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Indaial – 2021 e Preventivas Profª. Laura Silvestro 1a Edição instalações elétricas, Hidráulicas, sanitárias Elaboração: Profª. Laura Silvestro Copyright © UNIASSELVI 2021 Revisão, Diagramação e Produção: Equipe Desenvolvimento de Conteúdos EdTech Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada pela equipe Conteúdos EdTech UNIASSELVI Impresso por: S587i Silvestro, Laura Instalações elétricas, hidráulicas, sanitárias e preventivas. / Laura Silvestro – Indaial: UNIASSELVI, 2021. 234 p.; il. ISBN 978-65-5663-941-3 SBN Digital 978-65-5663-942-0 1. Preventivo de incêndio. - Brasil. II. Centro Universitário Leonardo da Vinci CDD 620 Seja bem-vindo ao livro de Instalações Elétricas, Hidráulicas, Sanitárias e Preventivas. Esta disciplina visa construir os conhecimentos teóricos e práticos sobre instalações elétricas, instalações prediais de água fria e quente, esgoto sanitário, esgoto pluvial, preventivo de incêndio e sistema predial de distribuição de gás combustível. Na Unidade 1 abordaremos as grandezas elétricas e luminotécnicas necessárias para o entendimento e elaboração de projetos elétricos e a norma técnica brasileira destinada à projetos elétricos em baixa tensão, que estabelece os métodos de dimensionamento de condutores e eletrodutos. Além disso, serão apresentados métodos para a determinação do iluminamento de ambientes industriais, os dispositivos de proteção de sobrecorrentes e de sobretensões, o conceito de seletividade, compensação reativa e aspectos sobre motores elétricos. Em seguida, na Unidade 2 estudaremos as partes que integram um sistema predial de água fria e o dimensionamento da capacidade de reservatórios e das tubulações do sistema de distribuição. Nesta unidade também abordaremos os sistemas prediais de água quente, englobando a estimativa do consumo de água quente, os tipos de aquecedores e fontes de calor e o dimensionamento das tubulações que compõe este sistema predial. Por fim, na Unidade 3 abordaremos as partes constituintes de um sistema predial de esgoto sanitário e o dimensionamento das tubulações de coleta e transporte dos despejos dos aparelhos sanitários, de acordo com a NBR 8160 (ABNT, 1999). Também será apresentado o dimensionamento de fossas sépticas, uma solução bastante simples e usual. Além disso, apresentaremos o dimensionamento de um sistema predial de esgoto pluvial, seguindo os aspectos estabelecidos pela NBR 10844 (ABNT, 1989). Por fim, aprenderemos sobre o sistema de prevenção de incêndio, as medidas de proteção adotadas e as etapas que envolvem a elaboração de um projeto de prevenção de incêndio. Também será apresentado o sistema predial de distribuição de gás combustível e o seu dimensionamento em acordo com a NBR 15526 (ABNT, 2012). Uma ótima leitura e bons estudos! Profᵃ. Laura Silvestro APRESENTAÇÃO Olá, acadêmico! Para melhorar a qualidade dos materiais ofertados a você – e dinamizar, ainda mais, os seus estudos –, a UNIASSELVI disponibiliza materiais que possuem o código QR Code, um código que permite que você acesse um conteúdo interativo relacionado ao tema que está estudando. Para utilizar essa ferramenta, acesse as lojas de aplicativos e baixe um leitor de QR Code. Depois, é só aproveitar essa facilidade para aprimorar os seus estudos. GIO QR CODE Você lembra dos UNIs? Os UNIs eram blocos com informações adicionais – muitas vezes essenciais para o seu entendimento acadêmico como um todo. 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Com o objetivo de enriquecer seu conheci- mento, construímos, além do livro que está em suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem, por meio dela você terá contato com o vídeo da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complementa- res, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento. Acesse o QR Code, que levará ao AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo. Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada! Acadêmico, você sabe o que é o ENADE? O Enade é um dos meios avaliativos dos cursos superiores no sistema federal de educação superior. Todos os estudantes estão habilitados a participar do ENADE (ingressantes e concluintes das áreas e cursos a serem avaliados). Diante disso, preparamos um conteúdo simples e objetivo para complementar a sua compreensão acerca do ENADE. Confira, acessando o QR Code a seguir. Boa leitura! SUMÁRIO UNIDADE 1 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS .............................................................................. 1 TÓPICO 1 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: CONCEITOS BÁSICOS ..........................................3 1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................3 2 CONCEITOS BÁSICOS .........................................................................................................3 2.1 ESTRUTURA ATÔMICA .........................................................................................................................4 2.2 MATERIAIS CONDUTORES E ISOLANTES ........................................................................................4 2.3 GRANDEZAS ELÉTRICAS .................................................................................................................... 5 2.3.1 Carga elétrica ............................................................................................................................... 5 2.3.2 Campo elétrico ............................................................................................................................ 5 2.3.3 Potencial elétrico ........................................................................................................................ 6 2.3.4 Corrente elétrica ......................................................................................................................... 6 2.3.5 Resistência elétrica .....................................................................................................................7 2.3.6 Potência elétrica .........................................................................................................................9 2.3.7 Energia elétrica .......................................................................................................................... 10 2.4 PRIMEIRA LEI DE KIRCHHOFF .......................................................................................................... 11 2.5 SEGUNDA LEI DE KIRCHHOFF .......................................................................................................... 11 2.6 GRANDEZAS LUMINOTÉCNICAS ...................................................................................................... 11 2.6.1 Fluxo luminoso ............................................................................................................................ 11 2.6.2 Iluminância .................................................................................................................................. 11 2.6.3 Eficiência luminosa ...................................................................................................................12 2.6.4 Intensidade luminosa ...............................................................................................................12 2.6.5 Luminância ................................................................................................................................. 13 2.6.6 Refletância ................................................................................................................................. 14 2.6.7 Emitância .................................................................................................................................... 14 2.6.8 Índice de reprodução de cor.................................................................................................. 14 2.6.9 Temperatura de cor correlata ................................................................................................ 14 3 NORMALIZAÇÃO E LEGISLAÇÃO PROFISSIONAL .......................................................... 15 3.1 NBR 5410 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO ...................................................... 15 3.2 NBR 14039 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MÉDIA TENSÃO .................................................. 15 3.3 NBR 5419 - PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ............................................ 16 3.4 NBR 13570 - LOCAIS DE AFLUÊNCIA DE PÚBLICO ................................................................... 16 3.5 NBR 13534 - ESTABELECIMENTOS ASSISTENCIAIS DE SAÚDE............................................. 16 3.6 NORMA REGULAMENTADORA NR10 ...............................................................................................17 3.7 NORMAS DA CONCESSIONÁRIA .......................................................................................................17 RESUMO DO TÓPICO 1 .........................................................................................................18 AUTOATIVIDADE .................................................................................................................. 19 TÓPICO 2 - PROJETOS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO ..................... 21 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 21 2 REDE DE GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ............................ 21 3 ETAPAS DA ELABORAÇÃO DE UM PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS .............. 22 3.1 INFORMAÇÕES PRELIMINARES .......................................................................................................22 3.2 QUANTIFICAÇÃO DO SISTEMA ........................................................................................................23 3.3 DETERMINAÇÃO DO PADRÃO DE ATENDIMENTO ......................................................................23 3.4 DESENHO DAS PLANTAS .................................................................................................................23 3.5 DIMENSIONAMENTO ..........................................................................................................................23 3.6 QUADROS DE DISTRIBUIÇÃO E DIAGRAMAS ..............................................................................23 3.7 ELABORAÇÃO DOS DETALHES CONSTRUTIVOS ........................................................................24 3.8 MEMORIAL DESCRITIVO....................................................................................................................24 3.9 MEMORIAL DE CÁLCULO ..................................................................................................................24 3.10 ELABORAÇÃO DAS ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS ....................................................................25 3.11 ELABORAÇÃO DA LISTA DE MATERIAL ........................................................................................25 3.12 ART........................................................................................................................................................25 3.13 ANÁLISE DA CONCESSIONÁRIA ....................................................................................................25 3.14 REVISÃO DO PROJETO ....................................................................................................................25 3.15 APROVAÇÃO DA CONCESSIONÁRIA ............................................................................................25 4 SIMBOLOGIA E REPRESENTAÇÃO GRÁFICA ................................................................. 26 5 PREVISÃO DE CARGAS DA INSTALAÇÃO ELÉTRICA ..................................................... 28 5.1 ESTIMATIVA PRELIMINAR ..................................................................................................................28 5.2 PREVISÃO DAS CARGAS ...................................................................................................................29 5.2.1 Iluminação ...................................................................................................................................29 5.2.2 Tomadas de uso geral..............................................................................................................30 5.2.3 Tomadas de uso específico .....................................................................................................31 5.2.4 Cargas especiais .......................................................................................................................32 6 DETERMINAÇÃO DA DEMANDA DE ENERGIA ................................................................ 35 6.1 CÁLCULO DA DEMANDA DE RESIDÊNCIAS INDIVIDUAIS ..........................................................36 6.2 CÁLCULO DA DEMANDA DE EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS DE USO COLETIVO ........................ 37 6.3 CÁLCULO DA DEMANDA DE UNIDADES CONSUMIDORAS NÃO RESIDENCIAIS .................... 42 6.4 CÁLCULO DA DEMANDA DE EDIFÍCIOS COM UNIDADES CONSUMIDORAS RESIDENCIAIS E COMERCIAIS .........................................................................................................44 7 DIVISÃO DA INSTALAÇÃO EM CIRCUITOS...................................................................... 44 7.1 COMPONENTES ....................................................................................................................................44 7.2 LOCAÇÃO DE QUADROS TERMINAIS E DE DISTRIBUIÇÃO .......................................................45 7.3 DIVISÃO DA INSTALAÇÃO EM CIRCUITOS TERMINAIS ...............................................................46 7.4 LIGAÇÃO DOS INTERRUPTORES .....................................................................................................46 7.4.1 Interruptor simples .................................................................................................................... 47 7.4.2 Interruptor paralelo ................................................................................................................... 47 7.4.3 Interruptor intermediário........................................................................................................ 48 8 DIMENSIONAMENTO DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS ....................................................... 48 8.1 CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DA CORRENTE ....................................................49 8.2 CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO ..............................................................................55 8.3 SEÇÕES MÍNIMAS DOS CONDUTORES ..........................................................................................58 9 ELETRODUTOS ................................................................................................................. 60 RESUMO DO TÓPICO 2 ........................................................................................................ 62 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................. 63 TÓPICO 3 - ILUMINAÇÃO INDUSTRIAL, PROTEÇÃO E SELETIVIDADE ........................... 65 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 65 2 ILUMINAÇÃO INDUSTRIAL .............................................................................................. 65 2.1 MÉTODO DOS LUMENS ......................................................................................................................66 2.2 MÉTODO DAS CAVIDADES ZONAIS ................................................................................................ 67 2.3 MÉTODO DO PONTO POR PONTO ...................................................................................................68 3 PROTEÇÃO E SELETIVIDADE .......................................................................................... 68 3.1 TIPOS DE PROTEÇÃO DOS SISTEMAS ELÉTRICOS .....................................................................69 3.1.1 Proteção de sobrecorrentes ....................................................................................................69 3.1.2 Proteção de sobretensões ......................................................................................................70 3.2 SELETIVIDADE ......................................................................................................................................71 3.2.1 Seletividade amperimétrica ....................................................................................................71 3.2.2 Seletividade cronométrica ..................................................................................................... 72 3.2.3 Seletividade lógica ................................................................................................................... 72 4 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ..............................73 4.1 Para-raios do tipo Franklin ................................................................................................................ 74 4.2 Gaiola de Faraday ............................................................................................................................... 74 5 COMPENSAÇÃO REATIVA ................................................................................................75 6 MOTORES E ACIONAMENTOS ELÉTRICOS ...................................................................... 77 LEITURA COMPLEMENTAR .................................................................................................78 RESUMO DO TÓPICO 3 .........................................................................................................81 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................. 82 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 84 UNIDADE 2 — INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA FRIA E ÁGUA QUENTE ........................87 TÓPICO 1 — INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA FRIA: INTRODUÇÃO ............................. 89 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 89 2 PARTES CONSTITUINTES DE UM SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA FRIA .......................... 90 3 SISTEMAS DE ABASTECIMENTO .................................................................................... 94 3.1 SISTEMA DIRETO ................................................................................................................................94 3.2 SISTEMA INDIRETO ...........................................................................................................................94 3.3 SISTEMA MISTO .................................................................................................................................95 4 ESTIMATIVA DO CONSUMO DIÁRIO .................................................................................95 5 RESERVATÓRIOS ............................................................................................................. 98 5.1 RESERVATÓRIO SUPERIOR ...............................................................................................................98 5.2 RESERVATÓRIO INFERIOR ................................................................................................................99 5.3 TIPOS DE RESERVATÓRIO ..............................................................................................................100 5.4 ELEMENTOS COMPLEMENTARES ................................................................................................102 5.5 CAPACIDADE DOS RESERVATÓRIOS ...........................................................................................104 6 REDE DE DISTRIBUIÇÃO ................................................................................................105 6.1 BARRILETE ..........................................................................................................................................105 6.2 COLUNAS DE DISTRIBUIÇÃO, RAMAIS E SUB-RAMAIS ..........................................................106 6.3 MATERIAIS UTILIZADOS ..................................................................................................................106 6.4 DISPOSITIVOS CONTROLADORES DE FLUXO ............................................................................ 107 RESUMO DO TÓPICO 1 .......................................................................................................109 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................ 110 TÓPICO 2 - INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA FRIA: DIMENSIONAMENTO E PROJETO ..................................................................................................... 113 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 113 2 RAMAL PREDIAL ............................................................................................................. 114 3 HIDRÔMETRO .................................................................................................................. 115 4 ALIMENTADOR PREDIAL ................................................................................................ 115 5 SISTEMA ELEVATÓRIO ................................................................................................... 115 6 DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES ...................................................................... 118 6.1 VAZÃO ...................................................................................................................................................119 6.2 VELOCIDADE ......................................................................................................................................119 6.3 PERDA DE CARGA .............................................................................................................................1196.4 PRESSÕES ......................................................................................................................................... 124 6.5 SUB-RAMAIS .................................................................................................................................... 126 6.6 RAMAIS .............................................................................................................................................. 127 6.7 COLUNAS DE ÁGUA .........................................................................................................................130 6.8 BARRILETE ..........................................................................................................................................131 7 PROJETOS DE INSTALAÇÕES PREDIAIS ......................................................................132 7.1 REPRESENTAÇÃO GRÁFICA ........................................................................................................... 132 7.2 ALTURA DOS PONTOS ..................................................................................................................... 133 RESUMO DO TÓPICO 2 .......................................................................................................135 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................136 TÓPICO 3 - INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE ................................................ 137 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 137 2 PARTES CONSTITUINTES DE UM SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE ...................138 3 SISTEMAS DE AQUECIMENTO ........................................................................................138 3.1 SISTEMA DE AQUECIMENTO INDIVIDUAL ................................................................................... 139 3.2 SISTEMA DE AQUECIMENTO CENTRAL PRIVADO .................................................................... 139 3.3 SISTEMA DE AQUECIMENTO CENTRAL COLETIVO...................................................................140 4 ESTIMATIVA DE CONSUMO DIÁRIO ...............................................................................142 5 TIPOS DE AQUECEDORES ..............................................................................................142 5.1 FONTES DE CALOR DOS AQUECEDORES .................................................................................... 143 6 MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................146 7 DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES ......................................................................146 7.1 PRESSÕES MÁXIMA E MÍNIMA ........................................................................................................148 7.2 VELOCIDADE ......................................................................................................................................148 7.3 PERDAS DE CARGA ..........................................................................................................................148 7.4 DIÂMETROS ........................................................................................................................................148 8 ISOLAMENTO TÉRMICO DAS TUBULAÇÕES .................................................................148 LEITURA COMPLEMENTAR ...............................................................................................149 RESUMO DO TÓPICO 3 .......................................................................................................155 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................156 REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 157 UNIDADE 3 — INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTO, PREVENÇÃO DE INCÊNDIO E DISTRIBUIÇÃO DE GÁS COMBUSTÍVEL ..........................159 TÓPICO 1 — INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTO SANITÁRIO ...................................... 161 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 161 2 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS .................................................................................. 161 2.1 SISTEMA INDIVIDUAL ....................................................................................................................... 162 2.2 SISTEMA COLETIVO ......................................................................................................................... 162 3 COMPONENTES DO SISTEMA PREDIAL DE ESGOTO SANITÁRIO ................................163 3.1 APARELHOS SANITÁRIOS ................................................................................................................ 163 3.2 DESCONECTORES ............................................................................................................................ 163 3.3 RALOS .................................................................................................................................................164 3.4 RAMAL DE DESCARGA .................................................................................................................... 165 3.5 RAMAL DE ESGOTO .......................................................................................................................... 165 3.6 RAMAL DE VENTILAÇÃO ................................................................................................................. 166 3.7 TUBO DE QUEDA ............................................................................................................................... 166 3.8 COLUNA DE VENTILAÇÃO .............................................................................................................. 166 3.9 SUBCOLETORES ................................................................................................................................167 3.10 DISPOSITIVOS DE INSPEÇÃO ........................................................................................................167 3.11 COLETOR PREDIAL .......................................................................................................................... 169 4 DIMENSIONAMENTO .......................................................................................................169 4.1 RAMAL DE DESCARGA ..................................................................................................................... 170 4.2 RAMAL DE ESGOTO ........................................................................................................................... 171 4.3 TUBO DE QUEDA .............................................................................................................................. 172 4.4 COLETOR E SUBCOLETOR PREDIAL ........................................................................................... 172 4.5 RAMAL DE VENTILAÇÃO ................................................................................................................. 173 4.6 COLUNA DE VENTILAÇÃO ............................................................................................................. 174 5 MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................ 176 6 PROJETO DE INSTALAÇÃO PREDIAL ............................................................................ 177 7 TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO ........................................................................ 177 7.1 FOSSAS SÉPTICAS..............................................................................................................................177 7.2 DISPOSIÇÃO DO EFLUENTE DA FOSSA SÉPTICA .......................................................................181RESUMO DO TÓPICO 1 .......................................................................................................183 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................184 TÓPICO 2 - INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTO PLUVIAL ...........................................185 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................185 2 CONCEITOS .....................................................................................................................186 2.1 ALTURA PLUVIOMÉTRICA ................................................................................................................186 2.2 INTENSIDADE PLUVIOMÉTRICA .................................................................................................... 187 2.3 PERÍODO DE RETORNO ................................................................................................................... 187 2.4 ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO ............................................................................................................... 187 2.5 PERÍMETRO E ÁREA MOLHADA ....................................................................................................188 3 DIMENSIONAMENTO .......................................................................................................189 3.1 FATORES METEOROLÓGICOS .........................................................................................................190 3.2 DETERMINAÇÃO DA ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO ..........................................................................191 3.3 VAZÃO DE PROJETO ........................................................................................................................ 192 3.4 DIMENSIONAMENTO DAS CALHAS ............................................................................................. 193 3.5 DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES VERTICAIS .............................................................. 195 3.6 DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES HORIZONTAIS .......................................................198 4 PROJETOS DE INSTALAÇÕES PREDIAIS ......................................................................199 RESUMO DO TÓPICO 2 .......................................................................................................201 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................... 202 TÓPICO 3 - INSTALAÇÕES PREDIAIS DE PREVENÇÃO CONTRA INCÊNDIO E DE DISTRIBUIÇÃO DE GÁS COMBUSTÍVEL ............................................... 203 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 203 2 CLASSIFICAÇÃO DOS INCÊNDIOS ................................................................................ 204 3 MÉTODOS DE EXTINÇÃO DO FOGO ............................................................................... 205 3.1 EXTINÇÃO POR RESFRIAMENTO .................................................................................................. 205 3.2 EXTINÇÃO POR ABAFAMENTO ..................................................................................................... 205 3.3 EXTINÇÃO POR ISOLAMENTO ...................................................................................................... 205 4 MEDIDAS DE SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO ........................................................... 205 4.1 MEDIDAS ATIVAS DE PROTEÇÃO .................................................................................................. 206 4.1.1 Sistema de alarme e detecção de incêndio ..................................................................... 206 4.1.2 Sistema de iluminação de emergência............................................................................. 206 4.1.3 Sistema de sinalização de emergência .............................................................................207 4.1.4 Sistema de proteção por extintores ..................................................................................208 4.1.5 Sistema de proteção por chuveiros automáticos .......................................................... 209 4.1.6 Sistema de proteção por hidrantes e mangotinhos .......................................................210 4.2 MEDIDAS PASSIVAS DE PROTEÇÃO .............................................................................................211 4.2.1 Separação entre edificações .................................................................................................211 4.2.2 Compartimentação .................................................................................................................211 5 ETAPAS PARA ELABORAÇÃO DO PROJETO DE PREVENÇÃO DE INCÊNDIO ....................212 5.1 CLASSIFICAÇÃO DA EDIFICAÇÃO .................................................................................................. 212 5.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA EDIFICAÇÃO E SISTEMAS PREVENTIVOS EXIGIDOS ............213 5.3 IDENTIFICAÇÃO DOS SISTEMAS PREVENTIVOS EXIGIDOS .................................................... 215 5.4 CLASSIFICAÇÃO DA EDIFICAÇÃO QUANTO AOS RISCOS ....................................................... 215 5.5 VERIFICAR OS NÍVEIS DE EXIGÊNCIA E DETALHAMENTO DE CADA SISTEMA ................ 215 6 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE DISTRIBUIÇÃO DE GÁS COMBUSTÍVEL ........................216 6.1 MATERIAIS EMPREGADOS .............................................................................................................. 217 6.2 DIMENSIONAMENTO ........................................................................................................................ 217 6.2.1 Potência adotada ....................................................................................................................218 6.2.2 Cálculo da vazão ..................................................................................................................... 219 6.2.3 Cálculo da velocidade ........................................................................................................... 219 6.2.4 Perda de carga ....................................................................................................................... 220 LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................. 222 RESUMO DO TÓPICO 3 ...................................................................................................... 229 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................... 230 REFERÊNCIAS ....................................................................................................................231 ANOTAÇÕES ...................................................................................................................... 233 1 UNIDADE 1 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de: • compreender as principais grandezas elétricas e luminotécnicas; • conhecer as simbologias e representações gráficas usuais em projetos elétricos; • dimensionamento de condutores e eletrodutos de instalações elétricas de baixa tensão; • determinar o iluminamento de um ambiente de trabalho industrial; • conhecer os principais dispositivos de proteção de instalações elétricas de baixa tensão. Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer dela, você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado. TÓPICO 1 – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: CONCEITOS BÁSICOS TÓPICO 2 – PROJETOS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO TÓPICO 3 – ILUMINAÇÃO INDUSTRIAL, PROTEÇÃO E SELETIVIDADE Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos em frente! Procure um ambiente que facilitea concentração, assim absorverá melhor as informações. CHAMADA 2 CONFIRA A TRILHA DA UNIDADE 1! Acesse o QR Code abaixo: 3 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: CONCEITOS BÁSICOS 1 INTRODUÇÃO A energia elétrica tem uma importância inquestionável na vida das pessoas e da sociedade como um todo. No ano de 2019, foram consumidos 482.083 GWh de energia elétrica no Brasil, o que corresponde a um acréscimo de 1,4% em relação ao consumo do ano anterior (EPE, 2021). Deste total, aproximadamente 29,4% e 34,72% foram destinados ao consumo residencial e industrial, respectivamente. De acordo com Cervelin e Cavalin (2008), a energia elétrica é utilizada em larga escala pelo fato de ser transportável, ou seja, pode ser produzida em locais distantes e conduzida por linhas de transmissão até os grandes centros consumidores e permitir a transformação em outras formas de energia, como luz, calor e movimento. Nesse âmbito, destaca-se que em 2019 a matriz energética brasileira baseou- se, predominantemente, em fontes renováveis. A energia hidráulica foi responsável por um percentual de 64,9% do total de energia elétrica produzida, seguida pela fonte de gás natural (9,3%), eólica (8,6%) e biomassa (8,4%) (EPE, 2020). O Brasil segue uma tendência contrária da matriz elétrica mundial, que é majoritariamente baseada em fontes não renováveis, como o carvão mineral. Nesse sentido, isso significa que a produção de energia elétrica brasileira possui um impacto ambiental inferior. O uso eficiente da eletricidade é possível por meio de instalações elétricas, executadas conforme um projeto elétrico (CERVELIN; CAVALIN, 2008). Desta forma, neste Tópico 1 revisaremos os principais conceitos básicos e grandezas elétricas e luminotécnicas que são requisitos para iniciar a concepção e elaboração de um projeto elétrico. Além disso, serão apresentadas as principais resoluções normativas e normas técnicas que embasam a elaboração de projetos elétricos residenciais e industriais no Brasil. TÓPICO 1 - UNIDADE 1 2 CONCEITOS BÁSICOS Nesta seção serão abordados os conceitos básicos relativos às principais grandezas elétricas e luminotécnicas. 4 Para compreender o conceito de eletrização, é necessário revisar a estrutura que compõe os corpos. Nesse contexto, a matéria é constituída por pequenas estruturas denominadas átomos. Cada átomo é formado por uma parte central, denominada núcleo, e uma parte periférica intitulada de eletrosfera (FIGURA 1). No núcleo encontram-se os prótons e os nêutrons. Já na eletrosfera encontram-se os elétrons, que ficam em torno do núcleo em diferentes órbitas. Os prótons são caracterizados por uma carga positiva e os elétrons por uma carga negativa (BONJORNO et al., 1992). 2.1 ESTRUTURA ATÔMICA FIGURA 1 – ESTRUTURA DO ÁTOMO FONTE: <https://www.significados.com.br/atomo/>. Acesso em: 26 mar. 2021. Um corpo no seu estado natural é eletricamente neutro, ou seja, possui a mesma quantidade de elétrons e prótons. Desta forma, um material estará eletrizado quando se altera o equilíbrio entre o número de prótons e elétrons. Se o corpo perde elétrons, fica eletrizado positivamente. Quando o corpo recebe elétrons, encontra-se eletrizado negativamente (BONJORNO et al., 1992). 2.2 MATERIAIS CONDUTORES E ISOLANTES Materiais caracterizados por fortes ligações químicas possuem baixa mobilidade de elétrons livres e, portanto, não são passíveis de conduzirem corrente elétrica. Nestes casos, os elétrons estão fortemente ligados ao átomo e não têm liberdade de movimento. Tais materiais usualmente são utilizados como isolantes elétricos e são empregados em instalações elétricas, a fim de impedir a fuga de corrente elétrica para locais indesejados e para proteger pessoas de choques. Nos materiais condutores os elétrons estão fracamente ligados ao átomo e, por consequência, se movimentam com facilidade. Nestes casos, os elétrons passam a não ser mais exclusividade de seus respectivos átomos e formam o que se chama uma nuvem de elétrons ao redor dos núcleos. Nesses materiais, a possibilidade de criação de uma corrente elétrica é altíssima (LARA, 2012). 5 NOTA Materiais isolantes elétricos: borracha, madeira, vidro, cerâmica e plástico etc. Materiais condutores elétricos: metais como o aço, ferro, alumínio, cobre, ouro, prata etc. 2.3 GRANDEZAS ELÉTRICAS Nesta subseção serão revisadas as principais grandezas elétricas, sendo estas: carga elétrica, campo elétrico, potencial elétrico, corrente elétrica, resistência elétrica, potência elétrica e energia elétrica. 2.3.1 Carga elétrica Sabe-se que o menor valor de carga elétrica (Q) encontrada na natureza é a carga de elétron ou próton, cujo módulo é denominado de carga elementar (e), e equivale ao valor de e = 1,6 x 10-19 coulomb (C). Isto posto, a carga elétrica dos prótons é positiva e dos elétrons negativa. Além disso, a quantidade de carga elétrica de um corpo sempre será um múltiplo inteiro de “e” (BONJORNO et al., 1992). 2.3.2 Campo elétrico Uma carga elétrica Q produz, no seu entorno, uma região afetada por sua presença denominada de campo elétrico (E). Como pode ser observado na FIGURA 2, a carga Q cria um campo elétrico que exerce uma força elétrica (F) sobre a carga q. A intensidade do campo elétrico (E) pode ser calculada pelas Equações 1 e 2. FIGURA 2 – INFLUÊNCIA DO CAMPO ELÉTRICO DA CARGA Q FONTE: A autora (2021) 6 Equação 1 Equação 2 Onde: E – Intensidade do campo elétrico (N/C - newton por coulomb); F – Força que atua na carga q (N); q – Carga elétrica de prova (C); k – Constante dielétrica do meio em que as cargas estão (constante no vácuo = 8,99 x 109 N.m2/C2); Q – Carga geradora do campo elétrico (Q); d – Distância entre as cargas Q e q (m). 2.3.3 Potencial elétrico Quando, entre dois pontos de um condutor, existe uma diferença entre as concentrações de elétrons, isto é, de carga elétrica, diz-se que existe um potencial elétrico entre esses dois pontos (NISKIER, 2016). O potencial elétrico, também é conhecido como tensão elétrica, voltagem, f. e. m. (força eletromotriz) ou d.d.p. (diferença de potencial elétrico). Usualmente a letra E é utilizada para denominar a f.e.m. apresentada nos terminais de um gerador, quando o circuito está aberto. Já a letra U é usada para representar a tensão quando o circuito está fechado e nele está passando corrente elétrica. A letra V também pode ser usada para indicar essa mesma grandeza (LARA, 2012). IMPORTANTE A unidade do potencial elétrico no Sistema Internacional (SI) é o volt (V): 2.3.4 Corrente elétrica Os elétrons livres dos átomos de um determinado material usualmente se descolam em todas as direções. Em um condutor, quando o movimento de deslocamento dos elétrons livres é mais intenso em um determinado sentido, diz-se que existe uma 7 IMPORTANTE A unidade de resistência elétrica é o ohm (Ω). Equivale à resistência elétrica de um elemento tal que a diferença de potencial constante de 1 volt, faz circular nesse elemento uma corrente invariável de 1 ampère (NISKIER, 2016). De acordo com a 1ª Lei de Ohm, a resistência (R) dos condutores é diretamente proporcional à diferença de potencial (U) e inversamente proporcional à intensidade da corrente elétrica (i), conforme descrito na Equação 4. Equação 4 corrente elétrica. A intensidade da corrente elétrica (i) é caracterizada pelo número de elétrons (Δq) que passa por uma determinada seção do condutor em uma unidade de tempo (Δt), conforme descrito pela Equação 3. A unidade de intensidade da corrente elétrica é o ampère (A) (NISKIER, 2016). Equação 3 2.3.5 Resistência elétrica De acordo com Niskier (2016), existe uma força de atração entre os elétrons e o núcleo que exerce resistência contra a liberação dos elétrons para o estabelecimento da corrente elétrica. Esta oposição ao fluxo é denominada de resistência. Desta forma, a resistência em materiais isolantes é elevada, diferentemente do que ocorre para materiais condutores. A resistência deum condutor é função do tipo de material que o compõe, do tipo de ligação química e quantidade de elétrons livres, da temperatura, dimensões do condutor, como seção e comprimento, dentre outras condições que podem afetar a movimentação dos elétrons (LARA, 2012). Pela 2ª Lei de Ohm, a resistência (R) dos condutores também pode ser calculada pela Equação 5, onde é a resistividade do material do condutor (Ω.m), é o comprimento do resistor (m) e é a área da seção reta transversal do resistor (m²). Equação 5 8 FIGURA 3 – EXEMPLO DE RESISTORES ASSOCIADOS EM SÉRIE FONTE: A autora (2021) Equação 6 Equação 7 Equação 8 A Figura 4 apresenta um exemplo de resistores associados em paralelo. Neste caso, as resistências estão submetidas à mesma tensão elétrica, enquanto a intensidade da corrente elétrica total é dividida entre os elementos do circuito. A corrente elétrica que atua em cada resistor pode ser calculada pela Equação 9. Já a corrente total pode ser obtida através da Equação 10. A resistência equivalente (Req) do conjunto é determinada pela Equação 11. Em um circuito elétrico os resistores podem ser associados de duas maneiras: em série ou em paralelo. A FIGURA 3 apresenta um exemplo de resistores associados em série. Neste caso a corrente elétrica (i) é a mesma que percorre todas as resistências. A tensão elétrica (V) é dividida pelos elementos que constituem o circuito e pode ser determinada pela Equação 6. Já a tensão de cada elementos é calculada pela Equação 7. Por fim, a resistência total equivalente (Req) do circuito será a soma das resistências em série do circuito, conforme descrito pela Equação 8. FIGURA 4 – EXEMPLO DE RESISTORES ASSOCIADOS EM PARALELO FONTE: A autora (2021) 9 Equação 9 Equação 10 Equação 11 2.3.6 Potência elétrica A potência elétrica é definida como o trabalho efetuado na unidade de tempo. É obtida pelo produto da tensão elétrica (V) e pela intensidade de corrente (i), conforme Equação 12. A unidade de potência é o watt (W) (NISKIER, 2016). Equação 12 No caso de circuitos resistivos a potência elétrica pode ser calculada pela Equação 13, pois somente nos resistores a energia elétrica é totalmente convertida em calor (LARA, 2012). Onde V corresponde a tensão elétrica e R a resistência. Equação 13 Em um circuito de corrente alternada, quando a corrente e a tensão possuem o mesmo ângulo de fase (Ø = 0), a potência é igual ao produto da intensidade da corrente (i) e tensão (U). Quando neste circuito é inserida uma bobina, ocorrerá uma defasagem entre a corrente e a tensão (Ø ≠ 0), e a potência lida será inferior ao produto i x U (NISKIER, 2016). Deste fenômeno surge o triângulo de potência, representado na FIGURA 5. FIGURA 5 – TRIÂNGULO DE POTÊNCIAS FONTE: A autora (2021) Nesse contexto, a potência ativa consiste na potência útil que efetivamente será convertida em trabalho. Já a potência reativa, representa a parcela de potência que não é aproveitada pelo sistema. Desta forma, a potência aparente corresponde à quantidade total de potência gerada, levando em consideração a soma vetorial das potências ativa e reativa. O fator de potência, que representa o cosseno do ângulo de defasagem entre a tensão e corrente (cos Ø), pode ser calculado pela Equação 14 (VIEIRA JUNIOR, 2011). 10 ESTUDOS FUTUROS Nos tópicos a seguir serão abordadas alternativas para corrigir o baixo fator de potência de instalações. 2.3.7 Energia elétrica A energia elétrica consumida, ou o trabalho elétrico (𝜏) efetuado, é dada pelo produto da potência (P) pelo tempo (t), de acordo com a Equação 15 (NISKIER, 2016). Sua unidade no SI é watt x segundo, também conhecido por joule (J). (1 J = 1 W × 1 s). Equação 15 GIO Veja na TABELA 1 um resumo das principais grandezas elétricas. TABELA 1 – RESUMO DAS GRANDEZAS ELÉTRICAS Grandeza Símbolo Unidade Carga elétrica Q Coulomb Campo elétrico E Netwon/coulomb Potencial elétrico E, U, V Volt Corrente elétrica i Ampère Resistência elétrica R Ohm Potência elétrica P Watt Energia elétrica 𝜏 Joule FONTE: A autora (2021) Equação 14 Embora indesejada, é a potência reativa que alimenta os campos magnéticos de geradores e motores (VIEIRA JUNIOR, 2011). Neste âmbito, as empresas concessionárias de energia elétrica usualmente exigem um fator de potência igual ou superior a 0,92 (NISKIER, 2016), com o intuito de evitar desperdícios nos sistemas. 11 2.4 PRIMEIRA LEI DE KIRCHHOFF A primeira Lei de Kirchhoff, também conhecida como Lei dos Nós, define que a soma das intensidades das correntes que chegam a um nó, ou seja, a um ponto de encontro de três ou mais condutores de um circuito elétrica, é igual à soma das intensidades das correntes que dele saem, conforme descrito pela Equação 16 (VIEIRA JUNIOR, 2011). Equação 16 2.5 SEGUNDA LEI DE KIRCHHOFF A segunda Lei de Kirchhoff, também denominada de Lei das Malhas, estabelece que a soma algébrica das forças eletromotrizes (f.e.m) em um circuito é igual à soma algébrica dos produtos da resistência e corrente elétrica em todas as resistências da malha, de acordo com a Equação 17 (VIEIRA JUNIOR, 2011). Equação 17 2.6 GRANDEZAS LUMINOTÉCNICAS Neste subtópico serão revisadas as principais grandezas luminotécnicas, sendo estas: fluxo luminoso, iluminância, eficiência luminosa, intensidade luminosa, luminância, refletância, emitância, índice de reprodução de cor e temperatura de cor correlata. 2.6.1 Fluxo luminoso O fluxo luminoso (ψ) consiste na “potência de radiação emitida por uma fonte luminosa em todas as direções do espaço” (MAMEDE FILHO, 2017, p. 58). A unidade do fluxo luminoso no SI é o lúmen (lm). 2.6.2 Iluminância A iluminância (E), também conhecida como nível de iluminamento, corresponde ao fluxo luminoso (ψ) incidente em uma determinada superfície por unidade de área (S), conforme Equação 18 (MAMEDE FILHO, 2017). Equação 18 12 IMPORTANTE A unidade da iluminância no SI é o lux (lx): 2.6.3 Eficiência luminosa A eficiência luminosa (ᶯ) é a relação entre o fluxo luminoso (ψ) emitido por uma fonte luminosa e a potência consumida ( ) em watts, conforme Equação 19 (MAMEDE FILHO, 2017). Equação 19 A TABELA 2 apresenta a eficiência luminosa para alguns tipos usuais de lâmpadas. É importante ressaltar que essa grandeza deve ser levada em consideração na seleção de lâmpadas para a elaboração de projetos mais eficientes (MAMEDE FILHO, 2017). TABELA 2 - EFICIÊNCIA LUMINOSA DAS LÂMPADAS Tipos de lâmpadas Eficiência luminosa (lumens/W) Incandescente 10 a 15 Halogêneas 15 a 25 Mista 20 a 35 LEDs 35 a 70 Fluorescente comum 55 a 75 Fluorescente compacta 50 a 80 Fluorescente econômica 75 a 90 FONTE: Adaptado de Mamede Filho (2017, p. 60) 2.6.4 Intensidade luminosa A intensidade luminosa (I) “pode ser definida como sendo a potência de radiação visível que uma determinada fonte de luz emite em uma direção especificada” (MAMEDE FILHO, 2017). Sua unidade é denominada candela (cd). 13 2.6.4 Intensidade luminosa A intensidade luminosa (I) “pode ser definida como sendo a potência de radiação visível que uma determinada fonte de luz emite em uma direção especificada” (MAMEDE FILHO, 2017). Sua unidade é denominada candela (cd). 2.6.5 Luminância De acordo com Mamede Filho (2017, p. 61), “a luminância (L) é entendida como a medida da sensação de claridade, provocada por uma fonte de luz ou superfície iluminada e avaliada pelo cérebro”. Esta grandeza pode ser determinada pela Equação 20. Sua unidade é cd/m². Equação 20 Onde: S– Superfície iluminada (m²); α– Ângulo entre a superfícieiluminada e a vertical, que é ortogonal à direção do fluxo luminoso (graus); I – Intensidade luminosa (cd). O fluxo luminoso, a intensidade luminosa e a iluminância somente são visíveis se forem refletidos em uma superfície, transmitindo a sensação de luz aos olhos. Este fenômeno é denominado de luminância (MAMEDE FILHO, 2017). 2.6.5 Luminância De acordo com Mamede Filho (2017, p. 61), “a luminância (L) é entendida como a medida da sensação de claridade, provocada por uma fonte de luz ou superfície iluminada e avaliada pelo cérebro”. Esta grandeza pode ser determinada pela Equação 20. Sua unidade é cd/m². Equação 20 Onde: S– Superfície iluminada (m²); α– Ângulo entre a superfície iluminada e a vertical, que é ortogonal à direção do fluxo luminoso (graus); I – Intensidade luminosa (cd). O fluxo luminoso, a intensidade luminosa e a iluminância somente são visíveis se forem refletidos em uma superfície, transmitindo a sensação de luz aos olhos. Este fenômeno é denominado de luminância (MAMEDE FILHO, 2017). 14 TABELA 3 – IRC DE ALGUNS TIPOS DE LÂMPADAS Tipo de lâmpada IRC (%) Incandescente 100 Incandescente de halogênio 100 Fluorescente 75 a 79 Vapor de mercúrio 47 Vapor de sódio 35 2.6.9 Temperatura de cor correlata A temperatura de cor correlata (TCC) caracteriza a cor da luz emitida por uma lâmpada. É uma grandeza que, por convenção, tem como unidade o kelvin (K). De maneira geral, a TCC das lâmpadas varia entre 2700 e 6500 K (LARA, 2012). Nesse contexto, uma lâmpada incandescente emite uma luz na cor amarelada, que corresponde a uma TCC de cerca de 2 800 K. Já as lâmpadas que emitem uma luz na cor branca, correspondem a uma TCC de 6500 K. Em função disso, é usual classificar a luz emitida pelas lâmpadas em “luz quente” e “luz fria” (MAMEDE FILHO, 2017). 2.6.6 Refletância A refletância corresponde à relação entre os fluxos luminosos refletido e incidente de uma dada superfície. Nesse contexto, é importante salientar que os objetos refletem luz diferentemente uns dos outros. Assim, dois objetos colocados em um ambiente de luminosidade conhecida ocasionam refletâncias diferentes (MAMEDE FILHO, 2017). 2.6.7 Emitância A emitância é a quantidade de fluxo luminoso emitido por uma fonte superficial por unidade de área. Sua unidade é lúmen/m² (MAMEDE FILHO, 2017). 2.6.8 Índice de reprodução de cor O índice de reprodução de cor (IRC) expressa “a capacidade de uma fonte de luz, ao iluminar um objeto, de fazer com que este reproduza suas cores naturais” (MAMEDE FILHO, 2017, p. 91). É uma grandeza que varia numericamente de 0 a 100 e é expressa percentualmente. Quanto maior o IRC, mais fielmente a cor real dos objetos é exibida quando analisados sob a luz do sol (LARA, 2012). A Tabela 3 fornece o IRC para alguns tipos de lâmpadas. 15 3 NORMALIZAÇÃO E LEGISLAÇÃO PROFISSIONAL As condições gerais de fornecimento de energia elétrica são regulamentadas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) através da Resolução Normativa n⁰ 414, de 9 setembro de 2010 (ANEEL, 2010). Esta resolução apresenta todas as disposições que devem ser observadas pelas distribuidoras e consumidores. Já os projetos elétricos devem ser elaborados de acordo com normas técnicas que, no Brasil, são de responsabilidade da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Além das normas brasileiras, normas técnicas internacionais como as elaboradas pelo International Electrotechnical Commission (IEC) também devem ser consideradas na ausência de normas nacionais. A seguir serão apresentadas as principais normas relativas à elaboração de projetos elétricos. 3.1 NBR 5410 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO A norma NBR 5410 (ABNT, 2008) estabelece as condições que as instalações elétricas de baixa tensão devem atender, de forma a garantir a segurança e integridade de pessoas e animais, o funcionamento adequado da instalação e a conservação dos bens. Nesse contexto, deve ser aplicada em circuitos elétricos alimentados sob tensão nominal igual ou inferior a 1 kV em corrente alternada, com frequências inferiores a 400 Hz, ou a 1,5 kV em corrente contínua. A norma em questão também engloba as áreas externas à edificação, locais de acampamento e instalações similares e canteiros de obras e outras instalações temporárias. De maneira geral, a NBR 5410 (ABNT, 2008) apresenta uma definição dos componentes das instalações elétricas e diretrizes para a previsão de carga da instalação de iluminação, tomadas de uso geral e tomadas de uso específico. Além disso, estabelece aspectos que devem ser atendidos para a divisão da instalação em circuitos visando operações de manutenção e reparo da instalação e o dimensionamento dos condutores e dispositivos de proteção de menor seção e capacidade nominal. A NBR 5410 (ABNT, 2008) também fornece os métodos de dimensionamento de condutores e eletrodutos, como será abordado nos próximos tópicos desta unidade. 3.2 NBR 14039 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MÉDIA TENSÃO A norma NBR 14039 (ABNT, 2005) estabelece diretrizes para o projeto e execução de instalações elétricas de média tensão, de modo a garantir a segurança e continuidade do serviço. Nessa categoria, são englobados circuitos elétricos com tensão nominal de 1,0 kV a 36,2 kV, alimentados pela concessionária ou por fonte própria de energia em média tensão. Esta norma se aplica a instalações novas, reformas em instalações existentes e instalações de caráter permanente ou temporário. As prescrições fundamentais da norma em questão 16 que visam à segurança dos usuários são: proteção contra choques elétricos, proteção contra efeitos térmicos, proteção contra sobrecorrentes, seccionamento e comando, independência da instalação elétrica, acessibilidade dos componentes, condições de alimentação e condições de instalação. Para a elaboração do projeto de instalações elétricas de média tensão algumas características da edificação devem ser determinadas, sendo estas a utilização prevista, alimentação e estrutura geral; influências externas às quais a estrutura estará submetida e, por fim, a manutenção necessária. Nessa conjuntura, tais características serão utilizadas para a definição das medidas de proteção para garantir a segurança e para a seleção e instalação dos componentes (NBR 14039, 2005). 3.3 NBR 5419 - PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS A NBR 5419-1 (ABNT, 2015) define os princípios gerais para a determinação da proteção contra descargas atmosféricas e fornece subsídios para a elaboração de projetos destinados a este fim. A referida norma é complementada pelas seguintes partes: • NBR 5419-2 (ABNT, 2018) – Parte 2: Gerenciamento de risco; • NBR 5419-3 (ABNT, 2018) – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida; • NBR 5419-4 (ABNT, 2018) – Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura. 3.4 NBR 13570 - LOCAIS DE AFLUÊNCIA DE PÚBLICO A norma NBR 13570 (ABNT, 1996) determina os requisitos que são exigidos para instalações elétricas destinadas a atender locais de afluência de público, de forma a garantir o funcionamento adequado, segurança de pessoas e a conservação de bens. Neste âmbito, são englobados locais como auditórios, cinemas, hotéis, bibliotecas, teatro, dentre outros estabelecimentos com capacidade de no mínimo 50 pessoas. 3.5 NBR 13534 - ESTABELECIMENTOS ASSISTENCIAIS DE SAÚDE A NBR 13534 (ABNT, 2008) aplica-se a instalações elétricas de estabelecimentos assistenciais de saúde, estabelecendo requisitos específicos com o intuito de garantir a segurança dos pacientes e profissionais de saúde. Esta norma complementa, modifica ou substitui os requisitos gerais que compõem a NBR 5410 (ABNT, 2008). 17 3.6 NORMA REGULAMENTADORA NR10 A norma regulamentadora NR10, de 7 de dezembro de 2004 (MINISTÉRIO DO TRABALHO, 2004), que se aplica às fases de geração, transmissão, distribuição e consumo de instalações elétricas, dispõe sobre os requisitos e exigênciasde sistemas de controle e prevenção visando a segurança e integridade de trabalhadores que interagem com as instalações e serviços de eletricidade no geral. 3.7 NORMAS DA CONCESSIONÁRIA Além das normas previamente citadas, o projetista também deve atender as normas particulares das concessionárias responsáveis pelo serviço público ou particular. Estas normas levam em consideração as particularidades inerentes ao sistema elétrico de cada empresa concessionária (MAMEDE FILHO, 2017). O projetista também deve levar em consideração normas específicas do Corpo de Bombeiros, Prefeitura Municipal, dentre outras instituições pertinentes. Neste tópico foram abordadas as principais grandezas elétricas e luminotécnicas necessárias para a elaboração de projetos elétricos de forma segura e eficiente. Além disso, foram elencadas as normas técnicas e demais especificações que norteiam a elaboração de projetos elétricos no Brasil. Nesse contexto, destaca-se a NBR 5410 (ABNT, 2008) destinada a instalação em baixa tensão, ou seja, aquelas caracterizadas por tensão nominal igual ou inferior a 1 kV em corrente alternada ou a 1,5 kV em corrente contínua. Adicionalmente, questões especificas sobre a rede local de distribuição também são estabelecidas pela concessionária responsável pelo fornecimento de energia e devem ser consideradas pelo projetista. 18 Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como: • Materiais condutores apresentam elevada mobilidade de elétrons. • Em circuitos elétricos com resistências associadas em série a tensão elétrica total é dividida pelos elementos que constituem o circuito. • Em circuitos elétricos com resistências associadas em paralelo a intensidade da corrente elétrica total é dividida entre os elementos do circuito. • A potência aparente é a soma vetorial das potências ativa e reativa. • As grandezas luminotécnicas devem ser levadas em consideração na seleção de lâmpadas para a elaboração de projetos elétricos mais eficientes. • Para a elaboração de projetos elétricos devem ser observadas algumas normas e especificações técnicas. Para instalações em baixa tensão, o projeto deve atender à NBR 5410 (ABNT, 2008). RESUMO DO TÓPICO 1 19 1 Calcule o valor da resistência de um chuveiro elétrico ligado a uma rede 220 V e alimentado por uma corrente elétrica de 11 A. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) R = 16,1 Ω. b) ( ) R = 20 Ω. c) ( ) R = 18 Ω. d) ( ) R = 17,5 Ω. 2 No circuito em série a seguir as resistências são R1 = 42,9 Ω; R2 = 36,4 Ω; R3 = 18,5 Ω. Se for aplicada uma tensão de 220 V, qual será a corrente que percorrerá o circuito? Qual a tensão correspondente a cada resistência? AUTOATIVIDADE 3 No circuito em paralelo a seguir, as resistências são: R1 = 2,5 Ω; R2 = 4,0 Ω; R3 = 6,0 Ω. Considerando que o circuito é percorrido por uma corrente de 25 A, determine as respectivas parcelas de corrente de cada resistência. 20 4 A energia elétrica é essencial para o desenvolvimento de diversas atividades da nossa sociedade. Nesse contexto, as grandezas elétricas estão presentes em qualquer circuito de uma instalação elétrica. A respeito das grandezas elétricas, assinale a alternativa CORRETA. I- A diferença de potencial (d.d.p) também é conhecida como tensão elétrica e é medida na unidade volt. II- No triângulo de potências, a potência aparente corresponde à potência útil, ou seja, a parcela da potência que é efetivamente convertida em trabalho. III- Em circuitos ligados em paralelo, as resistências são submetidas à mesma diferença de potencial, enquanto a intensidade de corrente é dividida entre os elementos que compõem o circuito. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) As sentenças I e II estão corretas. b) ( ) Somente a sentença II está correta. c) ( ) As sentenças I e III estão corretas. d) ( ) Somente a sentença III está correta. 5 O motor de um equipamento é ligado a 380 V. A intensidade da corrente elétrica é de i = 14,47 A. Calcule a potência do motor, o trabalho elétrico após 8 horas de uso e o preço para o consumo, considerando o custo do kWh de R$ 20,00. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) P = 4,3822 kW – = 35,05 kWh – R$ 701,15. b) ( ) P = 5,4986 kW – = 43,98 kWh – R$ 879,77. c) ( ) P = 7,8309 – = 62,64 kWh – R$ 1252,94. d) ( ) P = 5,1572 - = 41,25 kWh – R$ 825,15. 21 PROJETOS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO 1 INTRODUÇÃO O termo projetar remete ao desenvolvimento de soluções possíveis de serem implementadas para a resolução de determinados problemas, visando atender a uma necessidade ou objetivo. Nessa conjuntura, o problema objeto de estudo de um projeto elétrico pode ser entendido como a forma que a energia elétrica será conduzida da rede de distribuição até os pontos de utilização em uma determinada edificação (LIMA FILHO, 2001). O projeto de uma instalação elétrica consiste basicamente em quantificar e determinar a localização dos pontos de utilização de energia elétrica, tais como lâmpadas e tomadas, criar e dimensionar circuitos elétricos e suas respectivas ligações, bem como dimensionar os condutores e os dispositivos de proteção, de comando, de medição e demais acessórios (LARA, 2012). Desta forma, neste Tópico 2 abordaremos as etapas que compõem um projeto de instalações elétricas, a simbologia e representação gráfica usualmente adotadas em projetos desta natureza, a previsão das cargas da instalação, o cálculo do fator de demanda, a divisão da instalação em circuitos e, por fim, o dimensionamento dos condutores e eletrodutos. 2 REDE DE GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA A FIGURA 6 apresenta um esquema simplificado de todo o sistema de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Como pode ser observado, a energia elétrica é gerada a partir de fontes hidroelétricas, térmicas, nucleares, eólica e entre outras. Posteriormente, a energia elétrica é conduzida pelas linhas de transmissão, que tem origem na subestação elevadora e fim nas subestações abaixadoras. As estações elevadoras usualmente são construídas próximas às usinas geradoras e as estações elevadoras são posicionadas próximas às entradas dos centros consumidores. Por fim, a energia elétrica é conduzia à rede de distribuição, a qual propicia as condições necessárias para que a energia elétrica chegue até o consumidor (CERVELIN; CAVALIN, 2008). UNIDADE 1 TÓPICO 2 - 22 FIGURA 6 – ESQUEMA SIMPLIFICADO DA REDE DE GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA FONTE: Vieira Junior (2011, p. 28) 3 ETAPAS DA ELABORAÇÃO DE UM PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS A Figura 7 contém um fluxograma com todas as etapas que compõem a elaboração de um projeto de instalações elétricas. A seguir cada um dos itens apresentados será abordado com maiores detalhes. FIGURA 7 – FLUXOGRAMA COM AS ETAPAS QUE COMPÕEM A ELABORAÇÃO DE UM PROJETO ELÉTRICO FONTE: A Autora (2021) 3.1 INFORMAÇÕES PRELIMINARES Nesta etapa deverão ser coletadas todas as informações necessárias para a concepção do projeto elétrico. O projetista deve considerar a planta de situação com a localização da edificação, bem como da rede elétrica da concessionária, o projeto arquitetônico da edificação e os projetos complementares, prezando sempre pela compatibilização entre os diversos projetos da edificação e possíveis interferências (LIMA FILHO, 2001). 23 3.2 QUANTIFICAÇÃO DO SISTEMA Após a obtenção de todas as informações preliminares anteriormente mencionadas, o projetista deverá realizar um levantamento da previsão de cargas do projeto, considerando os pontos de utilização e a potência nominal de cada ponto. Nessa etapa é realizada a previsão de tomadas, de pontos de iluminação, bem como a previsão de cargas especiais, como elevadores, bombas de água, de combate a incêndio, dentre outras. É fundamental que o projetista desenvolva a previsão de cargas tendo como base as normas técnicas aplicáveis (LIMA FILHO,2001). 3.3 DETERMINAÇÃO DO PADRÃO DE ATENDIMENTO Após a etapa de previsão de cargas do projeto, o projetista deverá determinar a demanda e a categoria de atendimento do consumidor e a provável demanda do edifício e a classificação de entrada de serviço (LIMA FILHO, 2001). 3.4 DESENHO DAS PLANTAS Esta etapa engloba o desenho dos pontos de utilização, a localização dos quadros de distribuição e quadros terminais, a divisão das cargas em circuitos terminais, o desenho das tubulações nos circuitos terminais, o traçado da fiação dos circuitos terminais, localização das caixas de passagem, localização do quadro geral, desenho das tubulações dos circuitos de distribuição, traçado da fiação dos circuitos de distribuição (LIMA FILHO, 2001). 3.5 DIMENSIONAMENTO Nesta etapa é realizado o dimensionamento dos condutores, das tubulações, dos dispositivos de proteção e dos quadros que compõem o projeto elétrico (LIMA FILHO, 2001). Instalações elétricas em baixa tensão são elaboradas de acordo com a NBR 5410 (ABNT, 2008). 3.6 QUADROS DE DISTRIBUIÇÃO E DIAGRAMAS Nesta etapa são elaborados os quadros de distribuição de carga do projeto. Engloba os quadros de distribuição, os diagramas unifilares dos quadros de distribuição e o diagrama unifilar geral (LIMA FILHO, 2001). 24 3.7 ELABORAÇÃO DOS DETALHES CONSTRUTIVOS Os detalhes construtivos têm como objetivo facilitar a interpretação e a execução do projeto elétrico. Recomenda-se que os detalhes construtivos sejam amplamente explorados. A FIGURA 8 exemplifica o detalhe construtivo de uma luminária com saída vertical. Como pode ser observado, a ilustração é rica em detalhes e facilita a compressão do projeto, evitando erros de execução e desvios entre o projetado e o executado. FIGURA 8 – EXEMPLO DE DETALHE CONSTRUTIVO FONTE: <https://www.qualiproj.com.br/projetos-de-instalacao-eletrica>. Acesso em: 7 maio 2021. 3.8 MEMORIAL DESCRITIVO O memorial descritivo tem como intuito a descrição do projeto, bem como da justificativa das soluções adotadas. É composto por quatro itens, sendo estes: dados básicos de identificação, dados quantitativos, descrição geral e, por fim, toda a documentação pertinente relativa ao projeto (LIMA FILHO, 2001). 3.9 MEMORIAL DE CÁLCULO O memorial de cálculo engloba todos os cálculos e dimensionamentos do projeto elétrico, tais como: cálculo das previsões de carga, determinação da demanda provável, dimensionamento dos condutores, dimensionamento dos eletrodutos e dimensionamento dos dispositivos de proteção (LIMA FILHO, 2001). 25 3.10 ELABORAÇÃO DAS ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS As especificações técnicas compreendem o detalhamento dos materiais que serão empregados e os procedimentos de execução dos serviços. Além disso, também descrevem as normas técnicas que deverão ser levadas em consideração na execução dos serviços (LIMA FILHO, 2001). 3.11 ELABORAÇÃO DA LISTA DE MATERIAL A lista de materiais deve conter todos os materiais que serão empregados para a execução do projeto de elétrico, assim como as especificações pertinentes e as respectivas quantidades. 3.12 ART A Anotação de Responsabilidade Técnica (ART) do responsável técnico pelo projeto elétrico deve ser emitida junto à jurisdição do Conselho Regional de Engenharia e Agronomia (CREA) local. 3.13 ANÁLISE DA CONCESSIONÁRIA A concessionária local analisará a adequação do projeto elétrico às normas técnicas e padrões de fornecimento estabelecidos. De maneira geral, engloba a análise do cálculo da demanda, do padrão de fornecimento, da entrada de serviço e da rede até os quadros terminais (LIMA FILHO, 2001). 3.14 REVISÃO DO PROJETO Se necessário, o projetista deverá realizar possíveis adequações e modificações do projeto elétrico a fim de atender às especificações e padrões estabelecidos pela concessionária local. 3.15 APROVAÇÃO DA CONCESSIONÁRIA Como última etapa do processo de elaboração de um projeto elétrico, tem-se a aprovação do mesmo pela concessionária local. Desta forma, a concessionária fornecerá um termo técnico que atesta que o projeto está de acordo com as suas normas técnicas, possibilitando o consumidor efetivar o pedido de ligação das instalações à rede de distribuição de energia (LIMA FILHO, 2001). 26 DICA Alguns exemplos de projetos elétricos podem ser consultados no link a seguir: https://jonatasalexandre.com.br/projetos-eletricos-autocad-dwg/ 4 SIMBOLOGIA E REPRESENTAÇÃO GRÁFICA As simbologias e representações gráficas usuais em projetos elétricos são apresentadas nos Quadros 1 a 4. Essa simbologia é baseada na NBR 5444 (ABNT, 1989). De acordo com Niskier (2016), corresponde à representação consagrada pela maioria dos projetistas de instalações prediais. Contudo, é importante ressaltar que nem todos os projetistas adotam a mesma representação. Desta forma, é imprescindível a apresentação de uma legenda com a descrição de cada símbolo utilizado no projeto. IMPORTANTE Embora a simbologia e representação gráfica usualmente encontrada nos projetos elétricos prediais seja a descrita na NBR 5444 (ABNT, 1989), é importante ressaltar que a referida norma foi recentemente cancelada e substituída pela EC 60417 - Graphical symbols for use on equipment. QUADRO 1 - SÍMBOLOS PARA DUTOS E DISTRIBUIÇÃO FONTE: NBR 5444 (ABNT, 1989, p. 2) 27 QUADRO 2 – SÍMBOLOS PARA QUADROS DE DISTRIBUIÇÃO FONTE: NBR 5444 (ABNT, 1989, p. 3) QUADRO 3 – SÍMBOLOS PARA INTERRUPTORES FONTE: NBR 5444 (ABNT, 1989, p. 4) 28 QUADRO 4 – SÍMBOLOS PARA LÂMPADAS E TOMADAS FONTE: NBR 5444 (ABNT, 1989, p. 5-6) 5 PREVISÃO DE CARGAS DA INSTALAÇÃO ELÉTRICA A etapa de previsão de cargas tem como intuito a determinação de todos os pontos de utilização de energia elétrica que compõem a instalação. Engloba a definição da potência, quantidade e localização dos pontos de consumo de energia elétrica da instalação. Nos subtópicos a seguir será apresentada uma estimativa preliminar para fins de anteprojetos e orçamentos preliminares, assim como as diretrizes para determinação da previsão de cargas de iluminação, tomadas de uso geral e específico e de cargas especiais do projeto. 5.1 ESTIMATIVA PRELIMINAR A Tabela 4 apresenta cargas usuais de iluminação e tomadas de uso geral que podem ser utilizadas na estimativa preliminar de um projeto de instalação elétrica. É importante salientar que as tabelas citadas não incluem as tomadas de uso específico. Para a obtenção da densidade de carga na Tabela 4, incialmente define-se o tipo de utilização da edificação e, posteriormente, de acordo com a área total, é possível estimar qual será a densidade de carga em VA. Para exemplificar, considerando uma residência unifamiliar com área de 230 m², estima-se uma densidade de carga de cerca de 6900 VA. 29 TABELA 4 – DENSIDADE DE CARGA PARA ILUMINAÇÃO E TOMADAS DE USO GERAL Local Densidade de carga (VA/m²) Residências 30 Escritórios 50 Lojas 20 Hotéis 20 Bibliotecas 30 Bancos 50 Igrejas 15 Restaurantes 20 Depósitos 5 Auditórios 15 Garagens comerciais 5 FONTE: Niskier (2016, p. 80) 5.2 PREVISÃO DAS CARGAS De acordo com a NBR 5410 (ABNT, 2008) a determinação da potência de alimentação é fundamental para a concepção econômica e segura de um projeto elétrico. Nesse sentido, a norma estabelece algumas prescrições para a previsão de cargas da instalação: A carga de um equipamento de utilização é a potência nominal por ele absorvida. Pode ser determinada pelo valor fornecido pelo fabricante ou pode ser calculada a partir da tensão nominal, corrente nominal e fator de potência; Quando for informada a potência nominal do equipamento, ou seja, a potência de saída e não a potência absorvida, no cálculo deve ser levado em consideração o rendimento e o fator de potência. 5.2.1 Iluminação Deve ser previsto pelo menos um ponto de luz fixo no teto em cada cômodo ou dependência, o qual deve ser comandado por um interruptor de parede. Em relação à potência mínima de iluminação podem ser seguidos
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