Prévia do material em texto
Autor: Prof. Clovis Chiezzi Seriacopi Ferreira Colaboradores: Profa. Christiane Mazur Doi Prof. José Carlos Morilla Instalações Prediais Elétricas Professor conteudista: Clovis Chiezzi Seriacopi Ferreira Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, mestre em Arquitetura e Urbanismo pela Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo, com pesquisa e dissertação com o tema “A casa dos sonhos: necessidades, aspirações, símbolos...”, apresentada em 2006. Atualização em Planejamento de Programas e Projetos – Modelo e Prática pela Fundação Getulio Vargas, com ênfase em planejamento e gestão de programas governamentais, tais como a instalação de “Poupatempo” e de novas unidades prisionais para o Governo do Estado de São Paulo, em 2009. Professor da UNIP desde 2006, além de permanecer atuando na elaboração e na gestão de projetos complementares e de obras. © Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou quaisquer meios (eletrônico, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem permissão escrita da Universidade Paulista. U520.02 – 24 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) F383i Ferreira, Clovis Chiezzi Seriacopi. Instalações Prediais Elétricas / Clovis Chiezzi Seriacopi Ferreira. – São Paulo: Editora Sol, 2024. 128 p., il. Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e Pesquisas da UNIP, Série Didática, ISSN 1517-9230. 1. Energia elétrica. 2. Dimensionamento. 3. Condutores. I. Título. 681.3 Profa. Sandra Miessa Reitora Profa. Dra. Marilia Ancona Lopez Vice-Reitora de Graduação Profa. Dra. Marina Ancona Lopez Soligo Vice-Reitora de Pós-Graduação e Pesquisa Profa. Dra. Claudia Meucci Andreatini Vice-Reitora de Administração e Finanças Prof. Dr. Paschoal Laercio Armonia Vice-Reitor de Extensão Prof. Fábio Romeu de Carvalho Vice-Reitor de Planejamento Profa. Melânia Dalla Torre Vice-Reitora das Unidades Universitárias Profa. Silvia Gomes Miessa Vice-Reitora de Recursos Humanos e de Pessoal Profa. Laura Ancona Lee Vice-Reitora de Relações Internacionais Prof. Marcus Vinícius Mathias Vice-Reitor de Assuntos da Comunidade Universitária UNIP EaD Profa. Elisabete Brihy Profa. M. Isabel Cristina Satie Yoshida Tonetto Prof. M. Ivan Daliberto Frugoli Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar Material Didático Comissão editorial: Profa. Dra. Christiane Mazur Doi Profa. Dra. Ronilda Ribeiro Apoio: Profa. Cláudia Regina Baptista Profa. M. Deise Alcantara Carreiro Profa. Ana Paula Tôrres de Novaes Menezes Projeto gráfico: Revisão: Prof. Alexandre Ponzetto Bruna Del Valle Vitor Andrade Sumário Instalações Prediais Elétricas APRESENTAÇÃO ......................................................................................................................................................7 INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................................................9 Unidade I 1 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE ENERGIA ELÉTRICA .............................................................................. 13 1.1 Produção de energia elétrica ........................................................................................................... 13 1.2 Conceitos fundamentais ................................................................................................................... 18 1.3 Circuitos elétricos ................................................................................................................................. 20 1.4 Transmissão e distribuição de energia elétrica ......................................................................... 24 2 PROJETO EXECUTIVO DA EDIFICAÇÃO ..................................................................................................... 26 2.1 Concepção funcional de um projeto de instalação elétrica ............................................... 28 2.2 Divisão da instalação em circuitos elétricos ............................................................................. 31 3 ESQUEMAS DE REPRESENTAÇÃO DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS ..................................................... 40 3.1 Esquema multifilar e esquema unifilar ....................................................................................... 42 3.2 Esquema unifilar na planta da edificação .................................................................................. 49 3.3 Instalação de lâmpadas com interruptores paralelos ........................................................... 52 3.4 Instalação de lâmpadas com interruptores intermediários ................................................ 53 4 DISTRIBUIÇÃO DOS ELETRODUTOS .......................................................................................................... 59 Unidade II 5 DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES E DE ELETRODUTOS ........................................................ 72 5.1 Dimensionamento de condutores elétricos ............................................................................... 73 5.2 Dimensionamento de eletrodutos ................................................................................................. 79 6 PROTEÇÃO DOS CIRCUITOS TERMINAIS E DISPOSITIVOS DE SECCIONAMENTO AUTOMÁTICO E MANUAL ................................................................................................................................. 83 7 ENTRADA DE SERVIÇO, MEDIÇÃO DE CONSUMO, CIRCUITOS DE DISTRIBUIÇÃO E PROTEÇÃO, SECCIONAMENTO E ATERRAMENTO ................................................................................ 96 7.1 Potência instalada, fator de demanda e demanda ................................................................. 98 7.2 Ramal de entrada, caixas de medição, de dispositivos de proteção e de seccionamento e circuitos de distribuição ............................................................................103 7.3 Aterramento, equipotencialização, condutores de proteção e barramento de equipotencialização principal .........................................................................................................105 8 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA)...............................106 8.1 Formação das descargas atmosféricas ......................................................................................106 8.2 Métodos de proteção contra as descargas atmosféricas ...................................................108 7 APRESENTAÇÃO O objetivo desta disciplina é contribuir para que o estudante de Engenharia Civil desenvolva seus conhecimentos e sua capacidade de elaborar e orientar projetos, além de dirigir e fiscalizar a execução de instalações elétricas nas edificações mais usuais. Algumas das características fundamentais de uma instalação predial elétrica são: • a adequada iluminação para as atividades exercidas em cada ambiente de uma edificação, residencial, comercial ou de prestação de serviços; • a correta escolha dos pontos de tomadas de força disponíveis em locais de fácil acesso, onde aparelhos podem ser utilizados ao mesmo tempo, sem um interferir no funcionamento do outro; • a apropriada instalação de chuveiros ou de aquecedores elétricos para o fornecimento de água em temperatura adequada ao uso. Instalações elétricas industriais ou instalações de grande porte para finalidades comerciais, para a prestação de serviços ou para condomínios de múltiplas residências devem ser elaboradas e executadas sob a direção de um engenheiro eletricista, que é o profissional especialista habilitado para isso, não fazendo, portanto, parte do escopo desta disciplina. Por ser o profissional que sempre deve fazer parte do processo de edificação, de quaisquer tipos ou portes, cabe ao engenheiro civil reconhecer as situações em que a colaboração do especialista é indispensável. Nessescômodos sejam ligadas a um mesmo circuito, desde que respeitados os limites de potência de 1.200 W, para tensão de 127 V, ou de 2.500 W para tensão de 220 V em cada circuito. Do quadro de distribuição devem sair duas fases, uma para cada circuito, e cada uma de um disjuntor, já que a tensão elétrica será de 127 V. A Fase 1, para iluminação, é ligada ao interruptor, do qual sai o Retorno, que é ligado ao soquete da lâmpada. Da lâmpada, sai o Neutro 1, que completa a ligação com o quadro de distribuição, que, em resumo, está ligado aos polos de uma estação geradora de energia. De forma similar, para o circuito de força, a Fase 2 é ligada a um dos bornes da tomada, preferencialmente o da direita. Do borne central deve sair o terra, condutor de proteção, e do borne da esquerda o neutro, que completa a ligação com o quadro de distribuição. Empregando o esquema unifilar, esses dois circuitos, que podem passar pelos mesmos eletrodutos, são representados pela figura 25, cuja leitura é bem mais simples do que a do esquema multifilar, mesmo para uma instalação tão simples como essa em estudo. Os símbolos usados na figura são identificados no Anexo deste livro-texto. QD -1- -1- -2- -2- -2- Figura 25 – Esquema unifilar para uma lâmpada e uma tomada de 127 V Observando as figuras anteriores, podemos verificar que pelo eletroduto unindo o quadro de distribuição e a caixa de passagem do teto devem passar as duas fases, 1 e 2, os dois neutros e o fio terra. 46 Unidade I Pelo eletroduto que liga a caixa de passagem do teto à caixa para o interruptor na parede devem passar a fase 1 e o retorno, para iluminação, bem como a fase 2, o neutro 2 e o terra, para a tomada. Pelo eletroduto que liga a caixa ao interruptor e a caixa à tomada, devem prosseguir apenas a fase 2, o neutro 2 e o terra. Exemplo de aplicação Observe o esquema unifilar representado na figura 25, que se destina à instalação de uma lâmpada no teto, com comando por um interruptor simples e uma tomada de uso geral (TUG) na parede, ambos sob tensão de 127 V, e avalie as afirmativas a seguir. I – De todos os fios que chegam e saem da caixa de passagem no teto, apenas a fase 1 e o retorno serão ligados ao soquete da lâmpada. II – Três condutores passarão direto pela caixa onde será instalado o comando de acender ou apagar a luz e outros dois serão conectados aos terminais do interruptor. III – Todos os condutores destinados à tomada passam direto pelas caixas de passagem onde serão instalados o interruptor e a lâmpada. É correto o que se afirma: A) Em I, II e III. B) Apenas em I e II. C) Apenas em I e III. D) Apenas em II e III. E) Apenas em II. Resolução A afirmativa I é incorreta. Na caixa de passagem do teto, por um lado, chegam cinco fios do quadro de distribuição e, por outro lado, saem cinco fios que vão para a caixa do interruptor que comanda a lâmpada. Observe que o neutro correspondente à fase 1, que vem do quadro de distribuição, não prossegue na linha que vai para o interruptor, pois ele deve ser conectado a um dos terminais do soquete da lâmpada, como mostram tanto a figura 24 quanto a figura 17. 47 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Por outro lado, na linha que liga essa caixa à caixa do interruptor, há um retorno, indicando que ele deve ligar o outro terminal do soquete da lâmpada a um dos terminais do interruptor. Essa ligação também pode ser observada nas figuras 24 e 17. Já o condutor da fase 1 chega a essa caixa e prossegue até o interruptor, indicando que ele deve ser conectado ao outro terminal desse dispositivo de comando, o que pode ser confirmado também nas figuras 24 e 17. Então, de todos os fios que chegam e saem da caixa de passagem no teto, apenas o retorno e o neutro 1 são ligados aos terminais do soquete da lâmpada. A afirmativa II é correta, pois, dos cinco condutores que chegam a um dos lados da caixa onde será instalado o comando de acender ou apagar a luz, apenas três prosseguem do outro lado, indicando que dois deles, a fase 1 e o retorno, serão conectados aos terminais do interruptor. A afirmativa III é correta. Os três condutores destinados à tomada (fase 2, neutro 2 e terra) estão indicados em todas as linhas, desde o quadro de distribuição até a tomada, mostrando que eles devem passar direto pelas caixas de passagem onde serão instalados o interruptor e a lâmpada. Portanto, a alternativa certa é a D. Considerando os valores máximos de potência recomendados para cada circuito elétrico, o circuito para uma lâmpada de um cômodo pode servir para diversas outras lâmpadas, inclusive de diferentes cômodos e com dispositivos de comando independentes. Este conceito também se aplica à tomada de uso geral (TUG), cuja potência disponível mínima, recomendada pela norma, é de 100 W, ou seja, um único circuito pode servir a diversas tomadas de uso geral. Nesses casos, é importante observar os possíveis usos previstos para cada tomada. Uma tomada na qual é provável a eventual ligação de um aquecedor de ambiente portátil com potência requerida de 1.600 W não deve ser ligada no mesmo circuito que contém outras tomadas cuja utilização possa ser simultânea, como para aparelhos de TV, aparelhos de som, sanduicheiras e computadores, entre outros. Para que seja possível a ligação de diversos pontos de utilização em um mesmo circuito, é necessário que as caixas de passagem no teto, onde serão instaladas as lâmpadas ou as caixas de passagem nas paredes onde serão instaladas a tomadas também sejam interligadas por eletrodutos, como vemos na figura a seguir. 48 Unidade I Figura 26 – Perspectiva de eletrodutos interligando caixas de passagem de diferentes cômodos A figura 27 representa um esquema multifilar para a instalação de circuitos elétricos em dois cômodos, contendo uma lâmpada e duas tomadas de uso geral em cada cômodo. O circuito 1 corresponde às lâmpadas dos dois cômodos e o circuito 2 corresponde às tomadas de uso geral, também dos dois cômodos. Fase 2 Fase 1 Disjuntores Ponto de luz Ponto de luz Terra QD T F F N RetornoRetorno Interruptor simples Interruptor simples TUG TUG Neutro 1 Neutro 2 Figura 27 – Esquema multifilar para lâmpadas e tomadas de 127 V situadas em dois cômodos 49 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS De acordo com esse esquema, os dois interruptores serão conectados à fase 1 e à sua respectiva lâmpada, permitindo o funcionamento independente de cada cômodo. É possível ainda ligar mais lâmpadas, de outros ambientes, cuja quantidade é limitada apenas à soma das suas potências. As tomadas dos dois cômodos serão conectadas na fase 2, no neutro 2 e no terra. Da mesma forma, ainda é possível conectar mais tomadas de outros ambientes neste circuito, cuja quantidade é limitada apenas à soma das suas potências. O circuito das tomadas que percorre as caixas de passagem do teto pode seguir para seus pontos de utilização, através da caixa do interruptor, ou pode seguir diretamente para uma das tomadas, como mostra o esquema unifilar da instalação, representado pela figura a seguir. QD -1- -1- -1- -1- -2- -2- -2- -2- -2- -2- -2- Figura 28 – Esquema unifilar para lâmpadas e tomadas de 127 V situadas em dois cômodos 3.2 Esquema unifilar na planta da edificação Ao contrário do esquema multifilar, o esquema unifilar pode ser traçado na própria planta da edificação, facilitando a locação aproximada de todos os pontos de utilização, bem como o traçado do percurso de cada circuito, desde o quadro de distribuição, através dos eletrodutos e das caixas de passagem. A elaboração, a compreensão e a interpretação desses desenhos são bem simples, requerendo apenas que os profissionais estejam familiarizados com os quatro símbolos básicos, já ilustrados na figura 20, que representam os condutores fase, neutro, retorno e terra. O esquema unifilar apresentado na figura 28 aplicado diretamente na planta da edificação, destinado à instalação de circuitos elétricos para dois cômodos, em que cada cômodocontém uma lâmpada e duas tomadas de uso geral, é representado pela figura a seguir. 50 Unidade I Figura 29 – Esquema unifilar na planta da edificação para lâmpadas e tomadas de 127 V situadas em dois cômodos Observando a figura 29, com apoio da perspectiva apresentada na figura 26, verificamos que os condutores que alimentam as tomadas do cômodo à esquerda passam pela caixa do interruptor (S). Já os condutores para as tomadas do cômodo à direita seguem diretamente da caixa de passagem no teto para uma das tomadas. A definição do percurso de cada circuito é atribuição do projetista, que pode fazer escolhas conforme as conveniências de cada caso, buscando caminhos mais diretos para a fiação e visando sobretudo não sobrecarregar os eletrodutos. É permitido, inclusive, separar os percursos, passando os circuitos da iluminação pelo teto e os circuitos das tomadas pelo piso. Em prédios com diversos andares, com os eletrodutos embutidos nas lajes, essa divisão pode representar economia, reduzindo as extensões dos eletrodutos e dos condutores. É necessário, no entanto, prever com extrema cautela eventuais operações de manutenção. Em edificações cujo andar térreo tenha o piso executado diretamente sobre o terreno, os riscos de danificar tais instalações em caso de reformas é bem mais elevado. O dimensionamento dos eletrodutos, isto é, a definição dos diâmetros adequados para cada segmento, também se torna mais fácil com essa visão clara e imediata da quantidade de condutores que devem ser passados nos segmentos. Ao observar a figura 29, constatamos que, no primeiro segmento de eletroduto, que vai do quadro de distribuição até a primeira caixa de passagem no teto, passam cinco condutores, sendo duas fases, 51 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS dois neutros e um terra. Esses mesmos cinco condutores devem prosseguir pelo eletroduto que liga a primeira caixa e a segunda caixa de passagem no teto. No cômodo à esquerda, o eletroduto que liga a caixa de passagem no teto e o interruptor também contém cinco condutores, mas um deles é o retorno da fase 1, e não o seu neutro. Pelos eletrodutos seguintes, que ligam o interruptor às tomadas, passam apenas os três condutores do circuito 2, uma fase, um neutro e um terra. No cômodo à direita saem dois eletrodutos da caixa de passagem no teto. Um deles segue até o interruptor, contendo apenas a fase 1 e o retorno para a lâmpada. O outro eletroduto segue para uma das caixas de tomada e desta para a outra, contendo a fase 2, seu neutro e o terra. Acentua-se que a fase 1, destinada à iluminação, é sempre ligada a um dos terminais de interruptor, vindo do quadro de distribuição e passando pelas duas caixas de passagem no teto de ambos os cômodos. Já o condutor neutro correspondente à fase 1, vindo também do quadro de distribuição, passa pela caixa de passagem no teto do primeiro cômodo e termina na caixa de passagem no teto do segundo cômodo, pois ele deve ser ligado apenas a um dos terminais de cada soquete de lâmpada. O condutor de retorno, por sua vez, completa o circuito, ligando um dos terminais do soquete de lâmpada ao outro terminal do respectivo interruptor, que comanda o fechamento ou a abertura desse circuito. Com relação à fase 2, ao seu neutro e ao terra, todos os três condutores vêm do quadro de distribuição, passam por caixas de passagem no teto e nas paredes e devem ser ligados um em cada borne de cada tomada. Pelo eletroduto que liga a primeira caixa e o interruptor do primeiro do cômodo também devem passar cinco condutores, muito embora um deles seja um retorno, e não uma fase. Pelos segmentos seguintes, do interruptor até as tomadas, passam apenas três eletrodutos, uma fase, um neutro e um terra. Lembrete Os circuitos destinados à iluminação devem ser separados dos circuitos para tomadas de força, muito embora ambos possam alimentar diversos pontos de utilização, desde que respeitados os limites de potência total requerida por tais pontos (1.200 W para a tensão elétrica de 127 V ou de 2.500 W para a tensão de 220 V). 52 Unidade I 3.3 Instalação de lâmpadas com interruptores paralelos Há situações em que é necessário que as lâmpadas possam ser acesas ou apagadas em dois interruptores situados em locais distintos, como no caso da escada, da sala e da cozinha, representadas na figura a seguir. Figura 30 – Planta funcional da edificação, com lâmpadas comandadas por dois interruptores Para situações assim, devemos empregar interruptores paralelos, que mudam o estado do circuito de aberto para fechado, ou seja, de luz apagada para luz acesa e vice-versa com o acionamento de qualquer um deles. Observando a figura 31, que representa esquematicamente a ligação entre dois interruptores paralelos (S3W), fica fácil visualizar essas operações. Os dois interruptores são ligados por dois condutores paralelos. No desenho à esquerda, o circuito está aberto, ou seja, sem passagem de corrente. Ao acionar o primeiro ou o segundo interruptor, o circuito se fecha, a corrente pode passar e a luz acende. A seguir, acionando esse mesmo ou o outro interruptor, o circuito se abre, a corrente é interrompida e a luz apaga. Circuito aberto Circuito fechado Figura 31 – Desenhos esquemáticos de ligação com interruptores paralelos (S3W) Os interruptores paralelos, também denominados three way (S3W), têm três terminais para a conexão dos condutores. O condutor fase deve ser conectado no terminal central do primeiro interruptor. Dois condutores de retorno devem ser conectados nos terminais laterais e ligados aos terminais laterais do segundo interruptor. Assim, no terminal central do segundo interruptor deve ser conectado o condutor de retorno, que será ligado a um dos terminais do soquete da lâmpada. O esquema multifilar desse tipo de circuito elétrico é representado na figura 32. 53 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Fase Ponto de luz Retorno Retorno Retorno Interruptor paralelo Interruptor paralelo Neutro Figura 32 – Esquema multifilar para lâmpada de 127 V, com interruptores paralelos O esquema unifilar desse circuito, com todos os condutores que percorrem a caixa de passagem do teto vindos do quadro de distribuição ou ligando os interruptores e a lâmpada, é representado pela figura 33. QD Figura 33 – Esquema unifilar para lâmpada de 127 V com interruptores paralelos Observando esse esquema nota-se que do quadro de distribuição para a caixa de passagem no teto vêm os condutores de fase e neutro, habituais para lâmpadas de 127 V. O condutor neutro não continua por outras linhas porque ele é ligado a um dos terminais do soquete da lâmpada. O condutor de fase, no entanto, apenas passa e segue até o primeiro interruptor paralelo (S3W). Deste interruptor saem dois condutores de retorno, que passam pela caixa de passagem no teto e seguem até o outro interruptor (S3W). Do segundo interruptor sai outro retorno, que é ligado ao outro terminal do soquete da lâmpada, completando o circuito. 3.4 Instalação de lâmpadas com interruptores intermediários Há ainda situações em que, por necessidade ou para maior conforto dos usuários, as lâmpadas devem ter a possibilidade de serem acesas ou apagadas em diversos interruptores situados em locais distintos. Nesses casos, é preciso utilizar interruptores intermediários (S4W), sempre instalados entre dois interruptores paralelos (S3W). 54 Unidade I Entre tais situações temos as escadas de edificações com vários andares, os corredores extensos ou as salas com diversos acessos, como vemos na figura a seguir. Figura 34 – Planta funcional de sala com lâmpadas comandadas por diversos interruptores Os interruptores intermediários, denominados four way (S4W), permitem duas posições, que podem alterar o estado do circuito de aberto para fechado, ou seja, de luz apagada para luz acesa e vice-versa com o acionamento de qualquer um dos interruptores do circuito. Essas mudanças de posição são esquematicamente representadas na figura 35. Circuitoaberto Circuito fechado Figura 35 – Desenhos esquemáticos de ligação com interruptores intermediários Nesses circuitos, o primeiro interruptor e o último devem ser interruptores paralelos (S3W). No primeiro é ligada a fase, que vem do quadro de distribuição, onde no último é ligado o retorno que seguirá para as lâmpadas. Entre eles, podem ser conectados tantos interruptores intermediários (S4W) quantos forem necessários para atender a todos os pontos de comando requeridos. O esquema multifilar para a instalação da sala representado na figura 35, com duas lâmpadas comandadas por interruptores situados em quatro pontos distintos, é mostrado na figura 36. 55 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Fase Ponto de luz Ponto de luz Retorno Retorno Retorno Retorno Retorno Retorno Retorno Interruptores intermediários Interruptor paralelo Interruptor paralelo Neutro Neutro Figura 36 – Esquema multifilar para 2 lâmpadas de 127 V comandadas em interruptores distintos O condutor fase vindo do quadro de distribuição deve ser conectado ao borne central de um interruptor paralelo. De cada um dos seus bornes laterais deve sair um condutor de retorno, que deve ser conectado a um dos bornes de um dos interruptores intermediários. Dele, saem dois retornos para o próximo interruptor intermediário e assim sucessivamente, até os bornes laterais do outro interruptor paralelo. Do borne central do segundo interruptor paralelo sai outro condutor de retorno, que será ligado a cada um dos soquetes das lâmpadas. O outro soquete de cada lâmpada deve ser ligado ao condutor neutro, que vem do quadro de distribuição, completando o circuito. O percurso de todos esses condutores em direção às lâmpadas e aos comandos, no interior dos eletrodutos, pode ser representado com o esquema unifilar traçado na planta da edificação, mostrado na figura 37. Figura 37 – Esquema unifilar na planta da edificação para duas lâmpadas e tomadas de 127 V com comandos em interruptores intermediários 56 Unidade I O traçado e a leitura do esquema unifilar de um circuito devem ser feitos com ordem e cuidado, a partir dos condutores que vêm do quadro de distribuição. No caso, uma fase e um neutro chegam à primeira caixa de passagem no teto. O condutor fase passa direto por essa caixa e prossegue até o primeiro interruptor paralelo (S3W), situado próximo à porta de entrada da sala. O neutro prossegue até a segunda caixa no teto, sendo ligado a um dos terminais dos soquetes de cada lâmpada. Do primeiro interruptor paralelo (S3W) saem dois retornos, que passam pela caixa no teto e seguem até o primeiro interruptor intermediário (S4W). Desse interruptor saem outros dois retornos, que percorrem a primeira caixa de passagem no teto e seguem até o segundo interruptor intermediário (S4W). Do segundo interruptor intermediário saem outros dois retornos, que são encaminhados para o teto, percorrem as duas caixas de passagem e seguem até o quarto e o último ponto de comando, que deve ser um interruptor paralelo (S3W). Do borne central desse último interruptor sai um condutor retorno, que será conectado aos soquetes das lâmpadas, completando o circuito. Exemplo de aplicação (Enade 2011) Em uma situação hipotética de implantação de uma obra de construção civil, foram solicitadas a um engenheiro júnior, pelo gerente do empreendimento, várias tarefas, destacando-se as relacionadas com as instalações elétricas. Como primeira tarefa, o gerente do empreendimento solicitou que o engenheiro fizesse a distribuição elétrica da iluminação de uma das salas do escritório da obra, que tem tubulações secas (eletrodutos e caixas sem fiação) já distribuídas e que não poderão sofrer alteração alguma ou acréscimo. O circuito é único e monofásico. Considerando essas informações e a simbologia da norma ABNT NBR 5410, qual dos esquemas a seguir seria correto o engenheiro apresentar para o gerente como a solução para a instalação solicitada? A) 57 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS B) C) D) E) 58 Unidade I Resolução Do ponto de vista funcional, trata-se da instalação de uma lâmpada que poderá ser comandada, ou seja, acendida ou apagada, em três interruptores distintos, correspondentes aos três acessos à sala. Serão necessários, portanto, os usos de um interruptor intermediário e de dois interruptores paralelos. Sendo um circuito único e monofásico, como indicado no enunciado, devem sair do quadro de distribuição para a caixa de passagem no teto apenas um condutor fase e um neutro. O esquema unifilar apresentado na alternativa D já pode ser descartado, pois contém um retorno nesse primeiro eletroduto. O condutor fase deve percorrer a caixa de passagem no teto e ser conectado apenas ao borne central de um dos interruptores paralelos, o que não elimina nenhuma das outras alternativas, já que todas contemplam essa condição. O condutor neutro deve ser conectado apenas a um dos soquetes da lâmpada, sem prosseguir por outros eletrodutos. Desse modo, a alternativa A pode ser descartada, já que contém retornos seguindo para os interruptores. O primeiro interruptor paralelo deve ser conectado ao interruptor intermediário por dois condutores retorno, o que permite descartar a alternativa C, pois, do interruptor onde chega a fase sai apenas um condutor retorno. O interruptor intermediário deve ser conectado ao outro interruptor paralelo por dois condutores retorno. Logo, no eletroduto que liga esse interruptor intermediário e a caixa de passagem no teto, devem passar quatro retornos, dois vindos do primeiro interruptor paralelo e outros dois seguindo para o outro interruptor paralelo. Logo, a alternativa B pode ser descartada, já que contém apenas dois retornos no referido eletroduto. Resta, portanto, verificar se o esquema unifilar apresentado na alternativa E está correto até o final. O segundo interruptor paralelo é conectado aos dois retornos que vêm do interruptor intermediário e do seu borne central sai um retorno, que deve ser conectado ao soquete da lâmpada, fechando o circuito. Logo, o eletroduto que liga esse interruptor e a caixa de passagem no teto deve conter três condutores retorno, como mostra o esquema unifilar da alternativa E. Portanto, a alternativa correta é a E. 59 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS 4 DISTRIBUIÇÃO DOS ELETRODUTOS A distribuição dos eletrodutos que fazem as ligações entre o quadro de distribuição e as caixas de passagem nas quais serão instalados os pontos de utilização de luz e força é uma tarefa de tal importância que pode definir tanto a qualidade de um projeto de instalações prediais elétricas quanto a própria qualidade do projetista. Por essa rede de eletrodutos e de caixas de passagem, também conhecida como tubulação seca, serão passados os condutores de todos os circuitos que alimentam os pontos de utilização. Uma rede bem traçada permitirá percursos mais diretos e mais curtos para os condutores do quadro de distribuição até cada ponto, o que significa economia no comprimento de fios e maior eficiência do circuito, com a redução da resistência devido à própria redução da extensão dos condutores elétricos. A partir da planta elétrica funcional, que deve conter todos os pontos de utilização (lâmpadas e seus respectivos pontos de comando, tomadas ou circuitos específicos), em geral elaborada pelo autor do projeto arquitetônico, como a apresentada na figura 15, é possível imaginar o melhor percurso para os condutores de cada circuito, previamente definido em função da soma de sua potência requerida. O traçado de uma boa rede de eletrodutos começa com a definição do local mais adequado para a instalação do quadro de distribuição, de onde sairão os condutores dos circuitos terminais para todos os pontos de utilização do imóvel, ilustrado na figura 38. Fase Disjuntores Terra T F F N Neutro Figura 38 – Quadro de distribuição, onde a energia chega e é distribuída para os circuitos 60 Unidade I É também nesse quadro que chegarãoos condutores de alimentação e de proteção, fases, neutro e terra, vindos do quadro de medição, situado logo após o ponto de entrada de energia elétrica na edificação. Em edifícios com diversos andares é interessante que o quadro de cada andar, ou unidade autônoma, fique próximo do shaft (o duto vertical por onde passa a prumada de energia elétrica) e, ao mesmo tempo, em um ponto razoavelmente central do andar, ou da unidade, visando à distribuição equilibrada das cargas. O quadro de distribuição deve ficar em local de fácil acesso, mas com segurança em relação às pessoas que não têm a devida capacitação técnica e, sobretudo, às crianças. É prática usual instalar o quadro atrás de portas que tendem a permanecer abertas durante o uso cotidiano, como as de cozinha e de área de serviço, ou em locais de fácil circulação, onde possam ser cobertos por quadros decorativos, por exemplo. Após a definição do local do quadro de distribuição, o passo seguinte é o traçado da tubulação seca, isto é, da rede de eletrodutos que liga esse quadro à caixa de passagem no teto mais próxima e a todas as demais, de forma que todas as caixas disponham de pelo menos uma via de acesso ao quadro. A figura 39 mostra a posição definida para o quadro de distribuição e os eletrodutos que fazem a sua ligação com as caixas para os pontos de iluminação no teto e nas paredes do apartamento já em estudo, cujas plantas de ocupação e elétrica funcional foram apresentadas nas figuras 14 e 15. Figura 39 – Planta com eletrodutos interligando o quadro de distribuição e os pontos de luz 61 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS É importante lembrar que os circuitos para lâmpadas e para tomadas, apesar de separados, devem ser passados preferencialmente pelas caixas de teto, e para completar o traçado dos melhores percursos para os condutores é conveniente estudarmos um circuito de cada vez, em escala maior. Para a área íntima desse apartamento, constituída pelos dormitórios e pelos banheiros, já foram definidos, em exemplo de aplicação anterior, 10 circuitos, a seguir relacionados: • Dois circuitos para chuveiro. • Dois circuitos para possível instalação de ar-condicionado tipo split. • Dois circuitos com tomadas para aquecedor de ambiente. • Dois circuitos para as tomadas dos banheiros. • Um circuito para iluminação dos dormitórios e dos banheiros. • Um circuito para as tomadas dos dormitórios. Lembrete Para circuitos que ocupam o mesmo eletroduto, basta um condutor de proteção, ou terra, que deve ter o diâmetro requerido pelo circuito de potência mais elevada. Os dois circuitos para chuveiros elétricos, um para cada banheiro, que serão representados por -1- e -2-, devem ter o percurso mais direto e mais curto possível, por serem de 220 V, com dois condutores fase e um neutro, para elevada potência. Observando a figura 39, com a representação em planta da rede pré-traçada de eletrodutos, verificamos que é conveniente acrescentar quatro segmentos de eletrodutos com o objetivo de interligar as caixas para as lâmpadas de teto dos dois banheiros e o quadro de distribuição. Logo, a nova rede de eletrodutos, já com os esquemas unifilares dos condutores dos circuitos -1- e -2-, passa a ser representada pela figura 40. 62 Unidade I Figura 40 – Planta com eletrodutos interligando o quadro de distribuição e os esquemas unifilares para os circuitos dos chuveiros Os dois circuitos para os dois aparelhos de ar-condicionado tipo split, um para cada dormitório, representados por -3- e -4-, cujas potência também são elevadas, seja sob tensão elétrica de 127 V ou de 220 V, devem seguir o mesmo critério dos circuitos para chuveiros, ou seja, um circuito para cada aparelho e o mais direto possível, do quadro de distribuição até o respectivo ponto de instalação. Lembrando que o ponto de tomada deve situar-se próximo ao local onde a unidade evaporadora será instalada, no alto da parede, como a ilustrada na figura 41. É conveniente acrescentarmos eletrodutos que liguem as caixas para tais tomadas diretamente às caixas de passagem no teto que estiverem mais próximas delas. 63 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Figura 41 – Perspectiva com a unidade evaporadora do ar-condicionado, tipo split, a caixa para a tomada e o eletroduto ligando-a à caixa de passagem de teto mais próxima Dessa forma, a rede de eletrodutos, já com os devidos acréscimos e com os esquemas unifilares dos condutores dos circuitos -3- e -4-, passa a ser representada pela figura 42. Figura 42 – Planta com os esquemas unifilares para os circuitos dos aparelhos de ar-condicionado nos eletrodutos a partir do quadro de distribuição 64 Unidade I Com relação aos circuitos -5- e -6-, para uma tomada de 127 V em cada dormitório, cuja potência pode superar 1.200 W (já que é provável a ligação de aparelho portátil aquecedor de ambiente, caso não sejam instalados os aparelhos de ar-condicionado), bem como aos outros dois circuitos, -7- e -8-, um para cada banheiro (onde podem ser ligados secadores de cabelos, cuja potência requerida é cerca de 1.000 W), apesar de não serem circuitos para tomadas de uso exclusivo (TUE), também devem ser considerados circuitos independentes e o mais diretos possível. Observando a planta representada na figura 41, vemos que um bom caminho para os condutores dos circuitos -5- e -6-, uma fase, um neutro e um terra, seria pelo eletroduto que já liga o quadro de distribuição à caixa no teto do hall dos quartos e por novos eletrodutos ligando essa caixa diretamente aos pontos para cada tomada. Para os circuitos -7- e -8-, os condutores fase, neutro e terra podem seguir pelas caixas de teto dos banheiros e pelas caixas para os interruptores das arandelas, representados, em perspectiva, na figura 43. Figura 43 – Elevação com os eletrodutos para arandelas e a tomada de 127 V, do circuito -8- 65 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Os eletrodutos acrescentados e os esquemas unifilares completos para os circuitos -5-, -6-, -7- e -8- estão representados, em planta, na figura 44. Figura 44 – Planta com eletrodutos e esquemas unifilares para os circuitos -5-, -6-, -7- e -8- Neste ponto, é fácil perceber que os desenhos contendo os eletrodutos e os condutores precisam ser elaborados em escala maior, tanto para o traçado quanto para a leitura e a interpretação correta dos circuitos. Para acrescentar os circuitos da iluminação, representados por -9-, já verificamos a falta de espaço para indicação dos condutores fase, neutro e retorno em alguns dos eletrodutos mais carregados, sobretudo naqueles que saem do quadro de distribuição ou naqueles com pequena extensão em planta. Como as plantas com esquema unifilar devem ser claras, precisas e inequívocas, é comum utilizarmos destaques para tais indicações, com notações semelhantes às representadas na figura 45. 66 Unidade I Figura 45 – Planta com eletrodutos e esquemas unifilares para os circuitos -9-, para iluminação Assim, a leitura e a compreensão dos circuitos ficam mais fáceis. O condutor fase, que servirá a todos os pontos de iluminação, já que a soma de suas potências é inferior a 1.200 W, sai do quadro de distribuição e segue pelo eletroduto que o liga à caixa de passagem no teto do hall dos quartos. Dessa caixa, saem derivações que passam pelas caixas de cada ponto de iluminação e prosseguem até seus respectivos interruptores. De cada interruptor sai o retorno que será conectado a um dos terminais do soquete para lâmpada, seguindo pelo mesmo eletroduto em que veio a fase. O neutro, que é ligado ao outro terminal do soquete para lâmpada, segue o mesmo caminho e tem as mesmas derivações da fase -9-, desde o quadro de distribuição até cada ponto de iluminação. Na suíte, que conta com interruptores paralelos (S3W), a fase passa pela caixa destinada ao ponto de iluminação e segue até o interruptor próximo à porta de entrada do quarto. Desse interruptor, saem os dois retornos, que serão conectados ao outro interruptor paralelo(S3W), percorrendo também a caixa de passagem no teto. Do borne central do segundo interruptor (S3W) sai o retorno que será conectado a um dos terminais do soquete para a lâmpada. 67 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Nessa área do apartamento falta ainda traçar o circuito -10-, que servirá a todas as demais tomadas de uso geral (TUG). Os condutores fase e neutro podem seguir do quadro de distribuição para a caixa de passagem no teto do hall dos quartos e daí para a caixa da tomada próxima à entrada do quarto menor, pelos eletrodutos onde já estão passando os condutores do circuito -5-, fase, neutro e terra. A partir dessa caixa, a fase, o neutro e uma derivação do terra podem seguir por eletrodutos embutidos nas paredes para todas as outras caixas e para tomadas de uso geral (TUG) dos dois dormitórios, representados na figura 46, com seu respectivo esquema unifilar. Figura 46 – Planta com eletrodutos e esquemas unifilares para o circuito -10- para tomadas É importante notar que, por se tratar de prédio com diversos andares cujos pisos e tetos são lajes, os circuitos para as tomadas baixas, tanto de uso geral (TUG) quanto de uso exclusivo (TUE), também poderiam ser passados em eletrodutos embutidos nas lajes de piso e nas paredes, como vemos, em perspectiva, na figura 47. 68 Unidade I Figura 47 – Eletrodutos na laje de piso e nas paredes, para os circuitos de tomadas baixas O traçado dos eletrodutos para as demais áreas do imóvel residencial como este, para instalações comerciais ou para locais de prestação de serviços deve seguir basicamente os mesmos princípios e critérios apresentados. O dimensionamento dos eletrodutos, ou seja, a definição do diâmetro e da área da sua seção transversal, depende da definição da quantidade de condutores que passará em cada segmento de eletroduto e, também, da determinação do diâmetro de cada condutor. Vale destacar que esse assunto será estudado posteriormente. 69 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Resumo Nesta unidade, foram expostos alguns dos conceitos básicos que todo engenheiro civil deve conhecer a respeito da energia elétrica. Iniciamos com um sucinto resumo histórico das descobertas na área e descrevemos as principais etapas da evolução dos conhecimentos científicos até chegarmos ao domínio completo da tecnologia para o aproveitamento dessa energia. Abordamos as principais formas de produção de energia elétrica, incluindo as desenvolvidas em décadas mais recentes, que utilizam recursos naturais renováveis e processos considerados limpos, bem como a evolução de sua participação na composição da matriz de produção, tanto no Brasil quanto no mundo. Fizemos uma revisão de conceitos fundamentais, como tensão elétrica, corrente elétrica, resistência e potência, indispensáveis para a concepção e o dimensionamento e para a própria compreensão de circuitos elétricos. A seguir, elaboramos um resumo relativo à transmissão e à distribuição da energia elétrica produzida, com as devidas transformações, primeiro para alta tensão, adequada à transmissão, e depois para a baixa tensão, que é a utilizada nas instalações prediais. A partir desses conhecimentos básicos, iniciamos a exposição sobre o processo de elaboração de um projeto de instalações prediais elétricas, desde a sua concepção, feita com base no ponto de vista do usuário da edificação, em geral estabelecido no projeto arquitetônico. Em seguida, apresentamos a definição dos circuitos elétricos necessários, em função da potência requerida nos pontos de utilização, os tipos de condutores (fase, neutro, retorno e terra) a serem utilizados, os caminhos que eles devem percorrer dentro de eletrodutos e caixas de passagem e suas representações por meio de esquemas multifilares e unifilares. Sempre que necessário, as exigências, as prescrições, as recomendações e as especificações da Norma ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008), que regulamenta instalações elétricas de baixa tensão, foram citadas nos contextos de suas aplicações. Além disso, fizemos exemplos de aplicação a fim de concretizar os temas desenvolvidos na unidade. 70 Unidade I Exercícios Questão 1. Observe a ducha elétrica mostrada na figura a seguir. Figura 48 – Ducha elétrica que opera com potência de 5.500 W e tensão de 220 V Assinale a alternativa que mostra a intensidade corrente elétrica, em amperes (A), que circula no chuveiro quando ele está ligado. A) 12,5. B) 25,0. C) 55,0. D) 5,5. E) 2,2. Resposta correta: alternativa B. Análise da questão Se substituirmos os valores fornecidos no enunciado (potência de 5.500 watts e tensão de 220 volts) na equação que relaciona potência P, tensão V e intensidade de corrente I, teremos os cálculos mostrados a seguir. P VxI 5.500 220xI 5.500 I I 25A 220 = = = → = Logo, a intensidade da corrente elétrica relativa a um chuveiro de 5.500 W em 220 V é igual a 25 A. 71 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Questão 2. Imagine que tenhamos dois resistores, de resistências R1 = 5Ω e R2 = 7Ω, associados em paralelo, conforme mostrado na figura a seguir. R1 R2 Figura 49 – Associação de resistores de resistências R1 e R2, em paralelo Podemos trocar os dois resistores por um único resistor de resistência equivalente Req igual a: A) 12,0 Ω. B) 2,9 Ω. C) 35,0 Ω. D) 5,7 Ω. E) 6,5 Ω. Resposta correta: alternativa B. Análise da questão A resistência equivalente Req da associação em paralelo de dois resistores de resistências R1 e R2 é calculada conforme mostrado a seguir. 1 2 eq 1 2 R .R R R R = + Se fizermos R1 = 5 Ω e R2 = 7 Ω na equação anterior, ficaremos com o que segue. eq eq 5.7 35 R R 2,9 5 7 12 = = → = Ω +casos, ele deverá orientar a elaboração do projeto, para atender às necessidades dos usuários, bem como acompanhar e fiscalizar, sob o mesmo ponto de vista, a correta execução das instalações elétricas. Este livro-texto apresenta os elementos fundamentais das instalações prediais elétricas mais típicas, desde a entrada de energia na edificação até cada ponto de utilização. Para facilitar a compreensão e o aprendizado do aluno de Engenharia Civil, a sequência de apresentação será a mesma empregada na elaboração de projetos, ou seja, da energia necessária em cada ponto de utilização para a energia total requerida pela instalação. Considerado o uso de cada ambiente, o ponto de partida é a definição dos dispositivos necessários para as atividades previstas e as respectivas demandas de carga, prosseguindo com a definição e o dimensionamento dos circuitos, em função da quantidade de energia demandada por eles. O conhecimento básico de todo o processo de fornecimento de energia elétrica é importante para o traçado de circuitos, para o dimensionamento de fios e cabos e para a definição dos dispositivos de comando e de proteção. Assim, também serão expostos os principais conceitos relativos à geração e às formas de transmissão e de distribuição de energia elétrica. 8 A compreensão e o domínio de tais conceitos são fundamentais tanto para o futuro profissional que pretende se dedicar mais à elaboração de projetos civis quanto para aquele que pretende se dedicar principalmente à direção de obras, na execução de edificações novas, nas reformas ou nos retrofits, isto é, atualizações de imóveis antigos, adequando-os para novas utilizações. Nesse contexto, é de extrema importância que a comunicação entre os profissionais envolvidos seja clara e precisa, sem margem para interpretações diversas, de modo que tudo o que foi definido, detalhado e especificado em projeto seja executado com total fidelidade na edificação. A simbologia e as normas empregadas têm, portanto, papel fundamental na elaboração e na compreensão das peças gráficas que compõem o projeto executivo. Este texto emprega como documentação básica para a execução de uma instalação predial elétrica a norma ABNT NBR 5410:2004, Versão Corrigida:2008 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão (ABNT, 2008), que, em seu item 6.1.8, é constituída por: • plantas; • esquemas unifilares e outros, quando aplicáveis; • detalhes de montagem, quando necessários; • memorial descritivo da instalação; • especificação dos componentes (descrição, características nominais e normas que devem atender); • parâmetros de projeto (correntes de curto-circuito, queda de tensão, fatores de demanda considerados, temperatura ambiente etc.). A norma também estabelece que, após a conclusão da instalação, todos esses itens devem ser revisados e atualizados, de forma a corresponder fielmente ao que foi executado, gerando a documentação conhecida por “as built”, que, em português, significa “como construído”. Este documento pode ser realizado pelo projetista, pelo executor ou por outro profissional, devendo ser acordado previamente entre as partes. Para as instalações que não necessitam de equipe permanente para operação, supervisão ou manutenção, como aquelas de unidades residenciais ou de pequenos estabelecimentos comerciais, a norma prescreve que também seja entregue ao usuário um manual redigido em linguagem acessível para leigos e que contenha, no mínimo, os seguintes elementos: • esquema(s) do(s) quadro(s) de distribuição com indicação dos circuitos e respectivas finalidades, incluindo a relação dos pontos alimentados, no caso de circuitos terminais; • potências máximas que podem ser ligadas em cada circuito terminal efetivamente disponível; 9 • potências máximas previstas nos circuitos terminais deixados como reserva, quando for o caso; • recomendação explícita para que os dispositivos de proteção existentes no(s) quadro(s) não sejam trocados por outros tipos com características diferentes. São esses os assuntos que você encontrará neste livro-texto. Boa leitura! INTRODUÇÃO Há pouco mais de um século, as atividades noturnas eram realizadas apenas à luz proporcionada pela combustão de velas, lampiões e tochas ou até por simples fogueiras. Atualmente, é praticamente impossível imaginar a vida sem o uso da energia elétrica. Contudo, desde a descoberta da eletricidade na Grécia Antiga, foram necessários mais de vinte séculos para que o seu domínio e a sua utilização, como modalidade de energia, se tornassem tanto possíveis quanto indispensáveis. Portanto, apesar de tão usual, é possível prever que não se trata de uma tecnologia simples, cuja instalação possa prescindir de profissionais com elevada competência e o devido conhecimento técnico. Os primeiros registros históricos sobre a eletricidade são atribuídos a Tales de Mileto, filósofo grego pré-socrático que viveu por volta do século VI a.C. Ele seria o autor de um experimento que é repetido até hoje, principalmente na iniciação à ciência para crianças. Tales observou que ao esfregar uma gema de âmbar em uma pele de carneiro a pedra passava a atrair palhas ou pequenos fragmentos de madeira. Isso pode ser facilmente verificado, caso alguém ainda não conheça o experimento, com um pente passado pelos cabelos ou com uma régua plástica esfregada na roupa e, a seguir, aproximados de pequenos pedaços de papel. A relevância do âmbar, que é uma gema constituída de uma resina de origem orgânica e que tem aparência de uma pedra semipreciosa, é que a sua denominação na língua grega é elektron, o que deu origem à palavra eletricidade para a denominação desse fenômeno. Tal experimento pode ser bem compreendido à luz do modelo atômico de Rutherford-Bohr, proposto pelo físico e químico Ernest Rutherford no início do século XX e aperfeiçoado por outro cientista, Niels Bohr, cerca de dois anos depois. Esse modelo descreve a constituição de toda a matéria como composições de átomos de diferentes elementos químicos. De acordo com tal modelo, cujo arranjo espacial é ilustrado na figura a seguir, os átomos são constituídos de elétrons (E), partículas com carga elétrica negativa que giram ao redor de um núcleo em órbitas. O núcleo, por sua vez, é composto por partículas com carga elétrica positiva, denominadas prótons (P), e partículas sem carga elétrica, denominadas nêutrons (N). 10 E P N Figura 1 – Modelo atômico de Rutherford-Bohr O átomo de cada elemento químico é caracterizado pela quantidade de prótons existentes no seu núcleo. Em estado de equilíbrio, a quantidade de elétrons presentes nas diversas órbitas é igual à quantidade de prótons no núcleo, fazendo com que as cargas negativas e positivas se neutralizem. Quando o âmbar, o pente ou a régua são esfregados em tecidos ou cabelos, parte dos seus elétrons, situados nas órbitas mais superficiais, são removidos, rompendo o equilíbrio de cargas elétricas em seus átomos. Assim, ao aproximar esse objeto de qualquer outro, tais átomos tentam recuperar seu equilíbrio atraindo elétrons do outro material. Por isso, se o outro material é um pequeno fragmento de palha ou papel, a força da atração pode ser suficiente para unir os objetos, deixando-os grudados uns aos outros. As principais aplicações da eletricidade que dizem respeito diretamente às instalações prediais decorrem diretamente desse movimento de elétrons através da matéria, cujos efeitos foram percebidos por Tales de Mileto, ou seja, do emprego da corrente elétrica através de condutores. As aplicações práticas da energia elétrica são o resultado de um conjunto de descobertas de diversos pesquisadores em diferentes épocas, que posteriormente foram repartidas e organizadas em três áreas, hoje conhecidas como eletrostática, eletrodinâmica e eletromagnetismo. Com relação à corrente elétrica, ligada principalmente à eletrodinâmica, apenas para se ter uma ideia desse contínuo processo de desenvolvimento e evolução, a seguir são resumidamentedestacados os pesquisadores, a época aproximada e as descobertas ou invenções a eles atribuídas. • Benjamin Franklin (1744): constatou a existência da corrente elétrica observando uma pipa exposta aos relâmpagos de uma tempestade. • Alessandro Volta (1796): criou a pilha, um dispositivo capaz de produzir corrente elétrica, recebendo como homenagem o nome da unidade de diferença de potencial, ou tensão (volt). 11 • Hans Christin Oersted (1820): descobriu que a corrente elétrica gera campo magnético. • George Simon Ohm (1827): descobriu a relação matemática entre os valores da corrente elétrica, da tensão e da resistência, denominada primeira lei de Ohm. • Michael Faraday (1831): descobriu a indução eletromagnética. • Hippolyte Pixii (1832): observou a existência de corrente alternada aplicando o princípio da indução eletromagnética. • Alexander Graham Bell (1875): inventou o telefone e criou uma das mais relevantes empresas de pesquisas, os laboratórios Bell, ainda em pleno exercício. Hoje, esse laboratório se chama Nokia Bell Labs, devido às inúmeras fusões e aquisições que ocorreram. • Thomas Edison (1880): inventou a lâmpada incandescente. • George Westinghouse (1886): construiu, com a direção técnica de Nikola Tesla, a primeira linha de transmissão de eletricidade com corrente alternada, popularizando o uso energia elétrica. • Nikola Tesla (1890): desenvolveu o sistema trifásico para a distribuição de energia elétrica. • Albert Einstein (1905): descreveu o efeito fotoelétrico que tornou possível, posteriormente, a geração de energia elétrica com painéis solares. • Kamerlingh Onnes (1911): descobriu os supercondutores, que se tornam fundamentais para o desenvolvimento de toda a tecnologia utilizada atualmente em computadores, telefonia móvel e meios de comunicação e informação em geral. Nesse contexto, não seria exagero afirmar que a vida contemporânea se tornou totalmente fundamentada no uso da energia elétrica, bem como na eficiência da sua produção, transmissão, distribuição e formas de utilização. Assim, conhecimentos básicos relativos a cada uma das etapas do processo de disponibilização da energia elétrica tornam-se indispensáveis à formação do engenheiro civil. Bom estudo! 12 13 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Unidade I 1 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE ENERGIA ELÉTRICA A parcela de conhecimentos específicos que cabe a esta disciplina é a distribuição da energia elétrica dentro de algumas das edificações mais típicas na prática da engenharia civil. O ponto de partida sempre será o final da linha, ou seja, a disponibilização da energia elétrica conforme as necessidades ou as aspirações do cliente, habitualmente definidas no projeto arquitetônico. Muito embora o projeto das instalações elétricas deva ser elaborado por um engenheiro eletricista e a sua execução deva ser feita por profissionais qualificados, cabe ao engenheiro civil orientar e acompanhar todo o processo. Porém, não é incomum que, a partir da análise dos projetos, verifiquemos a necessidade de retificação ou de complementação de algumas definições, de alguns dimensionamentos ou de alguns detalhamentos. Por isso, é importante que o engenheiro civil tenha conhecimento suficiente e, ao mesmo tempo, esteja sempre atento ao ponto de vista do usuário e à à finalidade da edificação. A norma que regulamenta o projeto e a execução das Instalações Prediais Elétricas, objetos desta disciplina, é a ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008) que, atualmente, como diversas outras normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, está em processo de revisão. 1.1 Produção de energia elétrica A energia elétrica pode ser gerada em usinas hidrelétricas, a partir do aproveitamento da energia cinética da água que escoa nos cursos d’água em direção ao oceano. Com relação à sustentabilidade, esse é um dos processos totalmente renováveis e limpos. Toda a energia assim produzida é proveniente do sol, que movimenta continuamente o ciclo hidrológico. A energia solar provoca a evaporação de parte das águas do oceano e dos demais reservatórios superficiais do planeta. Parte do vapor d’água forma nuvens, que são transportadas pelos ventos. A condensação do vapor d’água nas nuvens, devido às alterações das condições de temperatura e de pressão, faz com que essa água precipite sobre a superfície terrestre e realimente as nascentes e os próprios cursos d’água. A energia cinética dessa massa de água em movimento nos cursos d’água retornando em direção ao oceano, que pode girar turbinas semelhantes à ilustrada esquematicamente na figura a seguir, é a energia transformada em energia elétrica nas usinas hidrelétricas. 14 Unidade I Duto Rio Re se rv at ór io Linhas de transmissão Casa de força Turbina Vertedouro Figura 2 – Corte esquemático da casa de força de uma usina hidrelétrica Adaptada de: https://tinyurl.com/4fhstxtz. Acesso em: 12 out. 2023. Outra fonte totalmente renovável e limpa para a produção de energia elétrica, cujo emprego vem crescendo significativamente nos anos recentes, consiste no aproveitamento direto da energia solar captada por painéis fotovoltaicos, ilustrados na figura 3. Figura 3 – Painéis fotovoltaicos Disponível em: https://shre.ink/8Pvg. Acesso em: 2 set. 2023. 15 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Uma importante vantagem desse tipo de produção de energia elétrica é que ela pode ser gerada em escala domiciliar e conectada à rede pública de distribuição. Assim, quando sua produção eventualmente for insuficiente para a sua demanda, devido às condições climáticas, o consumo do domicílio passa a ser complementado pela energia elétrica fornecida pela rede e, quando a produção for superior à demanda, o excedente é fornecido para a rede. Acentua-se que, talvez, a principal vantagem dessa forma de gerar energia elétrica seja a pulverização e o caráter privado desses investimentos, reduzindo a necessidade de enormes investimentos por parte do poder público. Entre as novas formas de geração de energia elétrica a partir de fontes limpas e renováveis, também vem crescendo significativamente, sobretudo no Brasil, o aproveitamento da energia dos ventos, captada por aerogeradores, como os ilustrados nas figuras a seguir. Figura 4 – Aerogeradores de energia elétrica Disponível em: https://shre.ink/8Pvl. Acesso em: 25 jan. 2024. Torre Pás Transformador Nacele (abriga o gerador) Ligação à rede Figura 5 – Esquema de geração de energia eólica Disponível em: https://shre.ink/8Pv1. Acesso em: 25 jan. 2024. 16 Unidade I Nos países em que o potencial hidrelétrico é insuficiente para suprir a demanda, é necessário recorrer a outras formas de geração de energia, como as usinas termoelétricas e as nucleares. As usinas termoelétricas e as nucleares empregam processos considerados não limpos: as nucleares usam recursos naturais não renováveis. Na realidade, ambas utilizam recursos não renováveis, mas as usinas nucleares apresentam perigos de falhas catastróficas. Contudo, na ausência de incidentes, as usinas nucleares podem poluir menos. As termoelétricas empregam energia da queima de combustíveis, originalmente provenientes de fontes não renováveis, como carvão, derivados do petróleo ou do gás natural. Atualmente, em face da premente necessidade de preservação ambiental, vem ocorrendo uma crescente tendência para o emprego de processos sustentáveis, com a utilização de combustíveis de fontes renováveis, como o biodiesel obtido da cana-de-açúcar ou do milho e, sobretudo, das biomassas provenientes do aproveitamento de resíduos orgânicos. Merece destaque, no campo das biomassas, o aproveitamento do gás metano produzido na reação anaeróbia da digestão de esgotos. Trata-se do típico processo em que a sustentabilidade ocorre em mão dupla, ou seja, aquilo que era um resíduo indesejável de um sistema passa a ser um insumo quase que gratuito para um outro sistema. Nesse caso, o gás metano, resíduo nocivo e indesejável dos sistemasde tratamento de esgotos, torna-se combustível para a produção de energia elétrica, reduzindo a necessidade de combustível fóssil, carvão e gás natural. Lagoas anaeróbias constituem um dos mais simples e mais econômicos sistemas de tratamento de esgoto. A instalação de biodigestores em tais lagoas, também bastante simples e econômica, como a ilustrada na figura 6, permite a coleta e o aproveitamento de praticamente todo o gás metano gerado pela reação anaeróbia da digestão do esgoto. Figura 6 – Biodigestor instalado em lagoa anaeróbia para tratamento de esgotos Disponível em:https://tinyurl.com/4sakv69u. Acesso em: 25 jan. 2024. 17 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS O conjunto dessas iniciativas proporciona ampla diversificação dos componentes, o que se convencionou chamar de matriz de produção de energia elétrica, ou apenas matriz elétrica, que vem se desenvolvendo e evoluindo em direção à sustentabilidade e à preservação do meio ambiente. O Brasil sempre teve posição de destaque no que diz respeito à produção de energia elétrica limpa e sustentável, sobretudo graças ao seu privilegiado potencial hidrelétrico. Essa posição de destaque é verificada ao compararmos a matriz elétrica mundial e a nossa matriz elétrica em anos recentes, apresentadas na figura 7. Enquanto cerca de 75% da energia elétrica produzida no mundo provinha de recursos naturais não renováveis, no Brasil essa produção era inferior a 20%. Hidráulica 65,2% Gás natural 10,5% Biomassa 8,2% Biomassa 2,3% Matriz elétrica mundial 2016 (IEA, 2018) Matriz elétrica brasileira 2017 (IEA, 2018) Nuclear 2,6% Nuclear 10,4% Petróleo e derivados 2,5% Petróleo e derivados 3,7% Carvão 38,3% Carvão 4,1% Solar e eólica 6,9% Solar, eólica, geotérmica, maré 5,6% Gás natural 23,1% Hidráulica 16,6% Figura 7 – Composição das matrizes elétricas no mundo e no Brasil Adaptada de: https://tinyurl.com/yc4knwwm. Acesso em: 25 jan. 2024. Apesar dessa situação, o desenvolvimento de alternativas renováveis vem sendo inegável e relevante em nosso país. A comparação das matrizes elétricas apresentadas na figura 8 a seguir permite que observemos a evolução que ocorreu em apenas dois anos, de 2017 a 2019. A participação das novas fontes renováveis, que em 2017 era de 15,1%, sendo 6,9% provenientes de energia solar e eólica e 8,2% de biomassa, subiu para aproximadamente 18% em 2019, sendo 1% proveniente de energia solar, 8,6% de energia eólica e 8,4% de biomassa. 18 Unidade I Hidráulica 64,9% Gás natural 9,3% Biomassa 8,4% Biomassa 8,2% Matriz elétrica brasileira 2017 (BEN, 2018) Matriz elétrica brasileira 2019 (BEN, 2020) Nuclear 2,6% Derivados de petróleo 2,0% Petróleo e derivados 2,5% Carvão e derivados 3,3% Carvão 4,1% Nuclear 2,5% Solar 1,0% Solar e eólica 6,9% Eólica 8,6% Gás natural 10,5% Hidráulica 65,2% Figura 8 – Composição da matriz elétrica no Brasil em 2017 e em 2019 Adaptada de: https://tinyurl.com/yc4knwwm. Acesso em: 25 jan. 2024. Considerando a intensidade da radiação solar e a quantidade de dias de sol em todo o território nacional, bem como a elevada produção de dejetos orgânicos gerados pela agropecuária, é possível concluirmos que o Brasil ainda pode aumentar bastante a sua contribuição positiva para a matriz elétrica mundial. Saiba mais Para conhecer mais as fontes de energia e a atualização de suas posições, há um site do Ministério de Minas e Energia do Brasil, interessante e amigável. Acesse o link: EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Fontes de energia. Brasília, [s.d.]. Disponível em: https://tinyurl.com/yc4knwwm. Acesso em: 25 jan. 2024. 1.2 Conceitos fundamentais A energia elétrica gerada por qualquer um dos processos vistos está armazenada na forma de energia potencial, ou seja, um tipo de energia que tem a possibilidade de iluminar ou de realizar algum trabalho. Por isso, a capacidade instalada de uma usina é definida por sua potência, medida em watt (W), ou melhor, em megawatt (MW), que representa 1.000.000 W. Se houver um condutor ligando os polos de um gerador, ocorrerá fluxo de elétrons do polo negativo para o polo positivo, denominado corrente elétrica, que tende a equilibrar a diferença de potencial existente entre ambos. 19 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS A unidade de medida da intensidade da corrente elétrica (I) é o ampere (A). A unidade de medida da diferença de potencial (ddp), em geral denominada tensão elétrica ou simplesmente tensão (U), é o volt (V). Em um circuito qualquer, a relação entre os valores de potência (P), medida em W, tensão (U), medida em V, e corrente (I), medida em A, é: [ ] [ ] [ ]P W U V I A= × A corrente elétrica depende da quantidade de elétrons livres presentes no condutor. Isso significa que materiais como o silício, a platina e o cobre, que têm muitos elétrons livres, são bons condutores. Os materiais nos quais os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo são maus condutores, como a borracha, a madeira e a porcelana. A dificuldade que certo condutor impõe ao fluxo de elétrons, ou seja, à passagem da corrente elétrica, é denominada resistência elétrica (R), que é medida em ohms (Ω). O valor da resistência (R) de um condutor depende da resistividade (ρ), ou resistência específica, do material de que é constituído, da área (A) da sua seção transversal, do seu comprimento (L) e da sua temperatura, que influi no valor da resistividade, e pode ser obtida pela expressão: L R A = ρ A relação entre a resistência (R) de um condutor, medida em Ω, a tensão (U) existente entre suas extremidades, medida em V, e a intensidade da corrente (I) que passa por ele, medida em A, estabelecida por Georg S. Ohm, é a denominada lei de Ohm, expressa por: U (V) R ( ) I (A) Ω = Exemplo de aplicação Um condutor de cobre com 50 m de comprimento e área da seção transversal de 2,5 mm2 será submetido à tensão elétrica de 220 V. Determine o valor da intensidade da corrente elétrica contínua que percorrerá esse condutor, considerando ρ = 0,0178 Ωxmm2/m o valor da resistividade do cobre. Resolução O valor da intensidade da corrente pode ser obtido com a lei de Ohm: U U R I I R = ⇒ = 20 Unidade I O valor da tensão (U) é conhecido, mas o valor da resistência (R) desse condutor precisa ser calculado. Tendo os valores da resistividade (ρ) do cobre, do comprimento (L) e da área da seção transversal (A) do condutor, o valor da resistência (R) desse condutor pode ser obtido por: 2 2 L mm 50m R 0,0178 0,356 A m 2,5mm = ρ = Ω× × = Ω Então, o valor da intensidade (I) da corrente elétrica é: U 220V I 617,98A 618A R 0,356 = = = ≅ Ω 1.3 Circuitos elétricos Circuito elétrico é a denominação genérica de uma ligação entre os dois polos, positivo e negativo, de uma unidade geradora, provida de algum dispositivo de comando que permite ou interrompe a passagem da corrente elétrica para fornecer energia a um ou mais aparelhos de utilização. Tais aparelhos podem ser, por exemplo, lâmpadas, eletrodomésticos, motores ou elevadores. Os dispositivos de comando que permitem fechar ou abrir um circuito são os interruptores, os disjuntores e as chaves seccionadoras, entre outros. Os componentes de um circuito podem ser ligados em série, em paralelo ou de forma mista. Para facilitar a compreensão, os circuitos podem ser considerados, de forma simplificada, um condutor ligando os polos de um gerador a um ou mais aparelhos, admitidos como resistências. Em um circuito em série, representado esquematicamente na figura a seguir, a corrente elétrica passa através de cada um dos componentes em sequência e com a mesma intensidade. + - G U I I I I I R1 R2 R4 R3 Figura 9 – Circuito em série A resistência total ou resistência equivalente de um circuito em série é dada por: e 1 2 3 nR R R R ... R= + + + + 21 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Exemplo de aplicação Supondo que o circuito apresentado na figura 9 seja submetido à tensão elétrica U = 220 V e que os valores das resistênciassejam R1 = 40 Ω, R2 = 25 Ω, R3 = 60 Ω e R4 = 30 Ω, determine o valor da intensidade da corrente elétrica (I) que percorrerá o condutor, desprezando a sua resistência. Resolução O valor da intensidade da corrente pode ser obtido com a lei de Ohm: U U R I I R = ⇒ = O valor da tensão (U) é conhecido, e o valor da resistência equivalente (Re) é igual a: e 1 2 3 4R R R R R 40 25 60 30 155= + + + = Ω + Ω+ Ω+ Ω = Ω Então, o valor da intensidade da corrente elétrica é: U 220V I 1,419A 1,42A R 155 = = = ≅ Ω Um circuito pode ser construído em paralelo, como esquematicamente representado na figura 10, em que a corrente elétrica se divide e passa através de cada componente com intensidade inversamente proporcional aos valores de cada resistência. + - G U I I1 I2 I3 I4R1 R2 R4R3 Figura 10 – Circuito em paralelo Aplicando a lei de Ohm, concluímos que o valor da resistência equivalente ao conjunto dos componentes instalados em paralelo é obtido pela relação: e 1 2 3 n 1 1 1 1 1 ... R R R R R = + + + + 22 Unidade I Exemplo de aplicação Considere que o circuito apresentado na figura 10 seja submetido à tensão elétrica U = 220 V e que os valores das resistências sejam R1 = 40 Ω, R2 = 25 Ω, R3 = 60 Ω e R4 = 30 Ω. Desprezando a resistência do condutor, avalie as afirmativas a seguir. I – O valor da intensidade da corrente que passa através da resistência R1 é I1 = 5,5 A. II – O valor da resistência equivalente desse circuito com componentes instalados em paralelo é cerca de 0,115 Ω. III – O valor da intensidade da corrente elétrica (I) saindo da fonte de alimentação é cerca de 25,3 A. É correto o que se afirma: A) Em I, II e III. B) Apenas em I e II. C) Apenas em I e III. D) Apenas em II e III. E) Apenas em I. Resolução Afirmativa I: o valor da intensidade da corrente que passa através da resistência R1 pode ser determinado pela lei de Ohm. Sabendo que o valor da diferença de potencial, ou da tensão elétrica, entre o início e o final de todas as resistências é U = 220 V e que o valor da resistência é de 40 Ω, temos: U 220V I 5,5A R 40 = = = Ω Afirmativa II: sendo um circuito com componentes instalados em paralelo, o valor da resistência equivalente é obtido pela relação: e 1 2 3 4 e 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,115 R R R R R 40 25 60 30 1 R 8,695 8,7 0,115 = + + + = + + + = Ω Ω Ω Ω Ω = Ω = Ω ≅ Ω 23 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Afirmativa III: nos segmentos indicados, a corrente não está dividida e o seu valor depende apenas da tensão e da resistência equivalente: U 220V I 25,287A 25,3A R 8,7 = = = ≅ Ω Portanto, a alternativa certa é a C. Um circuito também pode ser misto, ou seja, uma combinação de ligações em série e em paralelo, como vemos no esquema da figura 11, bastante utilizado em instalações prediais elétricas. I2 I3R2 + - G U I I I3 R1 R3 R5 R4 Figura 11 – Circuito misto Para determinar o valor da resistência total ou equivalente de um circuito misto é necessário resolvermos em partes os circuitos em paralelo e em série, até reduzirmos tudo a um circuito em série. No circuito da figura 11, a resistência R2 está em paralelo com as resistências R3 e R4 que, por sua vez, estão em série. Devemos, primeiramente, determinar a resistência equivalente a R3 e R4, que pode ser denominada, por exemplo, Re3-4. e3 4 3 4R R R− = + A seguir, determinamos a resistência equivalente a R2 e Re3-4, que estão em paralelo, denominada, por exemplo, Re2-3-4, cujo valor é obtido por: e2 3 4 2 e3 4 1 1 1 R R R− − − = + Assim, o circuito ficou reduzido apenas às resistências R1, Re2-3-4 e R5, ligadas em série, e o valor da resistência equivalente do circuito (Re) é: e 1 e2 3 2 5R R R R− −= + + 24 Unidade I Exemplo de aplicação Determine o valor da potência dissipada no circuito apresentado na figura que mostra o circuito misto, sabendo que ele está submetido à tensão elétrica U = 220 V e que os valores das resistências são R1 = 40 Ω, R2 = 25 Ω, R3 = 60 Ω, R4 = 30 Ω e R5 = 20 Ω. Despreze o valor da resistência do condutor. Resolução O valor da potência (P) dissipada é igual ao produto do valor da tensão (U) pelo valor da intensidade da corrente (I). [ ] [ ] [ ]P W U V I A= × O valor da intensidade da corrente pode ser obtido com a lei de Ohm, desde que seja conhecido o valor da resistência equivalente de todo o circuito, que pode ser obtido seguindo o mesmo roteiro exposto há pouco. Vejamos. e3 4 3 4R R R 60 30 90− = + = Ω + Ω = Ω e2 3 4 e2 3 4 2 e3 4 1 1 1 1 1 R 19,565 19,6 R R R 25 90 − − − − − = + = + ⇒ = ≅ Ω Ω Ω e 1 e2 3 2 5R R R R 40 19,6 20 79,6− −= + + = Ω + Ω+ Ω = Ω O valor da intensidade da corrente é: e U 220V I 2,764A 2,8A R 79,6 = = = ≅ Ω Assim, o valor da potência dissipada neste circuito é: P (W) U (V) I (A) 220V 2,8A 616W= × = × ≅ 1.4 Transmissão e distribuição de energia elétrica O valor da potência, dissipada ou requerida, é de extrema importância para toda a questão da utilização da energia elétrica. Em primeiro lugar, ela é a principal grandeza empregada no âmbito da sua produção, ou seja, a medida da capacidade instalada de uma usina é a potência elétrica que ela pode gerar, geralmente expressa em megawatt (MW). Assim, a soma das potências demandadas por todos os circuitos que devem ser alimentados por qualquer usina sempre deverá ser inferior à sua capacidade de geração. As falhas eventuais, não tão raras, que deixam grandes regiões temporariamente sem abastecimento de energia elétrica, conhecidas 25 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS popularmente como “apagões”, em geral são devidas à demanda de potência próxima ao limite da capacidade do sistema. Apenas para facilitar a compreensão de conceitos fundamentais, nos exemplos de aplicação apresentados até este ponto, foi desconsiderada a parcela de potência dissipada nos condutores. No entanto, essa parcela não é desprezível, sobretudo nas linhas de transmissão e de distribuição. A partir da estação geradora, a energia elétrica percorre, em forma de corrente, um longo caminho até chegar aos pontos de utilização, passando por diversas transformações, esquematicamente representadas na figura a seguir. G T1 T2 T3 T3 T4 DP DP DS DS DS Linha de transmissão Instalação predial Instalação predial Instalação predial Instalação industrial Instalação industrial Distribuição primária (DP) Figura 12 – Transformação e distribuição de energia elétrica Para transmitir determinada potência (P), o valor da intensidade de corrente (I) é inversamente proporcional ao valor da tensão elétrica (U). Quanto maior for a diferença de potencial, ou tensão elétrica, menor será a intensidade da corrente elétrica e, portanto, menor será a parcela de energia dissipada por resistência dos condutores. Para transportar a energia para os centros urbanos sob alta tensão, com os mínimos valores possíveis de corrente elétrica e visando minimizar as perdas em muitos quilômetros de extensão de condutores, há uma estação elevadora da tensão (T1) instalada junto à usina geradora. Ao chegar aos centros urbanos, a tensão será reduzida em estações abaixadoras (T2), para que a distribuição primária (DP), dentro do perímetro urbano, possa ser feita sob média tensão. As linhas de distribuição primárias seguem até as subestações abaixadoras de tensão (T3 ou T4), instaladas nas proximidades dos domicílios em que se situam os pontos de consumo. Nessas subestações ocorre a transformação de média para baixa tensão, para a distribuição secundária (DS) adequada ao tipo de uso do consumidor, predial ou industrial. Para as instalações elétricas prediais, residenciais ou de prestação de serviços, cada subestação abaixadora, também conhecida por transformador, como o ilustrado na figura a seguir, serve a diversos domicílios através de ramais de ligação, um para cada domicílio. 26 Unidade I O limite de ramais em cada transformador é determinado pelo total de potência requerida por todos os domicílios ligados a ele. A potência instaladaem cada ramal de ligação é definida pela soma das potências requeridas por todos os aparelhos previstos em todos os circuitos servidos pelo ramal. Figura 13 – Transformador para distribuição secundária Lembrete O valor da potência requerida é uma característica de cada aparelho, que deve ser fornecido pelo seu fabricante. Todos os aparelhos, lâmpadas, geladeiras, máquinas de lavar, liquidificadores, chuveiros e televisores servidos pelos diversos circuitos devem ser considerados para a soma das potências, independentemente de estarem ou não em funcionamento. 2 PROJETO EXECUTIVO DA EDIFICAÇÃO O projeto de instalações elétricas é um dos projetos complementares que constituem o projeto executivo de uma edificação, ou seja, indica como devem ser executados todos os componentes dessa edificação. Projetos complementares presumem a existência de um projeto principal. Por mais que essa afirmação pareça teoricamente óbvia, nem sempre ela é devidamente considerada na prática profissional. 27 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Os diversos projetos complementares, o projeto da estrutura, das fundações, das instalações elétricas e o projeto das instalações hidráulico-sanitárias ou de climatização, entre outros, devem definir e indicar como cada uma das partes se insere no todo, de forma exata, clara e unívoca. O projeto principal, que define o todo, é o arquitetônico, pois é o que tem como pontos de partida o objetivo e a finalidade do edifício. Ele considera basicamente o ponto de vista do usuário, também denominado beneficiário da edificação. O projeto arquitetônico é o que apresenta sempre quais são as atividades e como serão exercidas na edificação depois de pronta. Os projetos complementares referem-se basicamente aos componentes necessários para que tais atividades possam ser exercidas da forma que o arquiteto imaginou, com a devida segurança e o devido conforto. Assim, um projeto executivo, também denominado projeto para execução, deve ser único, apesar de ser constituído por diversas partes. O projeto executivo deve conter todos os elementos gráficos e todas as descrições textuais que indiquem os serviços a serem executados, bem como a forma de executar, para que o resultado da obra seja, de fato, o empreendimento com as características e o desempenho requeridos no projeto arquitetônico. O processo de elaboração ideal é aquele em que os profissionais das diferentes especialidades podem trabalhar coordenadamente sobre o mesmo projeto, formando uma única equipe. Na prática, contudo, é bem usual que cada projeto complementar seja elaborado pelo respectivo especialista, sempre partindo do mesmo projeto arquitetônico, mas trabalhando de forma quase independente dos demais. Em face das interferências entre os projetos complementares, a elaboração independente, com pouca intercomunicação, torna praticamente inevitável a ocorrência de incompatibilidades entre eles, decorrentes da concepção, do dimensionamento e do detalhamento de cada um. As incompatibilidades precisam ser solucionadas. Na situação ideal, com rápida e plena comunicação entre todos os envolvidos durante a elaboração, as incompatibilidades nem ocorreriam. Na pior situação, elas serão solucionadas na obra, pelo próprio executante dos serviços. Exemplos de soluções adotadas na própria obra, algumas pitorescas e outras com certa gravidade, não são difíceis de encontrar. A posição de uma tomada ou de um interruptor coincidindo com um pilar de concreto armado tanto pode ser solucionada com a mudança da posição da tomada quanto pelo corte do pilar, reduzindo a sua capacidade de carga. A situação intermediária consiste em montar uma equipe para se dedicar exclusivamente à detecção e à compatibilização dos projetos complementares. As interferências não devem, e algumas não podem, ser solucionadas pelo profissional que executa o serviço na obra. 28 Unidade I Um condutor vertical de águas pluviais com diâmetro de 75 mm que atravessaria as vigas em balanço que suportam lajes de varandas, com 12 cm de largura e armadura composta por 3 barras de 12,5 mm, é um exemplo real de interferência que jamais pode ser deixada para ser solucionada na própria obra. Essas considerações iniciais são importantes para mostrar a atitude a ser mantida durante a elaboração tanto de um projeto de instalações prediais elétricas quanto de qualquer outro dos projetos complementares. Em primeiro lugar, devemos ter fidelidade ao projeto arquitetônico e consideração em relação às necessidades dos demais projetos. Supondo que o projetista da estrutura conclui que a área da seção transversal de um dos pilares ou de uma viga precisa ser maior do que o previsto no pré-dimensionamento, tanto o projeto arquitetônico quanto os projetos complementares devem ser verificados e, se necessário, alterados, pois a segurança da estrutura tem prioridade sobre todas as demais características da edificação. Contudo, isso não significa que a submissão deva ser passiva. Por se tratar de um projeto executivo único, elaborado em equipe, sugestões podem e devem ser dadas, de parte a parte, em relação ao projeto principal, ao arquitetônico, e a cada um dos projetos complementares. Lembrete A comunicação e a colaboração entre os projetistas das diversas áreas envolvidas na elaboração de um projeto executivo deve ser constante e ocorrer em todas as direções e em ambos os sentidos. 2.1 Concepção funcional de um projeto de instalação elétrica A energia elétrica para instalações prediais pode ser fornecida sob diversas formas, com ligações monofásicas, bifásicas ou trifásicas, dispondo de várias potências, conforme a necessidade da edificação. Para cada situação, há um tipo de entrada e um padrão de ligação específico. A finalidade de um projeto de instalação elétrica é fornecer energia e iluminação adequadas para todas as atividades e todos os movimentos previstos para a edificação. Logo, a concepção do projeto deve começar pela definição dos usos, que tornará possível estabelecer as potências requeridas, os circuitos, os quadros de distribuição, as prumadas, o valor da potência instalada, o tipo de ligação e a modalidade de fornecimento. O ponto de partida do projeto de instalação elétrica deve ser, portanto, o layout previsto para a ocupação do imóvel. Via de regra, durante a elaboração do projeto arquitetônico, o autor deve imaginar o layout mais provável, mesmo considerando que cada usuário irá adotar sua forma pessoal de ocupação. Em geral, o próprio arquiteto costuma definir os pontos de energia e de iluminação, bem como os locais e as formas de comando, com base nesse layout mais provável. 29 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS A figura 14 exemplifica a planta do andar tipo de um prédio residencial, com dois apartamentos por andar. Nesse desenho, o layout de ocupação mais provável, segundo o autor, está representado no apartamento à esquerda, enquanto à direita está representado o apartamento como ele será entregue ao usuário. Figura 14 – Planta do andar tipo de um prédio residencial, com layout provável de ocupação Considerando essa ocupação e, tanto quanto possível, outras formas de ocupação e uso, deve ser elaborada uma planta com as indicações das tomadas específicas para cada aparelho previsto (como refrigerador, máquinas de lavar e de secar, fogão e chuveiro), das tomadas disponíveis para usos diversos e eventuais (como liquidificador, batedeira, torradeira, faca elétrica, carregador de telefone celular, 30 Unidade I abajures e luminárias) e dos pontos de luz, no teto e nas paredes, com seus respectivos interruptores. Essa planta, representada na figura 15, em geral é denominada planta elétrica funcional. Ponto de luz no teto Ponto de luz na parede Interruptor simples Interruptor paralelo Tomada baixa 127 V Tomada média 127 V Tomada alta 127 V Tomada baixa 220 V Tomada média 220 V Tomada alta 220 V Ponto internet Legenda Figura 15 – Planta elétrica funcional do apartamento tipo deum prédio residencial 31 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Observação A questão da nomenclatura técnica dos componentes de uma instalação predial elétrica será detalhadamente exposta mais adiante. Para o momento, os símbolos utilizados nas figuras destinam-se apenas a salientar a importância da presença de uma legenda, para permitir a correta compreensão do projeto. É importante não confundir essa planta elétrica funcional com as plantas de representação de eletrodutos, que será elaborada a partir da definição de todos os circuitos. As linhas representadas na figura 15 servem, única e exclusivamente, para indicar os locais dos pontos de iluminação, os locais e as respectivas formas de comando. Algumas das luzes da sala, por exemplo, com a luz no hall dos quartos, podem ser acesas ou apagadas tanto na entrada da sala quanto no próprio hall, correspondendo a movimentos típicos dos usuários. A mesma condição pode ser observada na suíte de casal, em que a luz no teto pode ser acesa ou apagada tanto na entrada quanto na cabeceira da cama, também prevendo movimentos típicos e indicando que o circuito e os interruptores devem constituir uma ligação em paralelo. O posicionamento dos componentes na planta, ainda que esboçado de forma apenas aproximada, facilita o levantamento das potências requeridas, além da definição e distribuição equilibrada dos circuitos. 2.2 Divisão da instalação em circuitos elétricos A divisão da instalação em circuitos elétricos independentes, ligados a dispositivos de proteção no quadro de distribuição, deve observar normas e critérios técnicos. Contudo, na medida do possível, essa divisão também deve considerar a conveniência do usuário, tanto em relação ao uso habitual de luz e força quanto à eventual necessidade de manutenção. Os pontos de tomada de uso exclusivo, destinados a equipamentos com corrente nominal superior a 10 A, por exemplo, devem ser alimentados por um circuito independente, de acordo com a Norma ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008). Aquecedores elétricos de água, além de requererem circuito independente, devem ser ligados diretamente, sem o uso de tomada. Já os demais pontos para lâmpadas e tomadas, de uso específico ou geral, podem ser alimentados em comum, por diversos circuitos, conforme o uso e a potência total demandada. Para o apartamento dado como exemplo nas figuras 14 e 15, no espaço destinado à cozinha há diversas tomadas, algumas para uso específico, como geladeira, máquina de lavar louça, fogão, coifa e aquecedor de passagem da água para a pia. Há também tomadas de uso geral, que podem ser usadas para liquidificadores, batedeiras, torradeiras, fornos elétricos ou de micro-ondas, entre outros. Tais tomadas 32 Unidade I podem ser agrupadas em circuitos, desde que a soma das potências requeridas não seja superior a 1.200 W para a tensão de 127 V ou a 2.500 W para a tensão de 220 V. Observação Lembrando que o valor da potência (P), em watts (W), é igual ao valor da tensão (V), em volts (V), multiplicado pelo valor da corrente (I), em amperes (A). Podemos observar que esses limites para a soma das potências em cada circuito terminal são praticamente equivalentes ao limite de 10 A para a corrente, citado pouco antes. Vejamos. P V I 127V 10A 1.270W 1.200W= × = × = ≅ P V I 220V 10A 2.200W 2.500W= × = × = ≅ A potência dos diversos aparelhos eletrodomésticos vem especificada nos manuais dos fabricantes. Contudo, para a maior parte dos projetos de instalações prediais, não há o conhecimento prévio dos modelos e das marcas dos aparelhos que serão utilizados. Saiba mais Para refrigeradores, resultados de ensaios do PBE (Programa Brasileiro de Etiquetagem) realizados pelo Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia) disponíveis na referência a seguir indicam que a potência demandada por um aparelho com volume útil de 478 litros pode ser cerca de 30% maior do que a demandada por outro aparelho, da mesma marca, mas com volume útil de 374 litros. INMETRO. Programa Brasileiro de Etiquetagem. 2 jul. 2020. Disponível em: https://tinyurl.com/mv7yxakk. Acesso em: 23 nov. 2023. Com base em tais dados, o Procel (Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica) elabora tabelas de consumo médio de energia para os aparelhos mais utilizados, que são periodicamente atualizados e divulgados em: PROCEL. Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica. 2006. Disponível em: https://tinyurl.com/s5w3hfar. Acesso em: 23 nov. 2023. 33 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Tabela 1 – Consumo médio mensal de energia elétrica (kWh) Aparelhos elétricos Estimativa de uso Consumo médio mensal (kWh)(dias/mês) (h/dia) Aparelho de blu-ray 8 2 0,19 Aparelho de DVD 8 2 0,24 Aparelho de som 20 3 6,60 Aquecedor de ambiente 15 8 193,44 Aspirador de pó 30 20 min 7,17 Geladeira com duas portas 30 24 48,24 Lavadora de roupas 12 1 1,76 Adaptada de: Procel Info (2023). A partir das informações constantes nessa tabela, o projetista pode elaborar e manter atualizada sua própria tabela com os valores de potência demandados pelos aparelhos mais comuns, como os apresentados na tabela a seguir. Observando que o valor estimado para o consumo médio mensal de energia em quilowatt-hora (kWh) na tabela anterior é obtido com o produto do valor da potência (P) do aparelho, em kW, pela quantidade média de horas de uso por mês, tendo a estimativa de horas de uso por mês (N) e o valor do consumo mensal (C), podemos obter o valor aproximado da potência (P) demandada para cada aparelho empregando a seguinte expressão: C kWh C P N P kW N h = × ⇒ = = = É interessante notarmos que, empregando os valores de consumo médio mensal em watt-hora (1000Wh = 1 kWh), os valores de potência para cada aparelho são obtidos diretamente em watt (W). Tabela 2 – Potência elétrica de aparelhos eletrodomésticos Aparelhos elétricos Estimativa de uso Consumo médio mensal (Wh) Potência (W) (dias/mês) (h/dia) Aparelho de som 20 3 6.600 110 Aquecedor de ambiente 15 8 199.440 1.662 Ar-condicionado tipo janela 9.000 BTUs 30 8 128.880 537 Ar-condicionado tipo janela 14.000 BTUs 30 8 374.160 1.559 Ar-condicionado tipo split 10.000 BTUs 30 8 142.320 593 Ar-condicionado tipo split 15.000 BTUs 30 8 193.920 808 Ar-condicionado tipo split 20.000 BTUs 30 8 293.760 1.224 Ar-condicionado tipo split 30.000 BTUs 30 8 439.200 1.830 Aspirador de pó 30 20 min 7.170 717 Batedeira 8 20 min 400 150 34 Unidade I Aparelhos elétricos Estimativa de uso Consumo médio mensal (Wh) Potência (W) (dias/mês) (h/dia) Boiler elétrico de 200 L 30 24 347.040 482 Boiler elétrico de 500L 30 24 540.000 750 Bomba d’água 1/3 CV 30 30 min 6.150 410 Bomba d’água ½ CV 30 30 min 7.200 480 Bomba d’água 1 CV 30 30 min 15.765 1.051 Bomba trifásica ½ CV - - - 570 Cafeteira elétrica 30 1 6.570 219 Cafeteira expresso 30 1 23.820 794 Cafeteira de uso comercial - - - 1.200 Chaleira elétrica 30 1 28.230 941 Churrasqueira elétrica 5 4 76.000 3.800 Chuveiro elétrico de 4.500 W - - - 4.500 Chuveiro elétrico de 5.500 W - - - 5.500 Circulador de ar pequeno 30 8 21.600 90 Circulador de ar grande 30 8 48.000 200 Espremedor de frutas 20 10 min 120 36 Exaustor de fogão 30 2 9.960 166 Ferro elétrico de 1.050 W - - - 1.050 Ferro elétrico de 1.200 W - - - 1.200 Fogão elétrico por queimador 30 1 34.290 1.143 Forno elétrico 30 1 15.000 500 Forno elétrico grande 30 1 45.000 1.500 Forno elétrico de embutir - - - 4.500 Forno micro-ondas 25 L 30 20 min 13.980 1.398 Freezer horizontal/vertical 30 24 47.520 66 Freezer frost free 30 24 54.000 75 Frigobar 30 24 19.440 27 Fritadeira elétrica 15 30 min 6.810 908 Furadeira 4 1 940 235 Geladeira 1 porta frost free 30 24 39.600 55 Geladeira 2 portas frost free 30 24 56.880 79 Grill 10 30 min 3.200 640 Impressora 30 1 450 15 Lâmpada incandescente 60 W - - - 60 Lâmpada fluorescente 23 W - - - 23 Lâmpada LED 18 W - - - 18 Lavadora de louças 30 40 min 30.860 1.543 Lavadora de roupas 12 1 1.764 147Liquidificador 15 15 min 802,5 214 Máquina de costura 10 3 3.000 100 Microcomputador 30 8 15.120 63 Monitor LCD 30 8 8.160 34 35 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Aparelhos elétricos Estimativa de uso Consumo médio mensal (Wh) Potência (W) (dias/mês) (h/dia) Multiprocessador 20 1 8.560 428 Notebook 30 8 4.800 20 Panela elétrica 20 1 22.000 1.100 Rádio-relógio 30 24 3.600 5 Sanduicheira 30 10 min 3.350 670 Secador de cabelo – 1.000 W - - - 1.000 Secadora de roupas 8 1 14.920 1.865 Tanquinho 12 1 840 70 Torneira elétrica – 3.250 W - - - 3.250 Torradeira 30 10 min 4.000 800 TV em cores 29” (tubo) 30 5 15.600 104 TV LCD 32” 30 5 14.250 95 TV LCD 42” 30 5 30.450 203 Ventilador de mesa 30 8 17.280 72 Ventilador de teto 30 8 17.520 73 Adaptada de: Procel Info (2023). Lembrete Entre os princípios fundamentais que orientam os objetivos e as prescrições da Norma ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008), é bom lembrar os itens destacados a seguir. • A determinação da potência de alimentação é essencial para a concepção econômica e segura de uma instalação, dentro de limites adequados de elevação de temperatura e de queda de tensão (item 4.2.2.1.1). • Na determinação da potência de alimentação de uma instalação, ou de parte de uma instalação, devem ser computados os equipamentos de utilização a serem alimentados, com suas respectivas potências nominais e, em seguida, consideradas as possibilidades de não simultaneidade de funcionamento de tais equipamentos, bem como capacidade de reserva para futuras ampliações (item 4.2.1.1.2). A divisão da instalação em circuitos deve, portanto, começar por um levantamento, o mais preciso possível, de todos os equipamentos que podem vir a ser utilizados. Essa previsão pode ser facilitada pela divisão da edificação em áreas, de acordo com o tipo de utilização. 36 Unidade I No apartamento representado pela figura 15, por exemplo, podemos separar três áreas, da forma descrita a seguir. • Área social, constituída pelo hall de entrada, pela sala e pela varanda. • Área íntima, formada pelos dois dormitórios e pelos três banheiros. • Área de serviços, composta pela cozinha e pela lavanderia. Além do equilíbrio de cargas, a distribuição espacial dos circuitos, a definição dos percursos até o quadro de distribuição e a própria localização desse quadro se tornam mais fáceis com essa divisão em áreas. Entre os princípios fundamentais que a Norma ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008) prescreve para as instalações prediais elétricas, o item 4.2.5.5 define que os circuitos terminais devem ser individualizados pela função dos equipamentos de utilização que alimentam e, também, que os circuitos terminais para pontos de iluminação devem ser separados dos circuitos para pontos de tomada. Exemplo de aplicação Determine a quantidade mínima de circuitos necessários para o apartamento em estudo, representado na figura 16, utilizando dados de potência elétrica de aparelhos eletrodomésticos mais usuais, constantes da tabela apresentada anteriormente. Considere a previsão de circuitos para a possível instalação de aparelhos de ar-condicionado do tipo split de 20.000 BTUs para a suíte e de 15.000 BTUs para o dormitório 2. Para os ambientes da sala, da cozinha e do hall de entrada, a previsão é de um aparelho de 30.000 BTUs. Considere também chuveiros elétricos de até 6.800 W e iluminação com lâmpadas LED de 16 W ou 25 W. 37 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Ponto de luz no teto Ponto de luz na parede Interruptor simples Interruptor paralelo Tomada baixa 127 V Tomada média 127 V Tomada alta 127 V Tomada baixa 220 V Tomada média 220 V Tomada alta 220 V Ponto internet Legenda Figura 16 – Planta elétrica funcional da área íntima do apartamento em estudo Resolução A Norma ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008), estabelece que aquecedores elétricos de água, incluindo os chuveiros elétricos, devem ser ligados por circuito independente e direto, sem o uso de tomadas. Então, em primeiro lugar, já serão necessários dois circuitos distintos para os chuveiros, cada um com 6.800 W. Essa norma também estipula que pontos para lâmpadas e tomadas, tanto para uso geral quanto para uso específico, podem ser alimentados por um mesmo circuito, desde que a soma das suas potências não seja superior a 1.200 W para a tensão de 127 V ou a 2.500 W para a tensão de 220 V. Para definir os demais circuitos, será de grande utilidade elaborarmos uma relação de todos os aparelhos, com as respectivas quantidades e potências previstas, semelhante ao que vemos na tabela a seguir. 38 Unidade I Tabela 3 – Potência elétrica de equipamentos a serem utilizados Aparelhos elétricos Potência (W) Ambiente Quantidade Potência total (W) Lâmpada LED 25 W 25 Suíte 2 50 Lâmpada LED 16 W 16 Banho suíte 3 48 Lâmpada LED 25 W 25 Dormitório 2 1 25 Lâmpada LED 16 W 16 Banho comum 2 32 Lâmpada LED 16 W 16 Banho serviço 1 16 Secador/barbeador 1.000 Banho suíte 1 1.000 Secador/barbeador 1.000 Banho comum 1 1.000 Abajur e computador 15 + 63 Suíte 2 156 Abajur e computador 15 + 63 Dormitório 2 1 78 Monitor LCD 34 Suíte 1 34 Monitor LCD 34 Dormitório 2 1 34 Impressora 15 Suíte 1 15 Impressora 15 Dormitório 2 1 15 Aspirador de pó 717 Suíte 1 717 Aspirador de pó 717 Dormitório 2 1 717 TV LCD 42” 203 Suíte 1 203 TV LCD 42” 203 Dormitório 2 1 203 Aparelho de som 110 Suíte 1 110 Aparelho de som 110 Dormitório 2 1 110 Aquecedor de ambiente 1.662 Suíte 1 1.662 Aquecedor de ambiente 1.662 Dormitório 2 1 1.662 Ar-condicionado tipo split 20.000 BTUs 1.224 Suíte 1 1.224 Ar-condicionado tipo split 15.000 BTUs 808 Dormitório 2 1 808 Nesta tabela, no caso dos aparelhos cuja utilização não será simultânea, como o secador de cabelos e o barbeador elétrico, consideramos apenas a maior potência requerida. Em outros casos, a instalação de um aparelho dispensa a utilização de outro, ou seja, a instalação de ar-condicionado tipo split, por exemplo, dispensa o uso de aquecedor de ambiente. Nessas situações, podemos considerar apenas o circuito com maior potência requerida. A partir desses elementos, damos início à definição dos circuitos, que consiste, basicamente, em um trabalho de escolhas criteriosas do projetista da instalação predial elétrica. Como a soma das potências em um circuito não deve exceder 1.200 W para a tensão de 127 V ou 2.500 W para a tensão de 220 V, outros circuitos independentes já podem ser definidos. Pelo menos uma das tomadas de cada dormitório deve constituir um circuito independente, por exemplo a que se situa próxima à porta de entrada, onde há mais espaço livre para circulação e, por isso, há maior probabilidade de vir a ser ligado um aquecedor de ambiente. É provável que 39 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS a mesma tomada também seja usada para ligar um aspirador de pó. Como esse uso não será simultâneo, podemos considerar apenas a potência mais elevada. A potência prevista para esse circuito deve ser cerca de 1.800 W, ou seja, a potência requerida para o aquecedor, estimada em 1.662 W na tabela 2 acrescida de certa reserva. Os aparelhos de ar-condicionado tipo split são constituídos por duas unidades, a condensadora, instalada na parte externa da edificação, e a evaporadora, instalada na parte interna. Habitualmente, esses conjuntos são ligados em tensão de 220 V e devem constituir circuitos independentes e exclusivos. Para a iluminação dos dormitórios e dos banheiros, basta um circuito, já que temos quatro lâmpadas no teto e três lâmpadas de arandelas nas paredes, cuja soma das potências totalizará apenas 155 W. Com relação às tomadas dos banheiros, normalmente destinadas a um secador de cabelos ou a um barbeador elétrico, a potência requerida é de 1.000 W para cada uma, o que já está próximo dos 1.200 W que a norma recomenda como valor máximo. Para as tomadas de uso geral (TUG), observando a tabela 3, verificamos que os demais aparelhos podem ser agrupados em um só circuito, ou dividido em circuitos conforme a localizaçãoespacial, os tipos ou outro critério que o projetista julgar mais conveniente. Logo, para a área íntima desse apartamento, são necessários 10 circuitos, a seguir relacionados. • Dois circuitos para chuveiro. • Dois circuitos para a possível instalação de ar-condicionado tipo split. • Dois circuitos com tomadas para aquecedor de ambiente. • Dois circuitos para as tomadas dos banheiros. • Um circuito para a iluminação dos dormitórios e dos banheiros. • Um circuito para as tomadas dos dormitórios. A concepção dos circuitos pode ser considerada a fase mais importante da elaboração do projeto de instalações prediais elétricas econômicas e seguras. O dimensionamento e o detalhamento de todos os seus componentes têm, sem dúvida, extrema importância, mas eles sempre são uma consequência natural da concepção e da divisão dos circuitos. Após a divisão de toda a instalação elétrica em circuitos, cuja qualidade depende das definições do projetista, feitas com critério pessoal, mas à luz da norma, podemos definir e dimensionar cada circuito e determinar o caminho que ele deve percorrer para ser ligado ao quadro de distribuição. 40 Unidade I 3 ESQUEMAS DE REPRESENTAÇÃO DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS Conceitualmente, um circuito elétrico consiste de um condutor que liga os polos, negativo e positivo, de uma estação geradora de energia elétrica a pontos de iluminação ou a pontos de tomada de força, dotado de dispositivo de comando para controlar a sua utilização e de dispositivo de proteção. Os circuitos são divididos, basicamente, em circuitos de distribuição e circuitos terminais. Circuitos terminais são aqueles que ligam pontos de utilização, luz, tomada ou motores a um quadro de distribuição (QD), que é alimentado por um circuito de distribuição. O circuito terminal mais básico é o que liga uma lâmpada comandada por um interruptor simples, esquematicamente representado na figura 17. Fase Retorno Disjuntores Ponto de luz Interruptor simples Neutro QD T F F N Figura 17 – Circuito terminal para uma lâmpada de 127 V, com interruptor simples Se temos uma lâmpada de 127 V, apenas uma das fases de alimentação é ligada a um interruptor, que fecha ou abre o circuito elétrico, ligado à lâmpada por um condutor denominado retorno. A lâmpada é, então, ligada ao quadro de distribuição pelo condutor neutro. Um circuito pode conter diversas lâmpadas, considerando que o limite recomendado para a soma das suas potências é de 1.200 W para a tensão elétrica 127 V. Para circuitos com potência superior a esse valor, os fios devem ter maior diâmetro e, assim, seção transversal com área maior, além de haver a necessidade de disjuntores com capacidades mais elevadas. 41 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Para tomadas de força, o circuito terminal mais simples, representado na figura 18, é o que liga uma tomada de uso geral, ou seja, uma tomada onde pode ser ligado um liquidificador, uma batedeira, um processador ou uma torradeira, entre outros. Fase Disjuntores Tomada de uso geral NeutroTerra QD T F F N Figura 18 – Circuito terminal para uma tomada de 127 V As tomadas de uso geral, também conhecidas pela sigla TUG, e as tomadas de uso específico, também conhecidas por TUE, devem ser ligadas ao fio terra, para sua proteção. A norma recomenda que o fio terra seja instalado no borne central da tomada, o condutor neutro à esquerda e o condutor fase à direita, como indicado na figura 18. Um circuito pode conter diversas tomadas de uso geral, considerando o limite recomendado para a soma das suas potências, da ordem de 1.200 W, sob a tensão elétrica de 127 V, ou de 2.500 W, sob tensão de 220 V. Para circuitos terminais de uso específico, com ou sem tomadas, por exemplo destinados à ligação de aquecedor de água, chuveiro, forno elétrico, forno de micro-ondas e aparelho de ar-condicionado, entre outros, em geral com potência elevada, é conveniente utilizar tensão elétrica de 220 V. Nesses casos, cada aparelho de utilização deve contar com um circuito exclusivo, ligado a duas fases e ao fio terra no quadro de distribuição, como o esquematicamente representado na figura 19 para um chuveiro elétrico. 42 Unidade I Fase Fase Disjuntores Ponto de uso específico Terra QD T F F N Figura 19 – Circuito terminal para um chuveiro elétrico, sob tensão de 220 V Lembrete Em circuitos com tomadas de uso geral e em circuitos de uso específico, com ou sem tomada, o dispositivo de comando para fechar ou abrir o circuito elétrico está no próprio aparelho de utilização. Em chuveiros e aquecedores de passagem, o comando é acionado pela abertura ou pelo fechamento do fluxo de água. Em aquecedores elétricos com acumulação, geladeiras e freezers, o comando é acionado por termostato. Nos demais aparelhos eletrodomésticos, em geral, o comando é acionado pelo botão liga/desliga. 3.1 Esquema multifilar e esquema unifilar Os desenhos que representam os circuitos elétricos nas figuras 17, 18 e 19 são denominados esquemas multifilares, nos quais cada linha representa um dos condutores utilizados na instalação: fase, neutro, retorno ou terra. Se todos os circuitos que constituem o projeto de uma instalação predial fossem representados por esquemas multifilares em um só desenho, sua elaboração, sua leitura e sua interpretação seriam complexas ou até mesmo confusas. 43 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Na elaboração de desenhos para execução são utilizados os esquemas unifilares, assim denominados por serem constituídos de uma única linha, que representa os eletrodutos que interligam as caixas de passagem, no teto ou nas paredes, nos quais os quatro tipos de condutores são representados por símbolos, descritos na figura a seguir. Fase Neutro Retorno Terra Figura 20 – Símbolos para representação de condutores em circuitos elétricos Dessa forma, o circuito elétrico para apenas uma lâmpada comandada por um interruptor simples e composto por uma fase, um retorno e um neutro, cujo esquema multifilar foi representado na figura 18 é representado utilizando o esquema unifilar pela figura 21. QD Figura 21 – Esquema unifilar de circuito para uma lâmpada com um interruptor simples Já o circuito elétrico para uma tomada composto por um condutor fase, um neutro e um terra, representado com esquema multifilar na figura 18, é representado com o esquema unifilar pela figura 22. QD Figura 22 – Esquema unifilar de circuito para uma tomada sob tensão elétrica de 127 V Nas instalações prediais mais comuns, os condutores de cada circuito são encaminhados, dentro de eletrodutos, do quadro de distribuição para as caixas de passagem no teto, onde serão instaladas as lâmpadas. Daí seguem para caixas de passagem situadas nas paredes, onde serão instalados interruptores, tomadas ou pontos de força, representados na figura 23. 44 Unidade I Figura 23 – Perspectiva de eletrodutos ligando quadro de distribuição e pontos de utilização Logo, diversos condutores, de fase, neutro, retorno ou terra, destinados a diferentes circuitos elétricos, podem e habitualmente passam em um mesmo eletroduto. Nesse sentido, o esquema unifilar é bastante útil para a representação dessas ligações. A representação dos circuitos para uma instalação com um ponto de luz no teto e uma tomada de força na parede para um dormitório, por exemplo, empregando o esquema multifilar, pode ser a da figura 24. Fase 2 Fase 1 Disjuntores Ponto de luz Terra QD T F F N Retorno Interruptor simples Tomada de uso geral Neutro 1 Neutro 2 Figura 24 – Esquema multifilar para uma lâmpada e uma tomada de 127 V 45 INSTALAÇÕES PREDIAIS ELÉTRICAS Para essa instalação serão necessários dois circuitos, já que lâmpadas e tomadas não devem ser ligadas no mesmo circuito elétrico, segundo a norma brasileira ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008). Observação A Norma ABNT NBR 5410:2004 (ABNT, 2008). no entanto, admite que diversas lâmpadas de diferentes cômodos, bem como diversas tomadas de um ou mais