UFPA
PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM
BAIXA TENSÃO: ESTUDO DE CASO DO PRÉDIO
DA UNIDADE BÁSICA DE SAÚDE VILA MARABÁ.
MAURO MACHADO DA SILVA
4º Período de 2012
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
MAURO MACHADO DA SILVA
PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM
BAIXA TENSÃO: ESTUDO DE CASO DO PRÉDIO
DA UNIDADE BÁSICA DE SAÚDE VILA MARABÁ.
Tucuruí – Pará
2013
TRABALHO SUBMETIDO AO COLEGIADO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA.
Dedicatória
Para a matriarca de minha família, a minha bisavó Adelaide Dias Machado pelo amor e ensinamentos de vida.
Agradecimentos
Ao meu orientador Claudomiro Barbosa pela paciência, compreensão e principalmente pelos ensinamentos oferecidos durante esse período de TCC e nas disciplinas de graduação, onde sempre esteve disposto a contribuir para o aprendizado dos alunos em geral.
Ao diretor de estudo e projetos da Secretária de Obras, Urbanismo e Habitação do município de Tucuruí, o Engenheiro Civil Marcio Hiroshi e aos demais funcionários do departamento de projetos que cederam a proposta de ampliação bem como as plantas da unidade de saúde da Vila Marabá. Tornado assim possível à realização deste trabalho.
A toda a minha família em especial para a minha mãe Maria Guiomar que não mediu esforços e incentivos aos estudos. A minha filha Emilly Victoria que se tornou a pessoa mais importante da minha vida, fazendo-me crescer como pessoa e amadurecer nesses últimos quatro anos. A minha tia Eliene, obrigado pelo apoio incondicional nessa jornada.
A minha namorada Daniele pelo companheirismo e apoio.
Aos amigos de curso Éden, Adílio, Jairo, Amanda entre outros, que ao longo dessa caminhada tiveram participação importante seja na hora de estudos ou nos momentos de descontração.
Aos amigos Delano, Bena e Nonato pela amizade e pelas palavras de incentivos na realização deste trabalho e pelas boas conversas ao longo da vida.
Aos professores de ensino médio, Judival, Marilízia e Veridiana que sempre me apoiaram e depositaram grande confiança em minha vida acadêmica.
“Minha alma é inconquistável, Sou o senhor do meu destino Capitão de minha alma”
Sumário
Lista de Figuras ... viii
Lista de Tabelas ... x
Resumo ... xiii
Introdução ... 1
Capítulo 1 – Normas, Teorias e Definições em Instalações Elétricas ... 3
1.1 Normas Regulamentadoras ... 3
1.2 Grandezas Elétricas – Conceitos Básicos ... 5
1.2.1 Energia ... 5 1.2.2 Corrente elétrica ... 6 1.2.3 Tensão elétrica ... 8 1.2.4 Resistência elétrica ... 9 1.2.5 Potência elétrica ... 11 1.3 Instalações Elétricas ... 14
1.3.1 Alimentação de instalação de baixa tensão e seus componentes 14 1.4 Classificação da Alimentação ... 18
1.5 Cálculo da Demanda ... 22
Capítulo 2 – Luminotécnica. ... 29
2.1 Grandezas Luminotécnicas Fundamentais ... 29
2.2 Lâmpadas ... 33
2.2.1 Lâmpadas incandescentes ... 34
2.2.2 Lâmpadas de descargas ... 38
2.3 Luminárias ... 45
2.4 Projeto Luminotécnico ... 45
2.4.1 Método dos lumens ... 46
Capítulo 3 – Condutores Elétricos ... 53
3.1 Material do Condutor ... 53 3.2 Forma Geométrica ... 54 3.3 Isolação e Isolamento ... 58 3.4 Blindagem ... 61 3.5 Seção Nominal ... 62 3.6 Conduto Elétrico ... 63
3.7 Condutores para Baixa Tensão ... 65
3.9 Dimensionamentos dos Circuitos ... 67
3.9.1 Seção mínima ... 67
3.9.2 Determinação da seção do condutor pela capacidade de condução de corrente ... 69
3.9.3 Dimensionamento do condutor pela queda de tensão ... 83
3.9.4 Proteção contra sobrecarga ... 93
3.9.5 Proteção contra curto-circuito ... 94
3.9.6 Proteção contra contatos indiretos ... 97
3.10 Dimensionamentos de eletrodutos ... 99
3.10.1 Taxa máxima de ocupação ... 100
Capítulo 4 - O Prédio da Unidade de Saúde Vila Marabá ... 102
4.1 Localização e Caracterização da Unidade de Saúde ... 102
4.2 Funcionamento da Unidade de Saúde ... 108
4.3 Levantamento de Cargas ... 109
4.4 Ampliação do prédio ... 110
Capítulo 5 – Programa Lumine V4 ... 112
5.1 Descrição do Programa ... 112
5.2 Passo a passo do Lumine V4 ... 114
Capítulo 6 – Projeto Elétrico do Prédio ... 136
6.1 Símbolos Gráficos ... 136
6.2 Cargas dos Pontos de Utilização (Iluminação e Tomada) ... 137
6.3 Projeto Elétrico da Unidade de Saúde Vila Marabá ... 140
6.3.1 Iluminação ... 140
6.3.2 Número e distribuição das tomadas ... 146
6.3.3 Circuitos e quadros de distribuição ... 149
6.4 Considerações Finais ... 163 Conclusão ... 167 Referências Bibliográficas... 170 ANEXO I - ... 173 Tabelas AI ... 173 ANEXO II ... 176
Lista de Figuras
Figura 1.1:(a) Fluxo de corrente. (b) Exemplo de medição de corrente. Fonte: [3]. ... 6
Figura 1.2: Comportamento de uma tensão em c.c.. ... 7
Figura 1.3: Comportamento de uma tensão em c.a... 7
Figura 1.4: Gerador de Corrente Alternada. Fonte: [4]. ... 8
Figura 1.5: Medição da Tensão em Lâmpada. Fonte: [3]. ... 9
Figura 1.6: Circuito com as principais grandezas elétricas. ... 11
Figura 1.7: Diagrama do triângulo das potências. ... 13
Figura 1.8 : Esquema de ligação da rede de alimentação com a unidade consumidora. Fonte: [7]. ... 16
Figura 2.1: Espectro Eletromagnético da luz. Fonte: [8]. ... 29
Figura 2.2: Medição da Iluminância. Fonte: [9]. ... 31
Figura 2.3: (a) Iluminância e (b)Luminância. Fonte: [9]. ... 32
Figura 2.4: Comparação de cores quentes e cores frias. Fonte: [9]. ... 32
Figura 2.5: Tipos de base de lâmpadas. Fonte: [9]... 34
Figura 2.6: Exemplo de lâmpada Incandescente para iluminação geral. Fonte: [10]. ... 35
Figura 2.7: Lâmpada do tipo Luz Negra. Fonte: [11]. ... 35
Figura 2.8: Exemplo de lâmpadas decorativas. Fonte: [10]. ... 36
Figura 2.9: Exemplo de lâmpada refletora da Philips. Fonte: [12]. ... 37
Figura 2.10: Exemplo de lâmpada halógena. Fonte: [13]. ... 37
Figura 2.11: Modelos de lâmpadas fluorescentes. Fonte: [10]. ... 38
Figura 2.12: Exemplo de um reator. Fonte: [14]. ... 39
Figura 2.13: Exemplos de lâmpadas tipo PL. Fonte: [10]. ... 40
Figura 2.14: Exemplo de lâmpada de luz mista. Fonte: [10]. ... 40
Figura 2.15: Exemplo de lâmpada vapor de mercúrio. Fonte: [15]. ... 41
Figura 2.16: Exemplo de lâmpada de vapor metálico. Fonte: [16]. ... 42
Figura 2.17: Exemplo de lâmpada de vapor de sódio. Fonte: [10]. ... 43
Figura 2.18: Comparativo da eficiência luminosa das lâmpadas. Fonte: [9]. ... 43
Figura 2.20: Exemplo de lâmpada do tipo LED. Fonte: [17]. ... 44
Figura 2.21: Alguns tipos de luminárias. ... 45
Figura 3.1: Condutor redondo sólido (fio). Fonte: [6]. ... 55
Figura 3.2: Exemplos de cabos. Fonte: [6]. ... 55
Figura 3.3: Estrutura do cabo redondo normal. Fonte: [6]. ... 56
Figura 3.4: Estrutura do cabo redondo compacto. Fonte: [6]. ... 56
Figura 3.5: Estrutura do cabo setorial compacto. Fonte: [6]. ... 57
Figura 3.6: Estrutura do cabo tipo flexível. Fonte: [6]. ... 57
Figura 3.7: Estrutura do cabo tipo Conci. Fonte: [6]. ... 58
Figura 3.8: Condutores com e sem a camada de cobertura. Fonte: [19]. ... 61
Figura 3.9: Exemplo de um condutor sem e com blindagem. Fonte: [6]. ... 61
Figura 3.10: Cabo sem e com blindagem de isolação. Fonte: [6]. ... 62
Figura 3.11: alguns tipos de eletrodutos. Fonte: [20]. ... 63
Figura 3.12: Exemplo de uma calha. Fonte: [20]. ... 64
Figura 3.13: Exemplo de canaletas. Fonte: [20]. ... 64
Figura 3.14: Exemplo de uma bandeja. Fonte: [20]. ... 64
Figura 3.15: Representação de uma onda de tensão com conteúdo harmônico. ... 78
Figura 3.16: Onda resultante na presença de componentes harmônicos. ... 79
Figura 3.17: Representação da queda de tensão do caso A. Fonte: [9]. ... 84
Figura 3.18: Representação da queda de tensão dos casos B e C. Fonte: [9]. ... 84
Figura 3.19: Extensão Elétrica com 8 tomadas. Fonte: [21]. ... 93
Figura 4.1: Vista aérea do município de Tucuruí. ... 102
Figura 4.2: Mapa de localização do município de Tucuruí no estado do Pará. ... 103
Figura 4.3: Comunidade do porto do km 11. ... 104
Figura 4.4: Frente do atual prédio da unidade de saúde da Vila Marabá. ... 105
Figura 4.5: Sala de triagem adaptada de um quarto de uma casa residencial do tipo B4. ... 106
Figura 4.6: Sala da enfermeira do atual prédio. ... 106
Figura 4.7: Sala de atendimento ao público do atual prédio. ... 107
Figura 5.1: Interface Projeto novo. ... 114
Figura 5.2: Interface com a disponibilidade das configurações de projeto. ... 115
Figura 5.3: Uso da ferramenta LER DWG/DXF. ... 115
Figura 5.4: Janela CAD do Lumine. ... 116
Figura 5.5: Janela CAD, em destaque as ferramentas CAD do Lumine. ... 118
Figura 5.6: Propriedades de desenho. Fonte: [27]... 118
Figura 5.7: Menu de escala do programa. Fonte: [27]. ... 119
Figura 5.8: Visão da planta baixa importada para o Lumine. ... 119
Figura 5.9: Seleção da área para a inserção das luminárias. ... 120
Figura 5.10: Menu de seleção de luminárias baseada no método de lúmens. ... 121
Figura 5.11: Luminárias distribuídas na área escolhida pelo usuário. ... 122
Figura 5.12: Inserção de interruptores. ... 123
Figura 5.13: Inserção de tomadas, destaque para caixa de seleção. ... 124
Figura 5.14: Menu de seleção dos quadros de distribuição. ... 125
Figura 5.15: Caixa de seleção do eletroduto. ... 126
Figura 5.16: Lançamento dos eletrodutos (linha em verde). ... 126
Figura 5.17: Janela de associação dos quadros. Fonte: [27]. ... 127
Figura 5.18: Janela de alerta de verificação dos quadros. Fonte: [27]. ... 127
Figura 5.19: Criação de circuito. ... 128
Figura 5.20: Descrição dos parâmetros dos circuitos. ... 128
Figura 5.21: Definir circuito. ... 129
Figura 5.22: Mensagem de alerta de erro na verificação do traçado. Fonte: [27]. ... 129
Figura 5.23: Inserindo a fiação. ... 130
Figura 5.24: Gerenciador de quadros. Fonte: [27]. ... 131
Figura 5.25: Ferramenta Balancear fases. ... 131
Figura 5.26: Alterações das fases pelo balanceamento. Fonte: [27]. ... 132
Figura 5.27: Ferramenta de dimensionamento de circuito. Fonte: [27]. ... 133
Figura 5.28: Dimensionamento do conduto. ... 134
Figura 5.29: Lista de materiais gerada pelo programa. Fonte: [27]. ... 135
Figura 5.30: Gravando o arquivo no formato DWG. Fonte: [27]. ... 135
Figura 6.1: Ordem de indicação dos condutores no eletroduto. ... 137
Figura 6.2: Tomada de uso específico montada em caixa com disjuntor. ... 138
Figura 6.3: Tomada de uso geral. ... 139
Figura 6.4: Separação dos locais, em destaque o bloco E. ... 150
Lista de Tabelas
Tabela 1.1: Ramal de entrada. Fonte: [7]. ... 19
Tabela 1.2: Ramal de entrada – 220/127 (Padrão Trifásico). Fonte: [7]... 20
Tabela 1.3: Fatores de demanda para iluminação e tomadas de uso geral - Unidades consumidoras não residenciais. Fonte: [7]. ... 23
Tabela 1.4: Fatores de demanda de unidades consumidoras residenciais isoladas (casas e apartamentos). Fonte: [7]. ... 24
Tabela 1.5: Fatores de demanda de fornos e fogões elétricos. Fonte: [7]. ... 24
Tabela 1.6: Fatores de demanda de aparelhos eletrodomésticos e de aquecimento. Fonte: [7]. ... 25
Tabela 1.7: Potências nominais de condicionadores de ar tipo janela. Fonte: [7]. ... 25
Tabela 1.8: Fatores de demanda para condicionadores de ar tipo janela. Fonte: [7]. ... 26
Tabela 1.9: Determinação da demanda em função da quantidade de motores – (valores em kVA) - Motores monofásicos. Fonte: [7]. ... 26
Tabela 1.10: Determinação da demanda em função da quantidade de motores – (valores em kVA) – Motores trifásicos. Fonte: [7]. ... 27
Tabela 1.11: Fatores de demanda individuais para máquinas de solda a transformador e equipamentos de raios x e galvanização. Fonte: [7]. ... 28
Tabela 2.1: Exemplos de iluminância com fatores climáticos diversos. ... 31
Tabela 2.2: Classificação das cores com valores de IRC. ... 33
Tabela 2.3: Valores dos diâmetros e simbologia das bases. ... 34
Tabela 2.4: Vantagens e desvantagens das lâmpadas halógenas. ... 38
Tabela 2.5: Valores típicos de perdas nos reatores... 44
Tabela 2.6: Iluminância por classe de tarefas visuais. Fonte: [18]. ... 46
Tabela 2.7: Fatores determinantes da iluminância adequada. ... 47
Tabela 2.8: Relação do valor final com o grupo escolhido ... 47
Tabela 2.9: Valores de iluminância recomendados para algumas atividades. ... 48
Tabela 2.10: Valores do índice de reflexão. ... 50
Tabela 2.11: Valores dos fatores de manutenção. ... 50
Tabela 2.12: Fluxo luminoso para lâmpadas diversas. ... 51
Tabela 2.13: Espaçamento máximo entre as luminárias. Fonte: [2]. ... 52
Tabela 3.1: Materiais empregados na isolação de condutores (fios e cabos). Fonte: [6]. ... 58
Tabela 3.2: Tensões nominais de isolamento normalizadas. ... 59
Tabela 3.3: Diferença de Isolação/Isolamento. ... 59
Tabela 3.4: Faixas de temperaturas de cada tipo de isolação. ... 60
Tabela 3.5: Comparativos dos principais materiais. ... 60
Tabela 3.6: Seções métricas IEC (em mm²). ... 62
Tabela 3.7: Seções mínimas dos condutores isolados. ... 67
Tabela 3.8: Seção mínima do condutor neutro. ... 68
Tabela 3.9: Seções mínimas dos condutores de proteção. ... 69
Tabela 3.10: Capacidade de condução de corrente (A), para os métodos de referência A1, A2, B1, B2, C e D (fios e cabos isolados em termoplásticos, condutor de cobre). Fonte: [9]... 72
Tabela 3.11: Capacidade de condução de corrente (A), para os métodos de referência A1, A2, B1, B2, C e D (cabos isolados em termofixos, condutor de cobre). Fonte: [9]. ... 73
Tabela 3.12: Capacidade de condução de corrente (A) para os métodos E, F, G com fios e cabos isolados em termoplásticos, condutor de cobre. Fonte: [9]. ... 74
Tabela 3.13: Capacidade de condução de corrente (A), para os métodos de referencia E, F, G com cabos isolados em termofixo. Fonte: [9]. ... 75
Tabela 3.14: Fatores de correção de temperatura para isolação em PVC, EPR ou XLPE. Fonte: [9]. ... 76
Tabela 3.15: Fatores de correção para cabos contidos em eletrodutos enterrados no solo com
resistividade térmica diferentes de 2,5 K.m/W. Fonte: [9]. ... 76
Tabela 3.16: Fatores de correção de agrupamento de circuitos ou cabos multipolares. Fonte: [9]. ... 77
Tabela 3.17: Fatores de agrupamento para mais de um circuito, cabos unipolares ou cabos diretamente enterrados. Fonte: [9]. ... 77
Tabela 3.18(a):Fator de agrupamento para mais de um circuito, cabos unipolares ou cabos diretamente enterrados. Fonte: [9]. ... 77
Tabela 3.19:Fatores de correção na presença de correntes harmônicas de 3ª ordem. Fonte: [9]. ... 80
Tabela 3.20: Limites de queda de tensão. Fonte: [9]. ... 83
Tabela 3.21: Queda de tensão em V/A.km, fio Pirastic Ecoflam, cabo Pirastic Ecoflam e cabo flexível Pirastic Ecoplus. Fonte: [9]. ... 85
Tabela 3.22: (a) Queda de tensão em V/A.km, cabos Sintenax Econax, Sintenax Flex e Voltalene Ecolene. Fonte: [9]. ... 86
Tabela 3.23: (a) Queda de tensão em V/A.km, cabos Eprotenax Ecoflix, Eprotenax Flex E Afumex. Fonte: [9]. ... 88
Tabela 3.24: Níveis de curto-circuito estimados. Fonte: [22]. ... 95
Tabela 3.25: Valores da constante K com isolação PVC, EPR e XLPE. Fonte: [22]. ... 96
Tabela 3.26: Comprimento máximo de circuitos em (m). Fonte: [22]. ... 98
Tabela 4.1: Dimensões dos compartimentos do atual prédio. ... 107
Tabela 4.2: Número de atendimentos semanais. Fonte: [26]. ... 108
Tabela 4.3: Carga instalada do atual prédio da Unidade de Saúde Vila Marabá. ... 109
Tabela 5.1: Principais funções de manipulação das janelas. Fonte: [27]. ... 117
Tabela 5.2: Cálculo luminotécnico. Fonte: [27]. ... 122
Tabela 5.3: Quadro de dimensionamento. Fonte: [27]... 133
Tabela 6.1: Potência média de equipamentos eletroeletrônicos. ... 138
Tabela 6.2: Dimensões do novo prédio da unidade de saúde. ... 141
Tabela 6.3: Características das luminárias utilizadas no cálculo luminotécnico. ... 142
Tabela 6.4: Cálculo luminotécnico da sala de palestra feito pelo software Lumine. Fonte: [27]. ... 144
Tabela 6.5: Número de luminárias (Quadro de Distribuição 01). ... 144
Tabela 6.6: Número de luminárias (Quadro de Distribuição 02). ... 145
Tabela 6.7: Número de luminárias (Quadro de Distribuição 03). ... 146
Tabela 6.8: Número de pontos de tomadas mínimo por ambiente. ... 147
Tabela 6.9: Número de tomadas totais. ... 148
Tabela 6.10: Divisão dos compartimentos através de blocos do QD1. ... 149
Tabela 6.11: Divisão dos compartimentos através de blocos do QD2. ... 149
Tabela 6.12: Divisão dos compartimentos através de blocos do QD3. ... 150
Tabela 6.13: Divisão dos circuitos do QD-01. ... 151
Tabela 6.14: Divisão dos circuitos do QD-02. ... 151
Tabela 6.15: Divisão dos circuitos do QD-03. ... 152
Tabela 6.16: Potências dos circuitos do QD-01. ... 153
Tabela 6.17: Potências dos circuitos do QD-02. ... 153
Tabela 6.18: Potências dos circuitos do QD-03. ... 154
Tabela 6.19: Dimensionamento do circuito 1 do QD-1. Fonte: [27]. ... 158
Tabela 6.20: Valores comerciais de disjuntores padrão DIN. Fonte: [29]. ... 158
Tabela 6.21: Quadro de cargas do QD1. ... 159
Tabela 6.22: Quadro de cargas do QD2. ... 159
Tabela 6.23: Quadro de cargas do QD3. ... 160
Tabela 6.24: Potência dos QD’s associados ao QM... 160
Tabela 6.25: Quadro de carga do QM. ... 161
Tabela 6.27: Quadro de cargas do alimentador. ... 161
Tabela 6.28: Potência total demandada da Unidade de Saúde Vila Marabá. ... 162
Tabela 6.29: Comparação dos ambientes considerando o cálculo luminotécnico. ... 163
Tabela 6.30: Valores dos diâmetros interno dos eletrodutos. ... 165
Tabela 6.31: Aparelhos utilizados nos circuito de TUE’s. ... 165
Resumo
Este estudo tem como finalidade descrever e elaborar um projeto de instalações elétricas para a unidade de saúde Vila Marabá, situada no município de Tucuruí, estado do Pará, cujo prédio necessita de uma expansão física.
Inicialmente são apresentados as normas e os conceitos relacionados às instalações elétricas prediais. Em seguida é feita a descrição do local do estudo (Unidade de Saúde Vila Marabá), caracterizando-se sua localização, os aspectos construtivos, o modo de funcionamento e as cargas instaladas.
Em uma etapa posterior, com posse da planta baixa da proposta de ampliação da unidade de saúde em estudo, fez-se a determinação da iluminação dos ambientes, utilizando o método dos lumens para o cálculo luminotécnico. Em seguida fez-se o levantamento das cargas de todos os equipamentos a serem instalados, definindo-se assim os pontos de força (TUG’s e TUE’s), para tal utilizaram-se os critérios normativos bem como a experiência do projetista.
Com as informações da potência dos equipamentos e da definição da iluminação, foi criado o projeto das instalações elétricas da Unidade de Saúde Vila Marabá, apresentando o desenho da edificação com a determinação da localização dos pontos de luz e força, bem como diagramas multifilares e quadros de cargas com os dados de projetos. Nesta etapa foi utilizado um programa computacional para auxiliar na elaboração do projeto tomado como estudo de caso.
Por fim, é feito uma análise do projeto elétrico elaborado como um todo, evidenciando as suas principais características, no que se refere ao tipo de carga, distribuição de circuitos, materiais utilizados bem como o custo envolvido.
Introdução
A energia elétrica é indispensável nos dias atuais, pois grande parte das necessidades humanas está vinculada a equipamentos eletroeletrônicos. Nesse sentido, a elaboração de projetos de instalações elétricas prediais, seguindo as normas técnicas vigentes, torna-se necessária, pois irá garantir o bom funcionamento dos equipamentos, bem como a segurança da edificação como um todo.
A princípio para promover a elaboração de forma correta das instalações elétricas, é importante que se tenha uma visão ampla dos conceitos que envolvem os componentes elétricos, dando ênfase em dispositivos e equipamentos que possam promover condições necessárias ao funcionamento das instalações aliada ao máximo de eficiência e redução de custo.
Ressalta-se ainda que tão importante quanto se tiver uma instalação elétrica adequada, é a utilização de forma correta da mesma, para isso é necessário o emprego de práticas que visam o uso racional da energia, evitando assim os desperdícios bem como a redução de custos. Tais ações são fundamentais, pois são corriqueiras as dificuldades enfrentadas no que se refere ao mau uso da energia por todo setor elétrico nacional.
O presente trabalho tem por objetivo, a partir dos conhecimentos em instalações elétricas e da proposta de ampliação promovida pela Secretaria de Obras, Urbanismo e Habitação do município de Tucuruí projetar com o auxílio de um programa computacional as instalações elétricas da Unidade de Saúde Vila Marabá, atentando-se para a descrição detalhada das etapas de projetos, tais como projeto luminotécnico, pontos de utilização de força, bem como dimensionamentos dos parâmetros elétricos, além de evidenciar os resultados obtidos descrevendo-os e expondo análises.
No Capítulo 1 são apresentadas as normas que regem um projeto de instalações elétricas em baixa tensão. É visto também os conceitos básicos
envolvidos, como definições de energia, de potência elétrica bem como classificação da alimentação e cálculo de demanda.
As grandezas Luminotécnicas fundamentais, os tipos de lâmpadas e suas características, as luminárias e suas funções são tratados no Capítulo 2. Neste capitulo é apresentado também um passo a passo de um projeto luminotécnico através do método dos lumens.
O Capítulo 3 aborda os condutores elétricos, onde se faz uma descrição de suas principais características físicas além do dimensionamento de circuitos utilizando diversos critérios técnicos definidos por norma.
No Capítulo 4 é apresentada uma caracterização do município de Tucuruí, bem como a descrição do Prédio da Unidade de Saúde Vila Marabá com informações sobre os atendimentos prestados, das cargas existentes, além dos motivos para ampliação da infraestrutura do prédio.
No Capítulo 5 é apresentado o programa Lumine V4 utilizado em conjunto com os fundamentos teóricos para a criação do projeto da instalação elétrica. É feito também um passo a passo do software com o objetivo de esclarecer o seu uso, bem como evidenciar as vantagens apresentadas, justificando assim a sua utilização.
O projeto da instalação elétrica da Unidade de Saúde Vila Marabá com suas simbologias gráficas, potência dos pontos de utilização e projeto de iluminação são visto no Capítulo 6. Neste capítulo, é apresentado também o dimensionamento das seções nominais dos condutores e condutos, além da seleção da proteção dos circuitos.
Este trabalho conta ainda com dois ANEXO, nos quais são apresentado, respectivamente, tabelas referentes aos fundamentos teóricos em instalações elétricas, o croqui do prédio (atual e da proposta de ampliação) da Unidade de Saúde Vila Marabá, assim como o desenho da instalação elétrica proposto com as tabelas de cargas e o catálogo de fabricantes utilizados na iluminação.
Capítulo 1 – Normas, Teorias e Definições
em Instalações Elétricas
1.1 Normas Regulamentadoras
Na realização de um projeto de instalações elétricas é de suma importância consulta das normas técnicas atuais que regem este tipo de projeto. Dentre estas normas estão as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), em especial a NBR 5410/2004, as resoluções da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), e especificamente no estado do Pará as Normas Técnicas de Distribuição (NTD’s) da Centrais Elétricas do Pará (CELPA).
A norma NBR 5410/2004 como hoje é conhecida trata-se da norma brasileira de instalação elétrica de baixa tensão que em Outubro de 2012, completou 71 anos.
Desde sua primeira edição em 1941 até hoje foram feitas uma série de revisões e tendo como responsável pela redação da NBR 5410 a Comissão de Estudo de Instalações Elétricas de Baixa Tensão (CE-03:064.01), dentro da estrutura ABNT, ela está ligada ao Comitê Brasileiro de eletricidade (CB-03) [1]. Esta norma cobre diversos tipos de instalações de baixa tensão, a saber:
Edificações residenciais e comerciais em geral; Estabelecimentos institucionais e de uso público; Estabelecimentos industriais;
Estabelecimentos agropecuários e hortigranjeiros; Edificações pré-fabricadas;
Reboques de acampamentos (trailers), locais de acampamentos (campings), marinas e instalações análogas;
Canteiros de obras, feiras, exposições e outras instalações temporárias. Podendo ser aplicada também:
Aos circuitos que, embora alimentados através de instalação com tensão igual ou inferior a 1.000 V em c.a., funcionam com tensão superior a 1000 V, como é o caso dos circuitos de lâmpadas de descarga, de precipitadores eletrostáticos (excetuam-se os circuitos desse tipo que sejam internos aos equipamentos);
A qualquer linha elétrica (ou fiação) que não seja especificamente coberta pelas normas dos equipamentos de utilização;
As linhas elétricas fixas de sinais, exceto aquelas correspondentes aos circuitos internos dos equipamentos, no que se refere aos aspectos relacionados à segurança (contra choques elétricos e efeitos térmicos em geral) e à compatibilidade eletromagnética.
No entanto, a norma não pode ser aplicada a:
Instalações de distribuição (redes) e de iluminação pública; Tensão nominal > 1.500 V em c.c.;
Instalações de tração elétrica, de veículos automotores, embarcações e aeronaves;
Instalação em minas;
Instalação em cercas eletrificadas;
Equipamentos para supressão de perturbações radioelétricas, na medida em que eles não comprometam a segurança das instalações; Instalações específicas para proteção contra descargas atmosféricas.
Quanto às outras normas da ABNT para instalações elétricas, utilizadas de acordo com o tipo de situação a ser empregada, destacam-se:
NBR 5413/19921: Iluminância de interiores – Procedimento.
NBR 5419/1993: Proteção de estrutura contra descargas atmosféricas – Especificação.
NBR 15465/2007: Sistemas de eletrodutos plásticos para instalações elétricas de baixa tensão – Requisitos de desempenho.
NBR 5361/2004: Disjuntores de baixa tensão.
1
A NBR 5413/1992 será substituída pela ABNT NBR ISO/CIE 8995-1/2013, a partir do dia 21 de Abril de 2013.
NBR 14039/2005: Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV.
NBR 14136/2002: Plugues e tomadas para uso doméstico e análogo até 20 A/250 V em corrente alternada– Padronização.
NBR 10676/2011: Fornecimento de energia a edificações individuais em tensão secundária — Rede de distribuição aérea.
NBR IEC 60269/2003: Dispositivos fusíveis de baixa tensão.
NBR IEC 60050/2011: Vocabulário eletrotécnico internacional - Capitulo 826: Instalações elétricas em edificações.
1.2 Grandezas Elétricas – Conceitos Básicos
Após anos de evolução o homem encontra-se em um cenário tecnológico que possibilita fazer as mais diversas atividades e produtos. Isso se deu principalmente pelo fato da eletricidade está presente na vida da humanidade, seja na iluminação de prédios, no funcionamento dos equipamentos eletroeletrônicos, na produção de bens, no transporte, etc.
A seguir serão apresentadas as grandezas elétricas.
1.2.1 Energia
A energia é tudo aquilo capaz de produzir calor, trabalho mecânico, luz, radiação e etc. Sendo definida como essência básica de todas as coisas, responsável por todos os processos de transformação, propagação e interação que ocorrem no universo.
Dentre essas modalidades de energia, destacam-se: Energia Mecânica;
Energia Elétrica; Energia Térmica; Energia Luminosa; Energia Nuclear; Energia Cinética; etc.
A energia elétrica é um tipo especial de energia, através da qual se pode obter os mais diversos efeitos (luz, calor, radiação, etc.), podendo transformar a energia primária da fonte produtora em outros tipos de modalidades de energia [2].
1.2.2 Corrente elétrica
Entende-se por corrente elétrica, o movimento ordenado de elétrons livres no interior de um condutor sob influência de uma diferença de potencial. Podendo ser definida pelo fluxo de cargas que atravessa a seção reta de um condutor, na unidade de tempo, conforme a equação 1.1 [2]. Sua unidade é o ampere (A).
(1.1)
A figura 1.1(a) ilustra o circuito no qual uma lâmpada está submetida a uma corrente elétrica após a inserção de uma fonte de tensão e a figura 1.1(b) mostra a forma de medição de corrente elétrica com uso do amperímetro.
Figura 1.1:(a) Fluxo de corrente. (b) Exemplo de medição de corrente. Fonte: [3].
A corrente elétrica pode ser de dois tipos: corrente contínua (c.c.) e corrente alternada (c.a.). Onde a corrente contínua assim como a tensão contínua são aquelas cujo seus valores e polaridade não variam no tempo.
A figura 1.2 ilustra o comportamento da corrente e tensão contínua em função do tempo. Um exemplo prático deste tipo de comportamento é proporcionado pelas baterias.
Figura 1.2: Comportamento de uma tensão em c.c..
A corrente alternada tem o comportamento conforme mostrado na figura 1.3, onde os valores de amplitudes variam com relação ao tempo, baseados em uma lei definida. Sendo que um conjunto de valores positivos e negativos constitui um ciclo e que o tempo necessário à realização de um ciclo constitui um período.
Figura 1.3: Comportamento de uma tensão em c.a..
As equações (1.2) e (1.3) definem período e frequência, respectivamente.
(1.3)
Onde:
= frequência angular.
No Brasil adota-se uma frequência de 60 Hz para a distribuição de energia elétrica, ou seja, a frequência de oscilação da tensão é igual a 60 ciclos por segundos.
A figura 1.4 ilustra um exemplo prático de fonte de corrente alternada, os geradores (máquinas elétricas rotativas).
Figura 1.4: Gerador de Corrente Alternada. Fonte: [4].
É válido ressaltar que existem geradores de corrente contínua, caso dos geradores de painéis solares.
1.2.3 Tensão elétrica
Para haver o movimento ordenado dos elétrons livres no interior de um condutor é necessário que tenha uma força que os empurre, a esta força (trabalho por unidade de carga elétrica) é dado o nome de tensão elétrica [5]. Sua unidade é o volt (V), onde:
(1.4)
A figura 1.5 mostra uma lâmpada alimentada por uma fonte de tensão e a medição da tensão com o uso de um voltímetro em paralelo com a lâmpada.
Figura 1.5: Medição da Tensão em Lâmpada. Fonte: [3].
1.2.4 Resistência elétrica
Chama-se resistência elétrica a oposição interna de um material à circulação de corrente elétrica [2].
Através da avaliação da resistência é que se pode dizer que um corpo é um mau condutor, (resistência elevada), ou é um bom condutor (resistência baixa). Neste sentido.
[2] defini o seguinte:
Corpos bons condutores são aqueles em que os elétrons mais externos, mediante um estímulo apropriado (atrito, contato ou campo magnético), podem facilmente ser retirados dos átomos. Como exemplo da platina, prata e cobre.
Corpos maus condutores são aqueles em que os elétrons estão rigidamente solidários aos núcleos, os quais somente com grandes dificuldades podem ser retirados por um estímulo exterior. Como exemplo da porcelana, vidro e madeira.
Em geral, a resistência elétrica de um condutor depende do material, do comprimento (l), e de sua seção reta (A). A dependência do material corresponde a sua resistência específica, chamada de resistividade ( ).
A equação (1.5) mostra a resistência em função dos dados relativos ao condutor. (1.5) Onde: R = Resistência em ohms (Ω); ρ = Resistividade do material em (Ω x mm²/m); l = Comprimento em m;
A = área da seção reta do condutor em mm²;
A resistência também varia com a temperatura, conforme a equação (1.6). ( ) (1.6) = a resistência na temperatura t em Ω; = a resistência a 0°C em Ω; α = coeficiente de temperatura em C-1 ; = temperatura final e inicial.
Como exemplo, para o cobre, temos α = 0,0039C-1 a 0ºC e α = 0,004C-1
a 20ºC.
A figura 1.6 ilustra um circuito onde é possível visualizar as grandezas elétricas supracitadas.
Figura 1.6: Circuito com as principais grandezas elétricas.
A relação entre as três grandezas vista anteriormente resulta na lei de Ohm, que ao ajustar fica como visto na equação 1.7.
(1.7)
Onde:
V = tensão em Volts (V); R = resistência em ohms (Ω); I = corrente em ampere (A).
1.2.5 Potência elétrica
É uma grandeza utilizada com frequência na especificação dos equipamentos elétricos. Ela determina basicamente, por exemplo, o quanto uma lâmpada é capaz de emitir luz, o quanto um motor elétrico é capaz de produzir trabalho, o quanto um chuveiro é capaz de aquecer a água, ou quanto um aquecedor de ambientes é capaz de produzir calor.
A potência elétrica é definida como o trabalho realizado pela corrente elétrica em um determinado intervalo de tempo [6].
A potência é dada pelo produto da tensão com a corrente (equação 1.8). ( ) (1.8)
Usando a lei de Ohm, tem-se:
(1.9)
(1.10)
Em circuitos c.c. há apenas um tipo de potência: potência ativa (P). Por outro lado, existem três tipos de potências em circuitos c.a. operando com fontes senoidais:
Potência ativa; Potência reativa; Potência aparente.
A potência ativa (P), unidade em watt (W), é aquela que realmente se transforma em:
Potência luminosa; Potência térmica;
Potência mecânica, e etc..
A potência reativa (Q), unidade em volt-ampere reativo (Var), é aquela solicitada para manter os efeitos do campo magnético (indução) necessário ao funcionamento de:
Reatores; Motores;
Transformadores.
A potência aparente (S) é dada pelo módulo da soma vetorial das potências ativa e reativa. É a potência total fornecida pela concessionária aos consumidores. Sendo observada a relação vetorial como no diagrama da figura 1.7.
Figura 1.7: Diagrama do triângulo das potências.
E assim o módulo da potência aparente pode ser expressa pela equação (1.11) com unidade dada em volt-ampere (VA).
√ (1.11)
Ou pela equação (1.12), que por sua vez, apresenta a potência aparente completa.
(1.12)
Em instalações elétricas, a expressão geral da potência ativa em circuitos monofásicos de corrente alternada é dada por:
(1.13)
O termo rms trata-se do valor quadrático médio ou valor eficaz, no caso da tensão rms, seu valor é dado por ( ⁄ ), onde é o valor da tensão de pico (amplitude).
Já em circuitos trifásicos, a potência é dada conforme equação 1.14. A constante é resultante da composição vetorial das três fases.
Sendo cos𝛳 o fator de potência, onde seus valores variam de 0 até 1, ou em valores percentuais, de 0 a 100%. Sendo que 0 representa uma indutância ou capacitância pura, e o valor 1, um circuito resistivo puro.
1.3 Instalações Elétricas
Define-se instalação elétrica como um conjunto de componentes elétricos, associados e com características coordenadas entre si, constituídas para uma finalidade determinada. Essa finalidade é via de regra, associada à utilização de energia elétrica [1].
As instalações elétricas podem ser classificadas quanto à sua tensão nominal VN, utilizada para designar a instalação, como:
De baixa tensão (BT), com VN ≤ 1000 V em corrente alternada (c.a.), ou
com VN ≤ 1500 V em corrente contínua (c.c.);
De alta tensão (AT), com VN> 1000 V em c.a., ou com VN> 1500 V em
c.c.;
De extra baixa tensão (EBT ou ELV, de extra-low voltage), com VN≤ 50
V em c.a., ou com VN≤ 120 V em c.c..
1.3.1 Alimentação de instalação de baixa tensão e
seus componentes
Segundo a NBR 5410/2004 uma instalação elétrica pode ser alimentada:
a) Diretamente em baixa tensão:
Por rede pública em baixa tensão da concessionária, caso típico de pequenas edificações residenciais, comerciais e mesmo industriais (pequenas oficinas, por exemplo);
Por transformador exclusivo, da concessionária, como é o caso de edificações residenciais e comerciais de maior porte.
b) Em alta tensão, através de subestação de transformação do usuário, caso típico de edificações de uso industrial de médio e grande porte; c) Por fonte própria em baixa tensão, como é o caso típico dos
chamados “sistemas de alimentação elétrica para serviços de segurança” ou mesmo de instalações em locais não servidos por concessionária.
Componentes de uma instalação elétrica é um termo geral que se refere a um equipamento elétrico, a uma linha elétrica ou a qualquer outro elemento necessário ao funcionamento da instalação [1].
Por sua vez, equipamento elétrico é uma unidade funcional completa e distinta, que exerce uma ou mais funções relacionadas com geração, transmissão, distribuição ou utilização de energia, incluindo máquinas, transformadores, dispositivos, equipamentos de medição e equipamentos de utilização que convertem energia diretamente utilizável (mecânica, luminosa, térmica, etc.).
A seguir são apresentadas algumas das terminologias dos componentes de uma instalação elétrica, neste caso as definições atribuídas pela CELPA (concessionária local) através da NTD-01 [7]:
1. Unidade Consumidora: Conjunto de instalações e equipamentos elétricos caracterizados pelo recebimento de energia elétrica em um só ponto de entrega, com medição individualizada e correspondente a um único consumidor.
2. Ponto de Entrega: Ponto de conexão do sistema elétrico da CELPA com as instalações elétricas da unidade consumidora, caracterizando-se como o limite de responsabilidade do fornecimento.
3. Entrada de Serviço: Conjunto de condutores, equipamentos e acessórios compreendidos entre o ponto de derivação da rede de distribuição da CELPA e a medição e proteção, inclusive:
Ramal de Ligação: Conjunto de condutores e acessórios instalados entre o ponto de derivação da rede de distribuição da CELPA e o ponto de entrega de uma ou mais unidades consumidoras.
Ramal de Entrada: Conjunto de condutores e acessórios compreendidos entre o ponto de entrega e a medição/proteção.
Centro de Medição: Local onde estão instalados o(s) medidor (es) de energia, convenientemente aterrado(s), e o dispositivo de proteção da unidade consumidora.
A figura 1.8 relaciona os componentes de alimentação de uma instalação em baixa tensão.
Figura 1.8 : Esquema de ligação da rede de alimentação com a unidade consumidora. Fonte: [7].
4. Carga Instalada: Soma das potências nominais dos equipamentos elétricos instalados na unidade consumidora que, após concluídos os trabalhos de instalação, estão em condições de entrar em funcionamento, expressa em quilowatts (kW).
5. Demanda Prevista: Valor estimado de utilização da carga instalada, calculado para o dimensionamento da instalação elétrica e sua proteção.
6. Aterramento: Ligação elétrica intencional e de baixa impedância com a terra.
7. Sistema de Aterramento: Conjunto de todos os condutores e peças condutoras com o qual é constituído um Aterramento, num dado local.
8. Poste Particular: Poste instalado na propriedade do consumidor com a finalidade de fixar, elevar e/ou desviar o ramal de ligação. 9. Pontalete: Suporte instalado na edificação do consumidor com a
finalidade de fixar e elevar o ramal de ligação.
10. Caixas: Possui tipos diferentes com finalidade distintas em destaque, são:
Caixa para Medição Individual: Caixa destinada à instalação de medidores de energia e seus acessórios, podendo ter instalado também, o dispositivo de proteção.
Caixa para Medição individual (tipo CPREDE): Caixa destinada à instalação de medidores de energia e seus acessórios, instalada em muro, mureta, parede ou poste, protegida contra intempéries, no limite da propriedade com a via pública.
Caixa para Medição no Poste: Caixa individual ou múltipla destinada à instalação de medidores de energia e seus acessórios no poste da Rede de Distribuição da CELPA.
Caixa de Proteção: Caixa destinada à instalação de dispositivo de proteção (disjuntores) e seus acessório, instalada em muro, mureta, parede ou poste, protegido contra intempéries, no limite da propriedade com a via pública.
Centro de Distribuição: Constituída em caixa metálica composto de barramento de cobre, disjuntor geral e disjuntores parciais em número igual ao de circuitos de saída.
1.4 Classificação da Alimentação
Para as unidades consumidoras com carga instalada igual ou inferior a 75 kW, o fornecimento de energia elétrica é feito em tensão secundária de distribuição, respeitando-se as limitações das categorias de atendimento apresentadas nas tabelas 1.1 e 1.2.
Tabela 1.1: Ramal de entrada. Fonte: [7].
RAMAL DE ENTRADA – 220/127 V (PADRÃO MONOFÁSICO E BIFÁSICO)
UNIDADE CONSUMIDORA CATEGORIA CARGA INSTALADA DISJUNTOR CAIXA DE MEDIÇÃO RAMAL DE ENTRADA ATERRAMENTO COBRE POTÊNCIA DO MAIOR MOTOR MONO
OU SOLDA A MOTOR CV COBRE 70ºC 750V ELETRODUTO DIÂMETRO NOMINAL KW (A) mm² PVC mm/pol AÇO mm/pol mm² F N F F MONOFÁSICA M1 Até 5 40 CM1 6(6) 25 20 6 1 - ¾ ¾ M2 De 5,1 até 7,5 60 16(16) 25 20 10 2 - ¾ ¾ BIFÁSICA B1 7,5 40 CM2 10(10) 32 25 10 1 2 1 1 B2 De 7,6 até 10 60 16(16) 32 25 10 2 3 1 1 B3 De 10,1 até 15 70 16(16) 32 32 10 2 5 1 1 ¼
Tabela 1.2: Ramal de entrada – 220/127 (Padrão Trifásico). Fonte: [7].
RAMAL DE ENTRADA – 220/127 V (PADRÃO TRIFÁSICO)
UNIDADE CONSUMIDORA CATEGORIA DEMANDA PROVÁVEL “D” DISJUNTOR CAIXA DE MEDIÇÃO RAMAL DE ENTRADA ATERRAMENTO CONDUTOR COBRE POTÊNCIA DO MAIOR MOTOR OU SOLDA A MOTOR CV ENTRADA COBRE 70ºC ELETRODUTO ( - mm) CONDUTORES ISOLADOS 750V 0,6/1kV kVA (A) mm² PVC mm/pol AÇO mm/pol PVC mm/pol AÇO mm/pol mm² FN FF 3F TRIFÁSICA T1 15 40 CM2 10(10) 40 32 40 32 10 1 2 5 1 ¼ 1 ¼ 1 ¼ 1 ¼ T2 De 15,1 até 23 60 16(16) 40 32 40 32 10 2 3 15 1 ¼ 1 ¼ 1 ¼ 1 ¼ T3 De 23,1 até 27 70 16(16) 40 32 50 40 10 2 5 20 1 ¼ 1 ¼ 1 ½ 1 ½ T4 De 27,1 até 38 100 35(25) 50 40 60 50 16 3 7,5 20 1 ½ 1 ½ 2 2 T5 De 38,1 até 47 120 50(35) 50 40 60 50 25 5 7,5 20 1 ½ 1 ½ 2 2 T6 De 47,1 até 57 150 CM3 70(50) 60 50 75 65 35 7,5 10 30 2 2 2 ½ 2 ½ T7 De 57,1 até 66 175 95(50) 75 65 85 80 35 7,5 10 40 2 ½ 2 ½ 3 3
Para unidade consumidora com carga instalada superior a esse limite, a CELPA poderá estabelecer o atendimento em tensão primária de distribuição, se a unidade estiver localizada fora do perímetro urbano, ou se tiver equipamento que pelas suas características de funcionamento ou potência, possa prejudicar a qualidade do fornecimento a outros consumidores.
Salienta-se ainda que as instalações com carga instalada acima de 75 kW necessitam da aprovação prévia de projeto elétrico, e serão atendidas em tensão primária (NTD-02).
Basicamente os tipos de fornecimento de energia elétrica às unidades consumidoras, são três:
Tipo M – monofásico (F-N)
Tipo B – bifásico (F-F-N)
Tipo T – trifásico (F-F-F-N).
Monofásicos:
Unidades consumidoras a serem atendidas a dois condutores (fase e neutro), com carga instalada de até 7,5 kW, através de redes de distribuição alimentadas por transformadores monofásicos ou trifásicos.
Bifásicos:
Unidades consumidoras a serem atendidas a três condutores (duas fases e neutro), com carga instalada de até 15 kW, através de redes de distribuição alimentadas por transformadores trifásicos ou monofásicos.
Trifásicos:
Unidades consumidoras a serem atendidas a quatro condutores (três fases e neutro), com carga instalada até 75 kW, na tensão de 220/127V através de redes de distribuição alimentadas por transformadores trifásicos.
1.5 Cálculo da Demanda
Como se sabe o uso da energia elétrica nas residências, no comércio ou nos centros públicos, não é geralmente de uso contínuo e interrupto. Ou seja, em instalações elétricas nem sempre todos os equipamentos e pontos de luz estão ligados ao mesmo tempo. Logo, o cálculo da demanda, e posterior o dimensionamento da instalação elétrica e sua proteção, deve-se levar em consideração o fator de demanda (%), que é a relação entre a potência utilizada e a potência instalada.
Nas unidades consumidoras atendidas em tensão secundária, a demanda pode ser obtida pela equação (1.15).
( ) (1.15)
Onde:
d1 (kW) = demanda de iluminação e tomadas, calculada com base nos fatores demanda das tabelas 1.3 e 1.4.
d2 (kW) = demanda dos equipamentos para aquecimento de água (chuveiros, fornos, torneiras, etc.), calculada com base nos fatores demanda das tabelas 1.5 e 1.6.
d3 (kW) = demanda dos equipamentos de condicionador de ar tipo janela para residências e escritórios, calculada conforme as tabelas 1.7 e 1.8. Para outros tipos de utilização, tais como bancos, lojas e etc., o fator de demanda deve ser considerado igual a 100%.
d4 (kW) = demanda das unidades centrais de condicionamento de ar, calculada a partir respectivas correntes máximas totais – valores a serem fornecidos pelo fabricante – considerando o fator de demanda de 100%.
d5 (kW) = demanda dos motores elétricos e máquinas de solda tipo motor gerador, calculada conforme as tabelas 1.9 e 1.10.
d6 (kW ou kVA) = demanda das máquinas de solda a transformador e equipamentos de raios-X, calculada conforme a tabela 1.11.
Sendo levadas em conta as seguintes observações:
a) Equipamentos de reserva não devem ter suas demandas computadas. b) Deverão ser consideradas as ampliações de carga já previstas pelo
consumidor.
c) Os valores tabelados nesta norma são médios, o projetista deve verificar se eles se aplicam no caso particular.
d) O cálculo de demanda é próprio para cada caso e de inteira responsabilidade do construtor/projetista.
Tabela 1.3: Fatores de demanda para iluminação e tomadas de uso geral - Unidades consumidoras não residenciais. Fonte: [7].
FATORES DE DEMANDA PARA ILUMINAÇÃO E TOMADAS DE USO GERAL UNIDADES CONSUMIDORAS NÃO RESIDENCIAIS
DESCRIÇÃO FATOR DE DEMANDA (%)
Auditórios, salões p/exposições e semelhantes. 100
Bancos, lojas e semelhantes. 100
Barbearias, salões de beleza e semelhantes. 100
Clubes e semelhantes 100
Escolas e semelhantes 100 para os primeiros 12 kVA
Escritórios 100 para os primeiros 20 kVA
70 para o que exceder de 20 kVA
Garagens comerciais e semelhantes 100
Hospitais e semelhantes 40 para os primeiros 50 kVA
20 para o que exceder de 50 kVA Hotéis e semelhantes
50 para os primeiros 20 kVA 40 para os seguintes 80 kVA 30 para o que exceder de 100 kVA
Igrejas e semelhantes 100
Oficinas e Indústrias 100 para os primeiros 20 kVA
80 para o que exceder de 20 kVA
Restaurantes e semelhantes 100
Notas:
É recomendável que a previsão de cargas de iluminação e tomada feita pelo consumidor atenda as prescrições da NBR 5410.
Para lâmpadas incandescentes e halógenas, considerar kVA=kW (fator de potência unitária).
Para lâmpadas de descarga (fluorescente, vapor de mercúrio/sódio metálico) considerar kVA=kW/0,92.
Tomadas específicas (equipamentos especiais) devem ser consideradas a parte, utilizando outros fatores de demanda.
Tabela 1.4: Fatores de demanda de unidades consumidoras residenciais isoladas (casas e apartamentos). Fonte: [7].
FATORES DE DEMANDA PARA ILUMINAÇÃO DE UNIDADES CONSUMIDORAS RESIDENCIAIS ISOLADAS (CASAS E APARTAMENTOS)
CARGA INSTALADA CI (KW) FATOR DE DEMANDA
CI < 1 0,86 1 < CI 2 0,81 2 < CI 3 0,76 3 < CI 4 0,72 4 < CI 5 0,68 5 < CI 6 0,64 6 < CI 7 0,60 7 < CI 8 0,57 8 < CI 9 0,54 9 < CI 10 0,52 CI > 10 0,45 Notas:
É recomendável que a previsão de cargas de iluminação feita pelo consumidor atenda as prescrições da NBR 5410.
Para lâmpadas incandescentes, considerar kVA=kW (fator de potência unitária).
Para lâmpadas fluorescentes, considerar kVA=kW/0,92.
Esta tabela pode ser usada para tomadas de uso geral quando não forem conhecidos os equipamentos a serem ligados.
Tabela 1.5: Fatores de demanda de fornos e fogões elétricos. Fonte: [7]. FATORES DE DEMANDA DE FORNOS E FOGÕES ELÉTRICOS NÚMEROS DE FATOR DE DEMANDA %
EQUIPAMENTO POTÊNCIA ATÉ 3,5 KW POTÊNCIA SUPERIOR A 3,5 KW
1 100 100 2 75 56 3 70 55 4 66 50 5 62 45 6 59 43 7 56 40 8 53 36 9 51 35 10 49 34 Notas:
Tabela 1.6: Fatores de demanda de aparelhos eletrodomésticos e de aquecimento. Fonte: [7].
FATORES DE DEMANDA DE EQUIPAMENTOS ELETRODOMÉSTICOS E DE AQUECIMENTO NÚMEROS DE EQUIPAMENTOS FATOR DE DEMANDA % NÚMERO DE EQUIPAMENTOS FATOR DE DEMANDA % 1 100 16 43 2 92 17 42 3 84 18 41 4 76 19 40 5 70 20 40 6 65 21 39 7 60 22 39 8 57 23 39 9 54 24 38 10 52 25 38 11 49 26 a 30 37 12 48 31 a 40 36 13 46 41 a 50 35 14 45 51 a 60 34 15 44 61 ou mais 33 Notas:
Aplicar os fatores de demanda a carga instalada determinada por grupo de equipamentos, separadamente.
Considerar kW = kVA (fator de potência unitário).
No caso de hotéis, o consumidor deve verificar a conveniência de aplicação desta tabela ou de fator de demanda igual a 100%.
Tabela 1.7: Potências nominais de condicionadores de ar tipo janela. Fonte: [7]. POTÊNCIAS NOMINAIS DE CONDICIONADORES DE AR TIPO JANELA
CAPACIDADE POTÊNCIA NOMINAL
BTU/h kcal/h W VA 7.000 1.750 1.100 1.500 8.500 2.125 1.300 1.550 10.000 2.500 1.400 1.560 12.000 3.000 1.600 1.900 14.000 3.500 1.900 2.100 18.000 4.500 2.600 2.860 21.000 5.250 2.800 3.080 30.000 7.500 3.600 4.000 Notas:
Valores válidos para os equipamento até 12.000 BTU/h, ligados em 127 V ou 220 V e para os equipamentos a partir de 14.000 BTU/h ligados em 220 V.
Quando a capacidade do sistema de refrigeração estiver indicada em TR (Tonelada de Refrigeração) considerar o seguinte:
Sistemas de até 50 TR em uma unidade: 1,8 kVA/TR.
Sistemas acima de 50 TR com mais de uma unidade: 2,3 kVA/TR.
Sistemas acima de 100 TR: 2,8 kVA/TR.
Tabela 1.8: Fatores de demanda para condicionadores de ar tipo janela. Fonte: [7].
FATORES DE DEMANDA PARA CONDICIONADORES DE AR TIPO JANELA NÚMEROS DE EQUIPAMENTOS FATOR DE DEMANDA %
1 a 10 100 11 a 20 86 21 a 30 80 31 a 40 78 41 a 50 75 51 a 75 70 76 a 100 65 Acima de 100 60 Nota:
Quando se tratar de unidade central de condicionamento de ar, deve-se tomar o fator de demanda igual a 100%.
Tabela 1.9: Determinação da demanda em função da quantidade de motores – (valores em kVA) - Motores monofásicos. Fonte: [7].
DETERMINAÇÃO DA DEMANDA EM FUNÇÃO DA QUANTIDADE DE MOTORES – (VALORES EM kVA) - MOTORES MONOFÁSICOS POTÊNCIA DO MOTOR (CV) QUANTIDADE DE MOTORES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FATOR DE DIVERSIDADE 1 1,5 1,9 2,3 2,7 3 3,3 3,6 3,9 4,2 ¼ 0,66 0,99 1,254 1,518 1,782 1,98 2,178 2,376 2,574 2,772 1/3 0,77 1,155 1,463 1,771 2,079 2,31 2,541 2,772 3,003 3,234 ½ 1,18 1,77 2,242 2,714 3,186 3,54 3,894 4,248 4,602 4,956 ¾ 1,34 2,01 2,546 3,082 3,618 4,02 4,422 4,824 5,226 5,628 1 1,56 2,34 2,964 3,588 4,212 4,68 5,148 5,616 6,084 6,552 1 ½ 2,35 3,525 4,465 5,405 6,345 7,05 7,755 8,46 9,165 9,87 2 2,97 4,455 5,643 6,831 8,019 8,91 9,801 10,702 11,583 12,474 3 4,07 6,105 7,733 9,361 10,989 12,21 13,431 14,652 15,873 17,094 5 6,16 9,24 11,704 14,168 16,632 18,48 20,328 22,176 24,024 25,872 7 ½ 8,84 13,26 16,796 20,332 23,868 26,52 29,172 31,824 34,476 37,128 10 11,64 17,46 22,116 26,772 31,428 34,92 38,412 41,904 45,396 48,888 12 ½ 14,94 22,41 28,386 34,362 40,338 44,82 49,302 53,784 58,266 62,748 15 16,94 25,41 32,186 38,962 45,738 50,82 55,902 60,984 66,066 71,148
Tabela 1.10: Determinação da demanda em função da quantidade de motores – (valores em kVA) – Motores trifásicos. Fonte: [7].
DETERMINAÇÃO DA DEMANDA EM FUNÇÃO DA QUANTIDADE DE MOTORES (VALORES EM kVA) - MOTORES TRIFÁSICOS POTÊNCIA DO MOTOR (CV) QUANTIDADE DE MOTORES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FATOR DE DIVERSIDADE 1 1,5 1,9 2,3 2,7 3 3,3 3,6 3,9 4,2 1/3 0,65 0,98 1,24 1,50 1,76 1,95 2,15 2,34 2,53 2,73 ½ 0,87 1,31 0,98 2,00 2,35 2,61 2,87 3,13 3,39 3,65 ¾ 1,26 1,89 2,39 2,90 3,40 3,78 4,16 4,54 4,91 5,29 1 1,52 2,28 2,89 3,50 4,10 4,56 5,02 5,17 5,93 6,38 1 1/2 2,17 3,26 4,12 4,99 5,86 6,51 7,16 7,81 8,46 9,11 2 2,70 4,05 5,13 6,21 7,29 8,10 8,91 9,72 10,53 11,34 3 4,04 6,06 7,68 9,29 10,91 12,12 13,33 14,54 15,76 16,97 4 5,03 7,55 9,56 11,57 13,58 15,09 16,60 18,11 19,62 21,13 5 6,02 9,03 11,44 13,85 16,25 18,06 19,87 21,70 23,48 25,28 7 1/2 8,65 12,98 16,44 19,90 23,36 25,95 28,55 31,14 33,74 36,33 10 11,54 17,31 21,93 26,54 31,16 34,62 38,08 41,54 45,01 48,47 12 1/2 14,09 21,14 26,77 32,41 38,04 42,27 46,50 50,72 54,95 59,18 15 16,65 24,98 31,63 38,29 44,96 49,95 54,95 59,94 64,93 70,93 20 22,10 33,15 41,99 50,83 59,70 66,30 72,93 79,56 86,19 92,82 25 25,83 38,75 49,08 59,41 70,74 77,49 85,24 92,99 100,74 108,49 30 30,52 45,78 57,99 70,20 82,40 91,56 100,72 109,87 119,03 128,18 40 39,74 59,61 75,51 91,40 107,30 119,22 131,14 143,06 154,99 166,91 50 48,73 73,10 92,59 112,08 131,57 146,19 160,81 175,43 190,05 204,70 60 58,15 87,23 110,49 133,74 157,01 174,45 191,90 209,34 226,79 244,23 75 72,28 108,42 137,33 166,24 195,16 216,84 238,52 260,21 281,89 303,58 100 95,56 143,34 181,56 219,79 258,01 286,68 315,35 344,02 372,68 401,35 125 117,05 175,58 222,40 270,22 316,04 351,15 386,27 421,38 456,50 491,61 150 141,29 211,94 268,45 324,97 381,48 423,87 466,26 508,64 551,03 593,42 200 190,18 285,27 361,34 437,41 513,49 570,54 627,59 684,65 741,70 798,76
Tabela 1.11: Fatores de demanda individuais para máquinas de solda a transformador e equipamentos de raios x e galvanização. Fonte: [7].
FATORES DE DEMANDA INDIVIDUAIS PARA MÁQUINAS DE SOLDA A TRANSFORMADOR E EQUIPAMENTOS DE RAIOS X E GALVANIZAÇÃO
EQUIPAMENTO POTÊNCIA DO APARELHO FATOR DE DEMANDA (%)
Solda a arco e equipamentos de galvanização 1º maior 2º maior 3º maior Soma dos demais
100 70 70 30 Solda a resistência Maior Soma dos demais
100 60 Aparelho de
raios X
Maior Soma dos demais
100 70
Nota:
Capítulo 2 – Luminotécnica.
Em instalações elétricas há a necessidade de se fazer um estudo minucioso das técnicas das fontes de iluminação artificial através da energia elétrica, denominado de Luminotécnica [6]. Esta de uma maneira geral, prevê a quantidade de luz para cada ambiente, a fim de se estabelecer condições para práticas das mais diversas atividades.
2.1 Grandezas Luminotécnicas Fundamentais
Para se entender o funcionamento e os aspectos que compõe uma boa iluminação, a seguir são apresentados conceitos básicos envolvidos:
Luz: é uma forma de energia radiante que impressiona os olhos,
permitindo a visualização de objetos [6]. A luz que é visível pelo olho humano está situada entre os comprimentos de onda de 380nm a 780 nm.
A figura 2.1 ilustra o espectro eletromagnético e as faixas visíveis ao olho humano.
Figura 2.1: Espectro Eletromagnético da luz. Fonte: [8].
Fluxo Luminoso: é a potência de radiação total emitida por uma fonte
de luz e capaz de estimular a retina ocular à percepção da luminosidade [6]. Tem como símbolo (Ø) e sua unidade é o lúmen (lm).
Eficiência Luminosa: é a medida da relação entre a quantidade de luz
(2.1)
Intensidade Luminosa: é a potência de radiação visível disponível
numa determinada direção (equação 2.2). É devido ao fato de uma fonte de luz emitir a mesma potência luminosa em todas as direções. Sua unidade é candela (cd).
(2.2)
Iluminamento ou Iluminância: é a relação entre o fluxo luminoso
incidente em uma superfície pela área dessa superfície (equação 2.3). Sua unidade é o lux (lx).
( ) (2.3)
Onde:
E = iluminamento ou iluminância, em lux (lx). Ø = fluxo luminoso, em lúmen.
S = área da superfície em metro quadrado (m²).
A figura 2.2 ilustra o equipamento (luxímetro) utilizado para a medição da iluminância.
Figura 2.2: Medição da Iluminância. Fonte: [9].
A tabela 2.1 relaciona alguns valores de iluminância de acordo com a condição climática.
Tabela 2.1: Exemplos de iluminância com fatores climáticos diversos.
Exemplo de Iluminância Valor em lux (lx)
No verão, com céu limpo ao ar livre. 100.000
Dia encoberto de verão. 20.000
No verão à sombra de uma arvore. 10.000
Dia escuro de inverno. 3.000
Interiores, através de uma janela. 2.000 Boa iluminação de trabalho interno. 1.000
Boa iluminação de rua. 20 – 40
Ao ar livre com lua cheia. 0,25
Luz das estrelas. 0,01
Luminância: é a sensação de claridade que emana de uma superfície
ao ser atingida por raios de luz. Sua unidade é cd/m². Conforme equação (2.4).
(2.4)
Onde:
L = Luminância em cd/m²;
S = Área da superfície, em (m²).
A figura 2.3 diferencia iluminância e luminância dos objetos sob a ótica humana.
Figura 2.3: (a) Iluminância e (b)Luminância. Fonte: [9].
Temperatura de Cor: com unidade em Kelvin (K), é um critério utilizado para
classificar a aparência de cor em uma luz:
Entre 2.700 e 3.000 K: tonalidade de luz quente (branco-avermelhada), similar a da lâmpada incandescente.
Entre 4.000 e 4.500 K: tonalidade intermediaria, entre quente e fria (branca).
Entre 5.000 e 7.500 K: tonalidade fria (branco-azulada).
A figura 2.4 ilustra a relação de cores, evidenciando as cores quentes e cores frias.
Índice de Reprodução de Cores (IRC): outro conceito que está
relacionado a cores. Qualifica a variação de cor de objetos iluminados por diferentes fontes.
Com o IRC as lâmpadas podem ser classificadas em três grupos conforma a tabela 2.2:
Tabela 2.2: Classificação das cores com valores de IRC.
Classificação Valor de IRC
Reprodução moderada das cores. Até 70 Reprodução boa das cores. Entre 70 e 85 Reprodução excelente das cores. Acima de 85
2.2 Lâmpadas
São os principais componentes do sistema de iluminação artificial, pois fornecem a energia luminosa necessária ao ambiente.
As primeiras pesquisas a respeito das lâmpadas foram feitas no ano de 1954 por Heinrich Goebel, o qual desenvolveu um protótipo de lâmpada incandescente. Porém somente no ano de 1879, após uma série de experiências desenvolvidas por Thomas Alva Edison, comprovando a incandescência dos filamentos de carvão, as lâmpadas incandescentes começaram a ser produzidas em larga escala.
Em 1910, com o desenvolvimento de várias inovações e melhoramentos, o engenheiro e químico francês Claude Georges apresentou a lâmpada com o funcionamento a base de gases nobres (argônio, xenônio, criptônio, néon e hélio) e de vapor de sódio. No ano de 1934 apareceu a primeira lâmpada fluorescente que é uma das mais utilizadas nos dias de hoje.
Assim, as lâmpadas elétricas podem ser classificadas em dois grupos: incandescentes e de descargas.
2.2.1 Lâmpadas incandescentes
As lâmpadas incandescentes são caracterizadas por um filamento metálico (tungstênio) alojado no interior de um bulbo de vidro sob vácuo ou com gases inertes, esse filamento se torna incandescente após a passagem de corrente elétrica pelo mesmo.
Essas lâmpadas caracterizam-se ainda pela cor de sua luz ser branco-avermelhada, sobressaindo às cores amarela e vermelha na reprodução das cores. Além disso, grande parte das lâmpadas incandescentes possui base de rosca tipo Edison. Ressalta-se que a base das lâmpadas tem por finalidade fixar mecanicamente a lâmpada ao seu suporte, completando assim a ligação elétrica ao circuito de iluminação.
A figura 2.5 e a tabela 2.3 mostram alguns tipos de base e a relação do diâmetro com sua nomenclatura, uma vez que a base é definida pelo diâmetro.
Figura 2.5: Tipos de base de lâmpadas. Fonte: [9]. Tabela 2.3: Valores dos diâmetros e simbologia das bases.
Nome da base Símbolo Diâmetro (mm)
Miniatura E-10 10 Candelabro E-12 12 Pequena E-14 14 Intermediária E-17 17 Normal E-27 27 Mogul E-40 40
As lâmpadas incandescentes podem ser diferenciadas pelos tipos existentes, sendo classificadas como:
Lâmpadas incandescentes para iluminação geral
São produzidas em acabamento de bulbo claro, branco difuso ou leitoso, ou ainda colorido e proporcionam uma boa distribuição do fluxo luminoso [6]. Utilizadas para iluminação de diversos locais. A figura 2.6 ilustra uma típica lâmpada incandescente para iluminação geral.
Figura 2.6: Exemplo de lâmpada Incandescente para iluminação geral. Fonte: [10].
Lâmpadas específicas
São projetadas para aplicações específicas caso das lâmpadas tipo germicidas, lâmpadas de luz negra (figura 2.7) e lâmpadas infravermelhas, além das que possuem equipamentos que necessitam de lâmpada de extra - baixa tensão (6 a 12 V).
Lâmpadas decorativas
São os tipos de lâmpadas que tem como finalidade dá um aspecto de beleza e luxo ao ambiente, utilizadas principalmente em eventos comemorativos tais como festas natalinas entre outros. Uma típica lâmpada incandescente para decorativa é mostrada na figura 2.8.
Figura 2.8: Exemplo de lâmpadas decorativas. Fonte: [10]. Refletoras
São as que possuem bulbo de formatos especiais (figura 2.9) e um revestimento interno de alumínio em parte da sua superfície, com o objetivo de concentrar e orientar o facho de luz. Possuem um alto rendimento luminoso e dimensões reduzidas e são utilizadas em qualquer local onde o objetivo seja promover uma atmosfera com iluminação diferenciada e sofisticada.
