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SISTEMAS PREDIAIS E ELÉTRICOS PROF. ME. ALEXANDRE COELHO PROF.A LUZIA MARA FERRER AMORIM PROF. ME. LUIZ HENRIQUE DIAS AFONSO REITORIA: Dr. Roberto Cezar de Oliveira PRÓ-REITORIA: Profa. Ma. Gisele Colombari Gomes DIRETORIA DE ENSINO: Profa. Dra. Gisele Caroline Novakowski EQUIPE DE PRODUÇÃO DE MATERIAIS: Diagramação Revisão textual Produção audiovisual Gestão WWW.UNINGA.BR 33WWW.UNINGA.BR UNIDADE 01 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................5 1 - ELETRICIDADE ......................................................................................................................................................6 1.1. CARGA ELÉTRICA ................................................................................................................................................6 1.2. CORRENTE ELÉTRICA ........................................................................................................................................7 1.3. TENSÃO ELÉTRICA ............................................................................................................................................8 1.4. CORRENTE CONTÍNUA E CORRENTE ALTERNADA .........................................................................................9 1.5. POTÊNCIA ELÉTRICA ........................................................................................................................................ 10 2 - INTRODUÇÃO AOS CIRCUITOS ELÉTRICOS .................................................................................................... 11 2.1. RESISTÊNCIA ELÉTRICA ................................................................................................................................... 12 2.2. LEI DE OHM ....................................................................................................................................................... 13 2.3. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES ........................................................................................................................ 15 ELETRICIDADE E INTRODUÇÃO AOS CIRCUITOS ELÉTRICOS E INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PROF. ME. ALEXANDRE COELHO ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS PREDIAIS E ELÉTRICOS 4WWW.UNINGA.BR 2.3.1. ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE .................................................................................................................................15 2.3.2. ASSOCIAÇÃO EM PARALELO ........................................................................................................................16 3 - CONSIDERAÇÕES SOBRE CORRENTE ALTERNADA ....................................................................................... 17 3.1. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS ................................................................................................................................19 3.2. PREVISÃO DA CARGA DE ILUMINAÇÃO UTILIZANDO A NBR 5410:2004 ................................................. 20 3.3. PREVISÃO DA CARGA DE TOMADAS UTILIZANDO A NBR 5410:2004 .......................................................23 3.3.1. TOMADAS DE USO GERAL .............................................................................................................................23 3.3.2. TOMADAS DE USO ESPECÍFICO...................................................................................................................25 3.4. DIVISÃO DA INSTALAÇÃO ELÉTRICA ..............................................................................................................26 3.5. LIGAÇÃO DOS CIRCUITOS TERMINAIS ..........................................................................................................27 3.5.1. LIGAÇÃO DOS CIRCUITOS DE ILUMINAÇÃO ................................................................................................27 3.5.2. LIGAÇÃO DOS CIRCUITOS DE TOMADAS ....................................................................................................27 EXERCÍCIOS ..............................................................................................................................................................29 4 - CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................................................................30 5WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO Caro(a) acadêmico(a), seja bem-vindo(a) ao estudo da disciplina de Sistemas Prediais. Esta é a unidade I de desenvolvimento dos estudos e pesquisas, sendo este um material básico dirigido aos conhecimentos da disciplina. Na unidade I, será possível compreender e conhecer de forma mais conceitual a energia elétrica e algumas aplicações. Vamos conceituar no que consiste a energia elétrica e como é feita a análise básica de circuitos elétricos. As instalações elétricas consistem em circuitos elétricos divididos a partir de um quadro de distribuição, por isso a importância de conhecermos, mesmo que de forma básica, as leis de análises de circuitos elétricos, pois precisaremos desses conceitos no momento de projetar como será distribuída as instalações elétricas. Esta unidade foi dividida por tópicos e sub tópicos com intuito de apresentar o conteúdo de forma a estimular as re� exões, facilitar a busca ao apoio nas leituras complementares, consultar materiais no intuito de agregar com os temas apresentados nesta unidade. Desejo a você, acadêmico(a), uma ótima aula e leitura proveitosa sobre os temas abordados na disciplina. 6WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA 1 - ELETRICIDADE Esta unidade apresentará os conceitos básicos da eletricidade e a sua aplicação em circuitos elétricos. Estes são temas essenciais para aplicação da eletricidade em instalações elétricas. O estudo da eletricidade pode ser dividido basicamente em três partes, a eletrostática, eletrodinâmica e o eletromagnetismo. Como nosso intuito são os conceitos básicos da eletricidade e sua aplicação para análise de circuitos elementares, será abordado o conceito de carga elétrica, corrente elétrica, tensão elétrica e potência elétrica em um primeiro momento e após alguma analises básicas de circuitos elétricos. 1.1. Carga Elétrica Para explicação de todos fenômenos elétricos é necessário iniciarmos pela parte mais elementar, a carga elétrica. Segundo Alexander e Sadiku (2013), carga é uma propriedade elétrica das partículas atômicas que compõem a matéria, medida em Coulombs (C). Quando falamos de cargas elétricas, estamos em, um primeiro momento, falando das partículas subatômicas que compõem o átomo, os prótons, nêutrons e elétrons. A Figura 1 apresenta a estrutura atômica de um átomo genérico, apenas para recordar como é a disposição das cargas elétricas. Percebemos a presença de prótons e neutros no núcleo e os elétrons dispostos nas camadas externas. F igura 1 - Cargas elétricas dispostas na estrutura atômica. Fonte: Google imagens (2019). Um átomo, quando em equilíbrio, possui a mesma quantidade de prótons e elétrons e o balanço energético deste átomo pode ser considerado zero. Em termos de carga elétrica, o elétron e próton possuem a mesma magnitude, sendo a carga de um elétron (e) igual a: -1,602.10-19 C, e o próton tem mesma carga de sinal positivo. Quando se fala de carga elétrica, o elétron é utilizado como referência, pelo motivo já conhecido de que são os elétrons que podem trafegar de um átomo para outro. Um átomo pode ter a capacidade de receber ou ceder elétrons, o que torna a carga elétrica móvel, podendo assim ser transferida. 7WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Em termos de cargas elétricas, os elétrons serão atraídos por átomos positivamente carregados,ou seja, por átomos que já cederam seus elétrons da camada de valência, o � uxo de cargas elétricas é conhecida como corrente elétrica. Carga elétrica é representada pela letra (q) e sua unidade é Coulombs (C), que é bem grande, sendo normal encontrar valores de nC (nano Coulombs), pC (pico Coulombs), para exempli� car vejamos que em 1,0 C de carga há 6,24.1018 elétrons. 1.2. Corrente Elétrica A possibilidade da transferência de carga elétrica por meio dos movimentos dos elétrons, faz com que um � uxo de carga no tempo conceitue o que conhecemos como corrente elétrica, representada pela letra (i). Matematicamente temos: em que, pelo sistema internacional de medidas, i é corrente elétrica, q é carga elétrica e t é tempo em segundos. A unidade de corrente elétrica é o Ampere (A), e representa (C⁄s). A corrente elétrica quando analisada em circuitos elétricos, tem um sentido de direção, que foi convencionado como o sentido inverso dos elétrons. Está convenção ocorreu de forma equivocada no momento da descoberta do � uxo de cargas elétricas, sabendo-se que cargas opostas se atraem, imaginou-se que eram os prótons que se deslocavam em sentido aos elétrons, e assim foi convencionado o sentido da corrente. Posteriormente veri� cou-se que são os elétrons que se movimentam, mas a convenção foi mantida. A Figura 2 representa o sentido da corrente elétrica (I) em comparação com sentido de deslocamento dos elétrons, neste caso saindo do terminal negativo da bateria à caminho do terminal positivo. Figura 2 - Convenção de sentido de corrente elétrica em um circuito elétrico. Fonte: Google imagens (2019). Em uma análise de circuito, pode haver mais de uma corrente elétrica, assim como pode haver mais de uma bateria, neste caso convencionamos um sentido para corrente. Exemplo disso pode ser veri� cado na Figura 3, se considerarmos o sentido horário como o sentido da corrente por nós convencionado, o sentido inverso tem mesmo valor absoluto, em se tratando da mesma corrente, porém o sinal negativo representa que o sentido é o inverso ao adotado como convenção. Neste caso, não há uma corrente negativa. 8WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Fig ura 3 - Convencionando uma corrente no circuito elétrico. Fonte: Google imagens (2019). Para que ocorra um � uxo ordenado de carga elétrica resultando em uma corrente elétrica, há a necessidade de uma energia, esta é conhecida como tensão elétrica. 1.3. Ten são Elétrica Para o deslocamento do elétron, utiliza-se de um trabalho ou transferência de energia. Esse trabalho é realizado por uma força eletromotriz, conhecida como FEM. A FEM é a tensão elétrica, também denominada como Diferença de Potencial entre dois Pontos (DDP). Conceitualmente é a energia necessária para movimentar uma unidade de carga entre dois pontos, que tem como unidade Volts (V). Se considerarmos a Figura 4, seria a energia consumida para movimentar uma unidade de carga entre os pontos a e b. Esta energia é a tensão vab. Figu ra 4 - Diferença de potencial entre dois pontos. Fonte: Google imagens (2019). Matematicamente temos: onde, v é a tensão elétrica, w é a energia e q é carga elétrica. 9WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Da mesma forma que não há corrente elétrica negativa, não há também uma tensão negativa. Ao se analisar circuitos, se considerarmos a diferença entre dois pontos como v_ab, como apresentado na Figura 5 esquema “a”, e considerarmos também que o ponto a está presente no polo positivo e o ponto b está no polo negativo, como convenção, como na Figura 5 esquema “b”, caso ocorra o contrário a tensão vab terá a mesma magnitude para todos os casos, e o sinal negativo, presente na Figura 5 esquema “c”, é utilizado apenas para demonstrar a inversão das polaridades quando comparadas com a convenção adotada. Figura 5 - Convenção de tensão elétrica em um circuito elétrico. Fonte: Google imagens (2019). 1.4. Corrente Contínua e Corrente Alternada Agora que já sabemos conceitualmente e matematicamente o que é carga elétrica, corrente elétrica e tensão elétrica, podemos de� nir os tipos mais usuais de utilização da energia, a Corrente Contínua (CC) e Corrente Alternada (CA). A CC é de� nida como a corrente que permanece constante ao longo do tempo, sendo que a tensão tem a mesma forma de onda, também é contínua. A Figura 6 apresenta como é a forma de onda da CC, em que I (eixo y) é a corrente e t (eixo x) é o tempo. Exemplos de utilização de CC são baterias, pilhas e grande parte de componentes eletrônicos. Figura 6 - Corrente Contínua ao longo do tempo. Fonte: Google imagens (2019). A CA é de� nida por uma corrente que varia no tempo, esta pode ter qualquer formato variável no tempo. A Figura 7 apresenta um exemplo de CA, sendo este o mesmo formato da tensão elétrica, não tendo necessariamente a mesma amplitude e mesma fase, mas sim a mesma função de variação. Na Figura 7 é apresentada uma função senoidal como exemplo de uma CA, justamente pelo fato de ser a forma usual de nossa energia nas residências, os circuitos utilizados em instalações elétricas utilizam exatamente deste tipo de tensão e corrente, com uma frequência de 60 Hz (padrão Brasil), ou seja, uma repetição de 60 ciclos para cada segundo. 10WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 7 - Corrente variável ao longo do tempo. Fonte: Google imagens (2019). 1.5. Potência Elétrica Tensão e corrente elétrica são variáveis básicas de circuitos e instalações elétricas, e para que os equipamentos funcionem, é necessário a presença das duas variáveis, se há apenas tensão sem o � uxo de cargas elétricas, não funcionamento dos equipamentos. Conceitualmente, segundo Alexander e Sadiku (2013), potência é a velocidade com que se consome ou se absorve energia medida em Watts (W). Matematicamente, para circuitos de CC, podemos dizer que a potência é: p=v.i, a tensão vezes a corrente. Para nossas análises de circuitos utilizadas nesta unidade será su� ciente, já que trabalharemos com CC para entender as leis básicas de circuitos elétricos. Em circuito elétrico, enquanto alguns elementos fornecem energia, outros absorvem (consomem). Em uma lanterna por exemplo, enquanto a pilha fornece a energia elétrica, a lâmpada consome esta energia e a transforma em energia luminosa. Cada equipamento possuí uma potência para qual foi projetado para seu funcionamento. A potência em Watts de cada equipamento vezes o tempo em hora em que ele � ca ligado (Watts-h (Wh)), é utilizado para que as concessionárias de energia façam a cobrança da conta de energia. Lembrando que energia � sicamente é medida em Joules, e neste caso 1Wh = 3600 J. O emprego da corrente alternada como o tipo de energia utilizada vem basicamen- te da possibilidade do transporte desse tipo de energia de forma mais simplifi cada, para as tecnologias da época em que se utilizou-se como padrão. Entretanto nem sempre esta foi a forma usual da energia e no início dos estudos da eletricidade este foi tema de discussão por um longo tempo, período este que fi cou conhecido como guerra das correntes. De um lado defensor da utilização da CC Thomas Edison, de outro lado defen- sor da CA Nikola Tesla, patrocinado pelo empresário George Westinghouse vence esta batalha. Para entender melhor sobre esta batalha e sobre a utilização de CC e CA, verifi que este vídeo. FÍSICA.NET. A Guerra Elétrica – A disputa entre Edison, Westinghouse e Tesla. 2013. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=vewg4uviZAw&t=2s>. Acesso em: 10 jan. 2019. 11WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA 2 - INTRODUÇÃO AOS CIRCUITOS ELÉTRICOS O estudo de circuitos elétricos, mesmo que de forma básica para o entendimento das instalações elétricas, é de extrema importância,visto que, instalação elétrica é o projeto e divisão da utilização da energia elétrica em circuitos. Simpli� cando em instalações elétricas prediais temos: circuitos de iluminação, circuitos de tomadas de uso geral e circuitos de tomadas de uso especí� co. A interconexão de elementos elétricos de� ne o que é um circuito elétrico, independentemente da quantidade de elementos que este circuito elétrico possuir. A Figura 8 apresenta um circuito elétrico bem simpli� cado, em que há uma lâmpada ligada com a utilização de uma bateria, tendo assim dois elementos mais os condutores para fazer as ligações. A Figura 9 demonstra um circuito mais complexo, com vários elementos, este circuito pode ser utilizado para transmissão de rádio com a utilização de uma antena. Em ambos estes circuitos estamos utilizando corrente contínua sendo mantido para todas analises desta unidade. Para entendimento dos princípios básicos de circuitos elétricos a utilização da CC se torna aliada para facilitar o entendimento. Figura 8 - Circuito elétrico simpli� cado, apenas dois elementos. Fonte: Google imagens (2019). Figura 9 - Circuito elétrico com vários elementos. Fonte: Google imagens (2019). 12WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Se � zermos uma analogia, mesmo sabendo que em instalação elétrica utilizamos corrente alternada, em um mesmo circuito podemos ter vários equipamentos ligados, um exemplo disso é um circuito de iluminação. Vamos veri� car que em um mesmo circuito de iluminação teremos várias lâmpadas, sendo a fonte de tensão um dos elementos e cada uma das lâmpadas os outros elementos deste circuito. Os elementos do circuito podem ser ativos ou passivos. Os passivos são aqueles que absorvem energia, conhecidos como cargas elétricas, que podem ser basicamente de três tipos, resistivas, indutivas e capacitivas. As cargas resistivas serão aqui tratadas. Os elementos ativos são os que fornecem potência para o circuito elétrico (fontes de tensão e corrente). De acordo com a lei de conservação de energia em um circuito, a potência absorvida é igual a potência fornecida. Por convenção, se um elemento está consumindo energia, ele tem potência positiva (p=+v.i) e a corrente entra pelo terminal positivo do elemento, como pode ser veri� cado na Figura 10. Figura 10 - Convenção de sinal passivo para elemento consumidor de potência. Fonte: Google imagens (2019). Se o elemento está fornecendo energia, ele tem potência negativa (p=-v.i), como a tensão e a corrente, não há potência negativa, e este sinal negativo é apenas para identi� car um elemento ativo, que fornece potência para o circuito, neste caso, como apresentado na Figura 11, a corrente entra pelo terminal negativo do elemento. Figura 11 - Convenção de sinal passivo para elemento fornecedor de potência. Fonte: Google imagens (2019). 2.1. Resistência Elétrica A resistência elétrica está presente em todo tipo de material e é de� nida como a tendência de resistir ao � uxo de cargas elétricas, ou seja, a resistência à passagem de corrente elétrica. 13WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Qualquer material tem sua resistência calculada em função de seu comprimento (l), a área da seção transversal (A) e a resistividade do material (ρ), matematicamente temos: sendo R a resistência, medida em Ohms (Ω). A resistividade do material é fator determinante no cálculo da resistência, já que é diretamente proporcional a resistência elétrica. A Tabela 1 apresenta os valores de resistividade para alguns materiais. Tabela 1 - Resistividade dos materiais. Fonte: Alexander e Sadiku (2013). Fica evidenciado na Tabela 1 que os materiais com baixa resistividade são considerados condutores, devido a isso os condutores utilizados nas instalações elétricas são de cobre, já que a utilização da prata � caria inviável devido ao custo. 2.2. Lei de Ohm Em análise de circuitos, o efeito resistivo sempre estará presente, já que a passagem de corrente por qualquer material sempre terá uma resistência. Dependendo da aplicação pode-se projetar a utilização de resistências de valores bem pequenos ou de valores elevados. 14WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA A resistência é tratada como uma carga elétrica, um elemento passivo que absorve energia. Quando lidamos com cargas elétricas em circuitos, um dos objetivos é conhecer a relação entre a tensão e a corrente, e assim surgiu a primeira Lei de Ohm, que apresenta esta relação para o resistor. A Lei de Ohm a� rma que em um resistor, a tensão em seus terminais é diretamente proporcional a corrente elétrica que � ui por meio dele (v ∝ i). Ohm de� niu que a constante de proporcionalidade entre a tensão e a corrente é o resistor, e matematicamente esta relação é: v=R.i em que, v é a tensão, R é a resistência e i é a corrente. Considerando o resistor ideal essa relação tem o mesmo comportamento de uma função do primeiro grau, como pode ser veri� cado na Figura 12. Figura 12 - Relação da tensão e corrente em um resistor. Fonte: Alexander e Sadiku (2013). De acordo com a Lei de Ohm, se temos um valor de tensão � xo, quanto maior for a resistência, menor será a corrente. Se essa resistência tende a in� nito, a corrente elétrica tende a zero, o que ocorre nos materiais isolantes, que possuem altos valores de resistência. Por um outro lado, pode haver aplicações onde o ideal é que se tenha altos valores de corrente elétrica, para isso é projetada uma resistência elétrica de baixa resistência e que suporte a passagem de altas correntes, que é o que ocorre no chuveiro elétrico por exemplo. A passagem de corrente em um condutor traz um aquecimento conhecido como efeito Joule (energia elétrica convertida em energia térmica), em algumas aplicações é considerado uma perda, como na transmissão de energia elétrica, por isso se eleva tanto o nível das tensões para o transporte da energia elétrica, como explicado na unidade I. Para outras aplicações o aquecimento pode ser o objetivo, utilizando novamente, o exemplo do chuveiro elétrico, espera- se que a resistência projetada tenha um baixo nível de resistência e suporte um elevado nível de corrente, para que ocorra o aquecimento da água. Para entender melhor como foi descoberta a resistência elétrica, qual experimen- to foi realizado por Georg Simon Ohm, de forma prática, acessar: MATTEDE, H. Lei de Ohm. Conteúdo Mundo da Elétrica. Disponível em: <https://www.mundoda- eletrica.com.br/lei-de-ohm/>. 15WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA A corrente elétrica em uma resistência sempre � uíra do maior para o menor potencial, como apresentado na Figura 13, o potencial do lado positivo é maior que o potencial do lado negativo, por isso a corrente tem o sentido apresentado. Este símbolo da Figura 13 é como uma resistência é representada em um circuito elétrico. Figura 13 - Representação simbólica de uma resistência no circuito elétrico, e direção da corrente elétrica. Fonte: Alexander e Sadiku (2013). A potência dissipada por um resistor já é conhecida e mantem-se como a tensão sobre a resistência, e a corrente que passa por ela (p=v.i), com a aplicação da Lei de Ohm, pode-se utilizar de outras duas maneiras para calcular a potência dissipada em um resistor, e assim, temos: 2.3. Associação de Resistores As topologias de rede são necessárias para entendermos como os elementos podem ser interconectados das diversas formas em um circuito. De acordo com Alexander e Sadiku (2013), podemos de� nir assim alguns conceitos: • Ramo: representa qualquer elemento de dois terminais. • Nó: é o ponto de conexão entre dois ou mais elementos (ramos). • Laço: qualquer caminho fechado em um circuito. • Malha: é um laço que não contém nenhum outro laço em seu interior. Assim temos condiçõesde entender melhor como é feita a associação de resistores, que basicamente podem ser conectados somente em série, somente em paralelo e há circuitos que apresentam alguns resistores ligados em série e outros em paralelo. 2.3.1. Associação em série Os resistores estarão em série se eles compartilham exclusivamente um único nó e, consequentemente, transportam a mesma corrente. A Figura 14 apresenta três resistores ligados em série. 16WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 14 - Resistores ligados em série. Fonte: o autor. Analisando a Figura 14, � ca evidenciado que a fonte de tensão está em série com o resistor R1, já que eles compartilham somente o nó a, R1 e R2 estão em série pois compartilham somente o nó b, o que se mantém paras as análises de todos os elementos do circuito. A corrente segue o sentido contrário aos elétrons, de acordo com a convenção de sentido de corrente elétrica, e neste exemplo está no sentido horário. Analisando somente a corrente, podemos dizer que este é um circuito série, já que a mesma corrente que sai da fonte passa por todos resistores, ou seja, ela é a mesma que percorre todo o circuito e retorna para a fonte. 2.3.2. Associação em paralelo A associação em paralelo ocorrerá quando dois ou mais resistores estiverem conectados aos mesmos dois nós, apresentando assim a mesma tensão entre eles. Para entendermos melhor analisaremos a Figura 15, que apresenta três resistências associadas em paralelo. Analisando, todos nós superiores são o mesmo nó a, já que não há elemento entre as derivações do circuito. Todos nós na parte inferior do circuito são b, e assim todos os resistores estão entre os mesmos dois nós, que são exatamente a diferença de potencial entre os dois pontos da fonte de tensão, ou seja, a tensão em cada um dos resistores é a mesma, e é a tensão da fonte. Pela Lei de Ohm, podemos calcular as correntes em cada um dos resistores de forma simpli� cada, basta sabermos as resistências e tensão aplicada sobre elas. Figura 15 - Associação de resistores em paralelo. Fonte: o autor. O circuito em paralelo é um circuito divisor de corrente, percebe-se pela Figura 15 que a corrente elétrica que percorre o circuito vai se dividir para cada uma das resistências, proporcionalmente ao valor de cada resistência. Já que resistência elétrica é oposição à passagem de corrente elétrica, esta vai optar pelo caminho de menor resistência, então podemos dizer que numa situação de resistências em paralelo, como está, a maior corrente será na resistência de menor valor. 17WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Podemos ter em um circuito resistores associados de forma mista, ou seja, em uma parte do circuito alguns estão associados em série e em outra parte em paralelo. 3 - CONSIDERAÇÕES SOBRE CORRENTE ALTERNADA A corrente alternada é aquela que utilizamos nas instalações elétricas, porém como o entendimento das leis básicas de circuitos utilizando CC se torna muito facilitado, utilizamos a CC para explicar os conceitos básicos de circuito e vamos expandir de forma muito básica estes conhecimentos para CA, focando naquilo que utilizaremos de fato em instalações. Em CA, não temos polo positivo e negativo, os dois pontos que representam a diferença de potencial aqui são chamados de fase e neutro, que são exatamente os dois pontos da tomada da instalação elétrica. A lei de Ohm e as leis de Kirchho� também são válidas para os circuitos de CA e a forma como procedemos é exatamente a mesma na relação das resistências. Os outros dois tipos de carga elétrica não foram abordados e vamos apenas veri� car o conceito básico para entender o que é fator de potência, pois utilizaremos em instalações elétricas. Para isso, vamos trabalhar com potência elétrica em CA. Até o momento conhecemos potência elétrica como sendo, P=v.i, isto é válido para CC e em CA para cargas puramente resistivas. Nas cargas puramente resistivas, não teremos atraso da tensão em relação a corrente, como apresentado na Figura 16, tanto a onda de tensão quanto a de corrente passa ao mesmo tempo em 0 V, isso quer dizer que estas duas ondas estão em fase. Exemplo de cargas puramente resistivas são as lâmpadas incandescentes, ferro elétrico, chuveiro elétrico, forno elétrico, torradeira etc. Figura 16 - Carga puramente resistiva em CA. Fonte: Google imagens. Conhecendo as formas de associação de resistores, como nosso foco é a aplica- ção em instalação elétrica, como será o atendimento das cargas de uma instala- ção elétrica, sabendo que todo estão alimentados por uma mesma tensão? 18WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Os outros dois tipos de carga são as cargas indutivas e capacitivas, nestas cargas as ondas de tensão e corrente não estão em fase e tem o comportamento apresentado na Figura 17 e Figura 18. Figura 17 - Comportamento das ondas de tensão e corrente para carga indutiva. Fonte: Google imagens. Figura 18 - Comportamento das ondas de tensão e corrente para carga capacitiva. Fonte: Google imagens. A Figura 17 apresenta o comportamento das cargas indutivas, onde a corrente está atrasada em relação a tensão de φ graus, como pode ser veri� cado na � gura. Exemplo de carga indutiva são os motores elétricos e todos componentes que tem motores elétricos para seu funcionamento, como ventilador, máquina de lavar, geladeira, ar condicionado. A Figura 18 apresenta o comportamento das cargas capacitivas, onde a corrente está adiantada em relação a tensão de φ graus, como pode ser veri� cado na � gura. Exemplo de carga capacitiva, são alguns eletrônicos, reatores de lâmpadas � uorescentes e de LED. Nas cargas resistivas o fato de não ter este atraso entre as ondas de tensão e corrente signi� ca que toda potência entregue ao sistema é transformada em trabalho, nas outras cargas em CA a forma de calcular potência é diferente. Temos neste caso 3 potências. Potência aparente, ativa e reativa. A potência aparente é representada pela letra (S) ou pela letra (N), esta é a potência total fornecida para o sistema e é calculada a partir de S=v.i, e sua unidade é o Volt-Ampere (VA). A potência ativa é representada pela letra (P) e está é a potência efetivamente transformada em trabalho, calcula a partir de P=v.i.cos(φ), e sua unidade é o Watt (W). Para as cargas resistivas e para os circuitos de CC não temos defasagem entre tensão e corrente, P=S e por isso em CC chamamos a potência apenas de P. A potência reativa é representada pela letra (Q), ela é necessária para o funcionamento de elementos indutivos e capacitivos, podemos dizer que é parte da energia consumida que não é transformada em trabalho, mas que é essencial para que os equipamentos funcionem. Ela é calculada a partir de Q=v.i.sen(φ), e sua unidade é o Volt-Ampere Reativo (VAR). A relação entre estas potencias é dada a partir da relação S=P+Q, e pelo triangulo das potências representado na Figura 19. 19WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 19 - Triângulo de relação das potências. Fonte: Google imagens. Nesta relação das potências, temos a relação da potência aparente com a potência ativa dada por meio do cosseno do ângulo. Essa relação é conhecida como fator de potência, que relaciona de quanto da potência total entregue ao sistema foi efetivamente transformado em trabalho. Esta relação tem valor máximo 1,0, que é o que ocorre com as cargas puramente resistivas, em que S é igual a P e o ângulo é de 0º entre as ondas de tensão e corrente. Se temos a potência aparente ou ativa, podemos ter a relação de uma com a outra por meio do Fator de Potência (FP) que é: Para nossos trabalhos em instalações elétricas está é a relação que precisamos, já que o FP normalmente é dado pela concessionária para cada tipode circuito. 3.1. Instalações Elétricas Um projeto elétrico nada mais é que a previsão escrita da instalação, com todos seus detalhes, localização dos pontos de utilização da energia elétrica, comandos, trajetos dos condutores, divisão dos circuitos, seção dos condutores, dispositivos de manobra, ou seja, descrição de toda utilização da energia elétrica em uma instalação predial, que é o nosso objetivo. É responsabilidade do projetista também fazer o dimensionamento da entrada da energia elétrica da planta analisada, informação essa que deverá ser entregue à concessionária de abastecimento, � cando a critério dela a aprovação ou não do dimensionamento realizado. O projeto elétrico é dividido em quatro partes, e de acordo com Creder (2016) pode assim ser analisado: a) Memória: onde o projetista justi� ca a solução. b) Conjunto de plantas, esquemas e detalhes: onde deverão constar todos os elementos necessários à perfeita execução do projeto. c) Especi� cações: onde se descrevem as características técnicas do material a ser usado e as normas aplicáveis. d) Orçamento: onde são levantados a quantidade e o custo do material e da mão de obra. 20WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA O curso de engenharia civil tem este conhecimento a respeito de projetos técnicos bem presente, há algumas disciplinas com objetivo grande neste tipo de aplicação, sendo assim, este material vai focar na parte de como fazer o dimensionamento da instalação elétrica, e apresentar o que é necessário para elaboração do projeto elétrico. Assim, o aluno se torna capaz com o conhecimento prévio que tem a respeito de plantas arquitetônicas e de projetos de elaborar um ótimo projeto elétrico predial. A base para desenvolvimento do projeto elétrico será a NBR 5410:2004. Nesta unidade vamos conhecer a simbologia utilizada na elaboração do projeto elétrico predial, como dimensionamos a potência prevista mínima para os circuitos de tomada e iluminação. Os circuitos de tomadas serão divididos em tomadas de uso geral e tomadas de uso especí� co. O circuito de iluminação apresentado nesta unidade será o previsto na NBR 5410:2004. 3.2. Previsão da Carga de Iluminação Utilizando a NBR 5410:2004 Os critérios utilizados pela NBR 5410:2004 para previsão da carga de iluminação utiliza como base para estes cálculos a utilização de lâmpadas incandescentes, assim, vale ressaltar que após as determinações das cargas devemos adequar para as lâmpadas que utilizaremos nos dias de hoje, sendo provavelmente a opção LED a escolhida, para isso utilizamos de tabelas fornecidas pelos próprios fabricantes para esta adequação, já que as lâmpadas incandescentes não são mais comercializadas e foram retiradas do mercado a partir do ano 2016, sendo encontradas para aplicações especi� cas e decoração de ambientes. Os critério para determinação de carga mínima de iluminação são assim determinados, de acordo com a NBR 5410:2004: a) Prever pelo menos um ponto de luz � xo no teto, com potência de 100 VA em cômodos ou dependências de unidades residenciais. b) Cômodos ou dependências com área igual ou inferior a 6,0 m2 atribui-se um mínimo de 100 VA. c) Cômodos ou dependências com área superior a 6,0 m2 deverá ser prevista uma carga mínima de 100 VA para os primeiros 6,0 m2, acrescidos de 60 VA para cada aumento de 4,0 m2 inteiros. A potência assim dimensionada não é necessariamente a potência nominal das lâmpadas, e sim a potência mínima para cada cômodo, ou seja, para dimensionamento do quadro de cargas. A distribuição da quantidade de lâmpadas para atingir esta potência dever ser feita de maneira a distribuir da melhor forma possível, de acordo com o tamanho e o formato do cômodo. Para entendermos melhor como dimensionar esta carga de iluminação, utilizaremos como exemplo a planta baixa disponível na Figura 20, que apresenta uma pequena residência com 5 cômodos. 21WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 20 - Planta baixa residencial. Fonte: Google imagens. Para facilitar o dimensionamento da carga mínima de iluminação utilizamos uma tabela conhecida como quadro de previsão de cargas, e vamos preenchendo de modo a prever todas as cargas da instalação elétrica. A Tabela 2 apresenta o quadro de carga de iluminação, ou seja, a potência total de iluminação para cada cômodo e para a residência. Tabela 2 - Quadro de carga de iluminação. Fonte: o autor. 22WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Utilizaremos como exemplo de cálculo a sala para entender porque a potência total de iluminação da sala é 340 VA, na Tabela 3 é possível veri� car como é feito o cálculo. Analisa-se dividindo a área total, para os 6,0 m2 iniciais atribui-se 100 VA de potência, para os próximos 4,0 m2 inteiros atribui-se a potência de 60 VA, até que chegue a área total do cômodo em análise. Percebe-se que os 3,0 m2 � nais não têm potência de iluminação atribuída, já que não é 4,0 m2 inteiro, e sim uma fração. Tabela 3 - Dimensionamento da carga de iluminação da sala. Fonte: o autor. Para os demais cômodos procedemos da mesma forma, esta é uma previsão mínima de carga instalada, ou seja, tem que ter pelo menos esta potência instalada para cada cômodo. O bom senso do projetista e o diálogo com o cliente é sempre levado em consideração. Na Tabela 2, podemos veri� car que na determinação da carga do banheiro, houve o acréscimo de 60 VA, sem que houvesse a exigência da norma, por ter uma área de 6,0 m2. A potência de 100 VA estaria dentro dos limites mínimos da norma, porém, normalmente, no banheiro utiliza-se uma lâmpada acima de algum espelho que pode estar localizado acima da pia, sendo assim foi adicionado 60 VA de potência para este caso, demonstrando a liberdade do projetista para trabalhar como entender melhor ou para seguir as exigências do cliente, respeitando apenas os limites mínimos estabelecidos pela norma. Para dimensionamento de carga de iluminação, utilizando a NBR 5410:2004, o único parâmetro utilizado é a área do cômodo, outras formas de realizar este di- mensionamento são mais exatos, já que consideram vários parâmetros, como a de utilização do cômodo, além de altura do teto, cores do teto e das paredes, de- preciação dos equipamentos utilizados, sendo uma ferramenta mais completa de análise, que pode trazer até uma economia para instalação. 23WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA O dimensionamento de iluminação em um projeto elétrico pode ser feito, utili- zando a NBR 5410:2004, como apresentado neste material, mas pode ser feito também utilizando as noções de luminotécnica, que é uma teoria especifi ca para aplicação em projetos de iluminação. Para estudo das técnicas de luminotécnica e do método dos lumens e do método ponto a ponto para dimensionamento de iluminação acessar: LUZ, J. M. Luminotécnica. Material de estudo UNICAMP. Dis- ponível em: <https://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/Luminotecnica.pdf>. 3.3. Previsão da Carga de Tomadas Utilizando a NBR 5410:2004 Para as instalações elétricas prediais basicamente dimensionamos a potência instalada de iluminação e das tomadas, para então dimensionar os condutores, os eletrodutos, a proteção e divisão da instalação em circuitos elétricos e qual será a classe de entrada da tensão cedida pela concessionária. As tomadas são divididas em dois grupos para que seu dimensionamento possa ser feito, são as Tomadas de Uso Geral (TUG) e as Tomadas de Uso Especí� co (TUE). 3.3.1. Tomadas de uso geral As tomadas de uso geral são aquelas em que não há equipamento � xo e que não opere com uma corrente acima de 10 A. A quantidade de tomadas vai depender muito do tipo do projeto que o cliente exige, por isso informações de quantidade de equipamentos, quais tipos e potências elétricas,são sempre bem-vindas, mas normalmente difíceis de se obter. Sendo assim a norma utiliza os critérios mínimos para estabelecer a quantidade de tomadas, cabendo ao projetista respeitar o quesito mínimo e utilizar do bom senso para o aumento da quantidade de pontos de tomada, caso julgue necessário, ou seja requerido pelo cliente. Os critérios para dimensionamento da quantidade de tomadas para cada cômodos são os seguintes: a) Banheiros: pelo menos um ponto de tomada junto ao lavatório. b) Cozinhas, copas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos: no mínimo um ponto de tomada para cada 3,5 m, ou fração de perímetro, sendo que acima de cada bancada com largura igual ou superior a 0,3 m, deve ser previsto pelo menos um ponto de tomada. c) Cômodos ou dependências: com área inferior a 6,0 m2, pelo menos um ponto de tomada. Para áreas superiores a 6,0 m2, pelo menos um ponto de tomada para cada 5,0 m, ou fração de perímetro, espaçados tão uniformemente quanto possível. 24WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Os critérios quanto à potência dimensionada, segue o seguinte, considerando a NBR 5410:2004: a) Banheiros, cozinhas, copas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos: no mínimo 600 VA por ponto de tomada, até três pontos, e 100 VA por ponto, para os pontos excedentes, considerando cada um desses ambientes separadamente. b) Demais cômodos: no mínimo 100 VA por ponto de tomada. Utilizando novamente a planta baixa da Figura 20 como exemplo, vamos continuar a construção da tabela do quadro de cargas, considerando agora além da área, o perímetro de cada cômodo, e em um primeiro momento determinando a quantidade de tomadas e depois a potência total das tomadas para cada cômodo, como pode ser veri� cado na Tabela 4. Tabela 4 - Quadro de carga para dimensionamento de TUG. Fonte: o autor. O dimensionamento de TUG ocorre de forma bem simpli� cada, neste exemplo, a sala, o quarto e o hall veri� camos se há mais que 6,0 m2, em caso a� rmativo, dividimos o perímetro do cômodo por 5 e assim temos a quantidade de tomadas, arredondando para cima, já que a fração também é considerada. Para estes cômodos basta utilizarmos a potência de 100 VA para cada ponto de tomada. A sala, utilizando esta premissa, teria 4 pontos de tomada, porém por ser uma sala de 20 m de perímetro e com 25 m2 de área, optou-se em adicionar mais 2 pontos de tomada, parava evitar a insu� ciência de pontos de tomada. No banheiro, pela norma, pelo menos um ponto de tomada, neste caso optou-se pela utilização de dois pontos, sendo que os três primeiros pontos utilizamos 600 VA de potência, resultou em 1200 VA de potência instalada para o banheiro. Na copa-cozinha e na área de serviço, a estratégia é a mesma, utilizamos o perímetro dividido por 3,5, assim arredondamos pra cima para calcular a quantidade de tomadas, já que neste caso a fração também é considerada. Para determinamos a potência, consideramos os três primeiros pontos com 600 VA cada, e os pontos excedentes com 100 VA cada. Para este exemplo a potência instalada das TUG é de 6200 VA. 25WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA 3.3.2. Tomadas de uso específico As tomadas de uso especí� co são aquelas dimensionadas exclusivamente para um determinado aparelho. Utiliza-se também esta estratégia para equipamentos que operam com correntes acima de 10 A, que tem um circuito dedicado para alimentação somente dele. Estes equipamentos normalmente operam com uma potência elevada. Alguns equipamentos que utilizam uma tomada especi� ca são: chuveiro elétrico, torneira elétrica, ar condicionado, forno elétrico, geladeiras com potência superior a 1000 W, secadoras de roupa, máquinas de lavar que operam com água quente, e alguns outros equipamentos. Ao ponto de tomada de uso especi� co se atribui a potência igual a potência nominal do equipamento a ser ali instalado. Em caso da potência do equipamento não ser conhecida, atribui- se a este ponto de tomada, uma potência igual ao equipamento mais potente com possibilidade de ser ligado neste ponto. Os pontos de TUE devem ser instalados no máximo a 1,5 m do local previsto pro equipamento ser alimentado. Mantendo o exemplo da planta baixa apresentada na Figura 20, vamos ver como � caria o quadro de cargas para as TUE (Tabela 5), considerando os seguintes equipamento a serem instalados: ar condicionado no quarto (1900 W), ar condicionado na sala (2900 W), chuveiro elétrico no banheiro (4400 W), forno elétrico (1800 W), micro-ondas (1300 W) e máquina de lavar (1000 W). Neste caso, conhecendo-se as potências de todos equipamentos a serem instalados, basta incluir no quadro de cargas a potência nominal de cada um dos componentes. No caso de não conhecimento, pode-se utilizar tabelas com valores de equipamentos que podem ser obtidas com os fabricantes ou até mesmo na internet. Tabela 5 - Quadro de carga de dimensionamento de TUE. Fonte: o autor. Agora temos dimensionados todos os pontos de utilização de energia do exemplo apresentado, e podemos então juntar tudo em um só quadro de carga, onde todos os pontos estarão presentes, como apresentado na Tabela 6. 26WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Tabela 6 - Quadro de carga total da instalação. Fonte: o autor. Cada concessionária vai considerar um fator de potência para suas instalações, se considerarmos que para as tomadas de uso especí� co o fator de potência é 0,8, podemos calcular qual é a potência total das TUE em VA (potência aparente). Basta utilizarmos as considerações sobre CA, em que o , assim a potência total instalada para o exemplo em questão é de 23695 VA. Com todos pontos dimensionados, agora podemos entender como é feita a divisão dos circuitos em uma instalação elétrica. 3.4. Divisão da Instalação Elétrica A divisão das instalações elétricas tem o objetivo de limitar as consequências de uma falta, ou de defeito de um circuito que possua muitos pontos de utilização de energia, facilitar as veri� cações e manutenção e possibilitar o uso de condutores de bitola (área da seção circular) menor, já que seccionando em vários circuitos podemos dimensionar o condutor para suportar a corrente que vai passar somente por alguns pontos de utilização e não por todos. O circuito é dividido a partir do Quadro de Distribuição Geral (QDG), conhecido como quadro de distribuição, e os pontos de consumo alimentados pelo mesmo dispositivo de proteção (disjuntor) é considerado um circuito. Utilizando a norma NBR 5410:2004 como base para procedência da divisão da instalação, o primeiro passo é separar os circuitos de iluminação e tomada, cada circuito então tem o seu próprio dispositivo de proteção, sendo que numa mesma instalação pode-se ter vários circuitos de iluminação e vários de tomada, separados um do outro. Em alguns casos especí� cos, este circuito pode estar junto, exemplo de um quarto de hotel. Os pontos de tomadas de cozinhas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais semelhantes devem ser alimentados por circuitos destinados unicamente a estes locais, ou seja, cada um destes cômodos deve ter o seu próprio dispositivo de proteção. Todo ponto de TUE ou equipamento com corrente nominal superior a 10 A deverá ser um circuito independente, tendo também cada um o seu disjuntor. 27WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Cada circuito deverá ter o seu próprio condutor neutro, cabe salientar que o condutor neutro tem um � uxo de corrente elétrica igual ao do condutor fase, e veri� caremos que devido a isso o condutor neutro é dimensionado com uma área de seção circular igual ao condutor fase, sendo que cada circuito terá seu condutor dimensionado separadamente. 3.5. Ligação dos CircuitosTerminais Os circuitos terminais em uma instalação elétrica predial são as lâmpadas e tomadas, vamos veri� car como são feitas estas ligações na prática, quais condutores são utilizados e como é a disposição dos condutores nos eletrodutos. Vamos dividir estes circuitos em circuitos de iluminação e tomada. 3.5.1. Ligação dos circuitos de iluminação No circuito de iluminação, temos a presença de 4 condutores. Junto ao QDG tem os condutores fase, neutro e proteção. A Figura 21 apresenta como é o esquema de ligação da lâmpada em um circuito, utilizando neste circuito duas lâmpadas, com dois tipos diferentes de interruptor. O condutor fase está conectado em um disjuntor monopolar no quadro, este é passado pelo eletroduto e vai até o interruptor. A ligação do interruptor para a lâmpada é feita por um condutor auxiliar conhecido como retorno, sua função é somente essa, ligar o interruptor à lâmpada. Fechando o circuito, temos o condutor neutro, que retorna ao quadro. Este é o caminho feito pela corrente elétrica que passa pela lâmpada. Sempre que possível liga-se o condutor de proteção à carcaça da iluminaria, sendo este um condutor diretamente ligado ao aterramento da instalação, não deve nunca ser ligado junto ao condutor neutro. Figura 21 - Esquema de ligação de circuito de iluminação. Fonte: Google imagens. 3.5.2. Ligação dos circuitos de tomadas Os circuitos de tomadas não tem a presença do condutor retorno, já que este só aparece nos circuitos de iluminação. Os condutores presentes nos circuitos de tomadas são apenas o fase, o neutro e o proteção. A Figura 22 apresenta este esquema de ligação para uma ligação fase- neutro. 28WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 22 - Esquema de ligação de tomadas. Fonte: Google imagens. Mantendo a mesma lógica de apresentação, como se fosse o sentido da corrente no circuito, o condutor fase sai do quadro, utiliza o eletroduto para chegar até a tomada, está tomada alimenta o equipamento ali ligado, e o condutor neutro fecha o circuito retornando ao quadro de distribuição. Este tipo de ligação é normalmente o que encontramos nas TUG. O padrão de tomada apresentado na Figura 22 é um padrão antigo, e foi mantido na � gura, pois há muitas instalações antigas que ainda utilizam os padrões antigos de tomada. Após o ano de 2002, o governo brasileiro adotou um padrão novo e único de tomadas, com intuito de padronizar para todas instalações um único modo de alimentação de energia. A Figura 23 apresenta o padrão antigo da Figura 22 e o novo padrão utilizado. Figura 23 - Um dos padrões antigos de tomada e o novo padrão utilizado. Fonte: Google imagens. Outro esquema de ligação normalmente feito pelas TUE, é a utilização de duas fases, sendo esta uma ligação bifásica. A Figura 24 apresenta um esquema de ligação de um chuveiro (TUE) que utiliza duas fases para sua alimentação. 29WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 24 - Esquema de ligação de TUE, utilizando duas fases. Fonte: Google imagens. Este esquema de ligação utilizando duas fases é muito comum para TUE, na qual a diferença de potencial fase-neutro é 127 V, pois nestas regiões a diferença de potencial fase-fase é 220 V. Neste caso, a instalação destes equipamentos em 220 V traz a segurança da operação com uma corrente bem menor (quase metade) e a economia na possibilidade de uso de condutores com uma área de seção circular menor. EXERCÍCIOS 01. A quantidade de 4800 elétrons representa qual quantidade de carga Q? RESOLUÇÃO: 1e = -1,602 x C Sendo assim: -1,602 x C x 4800 elétrons = -7,6896 xC x 4800 elétrons = -7,6896 x . 02. Um chuveiro é ligado em uma tomada com 220v, com potência nominal de 7500W. Qual a quantidade de potência aparente que será dissipada por esse chuveiro, considerando um fator de potência de 0,85? RESOLUÇÃO: S=P/FP Ou seja S=7500/0,85 = 8,82KW 30WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 1 ENSINO A DISTÂNCIA 4 - CONSIDERAÇÕES FINAIS Prezado (a) acadêmico (a), esta unidade serviu para conhecermos um pouco mais os conceitos da eletricidade, que é nossa ferramenta de trabalho na instalação elétrica. Conhecemos também um pouco dos conceitos básicos de circuitos elétricos no intuito de entender como é dividida as instalações elétricas. Esta unidade é de extrema importância para facilitar nosso entendimento nos projetos que vamos executar, os conceitos básicos de tensão e corrente já podem ajudar e muito no entendimento de como vamos proceder no projeto da instalação elétrica Agora que entendemos um pouco mais sobre a eletricidade e circuitos vamos projetar a instalação elétrica e seus pontos de utilização. 3131WWW.UNINGA.BR UNIDADE 02 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................................32 1 - INSTALAÇÃO ELÉTRICA EM PLANTA BAIXA ....................................................................................................33 2 - DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES .........................................................................................................43 3 - DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTO ..........................................................................................................46 4 - DIMENSIONAMENTO DE DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ..............................................................................47 5 - NOÇÕES DE LUMINOTÉNICA ............................................................................................................................52 5.1. CONCEITOS PARA O ENTENDIMENTO DE LUMINOTÉCNICA .......................................................................52 5.2. TIPOS DE LÂMPADAS .......................................................................................................................................53 5.3. ESTRATÉGIAS PARA CÁLCULO LUMINOTÉCNICO ........................................................................................54 EXERCÍCIO ................................................................................................................................................................60 6 - CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................................................................61 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E LUMINOTÉCNICA PROF. ME. ALEXANDRE COELHO ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS PREDIAIS E ELÉTRICOS 32WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO Caro(a) acadêmico(a), seja bem-vindo(a) ao estudo da disciplina de Sistemas Prediais. Esta é a unidade II de desenvolvimento dos estudos e pesquisas, sendo este um material básico dirigido aos conhecimentos da disciplina. Na unidade II, será apresentado como é feito o projeto elétrico em planta baixa, dimensionamentos de condutores, eletrodutos e dispositivos de proteção, além de uma ênfase aos circuitos de iluminação utilizando de forma introdutória os conceitos de luminotécnica. Na unidade I, foi apresentado um breve conceito do que se trata a energia elétrica e a introdução às instalações elétricas prediais com a utilização da NBR 5410:2004. Na unidade II, vamos basicamente � nalizar a parte de projeto elétrico iniciada na unidade I e conhecer a respeito de luminotécnica. Aprenderemos baseados na Norma Brasileira (NBR) da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) 5410 do ano de 2004 e suas atualizações, como devemos proceder para realizar o dimensionamento dos elementos presentes na instalação elétrica. Esta unidade foi dividida por tópicos e sub tópicos com intuito de apresentar o conteúdo de forma a estimular as re� exões, facilitar a busca ao apoio nas leituras complementares, consultar materiais no intuito deagregar com os temas apresentados nesta unidade. Desejo a você, acadêmico(a), uma ótima aula e leitura proveitosa sobre os temas abordados na disciplina. 33WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA 1 - I NSTALAÇÃO ELÉTRICA EM PLANTA BAIXA Após dimensionarmos os circuitos de iluminação e tomadas, vamos veri� car como é feito o projeto arquitetônico da instalação elétrica. Primeiramente vamos conhecer os símbolos utilizados na instalação elétrica. A simbologia serve de auxílio para que todos os pro� ssionais da área utilizem a simbologia padrão, de forma que todos possam interpretar e compreender um mesmo projeto, tanto o projetista quanto o executante vão utilizar o mesmo projeto, e independente da região do Brasil, onde este pro� ssional atuar, esta simbologia é a mesma, de acordo com a NBR 5444:1989 e suas atualizações. Há uma grande quantidade de símbolos utilizados, vamos conhecer os principais e aplicar em um exemplo como deve ser o emprego dos mesmos. A NBR 5444:1989 é a normalização dos símbolos utilizados e alguns destes ainda contam com símbolos usuais que ainda são empregados, por isso será apresentado tanto os símbolos usuais, quando estes existirem, quanto os da NBR. A simbologia utilizada para iluminação pode ser veri� cada na Figura 1, sendo a simbologia a.1 da NBR5444 a mais empregada, vamos veri� car algumas variações desta simbologia no exemplo prático. Figur a 1 - Simbologia empregada para circuito de iluminação. Fonte: NBR 5444:1989. Faz parte do circuito de iluminação, os interruptores para acionamento das lâmpadas, já que o local do interruptor deve ser apresentado na planta baixa, há a simbologia especí� ca para este item, neste caso a simbologia usual pode ser a mais encontrada, a Figura 2 apresenta os símbolos utilizados para representar os interruptores. 34WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 2 - Simbologia utilizada na representação de interruptores. Fonte: NBR 5444:1989. Os símbolos para representar os eletrodutos e os condutores utilizados são apresentados na Figura 3, cabe ressaltar que temos 4 tipos de condutores. Condutor fase, neutro, retorno e proteção, posteriormente vamos veri� car como é feita a utilização de cada um deles. Figura 3 - Simbologia utilizada para eletrodutos e condutores. Fonte: NBR 5444:1989. Para � nalizar os símbolos básicos, a Figura 4 apresenta os símbolos utilizados na representação das tomadas. 35WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 4 - Simbologia de representação de tomadas. Fonte: NBR 5444:1989. Utilizando o exemplo apresentado na Figura 20 da Unidade I, onde já dimensionamos as cargas de iluminação, TUG e TUE, com auxílio dos símbolos que agora conhecemos, vamos ao projeto da planta baixa. Primeiro passo é determinar a localização do quadro geral de distribuição, que deve ser mais centralizado possível, de forma que tenha o acesso facilitado, sem que haja qualquer equipamento em sua frente. A Figura 5 apresenta a localização do QDG deste exemplo e o seu respectivo símbolo na planta baixa. Figura 5 - Localização do Quadro de Distribuição Geral na planta baixa em análise. Fonte: o autor. 36WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Pode haver mais de um quadro de distribuição em uma instalação elétrica, dependendo do tamanho da instalação, pode haver a necessidade de utilização de um quadro secundário ao QDG. Todos circuitos elétricos da instalação neste exemplo saem do QDG para alimentar os pontos de iluminação e tomadas. Agora que já conhecemos a simbologia básica utilizada para o projeto da instalação em planta baixa. Como visto na divisão dos circuitos, podemos dividir em quantos circuitos forem necessários, desde que obedeçamos aos preceitos ditos pela norma. Para exempli� car, vamos dividir a instalação de iluminação em dois circuitos, como apresentado na Figura 6. Figura 6 - Circuitos utilizados como exemplo para instalação de iluminação. Fonte: o autor. O circuito 1 do exemplo será o circuito de iluminação que compõem a sala, o hall, o banheiro e o quarto. No circuito 2 temos o circuito de iluminação da área de serviço e da copa- cozinha. Utilizando a simbologia, vamos primeiramente incluir na nossa planta os pontos de luz no teto (Figura 7), usando como exemplo o circuito 1 já de� nido. 37WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 7 - Pontos de luz no teto do circuito 1 de iluminação. Fonte: o autor. Cabe ressaltar, como já mencionado, que a potência de iluminação estabelecida pelo quadro de carga é do cômodo como um todo, e a divisão da quantidade de pontos de utilização no teto deve ser feita da maneira mais distribuída possível, utilizando inclusive potências de lâmpadas disponíveis no mercado. Não exatamente há a potência calculada no projeto disponível no mercado, quando este for o caso, a instalação deve ser feita com um nível acima do calculado, com as lâmpadas disponíveis. No exemplo, para facilitar o entendimento, foi utilizado somente um ponto de luz no teto. Para que seja possível os pontos de utilização receberem a energia, é necessário que haja um caminho para a passagem dos condutores de forma segura, para isto utilizamos os eletrodutos (conduite). Os eletrodutos devem ser distribuídos de forma que percorram a menor distância possível, evitando custos desnecessários ao projeto. No circuito 1, do exemplo prático, temos os eletrodutos apresentados na Figura 8, estes traçam o caminho por onde os condutores que alimentam o circuito vão passar, podem ser utilizados como caminho para condutores de outros circuito, desde que atenda aos critérios de dimensionamento de condutores, que será apresentado na próxima unidade. 38WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 8 - D isposição dos eletrodutos do circuito 1. Fonte: o autor. Os condutores podem ser identi� cados por cores, prática esta que ajuda no momento de alguma manutenção e na segurança com o trabalho da eletricidade, que é regulamentado pela Norma Regulamentadora (NR) 10. As cores com que os condutores são identi� cados são as seguintes: • Neutro: azul claro. • Proteção: verde e amarelo ou verde. • Fase: qualquer cor (exceto as anteriores), normalmente vermelho. • Retorno: geralmente preto. Entretanto é sempre bom con� rmar se a instalação realmente respeita esta normalização de cores, pois nem sempre na prática é feito assim. Os condutores que vão passar pelos eletrodutos são identi� cados pelo seus símbolos, como pode ser visto na Figura 9, os condutores que saem e/ou retornam do QDG para alimentar o circuito 1 de iluminação. Analisando a Figura 9, os eletrodutos apresentados na Figura 8 agora tem presente quais condutores vão passar por eles. Não necessariamente estes condutores estão ligados as lâmpadas, e a Figura 9 demonstra apenas quais condutores estarão presentes nos eletrodutos. 39WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 9 - Co ndutores nos eletrodutos para alimentar o circuito 1. Fonte: o autor. Como visto na ligação dos circuitos terminais, para ligação de lâmpadas utilizamos o condutor fase sempre no interruptor, que vai abrir ou fechar o circuito. O condutor retorno será o condutor auxiliar que vai então entregar a corrente elétrica necessária para alimentar a lâmpada. O neutro será o outro condutor ligado a lâmpada e que fecha o circuito. Vamos agora incluir no nosso projeto, os interruptores, como pode ser visto na Figura 10. Houve a necessidade de aumentar o número de eletrodutos. Figura 10 - El etrodutos, condutores e interruptores para o circuito 1. Fonte: o autor.40WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Agora que conhecemos da ligação dos circuitos terminais, sabemos que o condutor fase não é conectado na lâmpada, ele é levado até o interruptor, que é representado pela letra S (símbolo usual). Do interruptor, é direcionado para um dos pontos da lâmpada o condutor retorno, no outro ponto da lâmpada está localizado o condutor neutro que retorna ao QDG e fecha assim o circuito. Como em um mesmo eletroduto pode haver vários condutores de outros circuitos, para facilitar podemos identi� car de qual circuito são cada um dos condutores, além de identi� car os condutores de comando (dos interruptores), como apresentado na Figura 11. Figura 11 - Ide nti� cação dos circuitos, dos comandos e da potência das lâmpadas. Fonte: o autor. A Figura 12 apresenta também a identi� cação da lâmpada, com a potência do ponto de luz, a qual circuito ela faz parte, e a identi� cação de qual interruptor(es) faz(em) parte. Procedendo desta forma, obtemos o projeto da planta baixa de forma simples. Incluindo o circuito 2, que é o circuito de iluminação da área de serviço e da copa-cozinha, podemos veri� car como este � ca, como � nalizado na Figura 12. 41WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 12 - Circ uito 1 e circuito 2 na planta baixa. Fonte: o autor. Para exempli� car como é apresentado no projeto em planta baixa a ligação de tomadas, vamos utilizar uma tomada de uso especí� co. A Figura 13 faz a inclusão de um novo circuito, apresentado como circuito 3, sendo este para alimentar uma TUE, o ar-condicionado da sala. 42WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 13 - Circu ito de alimentação do ar condicionado da sala. Fonte: o autor. O circuito 3 é responsável por alimentar somente este equipamento em especí� co, como deve ser para as outras TUE, neste caso é uma ligação bifásica, utilizando duas fases. Lembrando que as regiões onde as ligações fase-neutro têm uma diferença de potencial (tensão) de 127 V, a diferença de potencial entre fase-fase é 220 V. Para as TUG, vamos proceder da mesma forma, seguindo as determinações da norma quanto a divisão da instalação e as informações quanto a ligação dos circuito terminais. Os projetos elétricos também podem ser feitos utilizando softwares normalmen- te utilizados pelos acadêmicos de engenharia civil, como o AutoCad e Revit, por exemplo, para verifi car de forma básica como pode ser feito um projeto elétrico, segue um link com dicas bem simples de utilização. ME AJUDA ELÉTRICA. Como fazer um projeto elétrico básico e rápido no Auto Cad. 2017. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=uMpZpp63HDs>. Acesso em: 15 jan. 2019. 43WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA 2 - DIMENSIONAMENT O DE CONDUTORES Os condutores utilizados nas instalações elétricas prediais (baixa tensão) podem ser de Cobre (Cu) ou Alumínio (Al), sendo o cobre mais utilizado. A função do condutor é fazer com que a energia chegue aos pontos de consumo, ou seja, ter tensão elétrica entre os dois pontos da tomada, por exemplo, capaz de fornecer corrente para utilização dos equipamentos. A resistência projetada para ser a menor possível, para diminuir ao máximo a perda pela passagem da corrente elétrica, principalmente pelo efeito Joule. O dimensionamento de condutores é de extrema importância na instalação elétrica. A partir das potências instaladas nos circuitos, é possível veri� car o nível de corrente elétrica, tendo o condutor que suportar estes níveis de corrente, sem perder suas características de isolamento e física. O isolamento dos condutores normalmente são de PVC (cloreto de polivinil), estes são projetados com valores limites de tensão e corrente elétrica onde podem ser utilizados. Os critérios utilizados para dimensionamento de condutores são: • Critério das seções mínimas: são valores � xos já determinados pela NBR5410:2004, em que para cada tipo de circuito tem-se um mínimo que deve ser utilizado. • Critério da capacidade de condução de corrente: como os circuitos já foram de� nidos neste momento do projeto, e é conhecida a potência instalada para cada um deles, podemos obter qual a corrente demandada por cada circuito e veri� car se o critério das seções mínimas atende os limites de corrente para cada um dos condutores. São utilizadas tabelas que podem ser veri� cadas qual nível de corrente suportado pelos condutores, levando em consideração a área da seção circular de cada um deles. • Critério do limite de queda de tensão: são feitos cálculos para cada um dos circuitos, com intuito de obter quais são as quedas de tensão, caso seja necessário, são utilizadas tabelas para reajustar o condutor, isso ocorre quando os níveis de queda de tensão estão acima dos níveis aceitáveis, que vai depender de circuito para circuito. Para as instalações prediais de pequeno porte, que é o nosso exemplo utilizado até o momento, o critério das seções mínimas normalmente é su� ciente e o mais empregado. A Tabela 1 apresenta as seções mínimas dos condutores para os circuitos de uma instalação predial. Tabela 1 - Seção mínima dos condutores para cada circuito. Fonte: NBR 5410:2004. 44WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA O condutor neutro será diferente do condutor fase somente quando o condutor fase tiver seção acima dos 25 mm2, já o condutor proteção (terra) terá valor diferente somente quando o condutor fase tiver seção acima dos 16 mm2, situações estas que não vão ocorrer numa instalação elétrica predial. Para as TUE, veri� camos qual será a corrente para cada um dos equipamentos e por meio das tabelas da capacidade de condução de corrente de� nimos qual vai ser o condutor utilizado, sempre escolhendo um valor acima da corrente nominal do equipamento. A Figura 14 apresenta uma tabela com a capacidade de corrente dos condutores devido sua área de seção circular, quantidade de condutores carregados e a maneira de instalação que é apresentada na Figura 15. Figura 14 - Capacidade de corrente dos condutores. Fonte: NBR 5410:2004. De acordo com a Figura 15 a maneira de instalação que utilizaremos é a B1 (tipo de instalação: embutida, condição: eletroduto circular em alvenaria). Um condutor de 2,5 mm2 com dois condutores carregados suporta então uma corrente de 24 A, como está destacado na Figura 14. 45WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Fi gura 15 - Escolha da instalação do condutor elétrico em função da localização e do tipo de instalação. Fonte: NBR 5410:2004. Para circuito de pequeno porte, o critério das seções mínimas normalmente são su� cientes, sendo necessário a utilização de outros métodos, somente se os circuitos em questão trabalharem com uma corrente superior ao determinado aos condutores de 1,5 mm2 no caso da iluminação e 2,5 mm2 no caso das tomadas de uso geral. 46WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA 3 - DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTO O eletroduto tem a função de ser por onde os condutores passam para chegar aos pontos de utilização, já que a maior parte de nossas construções são de alvenaria, o eletroduto é o caminho dos condutores. Além de ser o caminho dos condutores ele serve para proteger a � ação elétrica, também possuem características anti-chamas, com intuito de evitar a propagação de possíveis incêndios causados por curto-circuito ou aquecimento excessivo dos condutores. Devido as características dos eletrodutos, e o projeto feito para suportar as deformações que podem ocorrer na construção, deve-se respeitar a norma NBR5410:2004 na compra de produtos que sejam destinados a esse � m,sem que seja feita adaptações de outros produtos para esta utilização. Os eletrodutos podem ter uma estrutura rígida ou � exível como apresentado na Figura 39. Fig ura 16 - Tipos de eletrodutos. Fonte: Google imagens (2019). Após a montagem do eletroduto, é importante que os condutores possam ser instalados com facilidade, e também retirados com facilidade no caso de alguma manutenção. O dimensionamento pode ser feito a partir de cálculos da quantidade de ocupação de acordo com o diâmetro dos eletrodutos. De forma a facilitar este dimensionamento, podemos utilizar uma média com tabelas que apresentam quantos podem ser os condutores em um eletroduto de acordo com seu diâmetro. Basicamente uma boa média é que os condutores não ocupem mais que 40% dos eletrodutos (Figura 17), por questões de manobra e questões de segurança, já que a passagem de corrente elétrica pelos condutores resulta em um aquecimento, devido ao efeito Joule. 47WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figu ra 17 - Ocupação de condutores em um eletroduto. Fonte: Google imagens (2019). Um exemplo de uma tabela que pode ser utilizada para determinar o diâmetro do eletroduto a partir da quantidade de condutores devido a sua seção circular pode ser veri� cada na Figura 18. Figur a 18 - Tabela de condutores por eletroduto, devido sua área de seção circular. Fonte: Google imagens (2019). 4 - DI MENSIONAMENTO DE DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO Os dispositivos de proteção são responsáveis por possibilitar a divisão da instalação elétrica em vários circuitos, além de proteger a instalação e hoje em dia os choques elétricos. De acordo com a norma NBR 5410:2004, todo condutor fase de uma instalação deve ser protegido por um ou por mais dispositivos de proteção. Os dispositivos devem interromper sobre correntes antes de dani� car os condutores e materiais próximos devido efeitos térmicos e mecânicos, como a isolação por exemplo. As sobre correntes podem ser ocasionados por uma sobrecarga ou por um curto-circuito. A sobrecarga pode ocorrer devido uma falha de projeto, quando se dimensiona a potência de um circuito por exemplo, e por ele acaba sendo instalada uma potência acima da esperada. A sobrecarga pode acontecer de forma transitória também, quando um equipamento é ligado de forma rápida em uma tomada para qual não foi projetado para operar, devido a isso há um tempo de resposta para que o dispositivo de proteção atue, já que uma sobrecarga transitória, nem sempre traz prejuízos a instalação elétrica. Na sobre carga a corrente elétrica normalmente está um percentual acima do valor nominal, até um máximo de vezes, nem sempre a atuação do dispositivo de proteção é instantânea. 48WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA O curto-circuito é caracterizado por correntes elevadíssimas (conceitualmente curto- circuito é a corrente elétrica tendendo ao in� nito), normalmente com valores 1000 a 10000 vezes maior que o valor nominal de corrente daquele circuito. São ocasionadas por defeitos graves e ocorre a atuação instantânea dos dispositivos de proteção. Em ambos os casos de sobre corrente, seja por sobrecarga ou curto-circuito, para instalações elétricas prediais, podemos utilizar os disjuntores termomagnéticos. Os condutores fase de cada um dos circuitos que saem do quadro de distribuição passam por um disjuntor termomagnético. A corrente exigida pelo circuito que passa por este condutor vai determinar se o disjuntor vai entrar em operação (desarmar, abrir o circuito) ou não. A Figura 19 demonstra em destaque o condutor fase (vermelho) sendo ligado nos disjuntores termomagnéticos, � ca evidenciado neste caso que uma mesma fase alimenta vários circuitos desta instalação. Figura 19 - Condutor fase ligado aos disjuntores termomagnéticos para alimentar os circuitos da instalação. Fonte: Google imagens (2019). Os disjuntores termomagnéticos atuam de duas maneiras, por um atuador térmico e um atuador magnético. Para conhecer melhor um Disjuntor Termomagnético (DTM) podemos analisar a Figura 20, que apresenta o aspecto construtivo e as principais partes de um DTM. 49WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 20 - Aspecto construtivo principais parte de um DTM. Fonte: Google imagens (2019). A alavanca é a parte responsável por fechar ou abrir o circuito, e é a parte que nos usuários utilizamos para atuar no DTM. Os bornes (4 e 9) são onde conectamos os condutores, sendo o borne 4 o de entrada e o borne 9 o de saída para o circuito e instalação elétrica, sendo assim a corrente que alimenta o circuito passa pelo disjuntor. O atuador térmico (3) é composto por uma lâmina de um material bi metálico, este quando opera em temperaturas suportáveis dentro de um projeto não vai atuar e fazer com que o DTM abra o circuito. Quando em temperaturas acima do valor projetado, esta lâmina vai sofrer uma depleção ocasionando na abertura do circuito. Como a passagem de corrente ocasiona em aquecimento pelo fato do efeito Joule, esta lâmina é projetada para atuar com um nível de corrente que vai ser su� ciente ou não para fazer com que a lâmina atue. O atuador magnético (7) consiste em uma bobina, que vai criar um campo magnético para atrair uma peça móvel que faz com que o circuito abra, ou mantenha-se fechado. O que determina se o campo magnético é capaz de atrair ou não está peça móvel é a corrente elétrica que passa pela bobina. Os disjuntores para instalações elétricas prediais podem ser monopolares, bipolares ou tripolares, com apresentado na Figura 21. Os disjuntores monopolares são utilizados para instalações monofásicas que utilizam somente uma fase, os bipolares para duas fases e os tripolares para três fases. 50WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 2 1 - Disjuntores monopolar, bipolar e tripolar. Fonte: Google imagens (2019). Acerca do dimensionamento dos disjuntores, segundo a NBR 5410:2004, para que a proteção dos condutores contra sobrecargas � que assegurada, é apresentada a Figura 22. Para entendermos a Figura 22, devemos considerar que: • IB: corrente nominal de projeto do circuito (A). • IZ: capacidade de condução de corrente dos condutores (A). • IN: corrente nominal do dispositivo de proteção (A). • I2: corrente de atuação do disjuntor (A). Figura 22 - Dimensionamento de DTM. Fonte: Google imagens (2019). 51WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Analisando a Figura 22, vemos que a corrente nominal do dispositivo de proteção tem que estar entre a corrente nominal de projeto do circuito, que podemos calcular quando fazemos o quadro de cargas, e a capacidade de condução de corrente dos condutores. Como o DTM é para proteção da instalação, ele tem que estar abaixo da capacidade de corrente do condutor, pois se estiver acima vai abrir o circuito somente após a corrente suportado pelo condutor. A corrente suportada pelo DTM deve estar situada acima da corrente nominal do circuito, pois se estiver abaixo deste valor o disjuntor sempre vai abrir o circuito. O termo abrir o circuito é exatamente o que o DTM faz, ele faz parte do circuito, a corrente passa por ele para assim ser distribuída no circuito, no momento em que o disjuntor atua, ele abre o circuito, ou seja, em um circuito aberto não circulação de corrente. A corrente de atuação do disjuntor não pode ser 45% maior que a corrente nominal de atuação do DTM, este é o limite máximo para que o disjuntor atue. Em alguns casos é estipulado que o DTM não atue instantaneamente, com um coe� ciente de segurança dentro da norma, ele pode demorar alguns segundos para atuar, por isso este limite máximo de 45%. Dimensionando o DTM dessa forma, para sobrecarga, ele já � ca dimensionadotambém para curto-circuito, já que a corrente no curto tem valores muito superiores alcançados, o DTM então atuará de forma mais rápida. Outro dispositivo de proteção utilizado é o Disjuntor Diferencial Residual (DR), este exigido pela norma desde 1997, é um dispositivo de alta sensibilidade e sua utilização é obrigada em tomadas de corrente em cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, banheiros e todo local interno sujeito a lavagens utilizando água, além das áreas externas da residência. Os locais não listados acima podem utilizar somente o DTM como dispositivo de proteção. Pela alta sensibilidade do DR e seu princípio de funcionamento, ele é considerado um dispositivo contrachoque elétrico. Diferentemente do DTM, ele faz uma medida instantânea da corrente utilizando os condutores fase e neutro, ou seja, a corrente que sai do quadro de distribuição e a corrente que volta, qualquer diferença nestes valores de corrente, o DR pode atuar, esta fuga de corrente pode ser um choque elétrico. Como o tempo de atuação do DR é muito rápido, este protege do choque elétrico, já o DTM tem um tempo de atuação que não necessariamente vai disponibilizar este tipo de proteção. A Figura 23 apresenta como o DR é diferente do DTM, mostrando que a corrente é veri� cada tanto no condutor fase como no condutor neutro. Figura 23 - Disjunto diferencial residual, corrente é veri� cada tanto na fase quanto no neutro. Fonte: Google ima- gens (2019). 52WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Além do DR, há o Interruptor Diferencial Residual (IDR) que pode ser utilizado, ele é um interruptor que faz o papel do DR e é instalado junto com o DTM, são dois dispositivos distintos, o DR já é um dispositivo só que atua de forma instantânea e já faz também o papel do DTM. 5 - NOÇÕES DE LUMINOTÉNICA O estudo de luminotécnica diz respeito à aplicação de iluminação arti� cial em espaços internos e externos, este consiste no conhecimento desde dos tipos de lâmpadas e suas cores e temperaturas até o dimensionamento de potência de iluminação juntamente com o tipo e quantidade de lâmpadas que serão utilizadas, levando em consideração não somente as dimensões do cômodo analisado, como no dimensionamento utilizando a NBR 5410:2004, mas uma grande quantidade de variáveis, o que torna a utilização da luminotécnica o mais indicado para uso de dimensionamento de iluminação. Para termos uma ideia, a iluminação é responsável por 23% do consumo de energia elétrica nas residências, 44% no comércio, 1% na indústria e a iluminação pública do Brasil consome cerca de 3,3% de toda energia gerada. A e� ciência dos projetos de iluminação atendem a uma questão de sustentabilidade e e� ciência no consumo da energia. 5.1. Concei tos para o Entendimento de Luminotécnica Para aplicarmos os conceitos de luminotécnica para dimensionamento de circuitos de iluminação, é necessário entendermos alguns conceitos que serão utilizados nos nossos cálculos. Os conceitos importantes são: • Fluxo luminoso: radiação da fonte luminosa. Medido em lúmens (lm). • Iluminância média: indica o � uxo luminoso sobre a superfície situada a certa distância da fonte luminosa. Sua unidade é o lux (lx). Esta grandeza pode ser medida com o uso do luxímetro. • Temperatura de cor: relacionada com a semelhança da luz diurna solar. Varia de 1000 a 10000 K (Kelvin). Quanto mais próximo do azul, maior a temperatura da cor. • Índice de reprodução de cores (IRC): indica o quanto das cores iluminadas, em uma superfície padrão, são perfeitamente distinguíveis. Quanto maior o IRC, melhor será o equilíbrio entre as cores. Já percebemos que a quantidade de variáveis a se considerar no uso da luminotécnica quando comparamos com a NBR 5410:2004 é considerável, vamos veri� car agora os tipos de lâmpadas que podem ser utilizados e como são suas classi� cações quanto aos conceitos apresentados, assim temos uma noção de qual tipo de lâmpada utilizar para cada aplicação. 53WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA 5.2. Tipos de Lâmpadas Basicamente as lâmpadas são divididas em três tipos, as lâmpadas incandescentes, as lâmpadas de descarga e as lâmpadas de estado sólido (LED). As lâmpadas incandescentes muito usadas antigamente, hoje são utilizadas para algumas aplicações especi� cas e foram retiradas do mercado de forma gradativa a partir de 2016, por meio de uma portaria de Ministério de Minas e Energia, devido a sua baixa e� ciência, já que grande parte de sua energia era convertida em calor e não em energia luminosa. A lâmpada incandescente tem vida média de 1000 horas, temperatura de cor em torno de 2700 K e � uxo luminoso até 3400 lm, dependendo da potência da lâmpada. A Figura 24 apresenta a temperatura da cor e sua temperatura para entendermos melhor este conceito. Figura 24 - Cores e temperaturas de lâmpadas. Fonte: Google imagens (2019). As lâmpadas de descarga podem ser divididas entre as lâmpadas � uorescentes e as lâmpadas de descarga de alta pressão. As lâmpadas � uorescentes são divididas em: • Lâmpadas � uorescentes tubulares ou circulares: longa durabilidade quando comparada com a lâmpada incandescente, alta e� ciência na reprodução de cores. Disponíveis desde 2700 a 6500 K, � uxo luminoso variando de 840 a 9350 lm e IRC variando de 70 a 100%. • Lâmpadas � uorescentes compactas: em comparação com as lâmpadas incandescentes, apresentam consumo de energia 80% menor e durabilidade 10 vezes maior, temperatura de cor variando de 2700 a 4000 K, � uxo luminoso de 800 a 1400 lm e IRC de até 89%. As lâmpadas � uorescentes substituíram de forma gradativa as lâmpadas incandescentes, devido as suas qualidades quando é feita a comparação, porém este mesmo processo ocorre hoje em dia, e as lâmpadas � uorescentes vem também sendo substituídas pelas lâmpadas de LED, principalmente pelo aspecto de e� ciência. Em se tratando de lâmpadas de descarga de alta pressão, são normalmente utilizadas para iluminação de ambientes de grandes áreas, podem demorar de 2 a 15 minutos para estabilização total do � uxo luminoso, necessitam de reatores e ignitores, e alguns dos exemplos são as lâmpadas de vapor metálico, vapor de sódio, vapor de sódio branca, vapor de mercúrio e luz mista. Por ser para aplicações de ambientes de grandes áreas, são aplicadas na iluminação urbana e possuem uma vida útil de 9000 a 32000 horas. 54WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Atualmente, a lâmpada de LED tem um crescimento em sua utilização considerável, e o processo de substituição das lâmpadas � uorescentes para aplicações do dia a dia será inevitável, a longa durabilidade aliada a uma alta e� ciência, variedade de cores, dimensões reduzidas, baixo de consumo de energia e pouca dissipação de calor são os fatores principais para este processo de substituição. A Figura 25 apresenta a e� ciência luminosa média dos tipos de lâmpadas, esta medida é realizada através da quantidade de lm por W. Figura 25 - E� ciência luminosa média dos tipos de lâmpada. Fonte: Google imagens (2019). 5.3. Estratég ias Para Cálculo Luminotécnico Os métodos de cálculos luminotécnicos são: método ponto a ponto e método dos lumens, neste material será abordado o método dos lumens, que é usado para determinar o número mínimo de lâmpadas e luminárias, considerando as dimensões e o tipo do ambiente a ser iluminado, para tanto devem ser executados os seguintes itens: • Identi� cação das características do ambiente e escolha do nível de iluminação. • Determinação do índice do recinto (K). • Escolha das lâmpadas e luminárias. • Determinação do fator de utilização. • Cálculo do � uxo luminoso total. • Cálculo do número de luminárias. •Determinação das luminárias. Como exemplo, vamos veri� car um passo a passo de como devemos proceder para o cálculo luminotécnicoutilizando o método dos lumens: • 1º passo: identi� car as seguintes características do ambiente: ■ Dimensões: comprimento, largura e pé direito. ■ Altura da montagem da luminária. ■ Cor do teto, parede e pisos. A Figura 26 apresenta um esquemático de algumas das medidas que devemos saber para proceder com o cálculo do índice do recinto (K). 55WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 26 - D imensões importantes para cálculo do índice do recinto (K). Fonte: Google imagens (2019). em que: hl – altura de suspensão da luminária. h – altura da montagem. hm – altura do plano de trabalho. pd – pé direito. 2º passo: determinação do índice do recinto (K): ■ Iluminação direta: ■ Iluminação indireta: em que: c é o comprimento do cômodo e l é a largura. 3º passo: determinação do índice do Fator de Utilização (FU) das luminárias: ■ Depende do tipo de luminária e das características do ambiente, indica a e� ciência do conjunto luminária, lâmpada e recinto. ■ Exemplo: se uma luminária tem FU igual a 0,82 e nela é instalada uma lâmpada de 3100 lúmens, o � uxo luminoso utilizado será 2542 lúmens. ■ É preciso conhecer a re� etância do teto, paredes e o índice do recinto determinado no passo 2. ■ Os fabricantes fornecem o FU das luminárias considerando a re� exão nas superfícies escuras, médias, claras e brancas. ■ A Tabela 2 apresenta a re� exão das cores. 56WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Tabela 2 - Re� exão das cores. Fonte: Google imagens (2019). ■ De acordo com o a re� exão das cores, um coe� ciente é então adotado como apresentado na Tabela 3. Tabela 3 - Coe� ciente de re� exão das cores. Fonte: Gloogle imagens (2019). 57WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA ■ O FU é determinado de acordo com a Figura 27. Nos manuais dos fabricantes estes dados são disponibilizados. É possível veri� car que por meio do índice do recinto e do coe� ciente de re� exão do teto, das paredes e do piso o FU é determinado. Em um exemplo, se o índice do recinto K é igual a 0,8 e as re� exões são 573 (re� exão do teto, re� exão das paredes e re� exão do piso) o FU é 0,57. F igura 27 - Determinação do fator de utilização das luminárias. Fonte: Google imagens (2019). • 4º passo: determinação do Fator de Perdas Luminosas (FPL), que informa a perda do � uxo luminoso em função do acúmulo de poeira do ambiente, pode-se utilizar também a vida útil das lâmpadas para determinação deste fator. A Tabela 4 apresenta uma forma de se obter o FPL e a Tabela 5 apresenta uma outra maneira de se obter o mesmo fator. 58WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Ta bela 4 – Determinação do Fator de Perdas Luminosas (FPL). Fonte: Google imagens (2019). Tab ela 5 - Determinação do Fator de Perdas Luminosas (FPL). Fonte: Google imagens (2019). • 5º passo: identi� car a iluminância média (Em) recomendada para o tipo de atividade exercida, de acordo com a NBR 5413:1992, que pode ser veri� cada na Tabela 6. 59WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Tabe la 6 - Iluminância para cada tipo de atividade. Fonte: NBR5413:1992. • 6º passo: de� nição do número mínimo de luminárias necessárias, cálculo este que é realizado, utilizando os dados obtidos nos passos anteriores, por meio de: em que: N – quantidade de luminárias. Em – iluminância média (passo 5). A – área do recinto. n – quantidade de lâmpadas por luminária. γ – � uxo luminoso. FU – fator de utilização (passo 3). FPL – fator de perda luminosa (passo 4). • 7º passo: distribuição das luminárias: ■ Normalmente o espaçamento entre as luminárias varia de 1 a 1,5 vezes o valor da altura útil (altura da luminária até o plano de trabalho). ■ O espaçamento até as paredes deve ser a metade do valor anterior. Estes são os passos para dimensionamento de uma boa iluminação utilizando o método dos lúmens, levando em consideração diversos fatores que podem in� uenciar na iluminação, sendo este método mais indicado do que a simples metodologia aplicada pela NBR 5410:2004. 60WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA Um material mais completo a respeito de luminotécnica pode ser acessado em: LUZ, J. M. Luminotécnica. Material de aula, UNICAMP. Disponível em: <https:// www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/Luminotecnica.pdf>. O tipo de iluminação utilizada é um dos fatores utilizados para cálculo do índice do recinto (K), apresentado no passo 2, esta pode ser direta ou indireta. A ilumi- nação direta, como o próprio nome já diz, é aquela em que a luz incide de forma direta sobre a superfície. Muito utilizada em locais em que há necessidade de alta claridade e muita atividade de leitura, como escritórios e salas de estudo. Pode ser utilizada, também, para destacar algum item decorativo, como em uma vitrine de loja por exemplo. A iluminação indireta é a luz que incide na superfície e só depois é refl etida atingindo assim o local a ser iluminado, cria um efeito aconche- gante, menos óbvia e invasiva, gera um efeito agradável, por exemplo, pode ser a luz posicionada no gesso ou no forro, dando um ar intimista e confortável. EXERCÍCIO 01. Faça a distribuição de carga de iluminação para a planta baixa do escritório a seguir. RR:c,.nv 61WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 2 ENSINO A DISTÂNCIA 6 - CONSIDERAÇÕES FINAIS Prezado(a) acadêmico(a), nesta unidade � nalizamos o projeto elétrico iniciado na unidade I, sendo possível agora realizar o levantamento de cargas de tomadas e iluminação, apresentar o projeto em planta baixa, dimensionar condutores, eletrodutos e dispositivos de proteção. Nesta etapa também foi possível veri� car outras formas de realizar o projeto de iluminação, considerando muitas variáveis além de simplesmente a área do recinto, podendo realizar assim um projeto bem mais e� ciente e voltado para a atividade a ser desenvolvida em cada cômodo ou área externa. Foi apresentado um breve conceito sobre os tipos de lâmpadas e quais suas cores e temperaturas, com o uma introdução e auxílio inicial ao estudo de design de interiores, no que diz respeito a questão de iluminação. RESOLUÇÃO: 4 pontos de 60VA. 6262WWW.UNINGA.BR UNIDADE 03 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................................65 1. INFORMAÇÕES PRELIMINARES ........................................................................................................................66 1.1 NORMAS ...............................................................................................................................................................66 1.2 TERMINOLOGIA .................................................................................................................................................66 1.3 RESPONSABILIDADE TÉCNICA ........................................................................................................................66 1.4 EXIGÊNCIAS A SEREM OBSERVADAS NO PROJETO .......................................................................................66 2. INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA FRIA...............................................................................................................67 2.1 DEFINIÇÕES ........................................................................................................................................................67 3. SISTEMA DE SUPRIMENTO E DISPOSIÇÃO DE ÁGUA .....................................................................................67 3.1 FONTES DE ABASTECIMENTO ..........................................................................................................................67SISTEMAS PREDIAIS DE ÁGUA FRIA PROF.A ME. LUZIA MARA FERRER AMORIM ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS PREDIAIS E ELÉTRICOS 63WWW.UNINGA.BR 3.2 TIPOS DE SISTEMA DE SUPRIMENTO E DISPOSIÇÃO DE ÁGUA ................................................................ 68 3.2.1 SISTEMA PARTICULAR ...................................................................................................................................69 3.2.2 SISTEMA MISTO .............................................................................................................................................70 3.2.3 SISTEMA PÚBLICO ........................................................................................................................................ 71 4. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO .............................................................................................................................. 71 4.1 SISTEMA DIRETO ................................................................................................................................................ 71 4.2 SISTEMA INDIRETO...........................................................................................................................................72 4.2.1 SISTEMA INDIRETO SEM BOMBEAMENTO .................................................................................................72 4.2.2. SISTEMA INDIRETO COM BOMBEAMENTO ...............................................................................................73 5. PARTES CONSTITUINTES DO SISTEMA ............................................................................................................74 5.1 COMPONENTES GERAIS ....................................................................................................................................74 5.1.1 SUBSISTEMA DE ALIMENTAÇÃO ....................................................................................................................74 5.1.2 SUBSISTEMA DE RESERVAÇÃO .....................................................................................................................74 5.1.3 SUBSISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO INTERNA ..................................................................................................74 6. SUBSISTEMA DE ALIMENTAÇÃO .......................................................................................................................75 6.1 CONSUMO DIÁRIO ..............................................................................................................................................75 6.2 TAXA DE OCUPAÇÃO DE ACORDO COM A NATUREZA DO LOCAL ...............................................................76 6.3 ALIMENTADOR PREDIAL E RAMAL PREDIAL .................................................................................................77 6.3.1 DIMENSIONAMENTO DO RAMAL E DO ALIMENTADOR PREDIAL .............................................................78 6.3.2 DIMENSIONAMENTO DO HIDRÔMETRO .....................................................................................................78 7. SUBSISTEMA DE RESERVAÇÃO ..........................................................................................................................79 7.1 RESERVATÓRIOS .................................................................................................................................................79 7.1.1 DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS .................................................................................................. 80 7.1.2. EXEMPLO 1 .......................................................................................................................................................81 7.1.3 EXEMPLO 2 .......................................................................................................................................................82 7.2 EXTRAVASOR E LIMPEZA ................................................................................................................................. 84 7.2.1 DIMENSIONAMENTO DO EXTRAVASOR E DA LIMPEZA ............................................................................. 84 8. SUBSISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO ...................................................................................................................... 84 8.1 BARRILETE DE DISTRIBUIÇÃO ........................................................................................................................ 85 8.2 COLUNA DE DISTRIBUIÇÃO OU PRUMADA ................................................................................................... 86 8.3 RAMAIS E SUB-RAMAIS ...................................................................................................................................87 64WWW.UNINGA.BR 8.3.1 DIÂMETRO DOS SUB-RAMAIS .......................................................................................................................87 8.3.2 DIÂMETRO DOS RAMAIS DE ALIMENTAÇÃO ..............................................................................................88 9. CRITÉRIO DO CONSUMO DO MÁXIMO POSSÍVEL ...........................................................................................89 10. CRITÉRIO DO CONSUMO DO MÁXIMO PROVÁVEL ........................................................................................89 11. PRESSÃO ..............................................................................................................................................................90 11.1 PRESSÃO ESTÁTICA ...........................................................................................................................................90 11.2 PRESSÃO DINÂMICA ........................................................................................................................................ 91 11.3 PRESSÃO DE SERVIÇO ..................................................................................................................................... 91 11.4 PRESSÃO MÍNIMA ............................................................................................................................................92 11.5 PRESSÃO MÁXIMA ...........................................................................................................................................92 11.6 VELOCIDADE ......................................................................................................................................................93 12. ISOMÉTRICO .......................................................................................................................................................93 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................................95 EXERCÍCIOS 65WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO Prezado(a) aluno(a), seja bem-vindo(a) ao Módulo de Instalações Hidráulicas Prediais, cujo o objetivo consiste na preparação do aluno para entender as instalações hidráulicas e desenvolver um bom projeto. Toda edi� cação, por mais simples que seja, tem que possuir sistema de abastecimento de água, cumprindo os critérios mínimos de higiene necessários para a saúde do usuário. Atendendo as exigências sanitárias mínimas para manter um padrão sanitário satisfatório para a população. Sabe-se que, no Brasil, esses padrões não estão nem de longe sendo cumpridos. Cabe a nós, pro� ssionais da área, juntamente com o governo, reverter esse quadro. Preste atenção nessa dica: é fundamental que o aluno aproveite cada momento da disciplina, concentrando-se no conteúdo que lhe é transmitido. Separe um tempo para estudar, pois a jornada nesse sistema é solitária, mas, por outro lado, promove o seu crescimento pessoal, uma vez que o torna mais independente para resolver seus problemas, sejam eles acadêmicosou pro� ssionais. Assista aos vídeos quantas vezes sentir necessidade, tenha acesso ao material de forma moderna. Use a internet a seu favor, os links de conteúdos similares disponíveis na internet e os conteúdos escritos, como livros, revista e artigos. Não se esqueça: a jornada de um pro� ssional de sucesso é a promoção do alto conhecimento. Leia textos interessantes, livros, revistas atuais e artigos acadêmicos, isso te fará um pro� ssional atualizado e engajado com as mudanças de mercado. Temos o objeto de criar para o nosso futuro um planeta sustentável, econômica e ambientalmente. A hidráulica faz parte dessa mudança ambiental que almejamos. A jornada é árdua, mas a colheita grati� cante. Nesta unidade trataremos sobre os projetos dos sistemas prediais de água fria. Esses sistemas são realizados para garantir que a água chegue de forma adequada a todos os pontos de consumo necessários para as edi� cações. Esses sistemas também estabelecem a quantidade e a qualidade desta água de acordo com cada uso do ponto de consumo. Outro ponto importante a respeito dos projetos de sistemas prediais de água fria consiste no estudo das possibilidades de rastreamento e acessibilidade aos sistemas, uma vez que são permanentes dos processos de manutenção. Inserido nesse escopo de aprendizagem, trataremos, nessa apostila, dos principais pontos e aspectos normativos abordados e recomendados na Norma Brasileira NBR 5626/95 - “Instalações Prediais de Água Fria”. Abordaremos também os principais meios de instalações destes sistemas, bem como, as partes que constituem cada um deles. Por � m, abordaremos as questões de dimensionamentos, pressão e elementos dos componentes inerentes aos sistemas. Com isto, construiremos um conteúdo capaz de posicionar o arquiteto e o urbanista frente às questões que envolvem os aspectos da hidráulica inerente ao bom funcionamento das edi� cações. 66WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 1. INFORMAÇÕES PRELIMINARES 1.1 Normas • NBR 5626/98, da ABNT: delibera sobre o fornecimento de água potável para a edi� cação. Estabelece padrões técnicos mínimos relativos ao projeto, à execução e à manutenção da instalação predial de água fria. Visa sempre o bom desempenho da instalação. • NBR 7198/93, da ABNT: esta norma � xa as exigências técnicas mínimas quanto à higiene, à segurança, à economia e ao conforto dos usuários pelas quais devem ser projetadas e executadas as instalações prediais de água quente. 1.2 Terminologia Vide norma ABNT. 1.3 Responsabilidade Técnica O projeto de instalações prediais de água fria deve ser elaborado por projetista com formação pro� ssional de nível superior, engenheiro ou arquiteto, legalmente habilitado e quali� cado. 1.4 Exigências a Serem Observadas no Projeto A NBR 5626 estabelece que as instalações prediais de água fria devem ser projetadas de modo que, durante a vida útil do edifício que as contém, atendam aos seguintes requisitos: a) Preservar a potabilidade da água. b) Garantir o fornecimento de água de forma contínua, em quantidade adequada e com pressões e velocidades compatíveis com o perfeito funcionamento dos aparelhos sanitários, peças de utilização e demais componentes. c) Promover economia de água e de energia. d) Possibilitar manutenção fácil e econômica. e) Evitar níveis de ruído inadequados à ocupação do ambiente. f) Proporcionar conforto aos usuários, prevendo peças de utilização adequadamente localizadas, de fácil operação, com vazões satisfatórias e atendendo as demais exigências do usuário. 67WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 2. INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA FRIA 2.1 Definições As instalações prediais de água fria são o conjunto de tubulações, conexões, peças, aparelhos sanitários e acessórios existentes a partir do ramal predial, que permitem levar a água da rede pública até os pontos de consumo ou utilização dentro da edi�cação. As instalações prediais de água fria se constituem em subsistema do sistema de abastecimento de água. É considerada como a “extremidade” úl� ma do sistema público de abastecimento em que, concretamente, se estabelece o elo de ligação com o usuário. 3. SISTEMA DE SUPRIMENTO E DISPOSIÇÃO DE ÁGUA 3.1 Fontes de Abastecimento O abastecimento das instalações prediais de água fria deve, preferencialmente, ser feito pela rede pública, é o que orienta a NBR 5626. Água tratada pela concessionária que chega no alimentador predial potável. Há casos que o abastecimento é feito por sistema misto. Usa-se a água da rede pública e uma outra fonte complementar, como água da chuva ou poço profundo de água subterrânea. Ou, quando não se tem acesso à água tratada, usa-se só água de fontes particulares, como poços e aproveitamento de água da chuva. Quando mais de uma opção está disponível para possível uso na edi� cação, o estudo preliminar das fontes de abastecimento é uma ferramenta interessante para usar, com mais inteligência, a água, diminuindo, assim, o custo na edi� cação. Segundo o item 5.1.4 da NBR 5626/1998, as seguintes informações devem ser previamente levantadas pelo responsável pelo projeto: a) Características do consumo da edi� cação (volume, vazões máximas e médias, características da água etc.). b) Características das fontes de água disponível na região (disponibilidade de vazão, faixa de variação das pressões, constância do abastecimento, característica da água etc.). c) Necessidade de preservação, inclusive para combate a incêndio. d) No caso de captação local da água, as características desta, o nível do lençol freático e a previsão do nível de contaminação do aquífero. A seguir alguns exemplos de como este tipo de estudo é interessante: Exemplo 1: em um projeto de uma residência ou mesmo um prédio residencial, separa-se a água a ser utilizada em duas instalações. A primeira instalação de água potável é usada para os equipamentos de uso humano, como pia de cozinha, tanque de lavar roupas, lavatório, chuveiro etc. Em outra instalação, água de aproveitamento de água da chuva que pode ser usada em descarga de bacias sanitárias, lavagem de pisos e rega de jardins. 68WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Exemplo 2: em um lavador de veículos, utilização de muita água, não necessário o uso de água potável, portanto pode-se usar água de poço profundo e associada à água da chuva. Essa água, depois de usada, será contaminada com óleo, shampoo e outras partículas de sólidos, como poeira. Agora denominada “e� uente”, pode passar por um tratamento particular simpli� cado e retornar para lavar veículos novamente. Dessa forma, associando várias fontes de abastecimento o custo com água cai e não se usa água potável para � ns menos nobres. Isso é o uso sustentável dos recursos hídricos. 3.2 Tipos de Sistema de Suprimento e Disposição de Água A escolha do sistema de suprimento de água deve ser feita após um estudo preliminar de quais as fontes disponíveis na região, qual a natureza do uso, qual a viabilidade econômica de cada fonte. Com esse estudo, a de� nição do sistema de suprimento será mais objetiva e inteligente economicamente e ambientalmente, uma escolha mais sustentável. Podendo ser desde o uso de uma única fonte ou a combinação de duas os mais. A Figura 1 é um resumo bem claro do que quer expor esse estudo. Observa-se o comportamento da água da fonte de abastecimento até o ponto de consumo. Vê-se que a água pode ser tratada ou não. Quando para o consumo humano deve ser obrigatoriamente tratada, quando para uso menos nobre não é necessário um tratamento tão caro, ou seja, é um custo desnecessário tratar essa água. Figura 1 - Sistema de Suprimento e disposição de água. Fonte: a autora. A chuva é uma ótima fonte alternativa de água limpa e barata. Quando a atividade gera e� uente líquido, o tratamento desse e� uentee o reuso dessa água é uma alternativa ambientalmente correta. Os mananciais que não recebem essa carga poluidora abrangessem e a comunidade local também, bem como todo o planeta. 69WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 3.2.1 Sistema particular A alimentação é feita por meio de fontes dentro da uma propriedade particular, esse tipo de fonte não tem supervisão da concessionária. No caso dessas fontes se localizarem dentro da zona urbana e essa tiver rede pública administrada por uma concessionária, a concessionária pode exigir parâmetros de uso dessa água e também que se meça a quantidade da água retirada da fonte para que possa ser calculado o custo do uso da rede de esgoto. Essas fontes alternativas são, principalmente, de uso de aquíferos livres (rios, ribeirões, córregos e poços caçambas, poços profundos) e aquíferos de águas subterrâneas con� nados (poços artesianos). A seguir algumas ilustrações dos tipos de fontes alternativas que podem ser usadas em pequenos municípios e na área rural. Figura 2 - Tipos de aquíferos e os tipos de poços. Fonte: Synege (2018). Figura 3 - Tipos básicos de poços. Fonte: Mérito Comercial (2018). 70WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 4 - Exemplo de Bomba Submersa (Schneider). Fonte: Canal Agrícola (2019). 3.2.2 Sistema misto Uma combinação entre o sistema de abastecimento público e particular de uso simultâneo. Essas instalações devem ser totalmente separadas quando as fontes forem de águas potáveis e não potáveis. O sistema misto é o mais utilizado nos grandes centros, quando o usuário quer fazer uso de uma fonte alternativa, mas, mesmo assim, quer utilizar a rede pública para lançamento dos dejetos da edi� cação. Figura 5 - Exemplo de uso de sistemas mistos. Fonte: Casa e decoração-UOL (2019). 71WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 3.2.3 Sistema público A alimentação da edi�cação é feita por meio de água da concessionária. Por exemplo, no Paraná: a SANEPAR, em São Paulo: a SABESP. Onde o abastecimento é feito pela rede pública, as exigências das concessionárias devem ser atendias. Isso se aplica a todas as edi� cações, sejam elas novas ou já existentes. Quem utiliza a água da concessionária tem o privilégio de uma água tratada com parâmetros normatizados de potabilidade, evitando doenças por contaminação do aquífero. Figura 6 - Partes de um sistema público de abastecimento de água. Fonte: Copasa (2012). 4. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO 4.1 Sistema Direto A água vem diretamente da rede pública de abastecimento para o sistema predial. Deve ser utilizado apenas onde a concessionária garanta o abastecimento contínuo e uma pressão adequada. Nesse tipo de distribuição, na edi� cação existe o risco de �car sem água nas eventuais faltas de abastecimento público, pois não é utilizado o reservatório de acúmulo na edi� cação (caixa d’água). A implantação do sistema é mais barata, pois não utiliza a rede de alimentação da caixa d’água, equipamentos necessários nela e a própria caixa de acúmulo. Porém a economia é muito pouca se levar em consideração o custo total da obra. Os transtornos devido à falta de uma reservação particular são irreparáveis quando acontece algum imprevisto no abastecimento e as pessoas se veem sem água na sua residência. 72WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 7 - Sistema direto de distribuição. Fonte: Projeto Civil (2017). 4.2 Sistema Indireto Uso de reservatório de acúmulo na edi� cação, garante um maior conforto e segurança para a edi� cação, pois, se por qualquer motivo, tiver descontinuidade ou interrupção no abastecimento de água pela concessionária, o usuário tem água potável armazenada por algum tempo. Figura 8 - Sistemas indiretos de distribuição. Fonte: Projeto Civil (2017). 4.2.1 Sistema indireto sem bombeamento Utiliza-se reservatório superior para alimentar o sistema predial, a concessionária atende a pressão necessária para a água chegar à caixa d’água. Por exemplo a SANEPAR garante um mínimo de 10 mca na entrada da edi� cação, então o ponto de entrada de água no reservatório superior pode estar até a 10 metros de diferença do nível de entrada da água no alimentador predial (Figura 9). 73WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 9 - Sistema indireto de distribuição sem bombeamento. Fonte: Projeto Civil (2017). Em alguns lugares e em algumas edi� cações a pressão disponível na ligação predial não é su� ciente para levar água até ao reservatório superior, nesse caso faz-se necessário o uso de um sistema de bombeamento. 4.2.2. Sistema indireto com bombeamento Utiliza-se um reservatório inferior que recebe a água da rede pública de onde a água é elevada por meio de um sistema moto bomba de recalque até o reservatório superior. Normalmente é utilizado em prédios com mais de três pavimentos. Figura 10 - Sistema indireto de distribuição com bombeamento. Fonte: Projeto Civil (2017). 74WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 5. PARTES CONSTITUINTES DO SISTEMA O sistema de instalação hidráulico predial é dividido em subsistemas para melhor entendimento e principalmente para modelagem de cálculo de cada subsistema. São eles: subsistema de alimentação; subsistema de reservação e subsistema de distribuição interna. 5.1 Componentes Gerais 5.1.1 Subsistema de alimentação • Ramal predial. • Cavalete/hidrômetro. • Alimentador predial. 5.1.2 Subsistema de reservação • Reservatório inferior. • Estação elevatória. • Reservatório superior. 5.1.3 Subsistema de distribuição interna • Barrilete. • Coluna. • Ramal. • Sub-ramal. O abastecimento de água às edi�cações é feito a partir da tubulação do distribuidor público por meio de um ramal predial que compreende: a) Ramal predial ou ramal externo: é o trecho do encanamento compreendido entre o distribuidor público de água e a instalação predial caracterizada pelo aparelho medidor (hidrômetro). b) Alimentador predial ou ramal interno: é o trecho do encanamento que se estende a partir do aparelho medidor até a primeira derivação ou até a torneira de boia, localizada na entrada do reservatório. 75WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Hidrômetro: aparelho para medição de consumo de água, instalados na edi�cação. Figura 12 - Partes constituintes do sistema de distribuição de água. Fonte: Projeto E/UBC – 7 (2016). 6. SUBSISTEMA DE ALIMENTAÇÃO 6.1 Consumo Diário Para se estimar o consumo diário de água é necessário que se conheça a quantidade de pessoas que ocupará a edi�cação. Para o setor residencial, Creder (1995) recomenda que se considere cada quarto social ocupado por duas pessoas e cada quarto de serviço, por uma pessoa. CD = q .P CD = consumo diário total (L/dia) Q = consumo diário “per capito” (L/dia) P = população do edifício (pessoas) 76WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 6.2 Taxa de Ocupação de acordo com a Natureza do Local Quando não conhecida a população da edi� cação, para � ns de cálculo recomenda-se o uso do Quadro 1. Quadro 1 - Taxa de ocupação de acordo com a natureza do local. Fonte: adaptado de Carvalho Júnior (2014). Recomendações usuais: setor residencial: 200 litros por pessoa/dia. Para edifícios de escritórios, prestação de serviços e comércio: 50 litros por pessoa/dia. No Quadro 2 observa-se uma estimativa de consumo “per capita”/ dia levando-se em consideração a natureza da ocupação. 77WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Quadro 2 - Consumo de água por pessoa.Fonte: adaptado de Carvalho Júnior (2014). 6.3 Alimentador Predial e Ramal Predial a) Ramal predial ou ramal externo: é o trecho do encanamento compreendido entre o distribuidor público de água e a instalação predial caracterizado pelo aparelho medidor (hidrômetro). b) Alimentador predial ou ramal interno: é o trecho do encanamento que se estende a partir do aparelho medidor até a primeira derivação ou até a torneira de boia, localizado na entrada do reservatório. c) Hidrômetro: aparelho para medição de consumo de água, instalado na edi�cação. 78WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 6.3.1 Dimensionamento do ramal e do alimentador predial Admitindo-se o sistema de distribuição indireto, ou seja, com abastecimento da rede contínuo e que a vazão que abastece o reservatório seja su�ciente para atender o consumo diário no período de 24 horas (NBR 5626, 1998). 6.3.2 Dimensionamento do hidrômetro Por se tratar de um equipamento de medição de vazão colocado pela concessionária para calcular o custo da água consumida pelo usuário, cada concessionária tem sua própria tabela. Segue a usada pela SANEPAR para o dimensionamento do hidrômetro nas cidades paranaenses abastecidas pela concessionária. Quadro 3 - Con� guração do sistema de leitura do hidrômetro. Fonte: Sanepar (2017). 79WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 7. SUBSISTEMA DE RESERVAÇÃO 7.1 Reservatórios Os reservatórios de água potável são uma parte crítica das instalações prediais, no que diz respeito a conservação da potabilidade da água. Por esse motivo alguns cuidados devem ser tomados no seu projeto e execução dos reservatórios: a) Sejam perfeitamente estanques. b) Possuam paredes lisas, executadas em material que não altere a qualidade da água e que resistam ao ataque desta. c) Impeçam sua contaminação por agentes externos. d) Possuam abertura para inspeção, limpeza e reparos quando se � zer necessário. e) Sejam dotados de extravasor para evitar o transbordamento e prejuízo à edi� cação. O extravasor pode ser tubulado em cima do telhado ou ligado na rede de águas pluviais. f) Tenha canalização de esgotamento para limpeza e reparos internos, a superfície do fundo do reservatório deve ter uma ligeira declividade no sentido da entrada da tubulação de limpeza, de modo a facilitar o escoamento da água e a remoção de detritos remanescentes. g) O reservatório deve ser instalado sobre uma base estável, capaz de resistir aos esforços sobre ela atuantes. h) Toda a tubulação que abastece o reservatório deve ser equipada com torneira de boia. Para facilitar as operações de manutenção, recomenda-se que seja instalado na tubulação de alimentação, externamente ao reservatório, um registro de fechamento. i) A NBR 5626 estabelece que o volume de água reservado para uso doméstico deve ser, no mínimo, o necessário para atender 24 horas de consumo normal do edifício, sem considerar o volume de água para combate a incêndio. j) A divisão dos reservatórios em dois se dá por legislação municipal. Em geral, quando o reservatório tiver capacidade superior de 4000 litros, deve ser divido em dois, que serão interligados pelo barrilete. k) O Brasil apresenta de�ciências no abastecimento de água praticamente em quase todas as localidades. l) Em virtude das de�ciências no abastecimento público de água, alguns autores recomendam que se adote reservatórios com capacidade su�ciente para até dois dias de consumo. 80WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 13 - Elementos do reservatório. Fonte: Souza (2009). Figura 14 - Cortes longitudinal e transversal de um reservatório. Fonte: JRRIO (2019). 7.1.1 Dimensionamento de reservatórios No caso de se usar o sistema de distribuição indireta sem recalque, o volume de água estimada � cará armazenada no reservatório superior. No caso de distribuição indireta com recalque outra recomendação é que o reservatório inferior armazene 60% e o superior 40% do consumo. Questões econômicas e estruturais devem ser analisadas em conjunto com os proprietários e projetistas. Além do consumo predial, deverá ser previsto também a reserva de incêndio, conforme normas pertinentes. Portanto, as equações de dimensionamento são: VRI = 0,6 X CR VRS = 0,4 X CR VR = capacidade de reservação de no mínimo um dia e no máximo dois dias (para a água não perder as características de potabilidade). 81WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 7.1.2. Exemplo 1 Calcular a capacidade de reservação de 1,5 dias de uma residência de 4 quartos, sendo destes uma suíte. A residência possui uma dependência completa de empregados. Calcular também o diâmetro do alimentador predial, do ramal predial e especi� car o hidrômetro. - Cálculo do consumo diário CD: baseados nos Quadros 2 e 3 é possível estimar a população que ocupará a edi� cação e o consumo “per capita” diário para essa população. População (P) = 2 pessoas por quarto + 1 pessoa por dependia de empregados. P = 2(pessoas) x 4(quartos) + 1 (dependência) x 1 (pessoa) P = 9 pessoas ocupam a residência. Consumo “per capita”, em litros/dia (q) para residência no Quadro 3 (150litros/dia) CD = P x q CD = 9 x 150 CD = 1350 litros Se a reservação é para um e meio é um único reservatório superior VR = volume de reservação VR = CD x 1,5 (reserva para 1,5 dias de consumo) VR = 1350 x 1,5 VR = 2025 litros Conclusão: este reservatório pode ser executado no local em concreto armado no volume total ou pode ser utilizada uma caixa d’água de 2000 litros ou duas caixas d’água de 1000 litros. - Cálculo do diâmetro do alimentador predial e do ramal predial: Com o diâmetro do alimentador predial é no mínimo 25mm, esse será adotado. DAP = 25 mm 82WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA O Diâmetro do ramal predial (DRP) é igual ao diâmetro do alimentador predial DRP = 25 mm - Cálculo do hidrômetro: CD = 1350 litros = 1,35m3 CM (consumo mensal) = 1,35 x 30 (dias) CM = 40,5 m3 Inserindo o consumo mensal no Quadro 3. Chega-se à conclusão que se trata do hidrômetro de ¾”, tipo C, multijato/volumétrico. 7.1.3 Exemplo 2 Calcular a capacidade de uma preservação de um edifício residencial de 10 pavimentos, cada pavimento com 2 apartamentos e cada apartamento com 3 quartos. - Cálculo do consumo diário CD: baseados nos Quadros 2 e 3 é possível estimar a população que ocupará a edi� cação e o consumo “per capita” diário para essa população. População (P) = 2 pessoas por quarto P = 10 pavimentos x 2(apartamentos) x 3(quartos) x 2(pessoas) P = 120 pessoas ocupam o edifício. Consumo “per capita”, em litros/dia (q) para apartamento residencial no Quadro 3 (200litros/dia) CD = P x q CD = 120 x 200 CD = 24.000 litros Prevendo o volume de reservação para um dia e meio tem-se: VR = capacidade de reservação VR = CD x 1,5 VR = 24.000 x 1,5 VR = 36.000 litros Como o edifício possui 10 pavimentos, o sistema de distribuição adotado será indireto, com bombeamento, sendo necessário, para isso, 2 reservatórios, um superior com capacidade de armazenamento de 40% e um inferior com capacidade de armazenamento de 60%. 83WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA VR (superior) = 36.000 litros x 40% VR (superior) = 14400 litros VR (superior) = 14,40 m3 VR (inferior) = 36.000 litros x 60% VR (inferior) = 21.600 litros VR (inferior) = 21,60 m3 Conclusão: estes reservatórios podem ser executados no local em concreto armado no volume total, dividido em superior e inferior, sendo que o superior, por ser maior que 4000 litros, deverá ser executado em 2 células interligadas pelo barrilete. CRS = 14,40 m3 CRI = 21,60 m3 - Cálculo do diâmetro do alimentador predial edo ramal predial: Qmin = _ CD___ 86400 Qmin = 0,028 l/s D AP ≥ 0,66 m D AP ≥ 66 mm Como o diâmetro tem que ser um diâmetro comercial, precisa-se veri� car quais os diâmetros no catalogo do fabricante. DAP = 75 mm O Diâmetro do ramal predial (DRP) é igual ao diâmetro do alimentador predial DRP = 75 mm BITOLA DE ESPESSURA POLEGADA mm mm 1/2 20 1,5 3/4 25 1,7 1 32 2,1 1.1/4 40 2,4 1.1/2 50 3,0 2 60 3,3 2.1/2 75 4,2 3 85 4,7 4 110 6,1 Quadro 4 - Dimensões dos tubos. Fonte: a autora. 84WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA - Cálculo do hidrômetro: CD = 1350 litros = 1,35m3 CM (consumo mensal) = 1,35 x 30 (dias) CM = 40,5 m3 Inserindo o consumo mensal no Quadro 3, chega-se à conclusão que se trata do hidrômetro de 1”, tipo C, multijato. 7.2 Extravasor e Limpeza Em todos os reservatórios devem ser instaladas tubulações que atendam às seguintes necessidades: a) Extravasão do volume de água em excesso no interior do reservatório, para que não ocorra transbordamento, devido a falhas na torneira boia ou em outro dispositivo de interrupção do abastecimento. b) Limpeza do reservatório, para permitir o esvaziamento completo, quando necessário. 7.2.1 Dimensionamento do extravasor e da limpeza O diâmetro do extravasor e da limpeza é determinado adotando-se uma bitola comercial imediatamente acima da bitola do alimentador predial ou da tubulação de recalque. Calcule o extravasor e a limpeza do exemplo 1. Como foi calculado no exemplo 1. O diâmetro do alimentador predial é de 25mm; DAP = 25 mm O Diâmetro do extravasor e da limpeza é um diâmetro comercial imediatamente acima deste, portanto 32 mm. Veja no Quadro 4. 8. SUBSISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO A distribuição de água para um prédio, partindo de um reservatório superior de acumulação, é feita por meio de um sistema que compreende: a) Barrilete de Distribuição. b) Colunas de alimentação ou prumadas de alimentação. c) Ramais. d) Sub-ramais. Os principais pontos de utilização e a altura da conexão da água fria para o equipamento estão dispostos no Quadro 5. 85WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Quadro 5 - Pontos de utilização. Fonte: adaptado de NBR 5626 (1998). 8.1 Barrilete de Distribuição Barrilete é a tubulação que interliga as duas seções do reservatório superior e alimentam as colunas de distribuição. Figura 15 - Barrilete de distribuição. Fonte: adaptado de NBR 5626 (1998). 86WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 8.2 Coluna de Distribuição ou Prumada É a canalização vertical destinada a alimentar os ramais da instalação predial. Tem sua origem no barrilete. Figura 16 - Esquema de coluna de distribuição ou prumadas. Fonte: adaptado de NBR 5626 (1998). Figura 17 - Registro coluna de distribuição ou prumadas. Fonte: a autora. 87WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 8.3 Ramais e Sub-Ramais O dimensionamento de uma rede de distribuição é feito seguindo a seguinte ordem: sub- ramais, ramais, colunas de alimentação e barrilete. Sub-ramais são a canalização que liga o ramal à peça de utilização ou à ligação do aparelho sanitário. Sub-ramal: tubulação que liga o ramal ao ponto de utilização. Figura 18 - Esquema de sistema hidráulico de distribuição. Fonte: adaptado de Carvalho Júnior (2014). 8.3.1 Diâmetro dos sub-ramais Cada sub-ramal serve a uma peça de utilização ou aparelho sanitário, apenas, e é dimensionado segundo tabelas que foram elaboradas através de resultados obtidos em ensaios realizados. Em geral, os fabricantes dos aparelhos fornecem, em seus catálogos, os diâmetros que recomendam para os seus sub-ramais. Pode-se usar o Quadro 6 para a escolha do diâmetro do sub-ramal. Os valores apresentados são os mínimos aconselháveis. 88WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Quadro 6 - Diâmetro mínimo dos sub-ramais. Fonte: adaptado de NBR 5626 (1998). Convém notar que, em se tratando de tubo em aço galvanizado, o diâmetro mínimo usado é de 20mm. 8.3.2 Diâmetro dos ramais de alimentação O dimensionamento de um ramal poderá ser feito conforme se faça alguma das suposições a seguir: a) Admitir que há consumo simultâneo de todos aparelhos (Critério do consumo máximo possível). b) Considerar o consumo simultâneo máximo provável dos aparelhos. (Critério do consumo máximo provável). 89WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 9. CRITÉRIO DO CONSUMO DO MÁXIMO POSSÍVEL Neste caso, admite-se que todos os aparelhos estejam sendo usados ao mesmo tempo, principalmente chuveiros e lavatórios. Esta hipótese deve ser considerada naquelas situações em que há um horário rigoroso para o uso das instalações sanitárias, como quartéis, fábricas, escolas etc. Para o dimensionamento dos ramais, somam-se as vazões de cada sub-ramal ou ramal anterior. Essa hipótese ocorre, em geral, em instalações de estabelecimentos em que há horários rigorosos para utilização da água, principalmente de chuveiros e lavatórios, como é o caso de fábricas, estabelecimentos de ensino e quartéis. Para fácil escolha dos diâmetros, toma-se como base ou unidade o tubo de 15mm (1/2”) ao qual se referem os diâmetros dos demais trechos, de tal modo que a seção do ramal em cada trecho seja equivalente, sob o ponto de vista de escoamento hidráulico, à soma das seções dos sub-ramais por ele alimentados. O quadro a seguir dá, para os diversos diâmetros, o número de tubulações de 15mm (1/2”) que seriam necessárias para permitir a mesma descarga. Quadro 7 - Diâmetro das tubulações. Fonte: adaptado de NBR 5626 (1998). 10. CRITÉRIO DO CONSUMO DO MÁXIMO PROVÁVEL Vale notar ser pouco provável o uso simultâneo de todos os aparelhos em um mesmo ramal e que a probabilidade diminui com o aumento do número de aparelhos. Roy Runter fez um estudo de probabilidade de ocorrência de uso simultâneo das peças e atribuiu pesos a elas e estabeleceu a dependência entre as descargas nos aparelhos e a soma dos pesos de todos aparelhos. Esses pesos são estabelecidos por comparação dos efeitos relativos produzidos por diferentes tipos de aparelhos. Este critério conduz a diâmetros menores do que pelo critério do sistema máximo possível. O método recomendado pela NBR 5626, que atende ao critério do consumo máximo provável, é o Método da Soma dos Pesos. Este método, de fácil aplicação para o dimensionamento de ramais e colunas de alimentação, é baseado na probabilidade de uso simultâneo dos aparelhos e peças. 90WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA A vazão pode ser calculada pela seguinte fórmula: Sendo: Q = vazão em litros/seg. P = peso, adimensional 11. PRESSÃO Em condições dinâmicas, ou seja, com a água em movimento (escoamento), a pressão da água nos pontos de utilização deve ser adotada de modo a garantir a vazão de projeto e o bom funcionamento do aparelho de utilização. Em qualquer caso, a pressão não pode ser inferior a 1 m.c.a. (metro de coluna d’água), com exceção do ponto da caixa de descarga que não pode ser inferior a 0,5 m.c.a., e o ponto de válvula de descarga para bacia sanitária que não pode ser inferior a 1,5 m.c.a. São considerados três tipos de pressão nas instalações prediais a) Pressão estática: pressão nos tubos com a água parada. b) Pressão dinâmica: pressão com a água em movimento. c) Pressão de serviço: pressão máxima que se pode aplicar a um tubo, conexão, válvula ou outro dispositivo, quando em uso normal. 11.1 Pressão Estática Diferença entre a altura do reservatório superior e o ponto mais baixo da instalação predial (h). Segundo a NBR 5626, essa pressão não deve ultrapassar 40 m.c.a. (metros de coluna d´água)em qualquer ponto. Figura 19 - Pressão estática com escoamento. Fonte: adaptado de Borges (1992). 91WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 11.2 Pressão Dinâmica A NBR 5626 recomenda que a pressão da água em regime de escoamento não seja inferior a 0,5 m.c.a. O valor da pressão estática menos as perdas de carga distribuídas e localizadas corresponde ao valor da pressão dinâmica Figura 20 - Pressão dinâmica com escoamento. Fonte: adaptado de Borges (1992). 11.3 Pressão de Serviço Com relação à pressão de serviço, A NBR 5626 recomenda que o fechamento de qualquer peça de utilização não pode provocar sob repressão, em qualquer ponto da instalação, maior que 20 mca. Isso signi�ca que a pressão de serviço não deve ultrapassar a 60 mca, ou seja: Pressão estática máxima (40 mca) + máxima sobre pressão (20 mca). Importante ressaltar que a utilização de tubos metálicos em substituição aos de PVC, nesse caso, não resolve o problema, uma vez que a norma não faz distinção quanto ao tipo do material. 92WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA 11.4 Pressão Mínima Necessária para que as peças de utilização funcionem corretamente. Esta pressão varia entre 0,5 m.c.a. e 20 m.c.a. dependendo do equipamento. Para que as peças tenham um funcionamento adequado, deve-se lembrar que as pressões dinâmicas nos pontos de utilização não devem ser inferiores à 1 m.c.a., com exceção do ponto anteriormente citados. Quadro 8 - Pressões dinâmicas e estáticas nos pontos de utilização. Fonte: adaptado de NBR 5626 (1998). 11.5 Pressão Máxima Segundo a NBR 5626, admite-se uma pressão estática máxima de serviço de no máximo 40 m.c.a (metros de coluna d’água). Em edi�cações em que a pressão de serviço ultrapassa esse valor, devem ser utilizados reservatórios intermediários ou válvulas redutoras de pressão. Pressões acima do recomendado ocasionarão ruídos, golpe de aríete e manutenção constante nas instalações. Para que os aparelhos da instalação hidráulica predial sejam capazes de operar com as vazões, é necessário que lhes sejam asseguradas pressões mínimas a montante. Essas pressões deverão estar disponíveis, portanto, nos pontos de utilização. São denominadas pressões dinâmicas porque elas deverão prevalecer quando o sistema hidráulico estiver em operação. 93WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Isto signi�ca que a pressão estática do sistema menos as perdas de carga que ocorrerão entre o reservatório e o ponto de utilização deverá ter um resultado positivo e igual a, no mínimo, a pressão dinâmica mínima recomendada. Por outro lado, os aparelhos são construídos de modo a suportarem pressões limitadas. Existe, portanto, uma pressão máxima a que podem ser submetidos esses aparelhos. Essa pressão máxima limita a altura existente entre os pontos de utilização e, é claro, ocorrerá em condições estáticas, tendo em vista que, não havendo escoamento, não há perda de carga. 11.6 Velocidade A NBR 5626 recomenda que as tubulações sejam dimensionadas de modo que a velocidade de escoamento da água em qualquer trecho da tubulação não ultrapasse 3,0 m/s. Valores acima do recomendado provocam ruídos desagradáveis na tubulação, podendo, além disso, ocasionar o golpe de aríete. Conhecendo o diâmetro do tubo e a vazão em escoamento, a velocidade pode ser calculada pela equação a seguir: V é a velocidade da água (m/s). Q é a vazão em m3/s. A é a área da seção transversal da tubulação (m2) 12. ISOMÉTRICO Perspectiva isométrica é o processo de representação tridimensional em que o objeto se situa num sistema de três eixos coordenados. A perspectiva isométrica é muito usada para mostrar instalações hidráulicas. As plantas isométricas de tubulação são desenhos feitos em escala, contendo todas as tubulações de uma determinada área, representada em projeção horizontal. 94WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 21 - Exemplo de projeto isométrico. Fonte: a autora. 95WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 3 ENSINO A DISTÂNCIA CONSIDERAÇÕES FINAIS Compete ao projetista a entrega de um projeto bem dimensionado, em cumprimento com as normas vigentes, com segurança e conforto para os usuários. Compete ao construtor o acompanhamento, a análise e a interpretação do projeto. Ambos, projetista e construtor, devem executar seus serviços com zelo e competência para evitar transtornos e prejuízos ao usuário. O projeto grá� co deve ser acompanhado de um manual das instalações, no qual o projetista e o executor de� nem como devem ser utilizados os equipamentos e qual a melhor forma de manutenção. Dessa maneira, garantindo o uso adequado, com economia e longevidade das instalações. EXERCÍCIOS 01. Qual o consumo diário de aguá em L/dia de uma residência com 5 pessoas, sabendo que cada pessoa consome, em média, 230L/dia? RESOLUÇÃO: CD = q*P, CD = 230 * 4 = 920 L/dia 02. Qual a vazão Q de um sistema com uma tubulação de 20 cm2 com uma velocidade de 3,5 m/s? RESOLUÇÃO: Q = A.V = 0,002m2 X 3,5= 7mL/s 9696WWW.UNINGA.BR UNIDADE 04 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................................98 1. INFORMAÇÕES PRELIMINARES ........................................................................................................................99 1.1 TERMINOLOGIA ...................................................................................................................................................99 1.2 RESPONSABILIDADE TÉCNICA .........................................................................................................................99 1.2.1 EXIGÊNCIAS A SEREM OBSERVADAS NO PROJETO ....................................................................................99 2. INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA QUENTE .......................................................................................................100 2.1 DEFINIÇÕES .......................................................................................................................................................100 2.2 TIPOS DE SISTEMA DE AQUECIMENTO .........................................................................................................100 2.2.1 SISTEMA INDIVIDUAL OU LOCAL .................................................................................................................100 2.2.2 SISTEMA PRIVADO CENTRAL DOMICILIAR ...............................................................................................100 SISTEMAS PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE PROF.A ME. LUZIA MARA FERRER AMORIM ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS PREDIAIS E ELÉTRICOS 97WWW.UNINGA.BR 2.2.3 SISTEMA COLETIVO CENTRAL ..................................................................................................................... 101 2.3 CONSUMO PREDIAL ......................................................................................................................................... 102 2.4 CONDUÇÃO DE ÁGUA QUENTE ........................................................................................................................ 102 2.5 PRESSÃO DE SERVIÇO ..................................................................................................................................... 102 2.6 VELOCIDADE...................................................................................................................................................... 102 2.7 VAZÃO DE PROJETO .......................................................................................................................................... 103 2.8 DIÂMETRO MÍNIMO .........................................................................................................................................103 2.9 DIMENSIONAMENTO TUBULAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA QUENTE ............................................... 103 2.9.1 SUB-RAMAIS ................................................................................................................................................... 104 2.9.2 RAMAIS ........................................................................................................................................................... 104 2.9.3 COLUNAS ....................................................................................................................................................... 104 2.10 EQUIPAMENTO DE AQUECIMENTO .............................................................................................................. 104 2.10.1 ELETRICIDADE E GÁS .................................................................................................................................... 105 2.10.2 AQUECEDORES SOLARES ........................................................................................................................... 107 CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................................................................................... 109 EXERCÍCIO ............................................................................................................................................................... 109 98WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO Nesta unidade trataremos sobre os projetos dos sistemas prediais de água quente, cujo objetivo é conduzir a água aquecida por meio da tubulação até os pontos de utilização e garantir que a água chegue com qualidade nesses pontos. Esses sistemas também estabelecem a quantidade e a qualidade da água de acordo com cada uso do ponto de consumo. Outro item importante a respeito dos projetos de sistemas prediais de água quente consiste no estudo das possibilidades de rastreamento e acessibilidade aos sistemas, uma vez que os processos de manutenção são constantes. O fornecimento de água quente em alguns casos aumenta o conforto das edi� cações, em outros casos é essencial para limpeza e desinfecção, como no caso de cozinhas industriais, lavanderias e hospitais. Inserido nesse escopo de aprendizagem, � xaremos as exigências técnicas mínimas quanto à segurança, higiene, economia, principais pontos e aspectos normativos abordados e recomendados na NBR 7198:1993 – Projeto e execução de instalações prediais de água quente (ABNT, 1993). Além das recomendações da norma de água quente, serão abordados os tipos de aquecedores, bem como, o dimensionamento do consumo. Com isto, construiremos um conteúdo capaz de posicionar o arquiteto e o urbanista frente às questões que envolvem os aspectos da hidráulica da água quente inerente ao bom funcionamento das edi� cações. 99WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA 1. INFORMAÇÕES PRELIMINARES A temperatura com que a água deve ser fornecida depende do uso a que se destina. Quando uma mesma instalação deve fornecer água em temperaturas diferentes nos diversos pontos de consumo, faz-se o resfriamento com um aparelho misturador de água fria ou o aquecimento com um aquecedor individual no local de utilização. USO TEMPERATURA (°C) Banho lavagem de mãos e limpeza 40 a 50 Cozinhas 55 a 75 Lavanderia 75 a 80 Uso médico 100 °C ou mais Quadro 1 - Temperatura da água para determinadas funções. Fonte: adaptado de NBR 7198 (1993). 1.1 Terminologia Vide norma ABNT. 1.2 Responsabilidade Técnica O projeto de instalações prediais de água quente deve ser elaborado por projetista com formação pro� ssional de nível superior, engenheiro ou arquiteto, legalmente habilitado e quali� cado. 1.2.1 Exigências a serem observadas no projeto A NBR 7198 estabelece que as instalações prediais de água quente devem ser projetadas e executadas de modo que, durante a vida útil do edifício que as contém, atendam aos seguintes requisitos: a) Preservar a potabilidade da água. b) Garantir o fornecimento de água de forma contínua, em quantidade adequada e temperatura controlável, com segurança aos usuários, com pressões e velocidades compatíveis com o perfeito funcionamento dos aparelhos sanitários, peças de utilização e demais componentes. c) Promover economia de água e de energia. d) Proporcionar conforto aos usuários. 100WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA 2. INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA QUENTE O uso da água quente é comum em quase todas as atividades exercidas pelo ser humano. As instalações hidráulicas para seu uso podem ser especí� cas para residências, hospitais, industrias, lavanderias etc. Nesse estudo não abordaremos o uso industrial da água quente. Para tubulações de cobre reduzirem as perdas de calor no sistema de distribuição, costuma-se envolver as tubulações em material isolante térmico. Encontra-se disponível no mercado tubulações de PVC com propriedades termoplásticas que são isolantes térmicos. Tais produtos dispensam o revestimento isolante. 2.1 Definições Os termos técnicos utilizados estão descritos no item 3 - De� nições da NBR 7198/1993. 2.2 Tipos de Sistema de Aquecimento O abastecimento da água quente é feito por meio de tubulação separada da de água fria e pode ser de três tipos: sistema individual ou local, sistema privado central domiciliar e sistema coletivo central. 2.2.1 Sistema individual ou local Produz-se água quente para um único aparelho ou, no máximo, para aparelhos do mesmo ambiente. São aparelhos localizados no próprio banheiro ou na área de serviço. Como exemplo pode-se citar o chuveiro elétrico. Para este sistema não existe a necessidade de uma rede de tubulações para água quente, visto que os aparelhos estão, geralmente, nos ambientes em que são utilizados. Os aquecedores são instantâneos (de passagem). Este sistema é mais utilizado em edi�cações de baixa renda, pois o investimento inicial é baixo. 2.2.2 Sistema privado central domiciliar Neste sistema se produz água quente para todos os aparelhos de uma unidade residencial. O sistema central privado utiliza, basicamente, os seguintes tipos de fontes de energia: a) Eletricidade (chuveiros e torneiras). b) Óleo combus� vel. c) Gás combustível (aquecedores de passagem e de acumulo). d) Lenha (caldeira para aquecimento de água para hospitais, hotéis, piscinas e lavanderias). e) Energia solar (aquecimento residencial e aquecimento de piscinas). 101WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA Os aparelhos de aquecimento podem ser instantâneos (aquecedor de passagem), a água vai sendo aquecida à medida que passa pelo aparelho, ou de acumulação, a água primeiro é reservada e depois aquecida. Para o abastecimento do aparelho de aquecimento deve haver uma prumada de água fria exclusivamente para ele, com dispositivo que evite o retorno da água do interior do aquecedor em direção à coluna de água, tal como o sifão térmico. A distribuição de água quente para este sistema constitui, basicamente, de ramais que conduzem a água do aparelho de aquecimento até os pontos de utilização. Este caminhamento deverá ser o mais curto possível para se evitar perda de temperatura na tubulação ao longo do trecho. A adequação dos ambientes que receberão o aquecedor também deverá ser levada em consideração, visto que os ambientes necessitam de ventilação permanente e espaço físico adequado, principalmente no caso de se adotar aquecedores de acumulação, o que demanda espaço para sua instalação. Figura 1 - Sistema privado central domiciliar. Fonte: adaptado de NBR 7198 (1993). 2.2.3 Sistema coletivo central O sistema de abastecimento coletivo e central abastece pontos de utilização de vários domicílios. Muito usado, nesse caso, a caldeira,que é um reservatório grande e aquecido. Utiliza- se no Brasil, principalmente, pela queima de sólidos, com madeira, bagaço de cana e outros. Esse tipo de aquecimento também é usado em clubes recreativos, saunas, hotéis, motéis, hospitais etc. 102WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA 2.3 Consumo Predial A NBR 7128/1993 indica quais as bases de cálculo para a determinação do consumo predial de água quente. Calcula-se o consumo predial tendo como parâmetro o Quadro 2. EDIFICAÇÃO CONSUMO LITROS/DIA Alojamento provisório de obra 24 por pessoa Casa popular ou rural 36 por pessoa Residência 45 por pessoa2 Apartamento 60 por pessoa Quartel 45 por pessoa Escola – internato 45 por pessoa Hotel (sem incluir cozinha e lavanderia) 36 por hóspedes Hospital 125 por leito Restaurante e similares 12 por refeição Lavanderia 15 por kg de roupa seca Quadro 2 - Estimativa de Consumo de Água Quente. Fonte: adaptado de Borges e Borges (1992). 2.4 Condução de Água Quente Segundo a NBR 7198/93, a instalação de misturadores é obrigatória se, nos pontos de utilização para o uso humano, houver a possibilidade da água chegar com uma temperatura superior a 40°C. Na instalação dos misturadores deve ser evitada a inversão de água quente no sistema frio e vice-versa. 2.5 Pressão de serviço Quanto à pressão deve-se observar a pressão máxima que o sistema suporta e a pressão mínima para o sistema ser acionado, portanto precisam ser de� nidos os limites inferior e superior da pressão. Pressão Máxima: a pressão estática máxima nos pontos de utilização não deve exceder 40 m.c.a. No caso de necessidade, prever válvula redutora de pressão. Pressão mínima: a pressão mínima é a pressão su� ciente para o bom uso do aparelho, nos chuveiros 1 m.c.a., nas torneiras 0,5 m.c.a. 2.6 Velocidade Segundo a NBR 7198/93 a velocidade na tubulação não deve ser superior a 3 m/s, para evitar ruídos na tubulação. 103WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA 2.7 Vazão de Projeto Assim como na água fria, deve-se admitir o uso não simultâneo das tubulações. No Quadro 3 encontram-se as vazões mínimas de cada equipamento, bem como o peso. Peças de utilização Vazão (l/s) Peso Banheira 0,30 1,0 Bidê ou ducha higiênica 0,06 0,1 Chuveiro 0,12 0,5 Lavatório 0,12 0,5 Pia de cozinha 0,25 0,7 Pia de despejo 0,30 1,0 Máquina de lavar roupa 0,30 1,0 Quadro 3 - Vazão mínima e peso das peças de utilização. Fonte: adaptado de Borges e Borges (1992). 2.8 Diâmetro Mínimo Diâmetro mínimo dos ramais e sub-ramais não pode ser inferior ao diâmetro mínimo exigido pelo ponto de utilização, independentemente dos resultados obtidos nos cálculos. Observe o Quadro 4. Peças de utilização Diâmetro nominal (DN) mm Diâmetro comercial (DC) pol. Banheira 15 1/2” Bidê ou ducha higiênica 15 1/2” Chuveiro 15 1/2” Pia de cozinha 15 1/2” Pia de despejo 20 3/4” Máquina de lavar roupas 20 3/4” Quadro 4 - Diâmetro mínimo dos sub-ramais. Fonte: adaptado de Borges e Borges (1992). 2.9 Dimensionamento Tubulação de Distribuição de Água Quente Para o dimensionamento da rede de distribuição de água quente, segue-se o mesmo raciocínio da água fria. Uso coletivo máximo possível (todas as peças funcionando ao mesmo tempo, soma das vazões), uso privativo máximo provável (improbabilidade do uso simultâneo das peças, método da somatória dos pesos). 104WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA 2.9.1 Sub-ramais Para adotar o sub-ramal, obedecer ao especi� cado no Quadro 4. 2.9.2 Ramais Para o dimensionamento dos ramais, usar o mesmo princípio da água fria. a) Máximo Provável: improbabilidade do uso simultâneo das peças, método do somatório dos pesos. Sendo: Q = vazão em litros/seg P = peso, adimensional b) Máximo Possível: uso simultâneo de todas as peças de utilização, usado em edi� cações de uso coletivo, como vestiários, cozinhas industriais e outros. 2.9.3 Colunas Quando o sistema de aquecimento utilizado for do tipo central coletivo a distribuição se faz pelas colunas, podendo ser ascendente, descendente ou mista. A alimentação de água fria do sistema deve ser, preferencialmente, separada dos demais equipamentos. A NBR 7198/93 permite que se use a mesma prumada para abastecer o aquecedor e outras peças simultaneamente, sendo obrigatoriamente necessário o uso de dispositivo que não permita o � uxo contrário no ramal do aquecedor e também que a válvula de descarga não seja uma das peças ligadas nessa prumada. Esse tipo de ligação não é a mais recomendada, sendo que a melhor prática ainda é uma coluna (prumada) exclusiva para o abastecimento do aquecedor. 2.10 Equipamento de Aquecimento A produção de água quente se dá pela transferência de calorias de uma fonte de calor para a água, até que essa alcance a temperatura desejada. Para o aquecimento da água, os sistemas de aquecimentos mais usados são: a) Aquecimento elétrico. b) Aquecimento a gás. c) Aquecimento por queima de sólidos. d) Aquecimento Solar. Abordaremos aqui os três mais usados no Brasil: elétrico, a gás e solar. 105WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA 2.10.1 Eletricidade e gás Os aquecedores domésticos utilizam muito mais esses dois tipos por serem mais baratos que os demais e porque a matriz geradora é encontrada praticamente em todos os centros urbanos. Podem ser de passagem ou de acumulo. De passagem: os exemplos são chuveiros elétricos e aquecedor domiciliar de passagem. Figura 2 - Aquecedor de passagem a gás. Fonte: Lorenzetti (2019). Figura 3 - Aquecimento a gás de passagem. Fonte: Lorenzetti (2019). Figura 4 - Aquecimento por eletricidade. Fonte: Leroy Merlin (2019). 106WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 5 - Isométrico detalhado de como devem ser descidas as prumadas ou colunas. Fonte: Hidrocom (2019). Além dos aquecedores de passagem elétricos e a gás ainda temos no mercado os aquecedores de acúmulos, menos usados que os de passagem por ter que dispor de um espaço considerável para a instalação dos reservatórios de acúmulo. Figura 6 - Aquecimento a gás de acumulação. Fonte: Lorenzetti (2019). 107WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA O Aquecimento elétrico funciona por meio do armazenamento de água no reservatório e o posterior aquecimento do reservatório pela fonte de calor, no caso elétrica ou gás (através de uma chama acesa). O dimensionamento desse tipo de aquecedor leva em consideração o consumo diário, a capacidade de aquecimento do equipamento. 2.10.2 Aquecedores solares O aquecimento de água utilizando a energia solar é muito econômico e sustentável, pois essa energia está disponível gratuitamente no meio ambiente e é uma energia limpa (não poluidora). O investimento inicial dos equipamentos é um pouco mais elevado que os sistemas de passagem e acúmulo elétricos e a gás, mas isso é compensado pela gratuidade da energia utilizada. A energia solar, além de limpa, é considerada inesgotável. Além de não poluir o sistema, é silenciosa. As desvantagens desse sistema são as restrições arquitetônicas na disposição das placas de captação da energia solar e as variações meteorológicas, como frio. Tem-se que levar em conta também o período da noite, em que é impossível o aquecimento, pois a fonte não está disponível nesse período. Por esse motivo o aquecedor solar tem que ser associado a outro tipo de aquecimento, o mais usado é o sistema elétrico de acúmulo. A água armazenada dentro do reservatório que serve o sistema solar é aquecida por eletricidade. Os componentes do sistema de aquecimento solar são: a) Coletores solares: são placas de serpentina de tubos de cobre revestidas de vidro com uma manta térmica e isolante,que evita que a energia se dissipe e não esquente a serpentina. b) Reservatório de água quente: sua capacidade vai variar com a variação do consumo diário de água quente. c) Rede de tubulação de distribuição: tubos especiais que não sofram deformações com altas temperaturas, até 80°C. Podem ser encontradas no mercado tubulações de PVC que suportam essas altas temperaturas. 108WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA Figura 7 - Aquecimento por energia solar. Fonte: Joule (2019). Figura 8 - Aquecimento solar. Fonte: Joule (2019). Vale ressaltar as vantagens do sistema de aquecimento solar: a) Não é poluidora. b) É autossu�ciente. c) É completamente silenciosa. d) É uma fonte alternativa de energia. e) Geralmente está disponível no local do consumo. f) Um bom aquecedor consegue elevar a temperatura da água acima de 80°C. 109WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS P RE DI AI S E EL ÉT RI CO S | U NI DA DE 4 ENSINO A DISTÂNCIA CONSIDERAÇÕES FINAIS Compete ao projetista a entrega de um projeto bem dimensionado, em cumprimento com as normas vigentes, com segurança e conforto para os usuários. Compete ao construtor o acompanhamento, a análise e a interpretação do projeto. Ambos, projetista e construtor, devem executar seus serviços com zelo e competência para evitar transtornos e prejuízos ao usuário. O projeto grá� co deve ser acompanhado de um manual de instalações, no qual o projetista e o executor de� nem como devem ser utilizados os equipamentos e qual a melhor forma de manutenção. Dessa maneira, garantindo o uso adequado, com economia e longevidade das instalações. EXERCÍCIO 01. Em uma residência que possui 4 quartos e uma banheira de 190 litros, moram 5 pessoas. Dimensione o aquecedor de acumulação por eletricidade. RESOLUÇÃO: De acordo com o Quadro 2 (desta unidade), “Residência aquecedor elétrico, 45 por pessoa”. Ou seja, vamos utilizar 45 L/dia por pessoa. 6 pessoas x 45 L/dia = 270 L Banheira = 190L, considerando 50% de agua fria Banheira = 95L 95 + 270 = 365L Logo, o acumulador deverá ter, no mínimo, 365 L. 110WWW.UNINGA.BR ENSINO A DISTÂNCIA REFERÊNCIAS ÁGUA S E POÇOS. O que é Poço. 2018. Disponível em: <http://www.aguapocos.com.br/duvidas. html>. BORGES, R. S. Manual de Instalações Prediais Hidráulico-sanitárias e de Gás. 5. ed. São Paulo: PINI,1992. BOTELHO, M. H. C.; RIBERIO JÚNIOR, G. A. Instalações hidráulicas prediais utilizando tubos plásticos. 4. ed. São Paulo: Blucher, 2014. CANA AGRÍCOLA. Bomba Submersa 4” Schneider SUB25-10NY4E6. 2019. 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