar nos projetos, no máximo, 3 circuitos por eletroduto. Isso te oferece na tabela NBR um fator de correção de agrupamento de 0,7. Tabela 5 – Número de circuitos no trecho mais ocupado Número de circuitos no trecho mais ocupado 1 2 3 4 5 6 FCNC 1,00 0,80 0,70 0,65 0,60 0,57 Conforme a tabela, se for carregado com 4, a corrente de projeto irá aumentar, o que ocasiona no aumento da bitola de fiação. Por isso é indicado usar no máximo três produtos por eletroduto. Outra prática recomendada é usar um circuito de TUE para cada carga, no exemplo do projeto, são 4 circuitos, então é necessário o uso de 4 eletrodutos distintos para cada uma das cargas. Isso torna o projeto mais moderno, com mais eletrodutos, porém com uma liberdade maior no momento de fazer o roteamento de fiação. Assim o condutor fica mais livre e não há um aumento na bitola de fiação. 13 Finalmente será calculado o dimensionamento dos cabos elétricos residenciais, de acordo com a NBR5410. É possível elaborar o dimensionamento de um modo bem simples através das tabelas da NBR5410. Para isso será usado um modelo de dimensionamento para instalações residenciais, as tabelas são para todos os tipos de dimensionamento de cabos, independentemente de serem cabos de uso residencial ou industrial. Nesta aula, o foco será o uso residencial para continuar o nosso exemplo inicial da planta da Figura 1. Para facilitar o entendimento, a primeira coisa é entender a tabela número 47 da NBR5410. Tabela 6 – Tabela número 47 da NBR5410 – critério de seleção mínima Tipo de linha Utilização do circuito Seção mínima do condutor mm2 (condutor de cobre) Instalações em geral Condutores e cabos isolados Circuitos de iluminação 1,5 Circuitos de força 2,5 Circuitos de sinalização e circuitos de controle 0,5 Essa tabela estipula quais são as sessões mínimas de cabos dentro de instalações, ela mostra as instalações fixas gerais para condutores e cabos isolados. Neste projeto será usado no circuito de iluminação um cabo de 1,5mm2, para o circuito de força um cabo de 2,5mm2 e para circuitos de comunicação cabos de 0,5mm2. Ao ver essa tabela, muitas pessoas equivocadamente entendem que todo o circuito de iluminação é 1,5mm2, todo circuito de tomada é 14 2,5mm2 e todos os circuitos de comunicação 0,5mm2; porém isso não é verdade. O critério mínimo significa apenas que os cabos para estas funções não podem apresentar especificações menores do que as descritas na Tabela 6. Porém, é comum observar cabos com dimensões maiores, para circuitos maiores, isso depende de outros critérios que serão vistos adiante nesta aula. Um fator muito importante ao dimensionar um cabo é saber como ele deve ser instalado. Para isso basta verificar a tabela 33 da NBR540, que mostra os diversos tipos de instalação possíveis para os seguintes tipos de cabos: Cabos em eletrocalhas. Cabos instalado dentro de parede. Cabos enterrado diretamente no solo. Cabos em bandeja aberta. Cabos em bandeja fechada. Assim você pode reparar que existem diversos métodos de instalação de cabos elétricos. O método mais comum, encontrado em residências, é o método 7. Veja mais a respeito dele na Tabela 7, onde consta o seu esquema ilustrativo, sua descrição e o método de referência. Tabela 7 – Método de instalação de condutores número 7 Métodos da instalação número Esquema ilustrativo Descrição Método de referência 7 Condutores isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria B1 15 É preciso entender também a importância da quantidade de cabos no circuito, na Tabela 8 constam as informações da quantidade de cabos carregados que podem ser usados. Tabela 8 - Critérios de Seção Mínima Esquema de condutores vivos do circuito Número de condutores carregados a ser adotado Monofásico a dois condutores 2 Duas fases sem neutro 2 Duas fases com neutro 3 Trifásico sem neutro 3 Tabela 46 NBR-5410 Então finalmente você chega a Tabela 36 de dimensionamento, que vai se referir a condutores de cobre com isolação em PVC, com temperatura do condutor até 70°C e temperatura ambiente a 30°C. Tabela 9 – Métodosde referência – Tabela 36 Seções Nominais mm2 Métodos de referência indicados na Tabela 33 A1 A2 B1 B2 C D Número de condutores carregados 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 Condutor de cobre 0,5 7 7 7 7 9 8 9 8 10 9 12 10 0,75 9 9 9 9 11 10 11 10 13 11 15 12 1 11 10 11 10 14 12 13 15 19,5 17,5 22 18 1,5 14,5 13,5 14 13 17,5 15,5 16,5 15 19,5 17,5 22 18 2,5 19,5 18,5 18,5 17,5 24 21 23 20 27 24 29 24 4 26 24 25 23 32 28 30 27 36 32 38 31 6 34 31 32 29 41 36 38 34 46 41 47 39 10 46 42 43 39 57 50 52 46 63 57 63 52 16 61 56 57 52 76 68 69 62 85 76 81 67 25 80 73 75 68 101 89 90 80 112 96 104 86 16 35 99 99 92 83 125 110 111 99 138 119 125 103 50 119 108 110 99 159 134 133 118 168 144 148 122 70 151 136 139 125 192 171 168 149 213 184 183 151 95 182 164 167 150 232 207 201 179 258 223 216 179 120 210 188 192 172 269 239 232 206 299 259 246 203 Tabela 36 NBR-5410 Condutor: Cobre Isolação: PVC Temperatura no condutor: 70 °C Temperaturas de referência do ambiente: 30 °C Por último é preciso conhecer um fator muito importante no dimensionamento de projeto; a correção para agrupamentos de circuito, de acordo com a quantidade de circuitos (veja a Tabela 10). Quanto maior for a quantidade de circuitos dentro do eletroduto, menor será a capacidade de condução através cabo, por causa do calor interno do eletroduto e fatores magnéticos. Veja na Tabela 10 a correção dos cabos de acordo com a quantidade de circuitos. Tabela 10 - Fator de correção para agrupamentos de circuitos Ref Forma de agrupamento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 11 12 a 15 16 a 19 ≥20 Em feixe: ao ar livre ou sobre superfície, embutidos, em conduto fechado 1,0 0,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 0,41 0,38 Tabela 42 NBR-5410 Ainda há o caso de queda de tensão. Dentro de uma casa relativamente pequena, dificilmente será observado um circuito muito grande a ponto de apresentar uma queda de tensão maior que os limites toleráveis dentro de uma instalação residencial, a princípio pode-se dizer que a queda de tensão será razoável. 17 Agora, se você tiver um circuito com mais de 50m dentro de uma mesma instalação, a queda de tensão pode ser relevante. Para exemplificar isso, analise um circuito onde a corrente de projeto é 18 A e o número de circuitos no eletroduto é 4. Como você pode ver, o número de eletrodutos é maior do que 3, que anteriormente foi citado com um valor de boa prática. O método de montagem vai ser embutido em alvenaria que é o método B1. Considere como 2 o número de cabos carregados. Avaliando todos estes valores na tabela 11, você deve encontrar o valor de corrente mais próximo de 18 A, veja que se este valor fosse arredondado para mais, nesse caso você teria 24 A e seria preciso um cabo de 2,5mm2. Tabela 11 –Métodos de instalação de cabos Seções Nominais mm2 A1 A2 B1 2 3 2 3 2 3 0,5 7 7 7 7 9 8 0,75 9 9 9 9 11 10 1 11 10 11 10 14 12 1,5 14,5 13,5 14 13 17,5 15,5 2,5mm2 19,5 18,5 18,5 17,5 24 21 4 26 24 25 23 32 28 Tabela 36 NBR-5410 Exemplo: Corrente de projeto do circuito: 18A. Isolação: PVC. Número de circuitos no eletroduto: 4. Instalação em eletroduto embutido: B1. 18 Passo 1 – Vá até a coluna de B1. Passo 2 – Na tabela 10, na coluna de número de cabos carregados, você pode observar 2 cabos (fase – neutro). Passo 3 – Encontre o valor de corrente mais próximo de 18A, no caso 24A. Passo 4 – Seguindo a linha, será encontrado o valor de 2,5mm2. Agora é preciso considerar outro fator, o número de condutores dentro do eletroduto, ou seja, a quantidade de circuitos. Conforme a tabela 42, representada na Tabela 12, será obtido o valor de correção de 0,65. Tabela 12 – Tabela 42 NBR-5410 Ref Forma de agrupamento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 11 12 a 15 16 a 19 ≥20 Em feixe: ao ar livre ou sobre superfície, embutidos, em conduto fechado 1,0 0,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 0,41 0,38 Corrente de projeto do circuito: 18A. Isolação: PVC. Número de circuitos no eletroduto: 4. Instalação em eletroduto embutido: B1. Assim, será usado um fator de correção na capacidade de condução do cabo, segundo a tabela este valor é 24A para o cabo de 2,5mm2. Agora você deve aplicar o fator de correção de 0,65 para saber o quanto o cabo de 2,5 mm2 consegue conduzir de corrente, dentro de um eletroduto com 4 circuitos. 19 Tabela 13 - Tabela 42 NBR-5410 Ref Forma de agrupamento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 11 12 a 15 16 a 19 ≥20 Em feixe: ao ar livre ou sobre superfície, embutidos, em conduto fechado 1,0 0,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 0,41 0,38 Corrente de projeto do circuito: 18A. Isolação: PVC. Número de circuitos no eletroduto: 4. Instalação em eletroduto embutido: B1. IZ = IC fator de correção. Onde: IZ = Corrente de condução do condutor corrigida; IC = Corrente de condução do condutor (tabela); IZ = 24A · 0,65 IC = 15,6 Assim, como pode ser observado, esse cabo em um eletroduto com 4 circuitos não conduz 24A, na realidade ele conduz 15,6A. Dessa forma, é necessário aumentar o cabo. Para isso verifique a Tabela 14, veja que o cabo para uso em valores de corrente 32A é o de 4,00mm². 20 Tabela 14 – Tabela de instalação em eletroduto embutido Seções Nominais mm2 A1 A2 B1 2 3 2 3 2 3 0,5 7 7 7 7 9 8 0,75 9 9 9 9 11 10 1 11 10 11 10 14 12 1,5 14,5 13,5 14 13 17,5 15,5 2,5mm2 19,5 18,5 18,5 17,5 24 21 4 26 24 25 23 32 28 Corrente de projeto do circuito: 18 A. Isolação: PVC. Número de circuitos no eletroduto: 4. Instalação em eletroduto embutido: B1. Veja, que se for usado o cabo de 2,5mm², a instalação não irá apresentar nenhum problema imediatamente, porém ela irá aquecer e ao longo do tempo, os problemas irão aparecer, tais como o aumento do consumo, já que a alta temperatura significa a perda de energia. 21 Bibliografia COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 5 ed. Pearson, 2009. CREDER, H. Instalações Elétricas. 15 ed. LTC, 2007. MAMEDE FILHO, J. Instalações Elétricas Industriais. LTC, 2010. MAMEDE FILHO, J. Manual de Equipamentos Elétricos. 3 ed. LTC, 2005. MEDEIROS, S. Medição de Energia Elétrica. 2 ed. Recife: Editora da Universidade Federal do Pernambuco, 1980. MTE. NR10: Segurança em Instalações Elétricas e Serviços em Eletricidade, 2004. NISKIER, J. Instalações Elétricas. 5 ed. LTC, 2008.