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PROJETOS DE INSTALAÇÕES 2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 4 2 PROJETOS DE INSTALAÇÕES – HIDRÁULICO, INCÊNDIO E GÁS ........................................................... 5 2.1 NOÇÕES DE MECÂNICA DOS FLUIDOS E HIDROSTÁTICA ..................................................................... 5 2.2 EXIGÊNCIAS REGULAMENTARES E NORMATIVAS APLICÁVEIS ............................................................ 7 2.3 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA FRIA: ............................................................................................. 8 2.4 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE: ....................................................................................... 9 2.5 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTO: ............................................................................................... 11 2.6 INSTALAÇÕES DE ÁGUAS PLUVIAIS: ................................................................................................. 14 2.7 DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DAS TUBULAÇÕES E LEVANTAMENTO DE MATERIAIS ................ 15 DIMENSIONAMENTO PARA TUBULAÇÃO DE ÁGUA FRIA ......................................................................................... 15 DIMENSIONAMENTO PARA TUBULAÇÃO DE ÁGUA QUENTE .................................................................................... 16 DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO DE ESGOTO PREDIAL ..................................................................................... 17 DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES DE ÁGUAS PLUVIAIS: .................................................................................. 18 2.8 DESENHOS DE INSTALAÇÕES HIDROSSANITÁRIAS ............................................................................ 19 2.9 LEVANTAMENTO DE MATERIAIS ...................................................................................................... 22 2.10 SISTEMAS DE CAPTAÇÃO E REUSO DE ÁGUA .................................................................................. 22 2.11 INSTALAÇÕES PARA COMBATE A INCÊNDIO ................................................................................... 25 2.12 INSTALAÇÕES PREDIAIS DE GÁS ..................................................................................................... 28 REQUISITO PARA INSTALAÇÕES DOS EQUIPAMENTOS ............................................................................................ 29 2.13 APLICATIVOS COMPUTACIONAIS PARA PROJETOS DE INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS E A GÁS PREDIAL ............................................................................................................................................................. 29 3 PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E ESPECIAIS ......................................................................... 31 3.1 FUNDAMENTOS DE ELETRICIDADE ................................................................................................... 31 3.1.1 CORRENTE ELÉTRICA ............................................................................................................................. 31 3.1.2 TENSÃO ELÉTRICA OU DIFERENÇA DE POTENCIAL (DDP) ............................................................................... 32 3.1.3 RESISTÊNCIA ELÉTRICA .......................................................................................................................... 33 3.1.4 POTÊNCIA ELÉTRICA ............................................................................................................................. 34 3.1.5 LEI DE OHM ........................................................................................................................................ 34 3.1.6 TIPOS DE CIRCUITOS ............................................................................................................................. 35 3.2 NOÇÕES DE GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ............................................... 37 ESTRUTURA BÁSICA DO SISTEMA ELÉTRICO ............................................................................................ 39 3.3 TIPOS DE FONTES DE ENERGIA ......................................................................................................... 39 3.4 NOÇÕES DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ............................................................................................... 41 3.5 DESENHO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS ............................................................................................ 42 3.5.1 SIMBOLOGIA ....................................................................................................................................... 42 3.5.2 PLANTAS ............................................................................................................................................ 49 3.5.3 CORTES .............................................................................................................................................. 50 3.5.4 DETALHES .......................................................................................................................................... 50 3.5.5 DIAGRAMAS ....................................................................................................................................... 51 DIAGRAMA MULTIFILAR ................................................................................................................................. 51 DIAGRAMA UNIFILAR .................................................................................................................................... 51 3 3.5.6 CABINE DE MEDIDORES ......................................................................................................................... 52 3.6 NOÇÕES DE DIMENSIONAMENTO .................................................................................................... 53 3.6.1 DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS DE UMA EDIFICAÇÃO, ELETRODUTOS, CAIXAS DE PASSAGEM E DE DERIVAÇÃO ............... 54 3.6.2 QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO .................................................................................................................... 55 3.6.3 CONDUTORES E DISJUNTORES ................................................................................................................ 55 3.7 SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS -‐ SPDA .............................................57 3.8 ATERRAMENTO ............................................................................................................................... 58 4 RECAPITULANDO ............................................................................................................................ 60 5 REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 62 4 1 INTRODUÇÃO Caro docente, Iniciaremos, neste trabalho, um estudo da disciplina de projetos de instalações. Veremos, no capítulo referente à hidráulica, noções de mecânica dos fluidos e hidrostática, exigências regulamentares, normativas e dimensionamento de tubulações para água fria e quente, projetos de incêndio e de gás. Verá também sobre o reuso de água e sobre aplicativos computacionais. No capítulo de instalações elétricas, veremos os fundamentos de eletricidade, noções de geração, transmissão e distribuição de energia, tipos de fonte de energia, desenho de instalações elétricas, dimensionamentos e normas regulamentares. 5 2 Projetos de Instalações – Hidráulico, incêndio e gás O projeto de instalação hidráulico faz parte do conjunto de projetos complementares de qualquer projeto para uma edificação. É no projeto de hidráulica que dimensionamos as tubulações necessárias para a distribuição de água, seja fria ou quente, para sanitários, cozinha, área de serviço, área externa. É também nos projetos hidráulicos que dimensionamos as tubulações que servirão para atender os esgotos sanitários que conduzirão as águas servidas além do dimensionamento de tubulações da rede de água pluvial. No entanto, antes mesmo de iniciarmos com o estudo para dimensionar a rede de distribuição de água, vamos abordar o assunto de mecânica dos fluidos e hidrostática. 2.1 Noções de mecânica dos fluidos e hidrostática O projeto de instalação hidráulico faz parte do conjunto de projetos complementares de qualquer projeto para uma edificação. É no projeto de hidráulica que dimensionamos as tubulações necessárias para a distribuição de água, seja fria ou quente, para sanitários, cozinha, área de serviço, área externa. É também nos projetos hidráulicos que dimensionamos as tubulações que servirão para atender os esgotos sanitários que conduzirão as águas servidas além do dimensionamento de tubulações da rede de água pluvial. No entanto, antes mesmo de iniciarmos com o estudo para dimensionar a rede de distribuição de água, vamos abordar o assunto de mecânica dos fluidos e hidrostática. É bom, para endossar os conhecimentos sobre este capítulo de hidrostática, fazer um estudo sobre Pascal, que foi o cientista que começou a observar o comportamento dos fluidos. Estas informações podem ser facilmente encontradas em livros de mecânica dos fluidos. Pressão: é toda força aplicada perpendicularmente à superfície do fluido ou objeto, onde F é igual à força aplicada e A é igual à área. Temos, então, a seguinte fórmula: 6 Figura 1. Fórmula de pressão. Fonte SENAI, 2012. Vazão: é todo fluido em movimento. Devemos saber que a vazão varia a sua velocidade devido a algumas situações como volume do recipiente ou altura da coluna d’água, diâmetro da tubulação e inclinação da tubulação. Vasos comunicantes é a propriedade do fluido de manter a mesma altura ou nível da coluna d’água entre vasos ou recipientes que tenham comunicação entre eles. Figura 02: vasos comunicantes. Fonte: SENAI, 2012. Empuxo e equilíbrio de corpos flutuantes: sabemos que todo corpo imerso num fluido em repouso recebe uma força vertical de baixo para cima de intensidade igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo. Este teorema foi descoberto por Arquimedes. E = dliq. • Vliq. desl. • g Quando o corpo está totalmente ou parcialmente submerso, ele sofrerá uma redução do seu peso, que será o peso aparente, e teremos a fórmula abaixo: Pap = P – E Quando o corpo afunda é porque o seu peso é maior que o empuxo; quando boia na superfície do fluido é porque o seu peso será menor que a força de empuxo; e se ficar flutuando submerso no fluido é porque as forças entram em equilíbrio. 7 2.2 Exigências regulamentares e normativas aplicáveis Os projetos hidrossanitários, de incêndio e de gás devem ser desenvolvidos segundo as normas da ABNT, além de seguirem as regulamentações de cada município, sabendo que as normas definem os parâmetros para os projetos, como dimensionamentos de tubulação, segurança e instalação. A norma nos assegura os requisitos mínimos para garantir o uso de água potável visando à saúde da população que usa a água fornecida pelas empresas de abastecimento. Além da água potável que recebemos para nosso consumo, a norma também nos orienta com relação às águas servidas, ou seja, a água que já foi utilizada no banho, na pia, que deve ter o destino adequado para tratamento desse esgoto, evitando a proliferação de doenças. Algumas normas para a instalação hidrossanitária: Norma NBR 5626 - estabelece exigências quanto ao projeto, execução e manutenção da instalação predial de água fria para garantir a potabilidade da água. Norma NBR 7198 - nesta norma, são fixadas as exigências técnicas para a higiene, a segurança, a economia e o conforto com relação às instalações prediais de abastecimento de água quente. Norma NBR 10844 - orienta quanto às exigências necessárias para os projetos das instalações de drenagem de águas pluviais. Norma NBR 8160 - orienta sobre as exigências com relação ao projeto, execução e manutenção dos sistemas prediais de esgoto sanitário, garantindo segurança, conforto e higiene. Norma NBR 13714 - orienta quanto às exigências para dimensionamento, instalação, manutenção e manuseio de sistemas de combate a incêndio por hidrantes e mangotinhos para uso em prédio com área superior a 750 m² e/ou altura superior a 12m. Norma NBR 15526 - define os requisitos para o projeto e a execução de redes de distribuição interna para gases combustíveis em instalações residenciais e comerciais abastecidas por centrais de gás ou por canalização de rua. Norma NBR 15527/2007 - orienta sobre o aproveitamento correto das águas da chuva nas áreas urbanas para o seu reaproveitamento. NBR 13523 – nesta norma, temos os requisitos para o projeto, montagem, alteração, localização e segurança das centrais de gás liquefeito de petróleo (GLP) com capacidade até 1500 m³ em instalações comerciais, residenciais, industriais e de abastecimento de empilhadeiras. 8 NBR 14024 - orienta quanto aos requisitos para abastecimento de recipientes estacionários ou transportáveis nas instalações das centrais de GLP dos consumidores a partir de veículo abastecedor. NBR 13103 - orienta a adequação de ambientes residenciais para a instalação de aparelhos que utilizam gás combustível do tipo GLP ou GN. 2.3 Instalações prediais de água fria: Veremos, agora, a instalação predial de água fria e, para isto, iniciaremos os estudos sobre os tipos de distribuição de água potável para a população. Como foi dito anteriormente, cabe às empresas de abastecimento fornecer água potável devidamente apropriada para o consumo humano seguindo as orientações da ABNT, que determina o procedimento correto para a qualidade da água. Temos dois tipos de distribuição de água: • Distribuição direta: quando a rede de distribuição chega até a residência e vai direto para as tubulações sem passar por um reservatório. Este sistema pode até ter um custo menor,mas nem sempre é vantajoso. Quando não tem um reservatório, todas as impurezas que têm nas tubulações da rede pública vão diretamente para as tubulações residenciais, podendo ocasionar sérios danos ou também problemas como variação de pressão, que são comuns durante o dia. • Distribuição indireta: quando a água chega da rede pública de distribuição e vai para um reservatório dimensionado para abastecer aquela residência ou prédio de acordo com a quantidade de usuários, e desse reservatório ela será distribuída por tubulações, fornecendo água para as peças de utilização como torneiras, chuveiros, vasos sanitários. Esse sistema traz algumas vantagens como a uniformidade da pressão durante todo o período do dia, a vantagem de evitar golpes de aríetes nas tubulações, e a maior de todas que é a possibilidade de se prevenir com relação à falta d’água se a interrupção do fornecimento for por pouco tempo, logicamente. Depois de saber qual o tipo de sistema irá abastecer o prédio, começamos o cálculo para dimensionar as tubulações da instalação hidráulica. Para isto, definiremos a quantidade de pessoas que utilizarão aquele prédio, a quantidade de peças de utilização que terá na edificação e também qual a finalidade do uso da edificação. 9 Lembremos que é sempre bom termos mais de um reservatório numa residência, o que não é determinado no procedimento do projeto de instalações hidráulicas; é apenas uma prevenção, principalmente, em regiões onde ocorre, com frequência, a interrupção do fornecimento de água. Mais adiante faremos um dimensionamento de uma tubulação, porém vamos lembrar alguns elementos importantes numa tubulação de água fria. Reservatórios são os recipientes que armazenarão a água para então ser distribuída para as peças hidráulicas. Tubulações são os dutos, geralmente de PVC, para direcionar a água até o destino final. Peças de utilização são os elementos finais, como as torneiras e chuveiros. Aparelhos são geralmente as louças que recebem a água, como os vasos sanitários. Conexões são as peças em PVC que compõem as tubulações e servem para emendar, redirecionar ou fechar a tubulação. Bombas hidráulicas são necessárias para levar água até um reservatório superior no caso de edificações altas. Metais são as torneiras e os registros que têm a finalidade de interromper o fluxo nas tubulações para serviços de manutenção. Em outro item, iremos abordar o dimensionamento das tubulações hidráulicas. 2.4 Instalações prediais de água quente: A instalação de água quente é um sistema independente de distribuição de água sendo que essa água quente é utilizada geralmente com a possibilidade de ser misturada com a água fria. Figura 03: misturador de água quente com água fria. Fonte: SENAI, 2012. kennedy mark Realce kennedy mark Realce 10 A mistura é essencial para reduzir ou equilibrar a temperatura da água evitando ocorrências de queimaduras nos usuários, principalmente em crianças. A tubulação de água quente é diferente da água fria por ser de material mais resistente para a alta temperatura da água. A tubulação de água fria é feita com PVC, e a de água quente com o CPVC (cloreto de polivinila clorado), assim, a tubulação tem mais resistência. Geralmente esse tipo de tubulação é mais cara que a tubulação de PVC. Para o sistema de água quente, é necessário ter o equipamento que irá aquecer a água e distribui-la para a edificação. Existem alguns tipos de aquecedores de água. São eles: Aquecedor instantâneo ou elétrico: onde a água é aquecida diretamente quando passa por uma resistência aquecida eletricamente. Aquecedor instantâneo a gás: este processo é semelhante ao elétrico, embora o mecanismo de aquecimento seja através de uma chama abastecida por gás. A água circula por um tubo de cobre, aquece e vai direto para a tubulação para ser utilizada. Aquecedor de acumulação elétrico: é um processo semelhante ao instantâneo, embora a água aquecida vá para um reservatório chamado de boiller, sendo acumulada para uso posterior. Aquecedor de acumulação a gás: este processo é semelhante ao instantâneo a gás, com a diferença de que a água aquecida é direcionada ao boiller para ser armazenada e, então, ser distribuída para a tubulação. Aquecedor solar: este é o processo de aquecimento mais comum na atualidade porque utiliza apenas a energia solar para o aquecimento, ou seja, o calor dos raios solares aquecem um conjunto de placas solares que captam o calor e o transferem para a água, que passa por uma tubulação de cobre em serpentina dentro da placa solar que fica em cima do telhado, sempre numa posição de maior incidência do sol. Assim que a água é aquecida pela placa solar, ela deve ser armazenada em um reservatório num boiller para, então, ser utilizada no prédio. 11 Figura 04: sistema de aquecimento solar. Fonte: SENAI, 2012. Assim como nas tubulações de água fria, teremos que dimensionar as tubulações de água quente, e o processo é o mesmo, começando pela quantidade de usuários para calcular a quantidade de água quente a ser armazenada, para depois seguir com os dimensionamentos das tubulações. Porém, só faremos os cálculos mais adiante. 2.5 Instalações prediais de esgoto: Uma vez feita a instalação de água, seja fria ou quente, devemos fazer as instalações de esgoto. O esgoto serve para coletar as águas servidas da edificação e direcioná-las para a rede de esgotamento sanitário. A função do esgoto é também garantir a higiene da residência, evitando a proliferação de doenças entre os usuários e população em geral, porque o esgoto, quando conduzido por tubulações até a estação de tratamento, permite à população melhores condições de vida. Os sistemas de esgoto são divididos em dois tipos: Sistema unitário ou combinado: quando a rede de tubulação recebe os esgotos residuais das edificações e residências e também o esgoto de águas pluviais. O esgoto é direcionado para a estação de tratamento, que tem a função de limpar este esgoto, separando resíduos sólidos e tornando a água o mais potável possível para, então, despejá-la nos rios. Este sistema não é vantajoso porque as tubulações têm grandes dimensões, uma vez que no período de chuva o volume de esgoto aumenta consideravelmente. Ele tem um alto custo e também um maior tempo para a execução. kennedy mark Realce 12 A estação de tratamento tem que ser muito maior para tratar adequadamente este esgoto residual e, no período em que não ocorrem chuvas, a tubulação fica ociosa, levando apenas o esgoto residencial. Sistema separador: como o nome já indica, o esgoto residual dos prédios e residências percorre por uma tubulação separada do esgoto de água pluvial. Do mesmo modo que o sistema unitário, o esgoto é direcionado para a estação de tratamento. Este é o sistema adotado aqui no Brasil por ser de fácil execução e também por ter um custo menor. Outra vantagem deste sistema é a possibilidade de ampliação mais fácil e a diminuição dos custos na separação dos esgotos nas estações de tratamento. Devemos saber que, nos projetos de esgotos prediais, além das tubulações e conexões que coletam os resíduos, temos também alguns componentes que fazem parte e têm uma finalidade importante de separar, como as caixas de gordura, e em alguns casos de tratar o esgoto residencial, como as fossas sépticas. As caixas de gordura: separam a gordura animal das águas servidas provenientes da cozinha. A separação da gordura no esgoto é fundamental, pois evita o entupimento das tubulações. Figura 05: caixa de gordura. Fonte:SENAI, 2012. Fossas sépticas: são pequenas estações de tratamento na própria residência. Geralmente, utilizamos as fossas quando, na rua ou no bairro, não existe um sistema de captação de esgoto, o que impede de coletar o esgoto e levá-lo para a estação de tratamento. As fossas sépticas recebem o esgoto da residência e, pelo processo de decantação, a parte sólida se acumula no fundo da fossa e a parte líquida começa a ser tratada por bactérias anaeróbias, que fazem o tratamento dessa água servida. Em seguida, essa água é direcionada para o sumidouro, sendo absorvida no solo e retornando para o lençol freático, refazendo o ciclo. 13 Apesar de a fossa séptica tratar a água residual, ela não deve ser instalada nas proximidades de poços artesianos ou de rios onde a população utilize a água . O correto é todo centro urbano oferecer à população o esgotamento sanitário para assegurar a qualidade de vida da população. Hoje os centros urbanos estão investindo mais em estações de tratamento de esgotos e, em cidades litorâneas, uma alternativa é a emissão do esgoto através de emissário submarino, que despeja o esgoto tratado a quilômetros de distância da costa. Figura 06: Fossa séptica. Fonte: SENAI, 2012. Casos e Relatos: “Uma fossa mal-instalada” Marcelo adquiriu um terreno num loteamento que foi lançado recentemente próximo a um litoral com a finalidade de poder desfrutar de momentos de lazer com sua família. Pensamento muito correto uma vez que vivemos num mundo bastante tumultuado e corrido, mas para isto ser realmente um paraíso de lazer, ele deveria ter alguns cuidados. Um deles é, sem dúvida, em relação à infraestrutura do local no que tange ao abastecimento de água e à rede de esgoto sanitário. Marcelo, quando comprou o terreno, não verificou se o abastecimento era constante kennedy mark Realce 14 ou se em determinadas épocas haveria a interrupção do fornecimento. Pois bem, isto acontecia com certa frequência e, para solucionar isso, Marcelo teve que utilizar um poço artesiano para prover sua residência de água potável. O único problema foi que o loteamento também não tinha uma rede de esgoto sanitário para coletar o esgoto da residência dele e da vizinhança. A solução foi a utilização da fossa séptica, no entanto, um outro problema surgiu: com a grande quantidade de fossas na localidade, o lençol freático ficou contaminado porque as fossas não foram executadas seguindo as determinações da norma ABNT. Além disso, no próprio terreno de Marcelo, a fossa ficou próxima ao poço artesiano. A única solução foi providenciar a abertura de outro poço artesiano que retirava água de outro lençol mais profundo aprovado pelos órgãos competentes e com exame de laboratório para analisar uma amostra da água e certificar a sua utilidade para consumo humano. 2.6 Instalações de águas pluviais: As águas pluviais são as águas da chuva. Como o Brasil é um país que tem regiões com muita incidência de chuvas, é importante que as cidades tenham um bom sistema de drenagem dessas águas pluviais. As instalações de águas pluviais servem para coletar e direcionar as águas da chuva para a tubulação de águas pluviais. A drenagem começa nas edificações com os projetos de águas pluviais, que dimensionam as tubulações para receber as águas que caem dos telhados. Mas, não só as águas dos telhados são coletadas, também são contempladas as águas dos pisos externos. No caso de casas com telhados cobertos com telhas, podem ou não ter calhas para coletar as águas; no entanto, em coberturas de laje ou em telhados que não podem escoar a água, as calhas devem ser previstas e dimensionadas no projeto de águas pluviais. Lembremos que cada superfície inclinada do telhado é denominada de “água“, e é a área desta água que precisamos ter para dimensionar as tubulações de queda das calhas. Em piso de área externa, as águas pluviais devem sempre ser drenadas, seja por meio de calhas ou por declives no piso. Porém, é importante salientar que nunca as águas pluviais devem ser direcionadas para a rede de esgoto sanitário. Os órgãos e empresas responsáveis pelo sistema de abastecimento e saneamento sanitário regulamentam e fiscalizam os projetos e execução. Em algumas regiões, as águas pluviais são utilizadas na própria edificação em usos específicos, mas sobre isso falaremos no item 2.8 deste capítulo. 15 Nos centros urbanos, a drenagem macro, que é a drenagem das ruas e praças, é uma das grandes preocupações dos órgãos administradores. Devido ao grande número de área pavimentada, ou seja, que é impermeável para as águas pluviais, o volume de água de uma grande chuva provoca uma série de alagamentos pelas ruas e bairros da cidade, atrapalhando o tráfego e a locomoção da população. O ideal é que tenhamos a maior quantidade de área com pisos permeáveis para permitir a absorção da água pelo solo e para melhorar o conforto térmico, evitando a emissão do calor refletido pelos pisos cimentados. 2.7 Dimensionamento hidráulico das tubulações e levantamento de materiais Dimensionamento para tubulação de água fria O primeiro passo para dimensionar as tubulações de água fria será determinar o consumo médio de pessoas que utilizarão a residência ou edificação através da tabela de consumo médio predial diário. Nela, você consegue achar os índices para os determinados prédios. O próximo passo é achar o consumo diário, utilizando as orientações da NBR 5626, que define que: - os reservatórios têm que abastecer dois dias de consumo; - o reservatório inferior tem que ter a capacidade de 3/5 do consumo de dois dias; - o reservatório superior tem que ter a capacidade de 2/5 do consumo de dois dias. A seguir, calcula-se a vazão do projeto e os pesos relativos dos pontos de utilização por tabela, que são estabelecidos pela norma NBR 5626. Ao somar todos os pesos relativos de todos os pontos de utilização de um trecho da tubulação, o valor encontrado é utilizado no ábaco e o diâmetro correspondente a este valor é achado. Este procedimento é feito separadamente em todos os trechos. Existem trechos bem definidos da tubulação, como os barriletes, por exemplo, um tipo de tubulação que chega até o ramal. Ramal é a tubulação que desce até o sub-ramal, e este último é o trecho final da tubulação, chegando até o ponto de utilização. O dimensionamento do ramal e sub-ramal tem o mesmo princípio. 16 Dimensionamento para tubulação de água quente Para este dimensionamento, é necessário definir qual o tipo de sistema de aquecimento será utilizado, se vai ser de passagem ou por acumulação de água quente. Se for de acumulação, é necessário ter um reservatório para água quente que é o boiller. Definiremos neste estudo o aquecedor solar por acumulação. O passo seguinte é definir a quantidade de pessoas que residirão no edifício ou residência através da tabela de quantidade de pessoas. Em seguida, serão definido quais pontos de utilização na residência terão água quente e, assim, achar a estimativa de consumo de água quente que vai ser utilizada nesses pontos através da tabela de estimativa de consumo diário. Depois disso, será verificada a quantidade de consumo médio por tipo de aquecedor. Este consumo você acha na tabela de estimativa de consumo médio por aquecedor. Após ser definida a quantidade de água que será consumida, deverão ser verificadas, com os fabricantes de aquecedores solares, quais as capacidades dos boilers que mais atendem à necessidade. Com tudo isto definido, o dimensionamento das tubulações de água quente segue o mesmo princípio das tubulaçõesde água fria, ou seja, acham-se os pesos das peças de utilização, depois se somam todos os valores e é verificado no ábaco qual o diâmetro para cada valor encontrado. Lembrando-se que cada trecho da tubulação terá os pontos de utilização e, dessa forma, cada um terá uma soma. A tubulação de água quente sempre sofre com problemas de dilatação provocados pelo aquecimento da temperatura da água. Então, para solucionar este problema temos que utilizar um dispositivo chamado de lira, que serve para suportar a dilatação e não romper a tubulação. Figura 07: lira para tubulação de água quente. Fonte: SENAI, 2012. kennedy mark Realce 17 Para fazer uma lira, é necessário calcularmos as suas dimensões, mas antes temos que verificar através da fórmula abaixo. Em seguida, achamos as dimensões dos trechos da lira através da tabela de comprimento de trecho da lira. Quando o comprimento da tubulação ultrapassa 30m, fazemos o cálculo da lira através da fórmula de expansão térmica. Veja abaixo. E para encontrar o comprimento da lira, utilizamos a fórmula a seguir, que é alimentada com os dados de tensão admissível (S) e módulo de elasticidade (E). Dimensionamento da tubulação de esgoto predial O dimensionamento das tubulações de esgoto é mais simples, complicando apenas na montagem da rede de tubos coletora. O primeiro passo é definir os diâmetros dos ramais de descarga para cada aparelho sanitário na tabela de diâmetro mínimo dos ramais de descarga. Depois, verificamos as dimensões dos ramais de esgoto através da tabela de diâmetro mínimo dos ramais de descarga. Toda tubulação de esgoto deve ter tubulação de ventilação, e o cálculo do diâmetro dessa tubulação é feito através da tabela fornecida pela NRB 8160 de Unidade Hunter de Contribuição de Aparelhos (UHC). Depois de achar o somatório das UHC, verificamos, na tabela, o diâmetro das tubulações. 18 Além das tubulações, temos que também dimensionar as caixas de gordura e as fossas sépticas caso não haja sistema de rede de esgotamento na localidade da edificação. As caixas de gorduras, caso sejam construídas no local, devem ter no mínimo 0,30 m por 0,50 m, e as fossas sépticas seguem as determinações já estabelecidas e podem ser verificadas na tabela de dimensões de fossas sépticas. Dimensionamento das tubulações de águas pluviais: Para dimensionar as tubulações de águas pluviais em telhado, devemos calcular a Vazão de Contribuição do telhado com a fórmula: Q = i x Ac Sendo Ac a área de contribuição que pode ser encontrada na seguinte fórmula: Depois, calculamos a quantidade de tubos de descida com a fórmula: E calculamos a distância entre os tubos com a fórmula: Para dimensionar as calhas para drenagem pluvial do piso, utilizamos inicialmente a tabela de índice pluviométrico da região e, em seguida, calculamos a vazão total com a fórmula: E depois a quantidade de tubos de saídas com a fórmula: Sendo que a vazão do tubo é encontrada na tabela de vazão dos tubos para diferentes declividades. 19 Todos os livros de ensino de instalações hidráulicas são baseados pelas normas NBR, portanto, qualquer livro vai ensinar a projetar, mas pode seguir caminhos diferentes para achar a solução. Nos casos de residências, os dimensionamentos podem ser seguidos por manuais de instalações de fabricantes, que fazem um resumo a partir das determinações da Norma. 2.8 Desenhos de instalações hidrossanitárias Depois de ter dimensionado toda a tubulação de água fria e quente e de esgoto e pluvial, temos que colocar estas informações em plantas gráficas para auxiliarem nas instalações. É importante ter conhecimento que as plantas gráficas terão que ser interpretadas por vários profissionais, e a fácil leitura, assim como clareza nas informações são fundamentais para o processo construtivo. A primeira necessidade de uma planta é a sua interpretação e, para isso, temos as simbologias gráficas que identificam os diversos elementos contidos naquele projeto. Como exemplo: Figura 08: simbologia para projetos de hidráulica. Fonte: SENAI, 2012. É importante que o projeto hidrossanitário contenha a planta baixa com as cotas e as plantas de corte e fachada. Na planta baixa ficam definidos quais e quantos ambientes terão a necessidade de ter abastecimento de água e coleta de esgoto. 20 Figura 09: planta baixa com detalhes. Fonte: SENAI, 2012. Nos cortes, temos as informações necessárias sobre as alturas dos pavimentos para dimensionarmos as tubulações. Informações importantes principalmente para edificações de mais de um pavimento. Figura 10: cortes de uma residência Fonte: SENAI, 2012. 21 Outra prancha que deve estar presente é a de cobertura para informar a quantidade de águas da cobertura e, assim, poder definir o sistema de tubulação pluvial. A partir das informações nos projetos arquitetônicos, temos definidos não só a quantidade de pontos de utilização, mas também o posicionamento dos aparelhos sanitários e, com estas informações, fazemos os dimensionamentos para, em seguida, começarmos a construção das peças gráficas do projeto hidrossanitário. Nas peças gráficas, informamos, principalmente, a localização de reservatórios de caixas de inspeção, caixas de gordura, fossas sépticas e hidrômetros. Para instalação de água fria e quente, utilizamos as plantas isométricas que informam com mais facilidade a instalação das tubulações como no exemplo abaixo. Figura 11: planta isométrica. Fonte: SENAI, 2012. Nas peças gráficas de esgoto, informamos o posicionamento das tubulações e das conexões para o perfeito funcionamento do sistema. Vejamos, a seguir, alguns exemplos de plantas hidrossanitárias. 22 Figura 12: planta de esgoto. Fonte: SENAI, 2012. Também temos a planta baixa com a localização e dimensão das caixas e da fossa séptica. 2.9 Levantamento de materiais Junto com os dimensionamentos das tubulações, já fazemos o levantamento de materiais a serem utilizados para a instalação. Os levantamentos de materiais vão informar a quantidade e as referências das peças que compõem a rede hidrossanitária. Este levantamento inclui os tubos e o tipo de tubo, se para água fria ou quente, as conexões para a instalação, além dos equipamentos como aquecedores, placas solares, bombas, filtros, ou seja, todos os elementos que farão parte da instalação. 2.10 Sistemas de captação e reuso de água Hoje em dia, a preocupação com a reserva de água potável no mundo está cada vez maior. Como profissionais, temos o dever de instruir tanto nossos alunos quanto a população sobre a necessidade de utilizarmos a água com muito mais responsabilidade, evitando desperdícios desse bem precioso, mas que pode vir a se tornar escasso. kennedy mark Realce 23 Por sorte, no Brasil, temos certa reserva de água que nos dá um conforto em relação a essa preocupação mundial. Mas sabemos que menos de 1% da água no mundo inteiro é realmente potável, ou seja, própria para o consumo. Então, nada mais coerente do que utilizarmos a água para serviços de nosso dia a dia, como a higiene e a preparação de alimentos. Água para regar jardins ou uso em lavagens de pisos, de carros ou outra utilização menos importante deve ser de reuso, como exemplo água proveniente da chuva que, devidamente armazenada, pode servir perfeitamente para estes serviços. Uma pessoa consome em média 200 l de água por dia, e essa água potável é muito desperdiçada.Veja na tabela abaixo o percentual dos consumos diários. Percentual Consumo de água potável 33% vaso sanitário 27% cozinhar, beber água 25% banho, escovar os dentes 12% lavagem de roupa 3% lavagem de carros, calçadas Tabela 01. Tabela Consumo de água potável. Fonte: Hélio Creder Instalações Hidráulicas e Sanitárias, 2006. Se utilizarmos a água servida do banho e do lavatório e a reutilizarmos nos vasos sanitários já temos uma economia significativa no percentual de água utilizada. Existem várias formas de fazermos o reaproveitamento da água consumida nas edificações. Algumas, a depender do reuso, têm que passar por um tratamento para tornar a água própria para o uso. Vejamos alguns tipos de reuso para a água. Reuso indireto não planejado: depois que a água é utilizada no consumo humano é desprezada nos rios, que são os corpos de água. Ela é utilizada em outro ponto mais a frente desse rio sem ter passado por tratamento, apenas o tratamento natural que é a diluição e a autodepuração. Figura 13: Reuso indireto não planejado. Fonte: SENAI, 2012. 24 Reuso indireto planejado: é a situação onde a água consumida é desprezada em uma estação de tratamento que trata a água e, em seguida, despejada nos rios podendo ser captada para abastecimento de outra cidade. Figura 14: reuso indireto planejado. Fonte: SENAI, 2012. Reuso direto: é toda água que, depois de ser consumida, é reutilizada após receber tratamento. Ela é definida como a água que é enviada da descarga para o local do reuso sem ter sido descarregada no meio ambiente. Para este exemplo, temos as águas pluviais de uma edificação que é reutilizada na própria edificação. Figura 15: exemplo de reuso direto. Fonte: SENAI, 2012. O sistema de reuso de água é simples, mas precisa de alguns cuidados. De maneira geral, consiste em um sistema de onde a água da chuva é captada e direcionada a um reservatório denominado cisterna. Deve ser bem armazenada e, a depender do tipo de reuso, deverá ter um processo de tratamento. 25 A água da chuva pode ser bem aproveitada nos vasos sanitários, que não precisa de tratamento. É importante que a cisterna esteja abaixo do solo para conservar a temperatura baixa e assim evitar a proliferação de algas e bactérias. Figura 16: esquema de um reaproveitamento de água pluvial. Fonte: SENAI, 2012. A água pluvial, além de ser reutilizada para abastecer vasos sanitários, lavagens de carro, lavagem de áreas externas, reserva para incêndio, pode ser também reutilizada em prédios residenciais ou comerciais, em indústrias e na agricultura. O importante é percebermos a necessidade do reuso da água porque acabamos consumindo menos água para satisfazer a nossa necessidade e também porque estamos utilizando de forma responsável um bem muito precioso e que pode se tornar escasso. 2.11 Instalações para combate a incêndio Não menos importante que as instalações hidráulicas de um prédio é a instalação para combate a incêndio. Observamos que, apesar de ser destinado apenas a combate a incêndio, o projeto de hidráulica já deve ser feito prevendo uma reserva de água nos reservatórios exclusivamente para o combate a incêndio, isto no caso dos prédios de vários pavimentos. Casas de porte pequeno e médio não precisam ter esta preocupação, pois o combate pode e deve ser feito com extintores portáteis. Para as edificações de grande porte, térrea ou com vários pavimentos, a necessidade de um sistema de combate ao incêndio é muito importante pela própria configuração do edifício, pois contar apenas com a ação do corpo de bombeiros é muito arriscado pelo 26 volume da edificação e pelo próprio perigo do incêndio, que rapidamente se espalha pelos andares através de materiais que são inflamáveis ou combustíveis. O projeto para combate a incêndio segue as diretrizes da norma NBR 14100, além de ser regulamentado pelo Corpo de Bombeiros. É o Corpo de Bombeiros do município que analisa e fiscaliza os projetos. Como princípio básico, é sempre fundamental ter em cada pavimento sistemas de mangueiras com mangotes que ficam guardados em caixas de incêndio embutidas na parede e sempre à mostra. Cuidar deste equipamento é fundamental para evitar o mau funcionamento no momento de incêndio. Podemos ter um sistema de combate a incêndio automático. Este sistema conta principalmente com equipamentos instalados no alto, geralmente, em forros e lajes, que devem estar expostos e são acionados pelo calor. Existem no mercado vários modelos com acionamentos diversos, mas sempre têm o mesmo nome, Sprinklers. Figura 17: sprinkler. Fonte: SENAI,2013. O sprinkler nada mais é do que uma válvula que se abre e distribui a água com esguichos, debelando os focos de incêndios. Além dos sprinklers, os extintores portáteis são importantes para ajudar no combate ao fogo e podem ser usados ao mesmo tempo. Geralmente, a reserva de água para incêndio fica no reservatório superior, facilitando o fluxo da água devido à força de gravidade. Quando esta reserva no reservatório superior não for suficiente, ela pode ser dimensionada nos reservatórios inferiores, sendo necessário o auxílio de bombas hidráulicas para elevar a água com pressão. 27 Para saber como combater o fogo é importante saber como é o mecanismo do incêndio. Sabe-se que ele tem três fases bem distintas e, para cada fase, o procedimento de combate é diferenciado. Vejamos estas fases a seguir. Fase inicial e elevação de temperatura: começa o incêndio através de material combustível e, neste período, a temperatura ainda está baixa devido ao pouco material em combustão. É neste momento que o combate deve ser iniciado para ser mais facilmente apagado. As janelas dos prédios ainda estão fechadas e o oxigênio que está no ambiente alimenta o fogo. No entanto, quando a temperatura se eleva, os vidros das janelas estouram, entrando uma grande quantidade de ar alimentando as chamas e elevando muito a temperatura. A partir deste momento os gases combustíveis se acumulam e o incêndio se espalha. Fase de inflamação súbita generalizada: conhecida como flash-over, nesta fase começam a ocorrer os colapsos na estrutura do prédio. Essa fase depende dos materiais combustíveis, da ventilação e do tamanho do ambiente. Fase de extinção do incêndio: neste período o incêndio perde força porque os gases combustíveis foram consumidos e não têm material para manter o fogo. É bom lembrar que a melhor forma de combater o incêndio é mantendo o usuário informado sobre o risco da utilização de materiais altamente combustíveis e do uso adequado de equipamentos elétricos. Os incêndios possuem quatro categorias: Classe A: são materiais que têm uma fácil combustão deixando resíduos, como madeira, tecido, papel, entre outros. Classe B: são produtos inflamáveis, como óleos, gordura, gasolina, querosene, tintas, etc. Classe C: são os incêndios ocorridos com equipamentos elétricos que estão energizados. Classe D: todos os materiais pirofóricos formados por metais leves como magnésio, alumínio, zircônio e outros. 28 Figura 18: quadro de extintores em relação à classe do incêndio. Fonte: SENAI, 2012. 2.12 Instalações prediais de gás A instalação predial de gás é projetada para fornecer gás aos equipamentos a gás das edificações. Os equipamentos seriam os fogões, aquecedores para água, churrasqueiras e lareiras. Alguns prédios possuem grandes reservatórios que são abastecidos por caminhões, outros prédios são abastecidos por gás natural que vem canalizado pela rua atéchegar ao prédio. No Brasil, é usado o gás GLP e o gás natural (GN). O GLP, que significa gás liquefeito de petróleo é o mais usado, pode ser distribuído em botijões pequenos, usados nas residências e, no caso de prédios, o GLP pode ser armazenado em recipientes maiores e fixos em local de fácil acesso para ser abastecido por caminhões transportadores de GLP. GN é o outro tipo de gás fornecido por sistema de canalização no subsolo das vias públicas, chegando até os prédios para então ser distribuído para as unidades por tubulação de cobre. O gás natural é de origem fóssil, formado através da decomposição de matérias orgânicas, originando o gás metano em maior quantidade. Características físico-químicas do gás GLP e do gás GN GLP tem como características ser incolor e inodoro. Como não apresenta nenhum cheiro, adiciona-se uma substância com odor para ser perceptível quando houver vazamento. Ele é mais denso que o ar e, por este motivo, quando ocorre vazamento, ele se concentra na região mais próxima ao chão. Apresenta uma chama de cor azulada 29 e com alto poder calorífico de 11.500 kcal/m². Não é um gás tóxico, mas se ingerido, pode anestesiar o indivíduo. O gás GN, assim como o GLP, é inodoro e incolor e também se adiciona uma substância que facilita identificá-lo quando ele vaza no ambiente. Possui uma densidade menor que a do ar atmosférico, o que significa que ele não se concentra na superfície do chão, ao contrário, ele se dissipa com mais facilidade no ar. Requisito para instalações dos equipamentos O gás GLP e o gás GN são gases inflamáveis e, por isso, temos sempre que ter cuidado pra manuseá-los. Um deles se trata exatamente do ambiente onde esse gás será usado. O ambiente deve sempre ser bem arejado, respeitando as normas técnicas, porque cada tipo de gás terá a sua característica própria o que significa que o comportamento de cada gás é diferente. Exemplo: o gás GLP, por ser mais pesado, deve ter como segurança em ambiente fechado um sistema de ventilação sempre na parte inferior do compartimento para que ele saia do ambiente e seja dissolvido na atmosfera. Já o GN é mais leve que o ar, então sua ventilação deve ser na parte superior. De modo geral, qualquer ambiente onde haja o uso ou o armazenamento de botijões de gás deverá ser o mais arejado possível e, ao mesmo tempo, protegido para evitar que pessoas não autorizadas manuseiem os botijões. O espaço de armazenagem dos botijões ou mesmo o quadro de distribuição para o gás GN devem estar seguros com relação a incêndio. E nas unidades onde o gás realmente será utilizado pelo consumidor também terá que haver bastante cuidado. Nas residências que não têm um sistema de distribuição de gás GN, o gás usado é o GLP porque é mais comercializado e encontra-se com mais facilidade. O gás GLP vem distribuído em botijões de 13 kg e é fácil de instalar, no entanto, o cuidado na instalação é o mesmo, será de acordo com o que a norma estabelece como garantia de segurança. 2.13 Aplicativos computacionais para projetos de instalações hidráulicas e a gás predial Sabemos hoje que os computadores vieram para nos ajudar na execução de nossas tarefas do dia a dia. Assim que os eles começaram a fazer parte de nossas vidas, houve a necessidade de torná-lo mais acessível e de uso pessoal. Surgem, então, os computadores pessoais, os PCs, abreviatura de Personal Computer. Mas os 30 computadores sem os programas que executam as tarefas não passam de máquinas. Os programas são chamados de softwares, enquanto a máquina é chamada de hardware. Os softwares são os aplicativos computacionais, são eles que rodam nos computadores e se tornam as ferramentas de trabalho do profissional moderno. No passado, fazíamos nossas tarefas de dimensionamento e desenho ainda com auxílio de esquadros, lápis, canetas, papel e calculadoras. Hoje temos a facilidade de executar as mesmas tarefas com programas que aceleram todo o processo. Esse facilitador não traz a vantagem somente no tempo de execução, mas na precisão dos cálculos e dimensionamentos. Como existem vários modelos de softwares para projetos de hidrossanitários no mercado, cada profissional ou empresa escolhe aquele que mais se adequa ao tipo de serviço executado por eles. Cada vez mais, o uso dos computadores está difundido entre a população, o que contribui mais para o surgimento desses softwares e, além destes, também evoluem os aparelhos de hardwares. Quando surgiu, um computador era tão grande que cabia só ele em uma sala para fazer uma simples conta. Foi sendo aperfeiçoado e se tornando menor e mais eficiente até que surge o PC, usado pela população, embora por uma parcela ainda pequena. Os primeiros PC’s tinham recursos ainda limitados com poucos programas executando os serviços. A partir do sistema operacional Windows é que realmente veio a nova geração, revolucionando o nosso cotidiano e introduzindo de forma indispensável a informática na nossa vida. A evolução foi grande e tão rápida que novos aparelhos, cada vez menores, estão sendo utilizados para executar as nossas tarefas, como os notebooks e tablets. De forma geral, os softwares no mercado facilitam os serviços, mas para isto é necessário que o profissional adquira o conhecimento para operar as ferramentas e poder usufruir de todos os artifícios, tornando mais eficiente o seu emprego. Os aplicativos computacionais executam os cálculos trazendo algumas vantagens: - compatibilização dos dados; - conversão de blocos de CAD para as peças sanitárias; - simulação de conexões e encaixes que torne mais eficiente o projeto; - criação automática de legendas e símbolos facilitando o trabalho dos profissionais; - para prédios, dimensiona mais facilmente os recalques e as perdas relativas ao número de pavimentos; - dimensiona o cálculo das bombas, o tamanho das tubulações, tanto de água quanto esgoto, além de águas pluviais. 31 3 Projeto de instalações elétricas e especiais O projeto de Instalações Elétricas é um dos projetos que compõe juntamente com os outros projetos (Hidráulica, Incêndio, Gás, Ar-condicionado etc.) o projeto geral de instalações. É no projeto de instalações elétricas que definimos os locais onde serão distribuídos os pontos de utilização de energia elétrica, o tipo de caminhamento dos condutores, a localização dos dispositivos de comando de medição da energia elétrica e dos acessórios. A fim de entendermos de forma mais completa o projeto elétrico, é preciso antes compreender os conceitos elementares da geração de energia elétrica que faz com que com o simples ato de apertar o interruptor e “ligar a luz”, dê a nossa casa uma pequena porção da energia produzida pelas Usinas Hidrelétricas. 3.1 Fundamentos de eletricidade A eletricidade é de suma importância nas nossas vidas, e seu uso é tão constante e frequente que muitas vezes nem observamos. Na realidade, a eletricidade é invisível, só seus efeitos são perceptíveis por nós, e esses efeitos são possíveis devido a uma série de fatores, dentre os quais se destacam: corrente elétrica, tensão elétrica, resistência elétrica, potência elétrica. Nesse tópico, iremos abordar alguns desses efeitos e suas aplicações. 3.1.1 Corrente Elétrica Corrente elétrica é o fluxo sequencial dos elétrons livres nos condutores provocado pela ação da tensão, formando literalmente uma “corrente” de elétrons ou “corrente elétrica”. Só existe corrente elétrica se existir uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades do condutor. Esta diferença de potencial chama-se tensão. A corrente é o resultado da aplicaçãode uma tensão entre dois pontos, continuamente ou durante certo tempo. A facilidade ou dificuldade com que a corrente elétrica atravessa um condutor é conhecida como resistência. Esses três conceitos: corrente, tensão e resistência se relacionam de tal maneira que basta conhecer dois deles para poder calcular o terceiro através da Lei de Ohm. Esses outros conceitos estudaremos mais adiante. kennedy mark Realce kennedy mark Realce 32 Figura 19: Ordenamento de Elétrons Fonte: SENAI, 2013. A unidade padrão no Sistema Internacional (SI) para medida de intensidade de corrente é o ampère (A). 3.1.2 Tensão Elétrica ou Diferença de Potencial (ddp) Como vimos, para ter corrente elétrica é preciso ter diferença de potencial entre dois pontos do condutor, onde haja um ordenamento de elétrons livres. Essa diferença de potencial é também chamada de tensão elétrica, que é a força que impulsiona os elétrons livres nos condutores. Figura 20: gerador de tensão Fonte: SENAI, 2013. 33 Na figura acima, temos o exemplo de um gerador, que impulsiona os elétrons livres; estes passam pelo condutor, acendem a lâmpada, depois continuam seu percurso e retornam à pilha. Com isso, depreendemos que a tensão elétrica é a quantidade de energia que um gerador fornece para movimentar uma carga elétrica durante o condutor. São exemplos de geradores de tensão: usinas hidrelétricas, baterias e pilhas. A unidade que utilizamos para tensão é o Volt(V). A partir dos conceitos de tensão e corrente já estudados e do próximo tema que iremos abordar, resistência elétrica, obtemos a seguinte fórmula: U = I . R Onde: U = Tensão Elétrica I = Corrente Elétrica R = Resistência Elétrica 3.1.3 Resistência Elétrica Como falamos a pouco, estudaremos o conceito de resistência elétrica. Como o próprio nome diz, é a capacidade que um corpo tem de provocar resistência ou se opor à passagem de corrente elétrica. É a dificuldade que as cargas elétricas encontram ao atravessar um condutor, mesmo quando existe uma tensão aplicada. Figura 21: exemplo de resistência elétrica Fonte: SENAI, 2013. Temos, como resistência elétrica(R) do resistor, o quociente entre a ddp (U) aplicada pela corrente (I) que o atravessa. R = U / I 34 No Sistema Internacional (SI), a unidade de resistência elétrica é o ohm, que é representada pelo símbolo (Ω). A Resistência elétrica do corpo humano é, em média, de 1300Ω, por isso, uma corrente elétrica de 50 mA pode ser fatal. 3.1.4 Potência Elétrica É a quantidade de energia liberada em dado intervalo de tempo, ou seja, quanto maior a energia liberada em um menor intervalo de tempo, maior será a potência. Esse é um conceito já bastante difundido no comércio em geral, seja nos aparelhos de som, geladeiras, chuveiros etc. Sabemos que esses aparelhos necessitam de energia elétrica para funcionar. Ao receberem essa energia elétrica, eles a transformam em outra forma de energia. No caso do chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em energia térmica, que, por sua vez, esquenta a água. Nas lâmpadas incandescentes, o processo é quase o mesmo, através da tensão elétrica e da corrente gerada no condutor, o filamento de tungstênio presente dentro da lâmpada é aquecido, transformando energia elétrica em energia luminosa e térmica (veja a figura 02). A potência elétrica (P) em função da tensão elétrica (U) e da corrente elétrica (I), é definida pela fórmula abaixo. P = U . I A partir dessa fórmula, depreendemos duas outras em função da resistência (Ω). P = U² / R e P = I² / R A unidade de potência no SI é o Watt (W). 3.1.5 Lei de Ohm A Lei de Ohm tem esse nome em homenagem a Georg Simon Ohm, que foi quem a enunciou, e afirma que a diferença de potencial (U) obtida entre dois pontos de um 35 condutor é proporcional à corrente elétrica (I). Quando essa lei é funcional num determinado resistor, este se denomina resistor ôhmico ou linear. É importante ressaltar, pois existem componentes eletrônicos que não obedecem à Lei de Ohm, como o “diodo”, que não possui uma resistência linear. Sendo assim, tendo a resistência elétrica por uma constante, a intensidade da corrente elétrica cresce proporcionalmente ao valor da tensão aplicada, obedecendo à seguinte expressão: U = R . I Graficamente, para resistores que obedecem a Lei de Ohm, a primeira lei de Ohm mostra: Figura 22: Lei de Ohm Fonte: www.infoescola.com, 2013. “A resistência de um material é independente da intensidade ou do sinal da diferença de potencial aplicada” 3.1.6 Tipos de Circuitos • Circuitos em Série No circuito em série, todos os componentes são ligados um após o outro, havendo somente um caminho para a corrente passar. Um exemplo prático desse tipo de circuito é o cordão para iluminação das árvores de Natal, e como existe um só caminho para a 36 corrente seguir, se uma das lâmpadas queimar, todas as outras se apagam, pois o circuito foi interrompido. Para achar a lâmpada queimada, temos que trocar lâmpada por lâmpada. Figura 23: Circuito em Série Fonte: internet, 2013. Nesse tipo de ligação, a queda de tensão total é a soma das tensões obtidas em cada resistência. A corrente que circula na associação em série é constante para todas as resistências, e a resistência elétrica total será o somatório das resistências parciais, conforme fórmula abaixo. Rt = R1 + R2 + R3 + ... + Rn • Circuitos em Paralelo São os de uso mais frequente nas instalações elétricas. Neste caso, as cargas estão ligadas de modo a permitir vários caminhos para a passagem de corrente elétrica. Um exemplo clássico de circuito paralelo é o sistema de instalações elétricas de uma casa. Uma única fonte de energia elétrica fornece a mesma tensão a todas as luzes e eletrodomésticos. No caso de uma das lâmpadas queimar, a corrente continua fluindo pelas demais luzes e eletrodomésticos da casa sem causar nenhuma interferência. E a corrente total é o somatório da corrente em cada resistor, diferentemente da tensão que é sempre a mesma para todos os componentes. 37 Figura 24: Circuito em Paralelo Fonte: internet, 2013. A fórmula para o cálculo da resistência equivalente do circuito de resistores em paralelo é: 1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn • Circuitos Mistos É basicamente uma combinação das ligações em série e em paralelo em um mesmo circuito. Para o cálculo destes circuitos, utilizam-se as regras dos outros circuitos aprendidos isoladamente. Figura 25: Circuito Misto Fonte: internet, 2012. 3.2 Noções de geração, transmissão e distribuição de Energia A geração de energia elétrica consiste basicamente na transformação de qualquer tipo de energia em energia elétrica. No mundo, a geração de energia se resume nas fontes de energia tradicionais, como petróleo, gás natural e carvão mineral. Essas fontes são 38 consideradas não renováveis e poluentes, mas no futuro, inevitavelmente, serão substituídas. Muito se discute sobre o tempo de duração dos combustíveis fósseis, e já vemos hoje novas formas de captação de fontes de energia limpas e renováveis, como a energia eólica, biomassa e energia maremotriz. Hoje, cada vez mais, meios que não agridam o meio ambiente são procurados, como o Protocolo de Quioto, exemplo de limitação a níveis menores de emissões de poluentes na atmosfera. Os principais tipos de geração de energia elétrica,no Brasil, são: usina hidrelétrica, usina térmica-nuclear, usina térmica-convencional, parque eólico e parque de energia solar. Figura 26: Usina Hidrelétrica de Itaipu Fonte: WIKIMEDIA COMMONS, 2013. Uma usina hidrelétrica é uma imensa obra de engenharia cuja finalidade é a produção de energia elétrica através do aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio. Geralmente, quando vemos um rio passar, não imaginamos a quantidade de energia que ele contém, mas no momento em que você represa a água, gera uma incrível força. No Brasil, a mais importante fonte de energia vem das Usinas Hidrelétricas, correspondendo a cerca de 80% da energia gerada, produzindo aproximadamente 79,3TW de energia consumida. E esse será o objeto do nosso estudo, desde a geração, transmissão, distribuição até chegar as nossas casas, conforme representação abaixo. 39 ESTRUTURA BÁSICA DO SISTEMA ELÉTRICO Figura 27: Estrutura Básica de um Sistema Elétrico Fonte: SENAI, 2013. A energia hidráulica é transformada em energia mecânica através de uma turbina hidráulica, e essa energia é convertida, através de um gerador (cor preta), em energia elétrica, desta forma, a energia é transmitida por uma ou mais linhas de transmissão (cor azul) ligadas à rede de distribuição (cor marrom). 3.3 Tipos de Fontes de Energia As Fontes de Energia são de vital importância, principalmente, na sociedade atual. Entretanto, logo após as Revoluções Industriais e com o crescimento do processo de urbanização, a utilização dessas fontes energéticas teve um aumento significativo, proporcionando energia para o homem cozinhar seus alimentos, iluminar o ambiente, locomover-se através dos transportes automotivos etc. Diante desse contexto, observamos que com todo esse crescimento, foram gerados grandes problemas socioambientais. Isso porque a maioria das fontes de energia utilizada é de origem fóssil (petróleo, carvão, gás natural), e sua queima libera gases tóxicos, provocando a poluição atmosférica, efeito estufa, contaminação do meio ambiente etc., além de serem fontes não renováveis, ou seja, um dia se esgotarão. Segundo estudo da Agência Internacional de Energia (AIE), caso se mantenham as mesmas proporções de consumo das últimas décadas, as reservas de petróleo e gás irão se esgotar em 100 anos, e as de carvão em 200 anos. Por isso, têm sido realizadas 40 diversas pesquisas para obtenção de fontes limpas, renováveis e economicamente viáveis. Entre elas podemos destacar a energia hidráulica, energia solar, energia eólica, energia das marés e biomassa. E essas fontes, além de serem encontradas com facilidades na natureza, ocasionam menos impactos ambientais. Neste tópico, iremos descrever quais os tipos de fontes de energia mais conhecidos, detalhando suas diferenças e seus aspectos mais relevantes. Parafraseando o químico francês Lavoisier, a energia não se cria nem se destrói, apenas se transforma de um tipo em outro, em quantidades iguais. Energia Hidráulica: é a que tem maior utilização em nosso país em função da grande quantidade de mananciais , todavia, com a falta de chuvas e altas temperaturas, pode se tornar um fator preocupante. A água possui uma enorme energia e, quando está represada a certa altura, a sua queda faz com que a energia potencial hidráulica seja transformada em energia cinética que, por sua vez, faz com que as pás da turbina girem, fazendo com que o gerador elétrico seja acionado, produzindo energia elétrica. Energia Fóssil: formada a milhões de anos a partir dos materiais orgânicos presentes no solo. Através de destilação fracionada do petróleo, são processados vários componentes utilizados como fontes de energia como o querosene, gasolina, óleo diesel, álcool, gás natural. É um tipo de energia que, além de ser não renovável, polui o meio ambiente. Energia Eólica: é um tipo de energia limpa, abundante, renovável e econômica, que é gerada a partir do vento. Foi uma das primeiras utilizadas pelo homem e consiste na captação do vento pelos aerogeradores conectados nas turbinas que acionam o gerador elétrico, produzindo energia elétrica. Energia Solar: é a utilização dos raios solares com a finalidade de gerar energia elétrica. A energia térmica proveniente desse sistema é fruto da captação da energia provinda do sol através de coletores solares. Ela é utilizada geralmente em chuveiros elétricos. Já a energia fotovoltaica, também proveniente da mesma fonte, é coletada a partir de um material que tem a capacidade de capturar a energia vinda do Sol e transformar em energia elétrica, que também pode ser armazenada em baterias, podendo ser utilizada quando não houver tanta incidência solar. Mas, devido aos altos custos de implantação, essa fonte de energia não é totalmente explorada. 41 Energia Nuclear: é produzida através da desintegração do núcleo de átomo pesado (urânio, plutônio etc.) por uma reação denominada fissão. Quando essa separação é realizada através do bombardeamento de nêutrons, é liberada uma enorme quantidade de energia. As usinas nucleares aproveitam essa energia para gerar eletricidade. Os riscos para esse tipo de energia são grandes, como aconteceu nas usinas de Chernobyl, na Ucrânia, em 1986 e Three Miles Island, nos EUA, em 1979. 3.4 Noções de Eficiência Energética Quando pensamos em Eficiência Energética, pensamos na otimização que podemos fazer no uso da energia. A energia, antes de passar pelo processo de transformação, seja ela em calor, movimento ou luz, percorre um longo processo até chegar ao consumidor final, e, durante esse processo, uma parte dela é desperdiçada, e a outra, muitas vezes, não é devidamente aproveitada. A eficiência energética, também chamada de utilização racional da energia (URE), de uma forma mais direta, entra nesse âmbito com a finalidade de implementar estratégias que visam combater esses desperdícios gerados no processo de transformação até à sua efetiva utilização. De uma forma que fique mais fácil de compreender, analisaremos um exemplo bastante comum no nosso dia a dia, o da lâmpada elétrica. Sabemos que o objetivo principal da lâmpada é produzir luz. Dessa forma, para que a eficiência energética seja de 100%, toda energia utilizada pela lâmpada deve ser transformada em energia luminosa; mas, uma lâmpada incandescente possui uma eficiência de apenas 8%, o que significa que somente 8% da energia elétrica que ela consome são realmente transformadas em energia luminosa (luz), e o restante, 92%, é perdido em forma de calor. Já as lâmpadas fluorescentes possuem uma eficiência de 32%, o que significa que 68% da energia que elas consomem são perdidas em forma de calor. Aparentemente, é pouco, mas já representa uma grande diferença na economia de energia. Entretanto, a eficiência energética não se aplica somente às lâmpadas, podemos observá-la nos automóveis, eletrodomésticos, na indústria etc. Nós também temos uma grande parcela de responsabilidade, pois de nada adiantaria criarmos uma lâmpada 100% eficiente, se a deixássemos ligada sem necessidade. Fala-se muito, hoje em dia, nesse conceito e, por isso, estratégias são criadas para minimizar significativamente os desperdícios, tais como: construção de edifícios energicamente eficientes; o isolamento térmico para consumir menos energia com aquecimentos ou arrefecimentos, a depender da região onde se vive; troca de lâmpadas incandescentes por lâmpadas econômicas, atingindo o 42 mesmo nível de luminância; sensores de iluminação de movimento em áreas com frequência menor de utilizaçãoetc. O Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica – PROCEL, através de selos contidos nos eletrodomésticos, visa orientar o consumidor no ato da compra, indicando os produtos que apresentam os melhores níveis de eficiência energética dentro de cada categoria. Também tem o objetivo de estimular a fabricação e a comercialização de produtos mais eficientes, contribuindo para o desenvolvimento tecnológico e a redução de impactos ambientais. O Procel conta ainda com os seguintes subprogramas: Procel GEM (Gestão Energética Municipal), Sanear (Eficiência Energética no Saneamento Ambiental), Educação (Informação e Cidadania), Indústria (Eficiência Energética Industrial), Edifica (Eficiência Energética em Edificações), EPP (Eficiência Energética nos Prédios Públicos) e Reluz (Eficiência Energética na Iluminação Pública). 3.5 Desenho de Instalações Elétricas Neste tópico abordaremos alguns sistemas destinados a distribuir internamente a energia elétrica recebida da rede urbana para alimentar os equipamentos de utilização que a transformarão em energia mecânica, térmica e luminosa. Conforme a utilização a que se destina a edificação, as instalações elétricas prediais podem ser residenciais, comerciais, industriais ou mistas. No nosso caso, estudaremos apenas as instalações residenciais, conhecendo seus principais componentes. Distribuição: quadros, fios, cabos, eletrodutos, caixas de passagem, disjuntores e chaves corta-circuito; Dispositivos de iluminação: luminárias, interruptores, luzes de emergência, sinalizadores etc. Dispositivos de alimentação: tomadas de uso geral e tomadas de uso específico (chuveiro, condicionadores de ar, torneiras elétricas etc.). 3.5.1 Simbologia A simbologia gráfica usada nos diagramas unifilares é definida pela norma NBR 5444 - Símbolos gráficos para instalações elétricas prediais, para serem usados em planta 43 baixa (arquitetônica) do imóvel. Neste tipo de planta, é indicada e sinalizada a localização exata dos circuitos de luz, de telefone, de força e seus respectivos aparelhos. 44 45 46 47 48 Figura 28: Simbologia de projeto Elétrico Fonte: SENAI, 2013. 49 Figura 29 Simbologia de Projeto Elétrico Fonte: SENAI, 2013. 3.5.2 Plantas Na planta de instalações elétricas, podemos detectar todos os componentes a serem efetivamente instalados. Pela simbologia detalhada no tópico anterior, obtemos a localização exata de cada um dos componentes e, dessa forma, facilitamos a identificação para leitura da planta. Abaixo, vemos dois exemplos, um em planta baixa e o outro em planta com vista em perspectiva para melhor visualização. Figura 30: Planta de Instalações Elétricas Fonte: SENAI, 2013. 50 3.5.3 Cortes Os cortes são feitos no intuito de melhor visualização de uma parte específica da planta, de forma que se tenham todos os atributos necessários para o pleno entendimento do projeto. Nos cortes, visualizamos a localização das luminárias, indicação da altura de colocação, localização de passagem de tubulações, principalmente em locais de difícil entendimento na indicação em planta. Geralmente, nos cortes, usamos escala de 1:50. Figura 31: Corte de Instalações Elétricas Fonte: SENAI, 2013. 3.5.4 Detalhes Deverão constar, no mínimo, as seguintes informações: - Dimensionamento dos eletrodutos e cabos dos alimentadores; - Indicação do tipo e dimensionamento da chave geral de proteção e seus fusíveis ou disjuntores; - Indicação da altura mínima do ramal de ligação ao solo; - Indicação do tipo e tensão de fornecimento da concessionária local; - Relação das cargas instaladas e cálculo da demanda de acordo com a concessionária local. Em suma, todos os detalhes construtivos necessários para boa execução da obra. 51 3.5.5 Diagramas Os Diagramas podem ser de dois tipos: multifilares ou unifilares. Os diagramas, a seguir, mostram a simbologia para instalações elétricas prediais (NBR5444). Diagrama Multifilar O diagrama multifilar é uma representação do sistema elétrico como um todo, com seus detalhes, incluindo os condutores. Nesta ligação, cada traço é um fio que será utilizado na ligação dos componentes. E sempre que houver um símbolo, ele deve estar instalado em uma caixa de passagem, seja no teto ou na parede, e os condutores (fios) devem passar por dentro dos eletrodutos, os quais vêm do quadro de distribuição. Então, representar todo o projeto na forma multifilar seria muito complexo e de difícil entendimento devido à quantidade de traços, por isso que, para realizar o projeto de forma mais clara e simplificada, utilizam-se os diagramas unifilares. Figura 32: Diagrama Multifilar Fonte: SENAI, 2013. Diagrama Unifilar Representa o sistema elétrico de forma mais simplificada e de fácil entendimento, pois identifica o número de condutores e representa seus trajetos por um único traço. 52 Figura 33: Diagrama Unifilar Fonte: SENAI, 2013. A figura acima representa um circuito elétrico cujos componentes são: tomada, lâmpadas incandescentes, interruptor simples, rede de eletrodutos e fiação. 3.5.6 Cabine de Medidores Quadro destinado à instalação de medidor de energia e acessórios, assim como os dispositivos de proteção geral e individual. Na cabine de medidores ficam alocados todos os medidores, e o quadro do medidor é o local onde está localizada a chave geral, além do medidor de luz da concessionária, que registra o consumo da residência. Fig. 34 – Cabine de medidores Fonte: SENAI, 2013. 53 De acordo com as condições para a instalação do quadro ou cabine de medidores, não são aceitos locais sem condições de segurança ou de difícil acesso, tais como: copas, cozinhas, banheiros, interior de vitrines, área entre prateleiras, depósitos, proximidade de máquinas, ambientes sujeitos a gases ou inundações. Os locais para instalação do quadro de medidores devem ser exclusivos para esta finalidade, não sendo permitida sua utilização em nenhuma hipótese para depósito de qualquer espécie, devendo ser ventilado e devidamente iluminado e, quando possuir portas, estas devem ser venezianas. O ponto luminoso deve ter potência de, no mínimo, 150 w (de 3 em 3 metros lineares de quadro). O interruptor, por sua vez, deve estar localizado junto ao mesmo, para que facilite a leitura e serviços internos ao(s) quadro(s). Quando o fornecimento de energia elétrica se der através de cabine, o quadro de medidores não poderá ser instalado internamente. No quadro junto à proteção individual de cada unidade consumidora, o número do apartamento ou da unidade correspondente deve ser pintado através de gabarito, com tinta a óleo ou esmalte sintético, como também podem ser utilizadas plaquetas metálicas gravadas ou esmaltadas a fogo, devidamente fixadas. 3.6 Noções de dimensionamento No projeto elétrico, é necessário fazer o dimensionamento dos condutores, eletrodutos e dos dispositivos de proteção. Os componentes elétricos de proteção deverão ser dimensionados de acordo com suas respectivas cargas instaladas, inclusive os barramentos e seus alimentadores, em função da capacidade de condução da corrente e queda de tensão. No dimensionamento da fiação de um circuito, determinamos a seção padronizada (bitola) dos condutores deste circuito, de forma a garantir que a corrente devidamente calculada para ele possa circular pelos cabos,
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