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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA DEPARTAMENTO DE ELÉTRICA FRANCIELY SOUZA DE JESUS TEIXEIRA ANDRÉ BASTOS MEMORIAL DESCRITIVO E DE CÁLCULO Salvador 2022 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA DEPARTAMENTO DE ELÉTRICA FRANCIELY SOUZA DE JESUS TEIXEIRA ANDRÉ BASTOS Memorial descritivo e de cálculo apresentada ao Departamento de Elétrica da UFBA, como avaliação do curso ENG 003 - Eletricidade. Orientador: Renato José Pino. Salvador 2022 1. INTRODUÇÃO TEÓRICA Este memorial trará os conceitos e as principais etapas para a realização de um projeto de instalação elétrica predial, de acordo com as prescrições da norma brasileira NBR 5410:2004 de instalações elétricas de baixa tensão, contendo tabelas, cálculos e todos os requisitos necessários para construção do mesmo. A energia pode ser gerada de diversas maneiras, podendo ser através de usinas hidrelétricas, usinas eólicas, usinas nucleares, usinas solar, etc. Maior parte do Brasil é abastecida por usinas hidrelétricas, por possuir uma grande quantidade de rios nascentes em planaltos, facilitando as quedas d’água, que são importantes para esse tipo de geração de energia. Com a queda d’água, as turbinas que são acopladas ao eixo de um gerador elétrico se movimentam fazendo gerar energia, esta por sua vez é transmitida através de cabos isolantes aéreos de bitolas de 35 mm², que são presos em altas torres de metal, e é neste ponto que se encontra a chamada rede de transmissão, onde a tensão é elevada de 13,8 kV para 138 kV. Em seguida passa por uma subestação, onde a tensão é novamente transformada, agora de 138 kV para 13,8 kV, e assim lançada através de três cabos isolantes para os postes que vemos nas ruas, neles são instalados um transformador responsável por transformar novamente a tensão, abaixando-a para 127V - 220V, tornando-a adequada a ser distribuída para o consumo como é ilustrado na figura abaixo: Figura 1: Desenho Esquemático da Distribuição de Energia Quatro fios, sendo três de fase e um de neutro quando saem do transformador para a residência e constitui um ramal, chamado de ramal de entrada, este é ligado a um contador de energia elétrica que irá permitir o controle de energia distribuída na residência e pode ser colocada residência podendo ser instalado tantos do lado dentro quanto do lado de fora. 33 Figura 2: Detalhamento do Poste com Transformador 2. SIMBOLOGIAS Simbologias padronizadas são utilizadas para a identificação dos componentes que constituem um circuito elétrico na planta do projeto, podemos ver algumas delas abaixo: Tabela 1: Simbologia 3. PLANTA BAIXA Abaixo tem-se a planta utilizada como referência para o desenvolvimento do projeto. Figura 3: Planta Baixa 4. PREVISÃO DA CARGA DE ILUMINAÇÃO Para o projeto de iluminação devem seguir as regras segundo a NBR 5410:2004, que são: Calcular a área de cada cômodo da casa; Em cômodos com áreas menores ou iguais a 6,0 m² deve-se adotar uma lâmpada de 100 W; Em casos onde a área é maior que 6m², que se deve atribuir no mínimo uma lâmpada de 100 W para os primeiros 6,0 m², acrescentando 60 W a cada aumento de 4,0 m² inteiros ou fração. Obs.: A norma não estabelece uma regra para áreas externas podendo ser adotadas arandelas de 100 W para iluminar essas áreas. A iluminação é ligada em série a interruptores, que servem para abrir e fechar um circuito elétrico, ou seja, liberam ou bloqueiam energia para as lâmpadas a partir do seu acionamento. A ligação desses dois dispositivos (lâmpada e interruptor) é feita com fase, neutro e retorno, sendo o neutro ligado à lâmpada, a fase que é diretamente ligada ao interruptor, e um retorno do mesmo para a lâmpada. Conforme a norma acima citada cada fio possui uma cor, que possa facilitar a identificação de cada um deles, evitando também acidentes, sendo: Cor azul, para identificar o neutro; Cor preta, para identificar o retorno; Cor vermelha, cinza ou branco, para identificar a fase; Cor amarela ou verde para identificar o terra. Para o acionamento das lâmpada são utilizados interruptores que podem ser classificados: Simples Figura 4: Ligação Interruptor Simples Paralelo Figura 5: Ligação Interruptor Paralelo Intermediário Figura 6: Ligação Interruptor Intermediário Segue abaixo a tabela de iluminação: Tabela 2 - Cálculo de Potência das Lâmpadas 5. PREVISÃO DA CARGA DE TOMADAS (TUG’s e TUE’s) No levantamento da carga de tomadas, a norma NBR 5410:2004 prevê que: Em cômodos cuja área maior que 2,25m² e menor ou igual a 6 m², adotar ao menos um ponto de tomada; Em varandas, halls, corredor, garagens e sótãos, ao menos um ponto de tomada. Se a área for inferior a 2 m² ou, sua profundidade inferior a 0,80 m prever um ponto próximo ao acesso da mesma; Em áreas maiores que 6 m², adotar um ponto de tomada a cada 5 m ou fração de perímetro; Em banheiros, um ponto de tomada próximo a pia com no mínimo de 60 cm de distância do box; Nas cozinhas, copas, áreas de serviço, lavanderias adotar um ponto de tomada a cada 3,5 m de perímetro sendo que em cima da bancada da pia deve ter ao menos duas tomadas; Em lavanderias, áreas de serviço, cozinhas, utilizar as TUGs (tomadas de uso geral) com potência 600 W para as três primeiras e 100W para excedentes; Ar condicionado, chuveiro adotar as TUEs (tomada de uso especifico); Em tomadas cuja à tensão é 380/220 V, para 380 V são ligados os fios fase, fase, terra e em 220 V são ligados fase, neutro, terra. Assim ocorre também em tomadas onde a tensão é 220/127 V, para 220 V são ligados os fios fase, fase, terra e em 127 V são ligados fase, neutro, terra. Desta forma, é possível calcular a quantidade de tomadas que serão usadas em cada cômodo, e construir uma tabela de potência de tomadas, como se pode ver a seguir: Tabela 3 – Cálculo de Potência das Tomadas 6. TABELA DE CIRCUITO Após a construção da tabela de tomadas podemos montar uma tabela de circuito onde as potencias de cada cômodo serão unidas fazendo parte de um circuito. É interessante que a potência de cada circuito não ultrapasse de 1270 W para tensão de 127V e 2200 para tensão de 220V; Chuveiros, ar-condicionado, e a iluminação devem ser circuitos independentes. Esta etapa pode ser observada na tabela a seguir: Tabela 4 - Circuito 7. DEMANDA Cálculo de potências (método das cargas) – Anexo II–SM04.14-01.001, utilizando a seguinte fórmula: De = a + b + c + d + e + f + g a: Demanda de iluminação e TUGs; b: Demanda de eletrodomésticos e aparelhos de aquecimento; c: Demanda de condicionadores de ar; d: Demanda de motores elétricos; e: Demanda de máquinas de solda; f: Demanda de aparelhos de raios-X; g: Demanda de hidromassagens. No projeto foram utilizadas apenas as parcelas a, b e c. 7.1. DEMANDA DE ILUMINAÇÃO E TUGS A parcela “a” representa a soma das demandas da iluminação e pequenas tomadas. Os cálculos são resolvidos com base na tabela abaixo: Tabela 5 - Fator de Demanda para Iluminação e Pequenas Tomadas Neste projeto a demanda a tem como descrição “Residências Isoladas” com uma carga instalada entre 5kWe 6kW, portanto um fator de demanda de 0,64. O cálculo desse fator é dado: 𝒂 = (𝑷𝒊𝒍𝒖𝒎 + 𝑷𝑻𝑼𝑮) ∗ 𝑭𝑫 7.2. DEMANDA DE ELETRODOMÉSTICOS E APARELHOS DE AQUECIMENTO A parcela b=b1+b2+b3+b4+b5, representa a soma das demandas dos aparelhos eletrodomésticos e de aquecimento, cujos fatores devem ser aplicados separadamente por grupos homogêneos de equipamentos, utilizandoas duas tabelas seguintes, onde: b1: Chuveiros, torneiras e cafeteiras elétricas; b2: Aquecedores de água por acumulação ou por passagem; b3: Fornos, fogões e aparelhos tipo Grill; b4: Máquinas de lavar e secar roupas, máquinas de lavar louça e ferro; b5: Demais aparelhos (TV, conjunto de som, ventilador, geladeira, freezer, torradeira, liquidificador, espremedor de frutas, triturador e demais eletrodomésticos). Tabela 6 - Fatores de Demanda para Eletrodomésticos em Geral Tabela 7 - Fatores de Demanda para Chuveiros, Torneiras, Fornos, Fogões e Fritadeiras Elétricas . Cada fator de demanda “b”, é dado: ● b1 - Chuveiros e torneiras elétricas com potência superior a 1 kW: 𝒃𝟏 = (𝑵 ∗ 𝑷𝒄𝒉𝒖𝒗) ∗ 𝒇𝒅 ● b2 - Aquecedores de água com potência superior a 1 kW: 𝒃𝟐 = (𝑵 ∗ 𝑷𝒂𝒒𝒖𝒆) ∗ 𝒇𝒅 ● b3 - Fornos, fogões ou fritadeiras elétricas com potência superior a 1 kW: 𝒃𝟑 = (𝑵 ∗ 𝑷𝒇𝒐𝒓𝒏𝒐) ∗ 𝒇𝒅 ● b4 - Máquinas de lavar/secar ou ferro elétrico com potência superior a 1 kW: 𝒃𝟒 = (𝑵 ∗ 𝑷𝒂𝒒𝒖𝒆) ∗ 𝒇𝒅 ● b5 - Aparelhos com potência superior a 1 kW: 𝒃𝟓 = (𝑵 ∗ 𝑷𝒂𝒒𝒖𝒆) ∗ 𝒇𝒅 ● b6 – Demais aparelhos com potência até 1 kW: 𝒃𝟔 = (𝑵 ∗ 𝑷𝒂𝒒𝒖𝒆) ∗ 𝒇𝒅 Assim a parcela b é dada abaixo: 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑒𝑙𝑎 𝑏 = ∑ 𝑏𝑖 6 𝑖 7.3. DEMANDA DE CONDICIONADORES DE AR A terceira parcela “c” representa a demanda dos aparelhos de ar condicionado tipo janela calculada aplicando-se os fatores de demanda do Quadro 04, seguinte: Tabela 8 - Fator de Demanda para Aparelhos de Ar Condicionado 𝒄 = (𝑵 ∗ 𝑷𝒂𝒓) ∗ 𝒇𝒅 7.4. DEMANDA DO PROJETO De acordo com os conceitos trazidos acima, segue abaixo a tabela com os resultados do cálculo de demanda realizado para este projeto. Tabela 9 - Cálculo da Demanda 8. RAMAL DE ENTRADA Norma Coelba: SM04. 14-01. 001 Fornecimento de Energia Elétrica em Tensão Secundária de Distribuição das Edificações Individuais. É o conjunto de condutores e acessórios compreendidos entre o ponto de entrega e o ponto de medição para que seja possível que a rede faça a ligação, a escolha do Padrão de Entrada irá depender do tipo de ligação, que pode ser Monofásica, Bifásica ou Trifásica, e do local adequado para sua instalação, que pode ser: Em poste com caixa de medição eproteção incorporada Em poste com caixa de medição eproteção sobreposta Em muro ou mureta Em fachada De entrada em pontalete Deve-se avaliar o valor da potência e ver a faixa que ela se encaixa, se for bifásico escolher a faixa entre os bifásicos, caso seja trifásico escolher a faixados trifásicos. Além disso, a tabela a seguir dispões do disjuntor, ramal de distribuição, eletroduto e aterramento adequado para cada faixa de carga e tipo de ligação para ligações nos sistemas 220-127 V e 380-220 V. Tabela 10 – Definição das Características do Ramal de Entrada 9. DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES Para a escolha das dimensões de cada bitola de fio que será utilizada em cada circuito, a NBR 5410 considera a utilização os seguintes critérios: Seção mínima; Capacidade de condução de corrente; Queda de Tensão; Sobrecarga; Curto-circuito. Neste projeto será tratado apenas os critério de Seção Mínima, Corrente e Queda de Tensão. 9.1. MÉTODO DA SEÇÃO MÍNIMA Trata-se de uma tabela que indica a menor bitola do fio, de acordo com o tipo de aparelho que será usado, tendo seus valores aproximados, como podemos ver na tabela a seguir: Tabela 11 – Critério da Seção Mínima Para o projeto o tipo de instalação será fixa com cabos isolados, e o material será o cobre (Cu) assim o dimensionamento para cada circuito utilizando esse critério será: Tabela 12 – Seleção do Condutor pelo Critério da Seção Mínima 9.2. MÉTODO DA CORRENTE Para esse critério são levados em consideração as seguintes informações: O tipo de isolação e de cobertura do condutor; O número de condutores carregados; A maneira de instalar os condutores; A proximidade de outros condutores; Entre outros. A partir dessas informações é possível coletar os dados necessário nas tabelas, e assim se torna possível o cálculo das corrente IP e IP’. Para o cálculo de IP: IP = 𝑃 𝑉∙ 𝐶𝑂𝑆∅ ∙ ɳ Assume-se que os circuitos são resistivos tendo cos ø = 1, além disso, o fator de rendimento também será 1. Após o cálculo da corrente e levando em consideração que o tipo de isolação do condutor será em PVC, eletroduto de PVC embutido em alvenaria, 2 condutores carregados, consultando a Tabela 13, tem-se a categoria B1 e a Tabela 14 encontra-se a seção para cada circuito. Tabela 13 – Métodos de Instalação Tabela 14 – Critério da Corrente Já para o cálculo de IP’ tem-se: IP’ = 𝐼𝑃 𝐹𝐶𝑇∙𝐹𝐶𝐴 . Se faz necessário um desenho esquemático dos eletrodutos que saem do quadro de distribuição com os seus respectivos circuitos, para saber a quantidade em cada eletroduto, como o exemplo abaixo. Figura 7: Detalhamento dos Condutores do Eletroduto Os valores de FCT (foi usado 30 °C) e FCA são encontrados nas tabelas abaixo, vale salientar que o fator de agrupamento depende da quantidade de circuitos que passa em cada eletroduto: Tabela 15 - Fator de Temperatura (FCT ) Tabela 16 - Fator de Agrupamento (FCA ) Assim, utilizando o critério foram obtidas as seguintes IP e IP’ para cada circuito do projeto. Tabela 17 – Seleção de Condutores pelo Critério da Corrente 9.3. MÉTODO DA QUEDA DE TENSÃO O método da queda de tensão se relaciona ao fato de que o valor de tensão em um circuito não é o mesmo desde a sua origem até o ponto de carga. A NBR 5410 estabelece que em nenhum caso deve haver uma queda de tensão nos circuitos terminais superior a 4%, pois nessa situação poderia afetar o funcionamento dos equipamentos. Para aplicar esse método é necessário que sejam feitos desenhos esquemáticos, com as distâncias da caixa de distribuição com relação às tomadas e as lâmpadas de cada circuito correspondente, vale salientar que a distância considerada do quadro de distribuição até o teto foi de 1m (já incluso nas primeiras medidas de cada circuito). Figura 8: Desenho Esquemático para o Dimensionamento da Bitola pela Queda de Tensão. Um dos métodos do critério da queda de tensão é dado pela seguinte fórmula: ∑ P·L, Sendo P a potência da tomada e L a soma das distancias existentes entre o caminho da tomada, tendo [W·m] como unidade de medida. Com o resultado do produto da potência com relação as distâncias existentes no caminho da tomada, deve-se consultar as tabelas abaixo: Tabela 18 - ∑ P·L Queda de Tensão 127 V Tabela 19 - ∑ P·L Queda de Tensão 220 V Outro método que pode ser utilizado é o V/A.km, a partir da seguinte equação: ∆V = [e (%) x V] / (IP x L) Onde, ∆V é a queda de tensão em V/A.km; e (%) é a queda em porcentagem; V é a tensão no circuito; IP é a corrente de projeto; L é a distância. Com o resultado da equação, deve-se consultar as tabelas abaixo e definir a seção do condutor: Tabela 20 – V/A Queda de Tensão 220 V Para este projeto foi utilizado o método ∑ P·L, considerando a perda de 3% e analisando o resultado encontrado com os valores existente na tabela. A seção para cada circuito utilizando o critério da queda de tensão será: Tabela 21 – Seleção de Condutores pelo Critério da Queda de Tensão 9.4. ESCOLHA DA BITOLA Após analisar a seção dos condutores pelos critérios citados deve-se construir uma tabela de escolha, a qual definirá qual a bitola que será utilizada, escolhendo sempre o maior valor encontrado, pelos dimensionamentos da bitola, já que esta deve oferecer segurançaao circuito. A construção desta tabela pode ser vista a seguir: Tabela 22 – Escolha da Bitola 10. DISJUNTORES São dispositivos eletromecânicos de proteção, tendo uma função muito parecida com a dos fusíveis. Ele funciona como interruptor automático, protegendo toda instalação elétrica contra curto circuito e sobrecargas, de modo que a passagem de corrente elétrica seja interrompida, caso esta seja maior que a suportável pelos disjuntores usados. Tem como característica a capacidade de ser rearmados manualmente após a interrupção, diferente dos fusíveis, que com a passagem de corrente muito alta do que a suportável, queimam e devem ser substituídos. São vários os tipos de disjuntores, o térmico, o magnético e o termomagnético são exemplos destes. Os disjuntores térmicos protegem o circuito contra sobrecarga, simples e robusto é formado por placas bimetálicas, estas se deformam com a passagem de alta corrente, que faz com que as placas aqueçam através de efeito joule, sendo assim essa deformação abre o circuito interrompendo a passagem de corrente. Após o resfriamento as placas voltam a sua forma inicial protegendo novamente o circuito. O problema desses tipos de disjuntores é que necessitam de um determinado tempo para que as placas se aqueçam e ele atue, não sendo muito preciso. O disjuntor magnético tem como função no circuito de protegê-lo contra curto, seu funcionamento se baseia na criação do campo magnético. Devido à variação de corrente que passa na bobina, este fator faz com que crie um imã que desloca o núcleo de ferro existente nesses disjuntores, abrindo assim instantaneamente o circuito. Já os termomagnéticos, é nada mais nada menos que a junção dos dois disjuntores citados acima, e é muito usado nas instalações elétricas residenciais. E tem basicamente três funções a de chave liga/desliga e um circuito, a de proteção para sobrecarga e também para curto. Figura 9: Disjuntor Para o dimensionamento de disjuntor utiliza-se o valor de IP e IZ obtidos no critério da corrente, usando-os com parâmetro para a escolha de IN. Este deve atender o critério: IP < IN < IZ Analisando, o critério acima encontra-se o valor de IN na tabela de disjuntores do fabricante para que seja escolhido o disjuntor adequado para a instalação, como na tabela abaixo: Tabela 23 - Informações dos Disjuntores Em seguida, um novo critério precisa ser avaliado, nesse caso: 𝐼2 < 1,45 ∗ 𝐼𝑍 Sendo 𝐼2: 𝐼2 = 𝑘 ∗ 𝐼𝑁 No projeto k será igual a 1,35. Desta forma se as inequações são verdadeiras, então o valor da corrente nominal do disjunto inicialmente escolhido pode ser utilizado como proteção do circuito. Segue abaixo a tabela de escolha de disjuntores para cada circuito, utilizando os critérios descritos. Tabela 24 - Dimensionamento de Disjuntores 11. QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO Trata-se de um equipamento elétrico, que traz consigo elementos como disjuntores, fusíveis e chaves, sendo responsável por receber energia elétrica de uma ou mais fonte de alimentação e distribui-la para todos os circuitos existentes na residência. Nele são fixados os cabos que provem do relógio de medição para que a distribuição seja realizada. Segundo a norma a localização do quadro de distribuição deve ser de fácil acesso, onde há maior concentração de cargas, e o mais próximo possível do medidor, no caso deste projeto, o quadro se encontra no corredor. Podemos ver detalhadamente a estrutura de um quadro de distribuição, na figura a seguir: Figura 10: Detalhamento do Quadro de Distribuição 12. DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTOS Os eletrodutos, podem conter condutores de vários circuitos, portanto é necessário que as dimensões internas dos eletrodutos e respectivos acessórios de ligação permitam instalar e a retirada desses condutores. É utilizada uma taxa máxima de ocupação em relação à área da seção transversal dos eletrodutos, de forma que esta não seja superior a: 53% no caso de um condutor ou cabo; 31% no caso de dois condutores ou cabos; 40% no caso de três ou mais condutores ou cabos. Neste projeto foi utilizada uma taxa máxima de ocupação de 40% em relação à área da seção transversal dos eletrodutos. Para dimensionar o eletroduto pode ser utilizado o valor da seção total ou a área da seção dos condutores. Para usar a seção total, calcula-se a seção total (St) dos condutores segundo a seguinte equação: ∑ 𝑁𝑘 𝑛 𝑘=1 𝜋𝐷𝑘 2 4 Onde, 𝑁𝑘 é o número de condutores do circuito 𝐷𝑘 é o diâmetro(mm) do condutor do circuito k K é o número de circuitos O valor do de 𝐷𝑘 deve ser coletado na tabela abaixo a partir da seção nominal do condutor escolhida, e assim calcular o somatório. Tabela 25: Dimensões Totais dos Condutores Isolados Com o resultado do somatório deve comparar o mesmo ao valor mais próximo da tabela abaixo, e assim encontrar a dimensão do eletroduto: Tabela 26: Dimensionamento do Eletroduto pela Área Útil Já utilizando a área dos condutores, analisa-se a área correspondente a seção do condutor escolhido para cada circuito. Tabela 27: Área Correspondente a Seção do Condutor Em seguida, analisa cada eletroduto observando quais circuitos passam pelo mesmo e qual as suas respectivas seções dos condutores escolhidas. Assim, multiplica a área pela quantidade de condutores do circuito e com esse valor compara o mesmo ao valor mais próximo da Tabela 26 nas colunas de área útil e assim encontrar a dimensão do eletroduto. Vale ressaltar que em todos os circuitos terão três cabos, sejam eles fase fase terra para 220V, ou fase neutro terra para 127V, além disso usa-se apenas um cabo o terra para todo o circuito e este terá seção de 2,5mm². Segue o resultado do dimensionamento de eletroduto a partir da área da seção dos condutores: Tabela 28: Dimensionamento de Eletorduto 13. PLANTA BAIXA (PROJETO FINAL) Figura 11: Planta Baixa 14. LISTA DE MATERIAIS Segue abaixo a lista de material obtida através do software Autocad Revit para projeto. Tabela 29: Lista de Materiais 15. REFERÊNCIAS NBR 5410 – Instalações Elétricas em Baixa Tensão. Disponível em: <http://pt.slideshare.net/jacksoow/nbr-5410-instalaes-eltricas-em-baixa-tenso>. Acessado 02 de nov de 2022. Tipos de Ligações. Disponível em: <https://servicos.neoenergiacoelba.com.br/residencial-rural/Pages/tipos-de- ligacoes.aspx>. Acessado 20 de nov 2022. Padrão de Entrada. Disponível em: https://servicos.neoenergiacoelba.com.br/residencial-rural/Pages/padrao-de- entrada.aspx. Acessado 20 de nov 2022.
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