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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CAMPUS ANGICOS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS, TECNOLÓGICAS E HUMANAS CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA GLICÉRIA EMILIANA DA FONSÊCA DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES DE UMA INSTALAÇÃO RESIDENCIAL EM ANGICOS/RN, COM BASE NA NBR 5410:2004. ANGICOS-RN 2013 GLICÉRIA EMILIANA DA FONSÊCA DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES DE UMA INSTALAÇÃO RESIDENCIAL EM ANGICOS/RN, COM BASE NA NBR 5410:2004. Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Campus Angicos para obtenção de título de bacharel em ciência e tecnologia. Orientador: Prof°. M.Sc. Edwin Luize Ferreira Barreto ANGICOS – RN 2013 AGRADECIMENTOS Agradeço ao Deus e Senhor da minha vida, que nos momentos mais difíceis da minha trajetória tem me colocado em seus braços e me sustentado da maneira mais incrível que se possa imaginar. A minha família, em especial meus pais (Francisco Núzio e Maria das Neves), meus avós (José Euclides e Maria Dalva), minha tia Gracinha e seu marido (“Titico”) e ao meu primo Francieudes (“Priminho”) e sua esposa Jaildes, por todo sacrifício feito até aqui. Momentos difíceis sempre existiram, mas vocês nunca desistiram de querer sempre o melhor pra mim, nem nunca mediram esforços para garantirem o meu bem estar e me oferecerem o melhor que podiam, especialmente, uma boa educação. Espero um dia poder compensá-los ou ao menos chegar perto do que fizeram por mim. Muito obrigada por tudo, meus amores. Ao meu namorado Railson Fonsêca, por ter estado ao meu lado desde o início da faculdade, lugar onde nos conhecemos. Agradeço por toda compreensão e companheirismo mesmo quando ainda éramos apenas amigos (nos primeiros períodos). Sou muito grata por você estar sempre do meu lado quando eu mais preciso, por me entender e me dar “aquele” apoio quando até eu fico prevendo minha queda, achando que não consigo. Obrigada pelos grandes momentos vividos até aqui e pelo os que ainda vamos viver. Saiba que pode sempre contar comigo, meu Amigo, meu Bem, meu Amor, meu eterno namorado. Amo-te. Agradeço também a uma amiga incrível que ganhei nesses últimos tempos, Vanessa Neres. Uma pessoa que desde o início da graduação foi parceira em tudo que fazíamos e até hoje, mesmo com tantas briguinhas, eu não abro mão, nunca, de fazer trabalhos com ela. Saiba que eu sempre vou estar na torcida por você e vou aqui, acreditando que nossa amizade vai ser pra vida toda. A Raionara Fonsêca por toda cumplicidade, ajuda e atenção. Em pouco tempo de amizade já deu para notar que você é como diz o ditado: pau pra toda obra. Agradeço muito, pelas vezes que eu precisei de você e você estava lá. Obrigada por toda sua disponibilidade. A Adja Karla e Jhéssica Marques, por virem se tornando tão especiais na minha vida. Vocês me levam, a cada dia, a ter mais certeza de que são do tipo de pessoas que se pode contar a qualquer momento. Muito obrigada por toda ajuda durante esses últimos períodos em que estivemos juntas, inclusive, as dicas com o TCC, vocês não sabem o quanto me tiraram do sufoco. Obrigada por serem sempre muito prestativas comigo e nunca se esquivarem em me ajudar. Agradeço aos amigos que surgiram no primeiro período de faculdade e que permaneceram, mesmo depois de separados por turmas e até mesmo por outras instituições/faculdades. Daiane Brito, Canindé Lopes, João Batista Nogueira (Batistinha) e Nicanor Barroso, nunca esqueci e nem vou esquecer as longas e boas risadas que já demos juntos. Bons momentos, dentro e fora da Universidade, que me deixaram ótimas lembranças. Também, aos amigos que fiz nesse último período, principalmente a Ayslann Todayochy e à Thaís Russiely, por toda preocupação em me ajudar, sempre com palavras de ânimo. Não podia deixar de agradecer, também, às minhas amigas de muito tempo Jéssica Mayara, Ceição Macêdo e Hélida Naara, por todas as palavras de entusiasmo, além das orações, é claro. Obrigada pelos “puxões de orelha” e por sempre tentarem ajudar de alguma forma. Ao meu orientador, Edwin Barreto, por toda calma e motivação que me deu. À banca composta por Joselito Medeiros de Freitas Cavalcante e Wivaldo Dantas de Asevedo Junior, pela disponibilidade em ajudar-me quanto à melhoria deste trabalho. Agradeço também a todos que compõem a empresa aqui estudada, em especial seu Manoel e Anchieta, por ter aberto as portas para a realização deste estudo. Sem eles essa pesquisa não seria possível. Enfim, agradeço a todos que, fizeram e fazem parte da minha vida, seja de forma direta ou indireta. Peço desculpas por qualquer injustiça da minha parte em não ter citado algum nome. “Um passo à frente e você não está mais no mesmo lugar.” Chico Science RESUMO O correto dimensionamento dos condutores isolados é de fundamental importância para o projeto de uma instalação residencial, visto que essa é a etapa onde deverá ser prevista a melhor maneira de se adequar a instalação com as demais condições oferecidas pelo ambiente. Para tanto, o presente estudo tem como principal objetivo a análise de uma instalação residencial, já em processo de execução, de uma determinada construção localizada no município de Angicos/RN. Em vista disso, foi elaborado um novo projeto considerando o mesmo ambiente submetido às mesmas condições, mas desta vez levando em consideração as prescrições da NBR 5410/04. Na referida pesquisa, foram investigados aspectos como corrente, capacidade de condução de corrente, temperatura máxima suportada pela isolação em serviço contínuo (temperatura de regime) e fator de agrupamento, que precisam ser analisados para o correto dimensionamento dos condutores isolados, a fim de que o circuito não sofra com superaquecimento. Por meio da interpretação dos dados, percebeu-se que a instalação possui algumas deficiências técnicas, uma vez que não se enquadra inteiramente dentro da norma. Essas deficiências estão relacionadas, principalmente, quanto ao número de luminárias e tomadas de uso geral em alguns cômodos, bem como o superdimensionamento desnecessário do circuito. Palavras – chave: Dimensionamento. Instalação Residencial. Isolação. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Condutor elétrico simples ........................................................................................ 15 Figura 2 - Esquema de um circuito elétrico completo. ............................................................. 18 Figura 3 - Diagrama de defasagem entre tensão e corrente em circuito indutivo. ................... 22 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Temperaturas máximas para serviço contínuo ........................................................ 24 Tabela 2 - Fatores de agrupamentos ......................................................................................... 25 Tabela 3 - Dimensões dos cômodos do apartamento ............................................................... 32 Tabela 4 - Dimensão da circulação interna dos dois pavimentos do prédio............................. 32 Tabela 5 - Quantidade de luminárias em cada cômodo do apartamento e a potência nominal das luminárias ........................................................................................................................... 33 Tabela 6 - Quantidade de luminárias na circulação interna do prédio e a potência nominal das luminárias ................................................................................................................................. 33 Tabela 7 - Previsão de quantidade de luminárias em cada cômodo do apartamento e a potência nominal da dependência ........................................................................................................... 34 Tabela 8 - Previsão de quantidade de luminárias na circulação interna do prédio ................... 34 Tabela 9 - Quantidade de tomadas em cada cômodo do apartamento...................................... 35 Tabela 10 - Quantidade de tomadas na circulação interna do prédio ....................................... 35 Tabela 11 - Prevendo a quantidade de TUG e potência ativa do circuito para o apartamento. 36 Tabela 12 - Prevendo a quantidade de TUG e potência ativa do circuito para a circulação do prédio ........................................................................................................................................ 36 Tabela 13 - Quantidade de tomadas em cada cômodo do apartamento.................................... 37 Tabela 14 - Previsão da quantidade de tomadas e das cargas em cada dependência do apartamento .............................................................................................................................. 38 Tabela 15 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento ............................................. 38 Tabela 16 - Potência ativa e corrente de projeto da área de circulação .................................... 38 Tabela 17 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento ............................................. 39 Tabela 18 - Potência ativa e corrente de projeto da área de circulação .................................... 39 Tabela 19 - Temperatura de regime do apartamento ................................................................ 40 Tabela 20 - Temperatura de regime da área de circulação ....................................................... 40 Tabela 21 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento ............................................. 41 Tabela 22 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento ............................................. 41 Tabela 23 - Potência ativa e corrente de projeto da área de circulação .................................... 41 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ANEEL – Agência Nacional de Energia elétrica COSERN – Companhia Energética do Rio Grande do Norte DNAEE – Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica NBR – Norma Brasileira. TUE – Tomada de Uso Específico TUG – Tomada de Uso Geral UFERSA – Universidade Federal Rural do Semi-Árido. LISTA DE SÍMBOLOS R – Resistência elétrica V – Tensão elétrica ou diferença de potencial (d.d.p.) I – Intensidade de corrente elétrica ρ – Resistividade do material L – Comprimento A – Área da seção reta P – Potência PA – Potência de alimentação t – 1 para circuitos monofásicos e √3 para circuitos trifásicos Cos Φ – Fator de potência IZ – Capacidade de condução de corrente α – Coeficiente da capacidade de condução de corrente S – Seção nominal do condutor ou cabo θR – Temperatura final de regime θA – Temperatura ambiente θz – Temperatura máxima para serviço contínuo I’B – Corrente fictícia de projeto f – Fator de correção aplicável SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 13 2. REVISÃO DE LITERATURA.............................................................................. 14 2.1 CARACTERIZAÇÃO DOS CONDUTORES E ISOLANTES............................... 14 2.1.1 O uso de isolantes.................................................................................................... 15 2.1.1.1 Cloreto de polivinila (PVC)...................................................................................... 16 2.1.1.2 Polietileno reticulado (XLPE) .................................................................................. 17 2.1.1.3 Borracha de etileno-propileno (EPR) ....................................................................... 17 2.2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS ........................................................................... 18 2.2.1 Circuito elétrico ...................................................................................................... 18 2.2.2 Corrente elétrica ..................................................................................................... 19 2.2.3 Tensão elétrica ........................................................................................................ 19 2.2.4 Resistência elétrica – Leis de Ohm........................................................................ 19 2.2.5 Potência ................................................................................................................... 20 2.2.6 Fator de potência .................................................................................................... 21 2.3 PLANEJAMENTO DA INSTALAÇÃO ................................................................. 22 2.3.1 Divisão da instalação em circuitos terminais ....................................................... 22 2.3.2 Critério da capacidade de corrente (Ampacidade) ............................................. 23 3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 27 3.1 ETAPAS DO ESTUDO ........................................................................................... 27 3.2 COLETA DE DADOS ............................................................................................. 27 3.3 LEVANTAMENTO E DIMENSIONAMENTO – ANÁLISE NUMÉRICA.......... 27 3.3.1 Potência ................................................................................................................... 28 3.3.1.1 Circuito de iluminação.............................................................................................. 28 3.3.1.2 Circuito de tomadas de uso geral .............................................................................. 28 3.3.1.3 Circuito de tomadas de uso específico ..................................................................... 28 3.3.2 Corrente de projeto de cada circuito .................................................................... 29 3.3.3 Capacidade de corrente ......................................................................................... 29 3.3.4 Temperatura de regime.......................................................................................... 30 3.3.5 Fator de agrupamento ............................................................................................ 30 3.3.6 Correção .................................................................................................................. 30 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................... 31 4.1 CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA.................................................................... 31 4.2 CARACTERIZAÇÃO GERAL DA INSTALAÇÃO ELÉTRICA DA CONSTRUÇÃO ....................................................................................................................... 31 4.3 ELEMENTOS DOS CIRCUITOS TERMINAIS .................................................... 32 4.3.1 Iluminação ............................................................................................................... 32 4.3.2 Tomadas .................................................................................................................. 34 4.3.2.1 Tomadas de uso geral (TUG) ................................................................................... 34 4.3.2.2 Tomadas de uso específico (TUE)............................................................................ 36 4.4 CORRENTE DE PROJETO (IB) .............................................................................. 38 4.5 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE (IZ) ....................................... 39 4.6 TEMPERATURA DE REGIME .............................................................................. 40 4.7 FATOR DE AGRUPAMENTO ............................................................................... 40 5. CONCLUSÃO......................................................................................................... 42 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 43 APÊNDICE A – PLANTA BAIXA DO PAVIMENTO INFERIOR DO PRÉDIO ......... 45 ANEXO A – TABELA ........................................................................................................... 46 ANEXO B – TABELA............................................................................................................ 47 13 1. INTRODUÇÃO A eletricidade vem se tornando indispensável para a vida de muitos. É cada vez mais perceptível o crescimento quanto ao uso de aparelhos eletroeletrônicos instalados à rede elétrica. Para tanto, passou-se a atentar mais para a importância do correto dimensionamento dos condutores, que compõe as instalações residenciais. Os condutores são aqueles que transmitem energia ou sinal elétrico. É considerado condutor elétrico o material metálico que, em uma forma cilíndrica, possui comprimento maior do que sua dimensão transversal (COTRIM, 2009). Os condutores podem subdividir-se em fios ou cabos, que quando em uma instalação elétrica devem ser bem dimensionados quanto ao seu isolamento, para que sejam reduzidos, ou até mesmo eliminados, os riscos de choques elétricos e curtos circuitos. O tipo de isolamento dependerá da máxima temperatura que o condutor poderá atingir. Essa, por sua vez, irá variar de acordo com a corrente que percorre o mesmo. Segundo Cotrim (2009) o correto dimensionamento dos condutores está intimamente relacionado ao problema térmico. Portanto, o cálculo da corrente é importante para uma boa escolha de condutor, levando em consideração a temperatura suportada pelo isolamento. Desse modo, o presente trabalho aplica o critério da capacidade de corrente, para a realização do dimensionamento, visto que é o mais utilizado em instalações elétricas residenciais. 14 2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1 CARACTERIZAÇÃO DOS CONDUTORES E ISOLANTES Os elétrons que compõem o átomo e que, consequentemente, giram ao redor de um núcleo podem ser atraídos com maior ou menor força por esse (CAVALIN e CERVELIN, 2006). Eles, por sua vez, estão dispostos em camadas, isto é, em níveis de energia diferentes, que são proporcionais à sua distância para o núcleo (GUSSOW, 1997). Ainda que, a partir do Princípio da Incerteza de Heisenberg seja impossível conhecer a posição exata do elétron (PIMENTEL, 2010). Para tanto, elétrons mais próximos do núcleo possuem níveis de energia menores se comparados aos elétrons mais afastados, que se encontram na camada mais externa, também conhecida como camada de valência. Dessa forma, quando os mesmos são movidos para a última camada são atraídos minimamente pelos prótons (GUSSOW, 1997). Logo, os elétrons podem desprender-se da camada de valência, caso seja aplicada ao átomo uma energia suficiente. Esses, por sua vez, são denominados de elétrons livres (GUSSOW, 1997). A facilidade de desgarrar-se do átomo caracteriza o material como condutor elétrico, caso contrário, apresentando o elétron dificuldade de libertar-se tal material recebe o nome de isolante elétrico (CAVALIN e CERVELIN, 2006). Os condutores elétricos são materiais que compõem as linhas elétricas, e, portanto, são responsáveis pela transmissão da energia e/ou dos sinais elétricos (COTRIM, 2009). São caracterizados pela sua baixa resistência, devido a isso, os metais apresentam propriedades de bons condutores (GUSSOW, 1997). Contudo, de acordo com Cotrim (2009), é importante atentar ao fato de que o termo “condutor elétrico”, na prática, se refere a barras, fios e cabos podendo estar isolados ou nus. Sendo assim, em condutores com isolação, o cobre tem se sobressaído quanto a sua utilização, pois, além de suas propriedades, destaca-se também pelo baixo custo. Enquanto que o alumínio, embora também seja usado na fabricação de condutores isolados, seu uso predomina no “campo dos condutores nus”. Os condutores isolados são fios ou cabos que possuem isolação, podendo essa ser formada por uma ou mais camadas de materiais isolantes. A isolação possui como principal finalidade a de isolar eletricamente os condutores, dessa forma, acontece tanto entre condutores próximos, quanto com o ambiente (COTRIM, 2009). Abaixo a Figura 1 representa esses condutores isolados. 15 Figura 1 - Condutor elétrico simples Fonte: Laskoski (2006) 2.1.1 O uso de isolantes Tudo começou com a invenção e consequente aperfeiçoamento dos cabos e fios, quando, ainda no século XVIII, os condutores eram usados em telégrafos. Em 1795, Dom Francisco Salva usou papel para isolar os condutores. Entre 1812 e 1815, foi desenvolvido, por Von Schilling, o primeiro cabo de fato isolado, na qual “era feito de fios de cobre e isolado com um tipo de borracha indiana seca e envernizada” (GOEKING, 2009). Depois de terminada a guerra, em 1836, o imperador russo Nicolau, convencido por Schilling, construiu uma linha teleférica entre São Petersburgo e Peterhoff, na qual era formada, além dos cabos aéreos nus, também por cabos subterrâneos “isolados individualmente com seda envernizada”, posteriormente esses cabos eram presos e fincados ao asfalto. Tal experiência teve um resultado satisfatório e estimulou estudos em outros tipos de isolação para os cabos (GOEKING, 2009). O uso de condutores veio a populariza-se em 1882, com Thomas Alva Edison, devido sua utilização em iluminação pública. Contudo, o sistema de Edison foi substituído por outro que utilizava menos cobre, desenvolvido por John Hopkinson. Esse último, por sua vez, foi trocado por cabos com características semelhantes às conhecidas nos dias de hoje (GOEKING, 2009). Em 1890, o papel começou a conquistar seu espaço, o material era impregnado ao betume a fim de não perder suas características isolantes em decorrência da umidade (GOEKING, 2009). Entretanto, ainda em 1850, com o avançar da tecnologia, mais precisamente na área da química orgânica, começaram a surgir os polímeros. Dentre eles, destacou-se o esmalte, usado em fios para enrolamentos de motores e transformadores (MOREIRA, [2008?]). Já em 1910 os fios esmaltados vieram a populariza-se, o que acarretou sua produção em maior escala. O uso desse material, como isolante sólido, persiste até os dias de hoje, embora com uma composição química bastante diferenciada e complexa, já que os estudos possibilitaram maiores descobertas a respeito do uso desses polímeros (MOREIRA, [2008?]). 16 Os materiais extrudados podem ser divididos em termoplásticos e termofixos, que se difere em suas propriedades químicas. Enquanto que o primeiro são polímeros com cadeia linear, no qual amolecem quando tem sua temperatura aumentada, o segundo são polímeros tridimensionais, obtidos a partir do processo de vulcanização e não amolecem quando se aumenta a temperatura (PRYSMIAN, 2012). Atualmente, os isolantes sólidos mais usados são: o cloreto de polivinila, o polietileno reticulado e o etileno-propileno (MOREIRA, [2008?]). Embora esses materiais apresentem características em comum, tais como: ausência de escoamento, insensibilidade às vibrações e à umidade, bom comportamento diante do fogo e boa resistência ao envelhecimento, possuem também propriedades específicas que serão expostas a seguir (COTRIM, 2009). 2.1.1.1 Cloreto de polivinila (PVC) O cloreto de polivinila, mais comumente conhecido como PVC, é um plástico produzido a partir do petróleo (MOREIRA, [2008?]). O material é um isolante termoplástico e não é um bom propagante/condutor de fogo, embora sua queima gere fumaça com abundância de gases tóxicos e corrosivos (GOEKING, 2009). Os cabos com isolação de PVC são os mais populares e mais facilmente encontrados nas instalações residenciais (CAVALIN e CERVELIN, 2006). Tal popularidade deve-se ao fato do PVC, além de possuir baixo custo, ser resistente a propagação de fogo, sem interferir em seu bom desempenho elétrico. Além disso, se deve também ao pouco tempo de existência e uso dos polímeros livres de halogênios, esses que em caso de queima geram menos fumaça e, consequentemente, menos gases tóxicos. (GOEKING, 2009). O PVC é a combinação entre a resina sintética (cloreto de polivinila puro), os estabilizantes, as cargas e o plastificante. É um material pouco sensível à água, que pode ser colorido facilmente. Além disso, possui um bom equilíbrio químico e quando combinado a estabilizantes apropriados pode resistir ao envelhecimento causado pela temperatura. (GOEKING, 2009). Embora o isolante de PVC tenha rigidez dielétrica e poder indutor alto, possui baixa resistência, quando suas propriedades são comparadas ao isolante de polietileno. Além disso, possui perdas dielétricas elevadas quando submetidas à tensão acima de 20 kV. Portanto, são indicados para instalações elétricas de até 10 kV (GOEKING, 2009). 17 2.1.1.2 Polietileno reticulado (XLPE) O polietileno reticulado, também conhecido por XLPE, é um isolante termofixo, que passa por um processo de transformação em sua estrutura reticular, no qual seu comportamento mecânico e sua resistência às intempéries e ao fogo são melhorados. Além disso, o material passa a não mais estar sujeito a fissuras como antes, em seu estado original (GOEKING, 2009). O XLPE é um material propagante de chamas, isto é, continua a queimar mesmo que não esteja mais em contato com o fogo. Entretanto, resiste a deformações térmicas de até 250°C e, estando submetido à baixa temperatura, atua de maneira efetiva e mantém sua estabilidade química (GOEKING, 2009). Os condutores com isolação XLPE são geralmente usados em baixa e média tensão, contudo sua utilização em tensão superior a 15 kV está sujeito a um fenômeno denominado treeing, já que esse tipo de isolação apresenta alta dispersão em sua rigidez dielétrica. Além disso, a utilização deste material não é recomendável para cabos que estarão em contato com algum tipo de umidade (GOEKING, 2009). 2.1.1.3 Borracha de etileno-propileno (EPR) A borracha de etileno-propileno, conhecida simplesmente como EPR, é o tipo de isolação mais completa, desenvolvida recentemente (PRYSMIAN, 2012). Os cabos isolados com material EPR são reticulados com peróxidos orgânicos e a partir de tal mistura, obtém-se resistência tanto ao envelhecimento térmico, quanto a agentes oxidantes, possibilitando manter os níveis de corrente aceitáveis, mesmo instalados em ambientes quentes (GOEKING, 2009). Assim como o polietileno reticulado, o EPR também é um termofixo e também propagante de chamas, além disso, apresenta uma elevada resistência a descargas e radiações ionizantes, suportando uma temperatura de deformação de até 250°C em situações de curtocircuito (GOEKING, 2009). Contudo, diferentemente do XLPE, o EPR é um material que tem uma baixa dispersão de sua rigidez dielétrica e, portanto, é pouco suscetível ao fenômeno do treeing, o que permite usá-lo em cabos submarinos (PRYSMIAN, 2012). E ainda, por tratarse de um tipo de borracha, também é bastante flexível, mesmo em temperaturas baixas (GOEKING, 2009). 18 Dessa forma, o conjunto de tais características possibilita ao isolante ser aplicado a uma infinidade de condutores que, em um circuito, transmitirão baixa, média ou até mesmo alta tensão (PRYSMIAN, 2012). 2.2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS O presente tópico apresentará alguns conceitos iniciais, a fim de que se tenha uma maior compreensão no que se refere a instalação elétrica e, consequentemente, a eletricidade. 2.2.1 Circuito elétrico Cotrim (2009) define o circuito de uma instalação elétrica como sendo o conjunto de elementos da própria instalação, incluindo condutores e demais equipamentos a ele ligados, alimentados pela mesma fonte de tensão e ligados ao mesmo dispositivo de proteção. Para Cotrim (2009) tal característica de proteção é a principal, já que protege os condutores de sobrecorrentes, que pode ser garantida por dois ou apenas um dispositivo, guardando de correntes de sobrecarga e de curto-circuito. Na Figura 2 tem-se a representação de um circuito elétrico. Figura 2 - Esquema de um circuito elétrico completo. Fonte: Creder (2007) Em uma instalação, existem dois tipos de circuitos: os de distribuição e os terminais. O circuito de distribuição é o circuito que alimenta, com energia elétrica, um ou mais quadros de distribuição (COTRIM, 2009). Já os circuitos terminais são aqueles que vêm do quadro de distribuição e são ligados diretamente às lâmpadas e tomadas, de uso geral ou específico (CAVALIN e CERVELIN, 2006). 19 2.2.2 Corrente elétrica Segundo Cotrim (2009), a corrente elétrica é o movimento sistemático dos elétrons livres dentro do condutor, influenciado por uma diferença de potencial (d.d.p.) ou fonte de tensão. Para Creder (2007), tal movimento visa restaurar o equilíbrio que, devido a ação do campo elétrico ou por influência de outros fatores, como atrito ou alguma reação química, havia sido desfeito. A corrente elétrica é representada pela letra I e sua unidade de medida é o Ampère (A), na qual define o fluxo de cargas elétricas, que percorrem um condutor, em um determinado intervalo de tempo (GUSSOW, 1997). Sendo assim, a corrente existirá apenas quando houver carga em um circuito fechado (CAVALIN e CERVELIN, 2006). 2.2.3 Tensão elétrica Gussow (1997) conceitua diferença de potencial (d.d.p.) como sendo a capacidade de duas cargas diferentes realizarem trabalho. Sendo assim, já que segundo Gussow a diferença de potencial pode também ser chamada de tensão elétrica, tem-se um conceito complementar dado por Cavalin e Cervelin (2006), no qual diz que a tensão elétrica é a força atuante no circuito de modo a mover, ordenadamente, os elétrons livres. A unidade de medida da tensão é o volt (V) (GUSSOW, 1997). Além disso, os autores Cavalin e Cervelin (2006) representam-na com a letra “E”. 2.2.4 Resistência elétrica – Leis de Ohm O físico Georg Simon Ohm (1789-1854) foi quem realizou os primeiros estudos da resistividade dos materiais ôhmicos. Nessa ocasião, o pesquisador concluiu que conforme a diferença de potencial (d.d.p.), ou tensão elétrica, variava em um circuito, a corrente também sofria variação (CAVALIN e CERVELIN, 2006). Sabendo que a resistência é a característica do material em se opor ou resistir ao movimento dos elétrons, portanto, faz-se necessária a aplicação de uma tensão a fim de que o fluxo de corrente seja mantido (O’MALLEY, 1993). Dessa forma, a partir do quociente entre a tensão e a corrente obteve-se uma constante e concluiu-se que essas grandezas são diretamente proporcionais. A razão entre os valores da 20 tensão e da corrente representa a resistência elétrica ôhmica, um valor constante, também conhecido como constante de proporcionalidade (CAVALIN e CERVELIN, 2006). Portanto, tem-se a 1ª Lei de Ohm que pode ser representada de acordo com a Equação 1: = (1) Na qual: R – Resistência elétrica, em ohm (Ω); V – Tensão elétrica, em volt (V); I – Intensidade de corrente elétrica, em ampère (A). Contudo, a resistência não é representada somente pela 1ª Lei de Ohm. Segundo Creder (2007), cada material possui uma resistência própria, que, por sua vez, dependerá das características do condutor, tais como o tipo de material, o comprimento, bem como a área de sua seção reta. Tal relação é expressa pela 2ª Lei de Ohm, conforme apresentada na Equação 2. = (2) Onde: R – Resistência em ohm (Ω); ρ – Resistividade do material (ohms . mm²/m); L – Comprimento (m); A – Área da seção reta (mm²). 2.2.5 Potência Segundo Creder (2007), potência é a “energia aplicada por segundo” no momento da utilização de determinado equipamento. Potência é “o produto da tensão pela corrente”, onde, para fins práticos, tem-se a Equação 3: 21 = × (3) Na qual: P – Potência aparente (VA); V – Tensão elétrica, em volt (V); I – Intensidade de corrente elétrica, em ampère (A). Portanto, cada equipamento elétrico possui algumas particularidades em relação ao trabalho realizado pelo aparelho no momento de sua utilização, pois são projetados e dimensionados para “desenvolver” e “dissipar” em uma potência específica (CAVALIN e CERVELIN, 2006). Para Hidalga (2006) esse produto entre a corrente e a tensão, que circula pelo circuito, nada mais é do que a potência aparente. Em circuitos de corrente alternada, existem três tipos de potência: ativa, reativa e aparente (CREDER, 2007). A potência reativa, cuja unidade é VAr, é aquela que foi transformada em campo magnético, já a potência ativa é aquela que é transformada por outro tipo de potência, sua unidade de medida é o Watt (W), e quando acompanhada da potência aparente são muito usadas como base de cálculos, em projetos de instalações elétricas (HIDALGA, 2006). Em uma instalação residencial deve existir a potência de alimentação, que corresponde ao máximo de potência solicitada da instalação em um período de 24 horas. Para tanto, devem-se calcular as potências nominais de todos os equipamentos que serão utilizados no ambiente, bem como o fator de potência de cada ponto de utilização previsto (COTRIM, 2009). 2.2.6 Fator de potência Cavalin e Cervelin (2006) definem o fator de potência como sendo a porcentagem de energia elétrica realmente utilizada, ou seja, indica o quanto da energia que está sendo requerida à concessionária de energia como potência aparente, está de fato sendo usada como potência ativa. O fator de potência é o cosseno do ângulo de defasagem existente entre a tensão e a corrente (Figura 3), que, teoricamente, pode variar entre 0 e 1. O valor 0, indica um circuito puramente indutivo e valor 1, um circuito puramente resistivo. Vale salientar que é 22 impraticável um circuito ser puramente indutivo, já que é impossível um fio não oferecer nenhuma resistência (CREDER, 2007). Figura 3 - Diagrama de defasagem entre tensão e corrente em circuito indutivo. Fonte: Creder (2007) Em 25 de março, do ano de 1992, foi publicada a Portaria DNAEE nº. 085, na qual estabelecia algumas mudanças a respeito da energia reativa que circula no sistema. No referido documento, foi informado o limite mínimo para o fator de potência, que passou a ser de 0,92 (ANEEL, 2012). Contudo, para a elaboração de projetos, geralmente aplica-se fatores de potência diferentes, para tomadas é usado o fator de potência nominal de 0,80 e para a iluminação incandescente o fator de potência é 1,00 (SCHNEIDER ELECTRIC, 2009). Entretanto, em relação à iluminação, as lâmpadas fluorescentes possuem um rendimento mais baixo, que varia entre 0,54 e 0,83 (COTRIM, 2009). 2.3 PLANEJAMENTO DA INSTALAÇÃO 2.3.1 Divisão da instalação em circuitos terminais De acordo com a Norma Brasileira (NBR) 5410, de 2004, os circuitos terminais devem ser diferenciados de acordo com os equipamentos a ele ligados. Portanto, pontos de iluminação e tomadas devem possuir circuitos terminais distintos. A norma não estabelece a quantidade de circuitos terminais que a instalação deve possuir. Entretanto, em caso de seccionamento, um circuito não deve oferecer riscos a outro e muito menos à instalação como um todo. Além disso, existem pontos, na própria norma (NBR 5410, 2004), que devem ser atendidos para garantir a confiabilidade da instalação. O primeiro aspecto que deve ser levado 23 em consideração no circuito é a segurança, deste modo, pode-se evitar carência nos demais pontos da instalação; o segundo ponto a ser observado é a conservação de energia, no qual permite que as cargas sejam solicitadas de acordo com as necessidades. A referida norma (NBR 5410, 2004) fala ainda dos aspectos funcionais, já que viabiliza a criação de diferentes espaços; deve ser levado em conta, também a produção, de forma a atenuar possíveis paralisações. Por fim, como último benefício apresentado pela NBR (2004) tem-se a manutenção, que será facilitada com a divisão dos circuitos. Além de tais aspectos pré-estabelecidos pela NBR 5410:2004, os autores Cavalin e Cervelin (2006) destacam o fato de que a divisão em circuitos terminais ocasiona a queda de tensão e a corrente nominal, o que proporciona também a diminuição da seção dos condutores e dos dispositivos de proteção dimensionados. 2.3.2 Critério da capacidade de corrente (Ampacidade) O dimensionamento, a partir da aplicação do critério da capacidade de corrente, tem como objetivo a verificação da seção mais apropriada do condutor, de forma que possibilite o percurso da corrente sem um grande aquecimento do mesmo (CAVALIN E CERVELIN, 2006). Tal aquecimento se dá devido à resistência elétrica do material isolante, que, por sua vez, aliado ao meio em que se situa, influenciará diretamente na dissipação de calor, por efeito Joule (COTRIM, 2009). Quanto à aplicação do critério da capacidade de corrente, Cotrim (2009) lista pontos fundamentais, para o dimensionamento de circuitos. Segundo o autor faz-se necessário conhecer a corrente de projeto do circuito (IB); o material do condutor isolado; a forma de instalação; a temperatura ambiente ou do solo; no caso de linhas subterrâneas, a resistividade do solo; o número de condutores carregados; e as categorias de agrupamento. A corrente de projeto representa a corrente elétrica que está sendo conduzida pelo condutor, até o ponto de carga que está sendo alimentado (BERTONCEL, 2008). Cotrim (2009) define-a da seguinte forma (Equação 4): = Onde: PA – Potência de alimentação; . . cos Φ (4) 24 t – 1 para circuitos monofásicos e √3 para circuitos trifásicos; V – Tensão elétrica (V); Cos Φ – Fator de potência. Contudo, para Bertoncel (2008), conhecer a corrente de projeto não é suficiente, uma vez que devido ao aquecimento provocado pela passagem da corrente, os condutores passam a ter sua capacidade de condução de corrente prejudicada. Portanto, faz-se necessário descobrir a corrente elétrica máxima, que o condutor suporta quando submetido a situações críticas, sem ocorrer danos à isolação, provenientes do superaquecimento. Dessa forma, para Cotrim (2009), deve-se encontrar a capacidade de condução de corrente, a uma determinada temperatura ambiente e em certo método de instalação (Anexo B), de forma que a temperatura de regime permanente não ultrapasse os valores da Tabela 1. Logo, o autor define-a conforme a Equação 5. = . , (5) Onde: IZ – Capacidade de condução de corrente dos condutores; α – Coeficiente capacidade de condução de corrente; S – Seção nominal do condutor ou cabo. A temperatura de regime do condutor isolado, não pode exceder os valores da temperatura máxima para serviço contínuo (θZ), apresentados na Tabela 1 (COTRIM, 2009). Tabela 1 - Temperaturas máximas para serviço contínuo Temperatura máxima para serviço Material de isolação contínuo θz (°C) Cloreto polivinila (PVC) 70 Borracha etileno-propileno (EPR) 90 Polietileno reticulado (XLPE) 90 Fonte: Cotrim (2009) A temperatura de regime (θR), ou temperatura final, na qual define a máxima temperatura suportada pelo material isolante que compõe o fio, quando submetido a uma corrente I, podendo sofrer variações diante das condições, de temperatura ambiente, 25 intensidade da corrente e condição de instalação (COTRIM, 2009). Pode ser encontrada a partir da Equação 6. = +( ! − )$ % (6) ! Onde: θR – Temperatura final de regime; θA – Temperatura ambiente; θz – Temperatura máxima para serviço contínuo; I – Corrente; Iz – Capacidade de condução de corrente. A temperatura também é influenciada pelo agrupamento dos condutores, na qual a corrente provoca um superaquecimento do circuito. Contudo, tal aquecimento, que reduz a capacidade de condução de corrente no condutor, pode ser corrigido. A correção é feita através do fator de agrupamento, que está relacionado à quantidade de circuitos agrupados dentro do eletroduto (BERTONCEL, 2008). Conforme apresentada na Tabela 2. Tabela 2 - Fatores de agrupamentos Quantidade de circuitos no interior do eletroduto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 11 12 a 15 16 a 19 ≥ 20 Fator de agrupamento 1,00 0,80 0,70 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,50 0.45 0.41 0,38 Fonte: Bertoncel (2008) Com o intuito de corrigir a corrente de projeto, aplica-se o fator de correção de agrupamento à Equação 7 (COTRIM, 2009). 26 ′ = Na qual: I’B – Corrente fictícia de projeto; f – Fator de correção aplicável. ' (7) 27 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 ETAPAS DO ESTUDO Para a concretização do estudo, a princípio, foi realizada uma revisão na literatura a respeito dos conceitos fundamentais para um correto dimensionamento de fios e cabos condutores. Diante desse embasamento científico foi realizado um levantamento de informações a respeito da instalação elétrica de uma construção, localizada no município de Angicos/RN. De posse dessas informações, foram feitas análises numéricas a fim de dimensionar a instalação conforme o mínimo previsto na NBR 5410:2004, levando em consideração, ainda, o critério da capacidade de corrente. Para os fins desta pesquisa foi analisado apenas um apartamento da edificação, já que os demais possuem as mesmas dimensões, e a área de circulação interna do prédio, que por sua vez, possui dois pavimentos. 3.2 COLETA DE DADOS A pesquisa de campo aconteceu em meados do mês de agosto de 2013, na qual foram investigados in loco alguns aspectos fundamentais da edificação. Deste modo, foram colhidas informações a respeito do tipo de circuito, tipo de material condutor e tipo de isolação, diâmetro da seção dos condutores. Além disso, foi perguntado a respeito da existência de circuitos terminais, bem como a quantidade de tomadas de uso geral, tomadas de uso específico e luminárias, e ainda, as dimensões de cada compartimento. Ainda, foram disponibilizados dados no tocante das dimensões de cada cômodo do apartamento e da área de circulação interna do prédio. 3.3 LEVANTAMENTO E DIMENSIONAMENTO – ANÁLISE NUMÉRICA Para o dimensionamento dos condutores o método utilizado foi o critério da capacidade de corrente, no qual será encontrada a corrente de projeto (IB) bem como a corrente de regime (Iz) e a máxima temperatura atingida, a fim de observar se o material isolante, usado na construção visitada, suporta a máxima temperatura do circuito. 28 A NBR 5410 (2004) estabelece critérios de dimensionamento de cargas para cada ambiente, de acordo com as dimensões (áreas e perímetros) dos mesmos. Tais critérios estabelece o valor de potência aparente mínima, para efeito de dimensionamento, a ser considerada em cada circuito, sendo ele de iluminação ou de tomadas uso geral. Para os circuitos de tomadas de uso específico, a potência a ser considerada dependerá da potência nominal do equipamento, levando em consideração que os equipamentos utilizados serão: chuveiro e condicionador de ar. 3.3.1 Potência 3.3.1.1 Circuito de iluminação Os valores de potência aparente, para o circuito de iluminação são previstos pela norma (NBR 5410, 2004), na qual levam em consideração as dimensões do local. Portanto, tornou-se possível descobrir a potência ativa do circuito, já que se aplicou o fator de potência 0,83, máximo rendimento da lâmpada fluorescente, segundo Cotrim (2009, p. 110). 3.3.1.2 Circuito de tomadas de uso geral O circuito de tomadas de uso geral terá sua quantidade de tomadas definidos pela norma (NBR 5410, 2004), bem como seus valores de potência aparente. Para descobrir a potência ativa de tomadas de uso geral, multiplicou-se por 0,8, que é o fator de potência aplicado a circuitos desta natureza. 3.3.1.3 Circuito de tomadas de uso específico Para o circuito de tomadas de uso específico, deve-se prever um valor de potência para cada equipamento. Portanto, foi usada uma tabela1, disponibilizada pela concessionária de energia do estado (COSERN), com as potências nominais de equipamentos. O chuveiro já possui seu valor de potência nominal definido, contudo a potência do condicionador de ar será definida em função de alguns critérios. Para tanto, foi utilizado um 1 Disponível em: <http://www.cosern.com.br/Pages/Efici%C3%AAncia%20Energ%C3%A9tica/consumo-dosaparelhos.aspx> Acesso em: 26.08.2013. 29 simulador2 disponibilizado aos clientes da empresa Consul, no qual foi preenchido da seguinte forma: • Tipo de habitação: Prédio; • Ambiente onde deseja instalar o ar condicionado: quarto; • Tamanho do ambiente: Comprimento – 3,5m e Largura – 3,5m (aproximadamente); • Período do dia que o ambiente fica exposto ao Sol: Tarde; • Número de janelas: Uma; • O ambiente não possui cortinas; • Pessoas que habitam o local: Duas; • Aparelhos existentes no ambiente: Uma lâmpada fluorescente, um computador, um televisor e um DVD. Dessa forma, foram obtidas as potências nominais dos dois equipamentos, e, portanto, já são consideradas como potências ativas no circuito. 3.3.2 Corrente de projeto de cada circuito Levando em consideração a informação de que o circuito da instalação é alimentado monofasicamente e que o fator de potência estabelecido pela concessionária de energia do estado (0,92), encontrou-se a corrente de projeto (IB) de todos os circuitos separadamente, a partir das potências ativas de cada um deles. 3.3.3 Capacidade de corrente A NBR 5410/04 estabelece seções mínimas para circuitos de tomadas e iluminação. Sabendo disso, aplicou-se na Equação 5, tanto o valor do coeficiente , que corresponde ao tipo de linha utilizada no ambiente de estudo, quanto os valores de seções pré-estabelecidos pela norma. Uma vez o valor da capacidade de corrente (Iz) sendo inferior ao da corrente de projeto, o mesmo cálculo deverá ser feito utilizando uma seção de diâmetro superior. 2 Disponível em: <http://simulador.modern.mx/> Acesso em: 26.08.2013 30 3.3.4 Temperatura de regime Para o cálculo da temperatura máxima suportada pelo condutor, utilizou-se a Equação 6. 3.3.5 Fator de agrupamento O fator de agrupamento deve ser aplicado quando, em uma linha elétrica, existir mais de um circuito instalado ou quando existirem linhas elétricas próximas (COTRIM, 2009). Os fatores de agrupamento, usados para os cálculos, estão expostos na Tabela 2. 3.3.6 Correção Uma vez encontrado o fator de agrupamento, o mesmo foi aplicado para a correção da corrente de projeto, que, por sua vez, deve ser menor que o da capacidade de corrente, portanto, é fundamental o uso das tabelas de Capacidade de condução de corrente (Anexo A). Dessa forma, foi possível corrigir o valor da corrente no circuito e, assim, evitar um maior aquecimento dos condutores, aumentando o diâmetro do mesmo. 31 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO O tópico a seguir irá fazer uma caracterização geral da construção e da sua instalação elétrica. Através de um acompanhamento in loco, foi realizada uma análise em cada cômodo da residência, através dessa análise, foram calculadas as correntes que passa em cada circuito, e consequentemente em cada condutor, e, então, feitas as devidas recomendações de acordo com a NBR 5410:2004. 4.1 CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA Durante o estudo foi realizada uma análise do setor elétrico de uma construção ainda em fase de acabamento. A empresa construtora já se encontra no mercado há muitos anos, atuando, principalmente, no estado de Minas Gerais. Contudo, já se mostra importante e relevante no crescimento do município de Angicos-RN, onde começou seus trabalhos, há aproximadamente dois anos, na construção de condomínios. Para a construção do bloco habitacional, a construtora em estudo dispõe apenas do projeto estrutural, cuja planta baixa de seu pavimento inferior está apresentada no Apêndice A, isto é, não possui projeto elétrico. Sendo assim, não é realizado nenhum tipo de cálculo para o dimensionamento dos fios condutores da instalação, isto é, qualquer falha na instalação está sob a responsabilidade do eletricista contratado. 4.2 CARACTERIZAÇÃO GERAL DA INSTALAÇÃO ELÉTRICA DA CONSTRUÇÃO Inicialmente as informações fornecidas foram as de que a edificação é alimentada monofasicamente com dois condutores carregados, uma fase e um neutro. Utiliza-se do cobre como material condutor e esse, por sua vez, apresenta uma isolação de PVC. A instalação é dividida em circuitos terminais de iluminação, tomadas de uso geral e tomadas de uso específico. Além disso, foram colhidas informações a respeito do diâmetro dos fios utilizados na instalação, na qual são utilizados fios condutores, cuja seção nominal é 2,5mm², seja para circuitos de iluminação, seja para circuitos de tomadas. Foram colhidas, também, informações a respeito das dimensões de cada cômodo do apartamento e de toda a área de circulação interna, inclusive toda a área da escada. Tais informações estão expostas nas Tabelas 3 e 4. 32 Tabela 3 - Dimensões dos cômodos do apartamento Dependência Área 14,17 m² Sala de estar 12,08 m² Quarto 1 7,94 m² Quarto 2 4,50 m² Cozinha 2,99 m² Banheiro 3,75 m² A. Serviço 1,14 m² Circulação Perímetro 15,6 m 13,90 m 11,50 m 8,70 m 7,20 m 8,00 m 4,29 m Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 4 - Dimensão da circulação interna dos dois pavimentos do prédio Dependência Área Perímetro Circulação no 63,80 m² 66,80 m prédio Fonte: Autoria própria (2013) 4.3 ELEMENTOS DOS CIRCUITOS TERMINAIS Embora a NBR 5410:2004, na seção 9.5.3.2, estabeleça que a cozinha e a área de serviço devam possuir pontos de tomadas ligados a circuitos terminais específicos, existem apenas três circuitos terminais, presos ao quadro terminal do apartamento. São eles: o circuito de iluminação, o de tomadas de uso geral (TUG) e tomadas de uso específico (TUE). Existem também outros dois circuitos terminais (iluminação e TUG) para o ambiente de circulação, comum a todo o prédio. 4.3.1 Iluminação Segundo os dados pesquisados, cada cômodo do apartamento irá dispor apenas de uma luminária. Enquanto que no vão de circulação serão arranjadas treze lâmpadas, cada uma de 20 W de potência nominal. Conforme apresentado nas Tabelas 5 e 6. 33 Tabela 5 - Quantidade de luminárias em cada cômodo do apartamento e a potência nominal das luminárias Dependência Quant. de Luminárias Potência Nominal (W) 1 20 Sala de estar 1 20 Quarto 1 1 20 Quarto 2 1 20 Cozinha 1 20 Banheiro 1 20 A. Serviço 1 20 Circulação Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 6 - Quantidade de luminárias na circulação interna do prédio e a potência nominal das luminárias Dependência Quant. Luminárias Potência Nominal (W) 13 260 Circulação no prédio Fonte: Autoria própria (2013) A NBR 5410/04 estabelece que, para cada cômodo, deve ser calculado pelo menos um ponto de luz fixo no teto. Devendo, para um cômodo de área inferior ou igual a 6m², ser prevista uma potência mínima de 100 VA e, para uma dependência de área superior, ser estimada uma carga de 100 VA para os primeiros 6m² e uma carga com 60 VA para cada 4m² (inteiros) que passam. Sendo esses valores de potências usados para efeito de dimensionamento dos circuitos, não significando dizer que será a potência nominal das luminárias. Portanto, tem-se a distribuição das lâmpadas e suas respectivas potências ativas para o circuito, encontradas a partir do produto da potência aparente com o fator de potência 0,83, usado para iluminação, já que será considerado o uso de lâmpadas fluorescentes, conforme as Tabelas 7 e 8. 34 Tabela 7 - Previsão de quantidade de luminárias em cada cômodo do apartamento e a potência nominal da dependência Quant. Quant.de Potência Dependência Luminárias de Luminárias Ativa (W) 100 VA de 60 VA 1 2 182,6 Sala de estar 1 1 132,8 Quarto 1 1 83 Quarto 2 1 83 Cozinha 1 83 Banheiro 1 83 A. Serviço 1 83 Circulação Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 8 - Previsão de quantidade de luminárias na circulação interna do prédio Quant. Quant.de Potência Ativa Dependência Luminárias de Luminárias de (W) 100 VA 60 VA Circulação no 1 14 780,2 prédio Fonte: Autoria própria (2013) 4.3.2 Tomadas A instalação possui dois circuitos terminais de tomadas, os de tomadas de uso geral e os de tomadas de uso específico. 4.3.2.1 Tomadas de uso geral (TUG) A Tabela 9 mostra a distribuição das tomadas de uso geral no apartamento. Já a Tabela 10, mostra a quantidade de tomadas presentes no ambiente comum de circulação. 35 Tabela 9 - Quantidade de tomadas em cada cômodo do apartamento Dependência Quant. TUG 5 Sala de estar 4 Quarto 1 3 Quarto 2 3 Cozinha 1 Banheiro 2 A. Serviço Circulação Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 10 - Quantidade de tomadas na circulação interna do prédio Dependência Quant. de TUG Circulação no prédio 3 Fonte: Autoria própria (2013) Como se trata de tomadas de uso geral, isto é, não existem equipamentos exclusivos a elas conectados, não serão apresentados os valores de potências nominais presentes na construção. Os valores de potências que serão mostrados são os definidos pela NBR 5410 para efeito de dimensionamento do circuito. Ainda para efeito de dimensionamento, deve ser considerado, para fins de cálculo, ao menos um ponto de tomada em banheiros; nas salas e nos quartos devem conter pelo menos uma tomada a cada 5m de perímetro; e a cada 3,5m de perímetro, na área de serviço e na cozinha, deve ser considerado, no mínimo, um ponto de tomada. Contudo, a norma estabelece que nesse último cômodo, deve-se acrescer ainda ao circuito, pelo menos duas tomadas acima da bancada da pia. Vale acrescentar que para a pequena área de circulação do apartamento deve ser também previsto uma tomada, mesmo esse vão possuindo uma área menor 2,25m². Enquanto que, para o vão de circulação comum a todos (externo ao apartamento), deve ser previsto ao menos um ponto de tomada de uso geral, nesse caso para cada pavimento, já que se trata de hall de serviço. Portanto, para o circuito terminal de TUG da área citada, deve ser aplicada uma potência mínima de 1000VA. (NBR 5410, 2004). Além de tais critérios, a mesma norma prescreve que para ambientes como cozinha, banheiro e área de serviço, as três primeiras tomadas a serem dimensionadas deverão ser de 600 VA e as demais de 100 VA, enquanto que para as demais dependências deve ser previsto, no mínimo, 100 VA para cada ponto de tomada. 36 Portanto, é possível a obtenção dos valores de potência ativa mínima, na qual foi aplicado fator de potência nominal de 0,8, usado para tomadas de uso geral. Os resultados são expostos nas Tabelas 11 e 12. Tabela 11 - Prevendo a quantidade de TUG e potência ativa do circuito para o apartamento Quant. de Potência Dependência TUG Ativa (W) 3 240 Sala de estar 2 160 Quarto 1 2 160 Quarto 2 3 1440 Cozinha 1 480 Banheiro 2 960 A. Serviço 1 80 Circulação Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 12 - Prevendo a quantidade de TUG e potência ativa do circuito para a circulação do prédio Potência Dependência Quant. de TUG Ativa (W) Circulação no 2 800 prédio Fonte: Autoria própria (2013) 4.3.2.2 Tomadas de uso específico (TUE) Cotrim (2009) define as tomadas de uso específico, como sendo aquelas onde são ligados equipamentos não portáteis e de grande porte. Logo, para o dimensionamento do circuito de tomadas de uso específico, torna-se necessário conhecer a potência nominal desses equipamentos. Na instalação elétrica em análise, não são previstas TUE’s para a área de circulação do prédio, somente para o apartamento. Deste modo, devem ser considerados dois circuitos terminais a mais para a instalação da residência, já que se têm duas TUE’s, uma para o chuveiro e outra para o condicionador de ar, e a NBR 5410 (2004) estabelece que para cada TUE existente, um circuito terminal extra, deve ser previsto. Contudo, como não existe um projeto da instalação elétrica, os circuitos não foram dimensionados segundo os critérios da norma (NBR 5410, 2004). Logo, a potência nominal dos equipamentos e, consequentemente, a potência ativa de cada circuito terminal, dependerá 37 da preferência do morador que escolherá o equipamento. Dessa maneira, não é possível saber o quão propício à sobrecarga o circuito estará. Na Tabela 13, tem-se apenas a quantidade de tomadas de uso específico em cada compartimento. Tabela 13 - Quantidade de tomadas em cada cômodo do apartamento Quant. de Dependência TUE Sala de estar 1 Quarto 1 Quarto 2 Cozinha 1 Banheiro A. Serviço Circulação Fonte: Autoria própria (2013) Já a Tabela 14, além da quantidade de tomadas e da potência nominal do chuveiro elétrico, que possui um valor fixo, apresenta também o resultado de uma simulação realizada para o uso do condicionador de ar. O simulador apresentou, de acordo com as características do ambiente onde será instalado o equipamento, uma descrição de 7.000 BTU/h. Contudo, para fins de dimensionamento será considerado um equipamento de 8.000 BTU/h, que, na tabela disponibilizada pela concessionária de energia (COSERN), corresponde a uma potência nominal de 750 W. Para tanto, a Tabela 12 apresenta os ambientes que possuirão tomadas de uso específico e as potências nominais dos equipamentos a elas ligados, que, por sua vez, corresponde à potência ativa dos mesmos. 38 Tabela 14 - Previsão da quantidade de tomadas e das cargas em cada dependência do apartamento Potência Quant. de Nominal dos Dependência TUE Equipamentos (W) Sala de estar 750 (ar 1 Quarto 1 condicionado) Quarto 2 Cozinha 2500 1 Banheiro (chuveiro) A. Serviço Circulação Fonte: Autoria própria (2013) 4.4 CORRENTE DE PROJETO (IB) Para o cálculo da corrente de projeto de cada circuito, necessita-se da potência ativa, também de cada circuito, e da tensão, que no ambiente estudado é alimentada monofasicamente. As Tabelas 15 e 16 apresentarão os valores de potência ativa, previstos de acordo com a NBR 5410/04, e suas respectivas correntes de projeto, que percorrem os condutores dos circuitos terminais, tanto do apartamento quanto da área de circulação livre. Tabela 15 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento Potência Ativa Circuitos Tensão (V) (W) 730,4 220 Iluminação 3520 220 TUG 2500 220 Chuveiro 750 220 Ar condicionado Corrente de Projeto (A) 3,61 17,39 12,35 3,71 Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 16 - Potência ativa e corrente de projeto da área de circulação Potência Ativa Corrente de Circuitos Tensão (V) Total (W) Projeto (A) 780,2 220 3,85 Iluminação 800 220 3,95 TUG Fonte: Autoria própria (2013) 39 4.5 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE (IZ) O critério da capacidade de corrente está intimamente relacionado aos métodos de referência e ao valor do coeficiente a para linhas a temperatura ambiente (COTRIM, 2009). De acordo com a Tabela 33 da NBR 5410/04, a construção analisada trabalha com o método de instalação B1, no qual os condutores, dispostos no eletroduto, ficam embutidos na parede, além disso, conforme já dito, a instalação possui dois condutores de cobre carregados e com isolação de PVC. Logo, de acordo com o Anexo B, chega-se a conclusão de que o valor do coeficiente a é igual a 13,5. Admitindo as seções nominais mínimas, de acordo com a NBR 5410, tem-se 1,5mm² para circuitos de iluminação e 2,5mm² para circuitos de tomadas. E então, têm-se o máximo valor de corrente, que condutores com tais diâmetros podem suportar. Esses resultados são apresentados nas Tabelas 17 e 18. Tabela 17 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento Seções Capacidade de Circuitos nominais condução de (mm²) corrente (A) 1,5 17,39 Iluminação 2,5 23,93 TUG 2,5 23,93 Chuveiro 2,5 23,93 Ar condicionado Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 18 - Potência ativa e corrente de projeto da área de circulação Seções Capacidade de Circuitos nominais condução de (mm²) corrente (A) 1,5 17,39 Iluminação 2,5 23,94 TUG Fonte: Autoria própria (2013) Todos os valores da capacidade de condução de corrente foram superiores aos da corrente de projeto, significando dizer que, os condutores com as seções nominais apresentadas nas tabelas, suportam a corrente de projeto que percorre por eles. 40 4.6 TEMPERATURA DE REGIME Por meio da corrente de projeto, e da capacidade do condutor de transportar a corrente, pode-se definir a temperatura máxima, que o condutor poderá atingir sob tais condições. As temperaturas máximas de cada ambiente são expostas nas Tabelas 19 e 20. Tabela 19 - Temperatura de regime do apartamento Temperatura de Circuitos Regime (°C) 31,72 Iluminação 51,12 TUG 40,65 Chuveiro 30,96 Ar condicionado Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 20 - Temperatura de regime da área de circulação Temperatura de Circuitos Regime (°C) 31,96 Iluminação 31,09 TUG Fonte: Autoria própria (2013) 4.7 FATOR DE AGRUPAMENTO A edificação em estudo possui, tanto no apartamento quanto na área de circulação condutores agrupados. No primeiro, existem dois eletrodutos que “conduz” a fiação, em ambos passam dois circuitos, em um o de iluminação e o de tomadas de uso geral, e no outro é por onde passam os dois circuitos (chuveiro e ar condicionado) de tomadas de uso específico. Já no vão de circulação, existe somente um eletroduto, responsável por “conduzir” os fios e cabos para o outro pavimento. Dessa forma, esse último eletroduto transporta quatro circuitos, o de iluminação, tomadas de uso geral e dois circuitos de tomadas de uso específico. Segundo Bertoncel (2008), para aplicar o fator de agrupamento, escolhe-se os pontos mais críticos da instalação, isto é, os pontos em que possuem mais circuitos agrupados e então, consulta-se a Tabela 2. Contudo, nesta ocasião trabalhar-se-á com três pontos “críticos”, visto que, dois deles fazem parte da instalação do apartamento e, além disso, possuem a mesma quantidade de 41 circuitos agrupados, já o outro é parte comum do prédio. O eletrodutos do apartamento dividem igualmente, os quatro circuitos que lá existem. Enquanto que no eletroduto do corredor geral, passam quatro circuitos agrupados. Portanto, as Tabelas 21, 22 e 23, mostrarão os valores já aplicados à equação da corrente fictícia de projeto (I’B) e, por sua vez, a capacidade de condução de corrente (I’z) e a nova seção nominal (mm²) do fio. • Apartamento Tabela 21 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento Corrente de Projeto (IB) (A) Fator de agrupamento (f) Corrente corrigida (I’B) (A) Capacidade de condução de corrente (I’z) (A) Seção dos condutores (mm²) Iluminação 3,61 0,80 4,51 14 1,5 TUG 17,39 0,80 21,74 19,2 2,5 Circuitos Fonte: Autoria própria (2013) Tabela 22 - Potência ativa e corrente de projeto do apartamento Corrente de Projeto (A) Fator de agrupamento (f) Corrente corrigida (I’B) (A) Capacidade de condução de corrente (I’z) Seção dos condutores (mm²) Chuveiro 12,35 0,80 15,44 19,2 2,5 Ar condicionado 3,71 0,80 4,64 19,2 2,5 Circuitos Fonte: Autoria própria (2013) • Área de circulação Tabela 23 - Potência ativa e corrente de projeto da área de circulação Corrente de Projeto (A) Fator de agrupamento (f) Corrente corrigida (I’B) (A) Capacidade de condução de corrente (I’z) Seção dos condutores (mm²) Iluminação 3,85 0,65 5,92 11,38 1,5 TUG 3,95 0,65 6,08 15,6 2,5 Chuveiro 12,35 0,65 19 15,6 2,5 Ar condicionado 3,71 0,65 5,71 15,6 2,5 Circuitos Fonte: Autoria própria (2013) 42 5. CONCLUSÃO A pesquisa realizada em uma construção, localizada no município de Angicos/RN, teve como principal objetivo investigar a maneira como é feita a instalação elétrica da edificação, com a finalidade de constatar se a mesma está de acordo com as recomendações da NBR 5410/2004 e propondo possíveis melhorias. Durante o estudo, percebeu-se que os procedimentos realizados não são integralmente aplicados conforme o estabelecido pela norma que regula as Instalações Elétricas de Baixa Tensão, a NBR 5410/04. Dentre tais procedimentos, pode-se identificar insuficiência na quantidade de luminárias, em todos os cômodos do apartamento, e na quantidade de tomadas de uso geral, especificamente na área de serviço e na circulação do apartamento. Outro aspecto observado foi quanto à seção nominal (bitola) dos condutores. A NBR 5410/04 estabelece uma seção mínima para circuito de iluminação e de tomadas, contudo viuse que, para o circuito de iluminação, são usados fios que possuem diâmetros superiores. Dessa forma, nota-se que o fio condutor está superdimensionado, já que, conforme apresentado nas tabelas, já existe uma folga em todos os circuitos, isto é, a capacidade de condução de corrente do condutor é muito superior a corrente que percorre o mesmo. Logo, é possível atentar para eficiência da isolação dos condutores, visto que no transporte da corrente não se atinge a temperatura máxima de regime suportada pela isolação. Constatou-se ainda no acompanhamento, a presença de circuitos agrupados, que não estão igualmente carregados, possibilitando, além de uma variação na temperatura dos fios condutores, uma menor capacidade na transmissão de corrente. Portanto, através dessa análise na execução da instalação elétrica do prédio, percebe-se há carências na instalação, atribuídas, principalmente, a não existências de um projeto elétrico, onde seriam pensados e planejados todos os aspectos pertinentes à execução da instalação, aliando custo, conforto e segurança tanto para o construtor, como para o morador/cliente. 43 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (Brasil). NBR 5410: Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, 2004. ANEEL. Nota Técnica, n° 0083 /2012-SRD/ANEEL, de 12 jun. 2012. Processo: 48500.002798/2012-61. BERTONCEL, Andréa B.. Instalações Elétricas Prediais: Redação e projeto gráfico. 2008. Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/6981486/29/Fator-de-agrupamento>. Acesso em: 26 ago. 2013. CAVALIN, Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas e Prediais. 14. ed. São Paulo: Érica, 2004. CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 15. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. COTRIM, Ademaro A. M. B.. Instalações Elétricas. 5. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009. GOEKING, Weruska. Fios e Cabos: Condutores da Evolução Humana. O Setor elétrico. n. 47, 2009, dez.. Disponível em: <http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/58-artigos-e-materiasrelacionadas/223-fios-e-cabos-condutores-da-evolucao-humana.html>. Acesso em 25 de jul. 2013. GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1997. Tradução de: Aracy Mendes da Costa. HIDALGA, Vanderley A. Desenhista Projetista de Elétrica. FAT – Fundação de Apoio à Tecnologia. São Paulo, 2006. 156 p., il. Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/36089121/55/Calculo-da-potencia-do-circuito-de-distribuicao>. Acesso em: 26 ago. 2013 LASKOSKI, Gustavo Theodor , Relatório de Estágio Supervisionado. Curitiba: 2007. MOREIRA, Bruno. Coleção elétrica: As histórias e os personagens do mundo das instalações elétricas. São Paulo: Atitude Editorial, v. 2, [2008?]. O'MALLEY, John. Análise de Circuitos. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 1993. Tradução de: Moema Sant'Anna Belo. PIMENTEL, C. S. et. al. Princípio da Incerteza de Heisenberg. 2010. 13 f. Monografia (Graduação) - Curso de Química Industrial, Universidade Federal De São Paulo, Diadema, 2010. PRYSMIAN. Cabos Energia: Construção e Dimensionamento. v. 1, 2012. 44 SCHNEIDER ELECTRIC. Manual e Catálogo do eletricista: Guia prático para instalações residenciais. 2009. 257 p. Disponível em: <http://www.slideshare.net/allaneandrea/manualdoeletricistaresidencial>. Acesso em: 26 ago. 2013. 45 APÊNDICE A – PLANTA BAIXA DO PAVIMENTO INFERIOR DO PRÉDIO Fonte: Autoria própria (2013) 46 ANEXO A – TABELA TABELA 36 — CAPACIDADES DE CONDUÇÃO DE CORRENTE, EM AMPÈRES, PARA OS MÉTODOS DE REFERÊNCIA A1, A2, B1, B2, C E D. Condutores: cobre e alumínio Isolação: PVC Temperatura no condutor: 70°C Temperaturas de referência do ambiente: 30°C (ar), 20°C (solo) Fonte: Tabela 36 da NBR 5410:2004, p. 101 47 ANEXO B – TABELA TABELA 9.3 — VALORES DO COEFICIENTE a PARA ALGUNS TIPOS DE LINHAS (TEMPERATURA AMBIENTE 30°C) Fonte: Cotrim (2009, p. 284)
