Projeto Elétrico

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Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Elétrica Disciplina de Eletrotécnica Geral Curso de Engenharia Mecânica Projeto Elétrico de uma kitinete Acadêmicos: Matrícula: Arthur Besen Soprano 06139001 Beatriz Elen Mibach 06239003 Bruno Terêncio do Vale 06139002 Fábio Eduardo Kulicheski 06139016 Guilherme Mnoro Shiratori 06139018 Paulo Christian Sedrez 06139061 Victor Schiavinato Alves 06139046 Turma 0639 Florianópolis, Novembro de 2008. Índice 1. Introdução 3 2. Conceitos Fundamentais 4 2.1. Potência Aparente 4 2.2. Potência Reativa 4 2.3. Potência Ativa 4 2.4. Fator Potência 4 3. Levantamento das Potências (Carga) 5 3.1. Levantamento de Carga de Iluminação 5 3.2. Levantamento de Carga de Tomadas 5 3.3. Levantamento da Potência Total 7 4. Tipo de Fornecimento e Tensão 9 5. Quadro de Distribuição 10 6. Circuito Elétrico 11 7. Planejamento do Caminho do Eletroduto 13 8. Cálculo da Potência do Circuito de Distribuição 15 9. Dimensionamento da Fiação e dos Disjuntores do Circuito 18 10. Dimensionamento dos Eletrodutos 21 11. Conclusão 23 12. Referências Bibliográficas 24 2 1. Introdução A energia elétrica é uma das formas de energia que o homem mais utiliza na atualidade, graças a sua facilidade de transporte e o baixo índice de perda energética durante conversões. Consiste também num bem indispensável na vida de qualquer pessoa. É altamente desagradável imaginar um dia de nossas vidas sem nenhum recurso proveniente de energia elétrica, seja para ascender uma lâmpada, utilizar um computador ou até mesmo tomar um banho quente. Tais recursos são utilizados por meio do sistema de distribuição da rede elétrica. Este sistema deve seguir uma normalização vigente, definida pela Prysmian, por exemplo. No presente trabalho, será realizado um projeto elétrico de um apartamento do tipo kitinete. Serão avaliadas a quantidade e a disposição das tomadas, interruptores e lâmpadas de acordo com os critérios estabelecidos pela Prysmian. 3 2. Conceitos Fundamentais 2.1. Potência Aparente A potência aparente pode ser calculada como o produto do valor da tensão pela corrente, tendo como unidade o volt-ampére (VA). Entretanto, essa potência não é a efetivamente utilizada, devido às potências indutiva e capacitiva, conforme explanado a seguir. 2.2. Potência Reativa É decorrente dos indutores e capacitores encontrados no sistema elétrico. Com essa potência gera-se um campo magnético que pode ser reversível. Encontrado durante a utilização de diversos eletrodomésticos , esse campo é o responsável pelo funcionamento de boa parte dos sistemas estudados nessa disciplina. Sua unidade de medida é o voltampére reativo (Var). 2.3. Potência Ativa É a parte da potência realmente aproveitada pelos usuários, através de luz, calor ou energia mecânica. A unidade de medida é o Watt (W), e é no valor que se baseia todos os cálculos até então realizados no curso de engenharia. 2.4. Fator de Potência É um fator de extrema importância para o usuário, posto a intenção emergente que algumas companhias elétricas possuem de cobrar a potência aparente consumida pelo usuário. É a razão entre a potência ativa e a potência aparente. Ou seja, para os usuários, é desejado que ela assuma valor 1, de forma que toda potência paga seja a consumida. Para iluminação e aparelhos que possuem somente resistência este fator é igual a 1. Já para tomadas em geral, este fator cai para 0,8. Uma indução gera potência reativa positiva, enquanto um capacitor gera uma potência positiva. Em alguns casos, por conseguinte, faz-se uso de combinações desses para anular a parcela reativa. Deve-se tomar cuidado, entretanto, pois uma potência reativa com predominância capacitiva pode levar a multas pesadas para o usuário. 4 3. Levantamento de Cargas Elétricas Faz-se a valoração das potências com base no número de lâmpadas por área e no número de disjuntores e tomadas desejados no ambiente. Partindo das potências mínimas necessárias para cada caso pode ser obtida uma estimativa da potência total necessária para a instalação. Claramente, todos esses valores devem obedecer a alguma norma ou senso geral. No caso do presente texto, obedecer-se-á à norma NBR 5410, que é adotada no manual Prysmian. Para a confecção da planta, que mostrará toda distribuição e quantidade de sistemas adotados, utilizar-se-ão os softwares Microsoft Power Point, ProjeCAD 2008 e CorelDraw. 3.1. Levantamento de Carga de Iluminação A concepção adotada para definição da iluminação é a seguinte: 100VA para os primeiros 6m² mais 60VA para cada aumento de 4m² inteiros. Chega-se na seguinte tabela: Tabela A – Potência de Iluminação Dependência Área (m²) Potência de Iluminação (VA) Cômodo Principal 45,85 Pi = 640 Banheiro 2,99 Pi = 100 Varanda - Pi = 260* * definidos pelos projetistas Tendo em vista os valores estimados acima, foram escolhidas cinco lâmpadas para o cômodo principal (três de 160W, uma de 100W e outra de 60W), uma para o banheiro (100W). Vale ressaltar que, para a área externa, não há uma regra específica, cabendo esse critério ao projetista. No caso do presente relatório, optou-se por duas lâmpadas de 100 VA para a área maior, e uma lâmpada de 60 VA para a “quina” da varanda. 3.2. • Levantamento de Carga de Tomadas Tomadas de uso geral (TUG’s): 5 Como a área é superior à 6m², estabelece-se 1 tomada para cada 5 metros, ou fração de perímetro, espaçadas da forma mais harmônica e uniforme possível. Nas regiões onde há mais de uma tomada, deseja-se evitar o uso de tês. Nessas áreas, há a utilização de vários aparelhos simultaneamente, e faz-se a seleção de mais de uma tomada para prezar a segurança da instalação. Com relação à potência por elas consumida, como não há algum aparelho que exija o contrário, adotar-se-á o mínimo: 100VA por tomada. • Tomadas de uso específico (TUE’s): É de acordo com o número de aparelhos de utilização, sendo uma tomada por equipamento, localizada próximo a este. Na configuração adotada, optou-se por uma tomada para o chuveiro, uma para a máquina de lavar e uma para a geladeira. Com relação à potência, deve-se adotar o valor nominal do aparelho que será ligado à tomada. Esses dados encontram-se na tabela C. Tabela B – Quantidade Ideal de Tomadas Dependência Perímetro (m) TUG’s * TUE’s Cômodo Principal 36,2 8 1 Banheiro - 1 1 Varanda - 1 1 *A quantidade apresentada na tabela é a ideal, porém não condiz com o que é verificado no apartamento. Tabela C – Previsão de Carga Dimensões Dependência Quantidade Previsão de Carga Área (m²) Perímetro (m) TUG’s* TUE’s TUG’s TUE’s Cômodo Principal 45,85 36,2 6 1 3x600 VA 3x100 VA 1x500W (refrigerador) Banheiro 2,99 - 1 1 1x600VA 1x5600W (chuveiro) Varanda - - 1 1 1x100VA 1x2050W (máq.lavar) Unindo os dados em uma tabela, tem-se a abaixo exposta. Nota-se que duas potências são aparentes (VA) e uma é ativa (W) 6 Tabela D – Potência Total Dependências Dimensões Área Perímetr (m²) o (m) Potência de Iluminação (VA) TUG’s QuantiPotência dade (VA) TUE’s DiscrimiPotência nação (W) Refrige500 rador Cômodo Principal 45,85 36,2 640 6 2100 Banheiro 2,99 - 100 1 600 Chuveiro 5600 Varanda - - 260 1 100 Máq. Lavar 2050 TOTAL - - 1000VA - 2800VA - 8150W 3.3. Levantamento da Potência Total Potência de Iluminação = 1000VA Fator de Potência = 1,0 Potência Ativa de Iluminação = 1000x1,0 = 1000 W Potência de tomadas de uso geral (TUG’s) = 2800VA Fator de Potência = 0,8 7 Potência Ativa de tomadas de uso geral (TUG’s) = 2800x0,8 = 2240 W Potência Ativa de tomadas de uso específico (TUE’s) = 8150 W Potência Ativa Total = 1000 + 2240 + 8150 = 11390 W Em função da potência ativa total prevista para a residência é que se determina o tipo de fornecimento, a tensão de alimentação e o padrão de entrada. 8 4. Tipo de Fornecimento e Tensão O tipo de fornecimento varia de acordo com a potência total ativa, variando a tensão e a quantidade de fios, conforme a tabela baixo. Tabela E – Tipo de Fornecimento Potência ativa total Até 12000W Entre 12000 e 25000W Entre 25000 e 75000W Tipo de fornecimento Monofásico Tensão Fios 220V Um fase e um (Florianópolis) neutro Bifásico 220 a 380V Trifásico 220 a 380V Dois fase e um neutro Três fase e um neutro O tipo de fornecimento da kitinete é monofásica, posto que a potência total ativa é de 11390 W. A partir desse instante, pode-se passar ao padrão de entrada. Esse não será especificado nesse projeto, uma vez que o manual Prysmian não fornece informações suficientes. O padrão de entrada está relacionado com a companhia de eletricidade, fugindo do escopo do presente trabalho. Com o medidor e o ramal de serviço ligados e assumindo-se que o padrão de entrada atenda às normas, a energia elétrica da concessionária fica disponível para a utilização. 9 5. Quadro de Distribuição O quadro de distribuição é o centro de distribuição de toda a instalação elétrica de uma residência. É também é o local onde são instalados os dispositivos de proteção e de onde partem os circuitos terminais que vão alimentar diretamente as lâmpadas, tomadas e aparelhos elétricos. Há alguns detalhes interessantes que devem ser considerados quando na instalação do quadro. Aconselha-se que esteja localizado em um lugar de circulação, para um acesso rápido, e o mais perto possível do medidor, para diminuir gastos com fios de distribuição, que são os mais caros desse sistema. Um dos principais dispositivos no quadro de distribuição é o disjuntor termomagnético. Este possui a funcionalidade de proteção aos fios do circuito, desligando automaticamente quando há ocorrência de sobre-corrente. Além disso, eles podem ser desligados manualmente, na maioria dos casos com a finalidade de manutenção. 10 6. Circuito Elétrico Tal definição se aplica ao conjunto de equipamentos e fios que se ligam a um mesmo dispositivo de proteção. No caso de instalações elétricas residenciais, podemos lassifica-los em dois grupos: o circuito de distribuição, que liga o quadro medidor ao quadro de distribuição, e os circuitos terminais, os quais saem do quadro de distribuição e alimentam os pontos de consumo (lâmpadas, tomadas de uso específico – TUEs – e de uso geral – TUGs). A NBR 5410 define os seguintes critérios: 1. Circuitos de iluminação separados dos circuitos de tomadas de uso geral. 2. Para cada equipamento com corrente nominal superior a 10 A, um circuito independente. Tais pontos não são suficientes, entretanto. Esses critérios fornecem uma distribuição mínima. Com a possibilidade de uma corrente elevada, torna-se viável uma nova divisão do sistema em circuitos com correntes menores, de forma a evitar uma sobrecarga. Desta forma, também, os fios serão mais finos e, por conseguinte, os custos serão menores. Os circuitos foram escolhidos seguindo os critérios de separar um circuito só para iluminação, outro só para tomadas, e para tomadas de uso específico, um circuito individual, caso a corrente nominal fosse superior a 10 A. No caso de evitar uma sobrecarga das tomadas gerais, foi feita uma nova divisão, de forma a conter dois circuitos para esses sistemas. Além disso, como a máquina de lavar gerou, por si só, uma corrente de quase 10 A, ela também ficou com um circuito a parte. O resultado encontra-se na tabela abaixo. Tabela F – Distribuição de Circuito Circuito Tensão (V) Potência (VA) Corrente (A) Iluminação 220 1000 4,5 2 TUG I 220 1300 5,9 3 TUG II 220 2000 9,1 4 TUE I 220 5600 25,5 5 TUE II 220 2050 9,3 220 9218,5 41,9 N° Tipo 1 Distribuição 11 Circuito 1 – TODA a iluminação Circuito 2 – Tomadas do banheiro, cozinha, varanda e mais o refrigerador Circuito 3 – Tomadas do resto da casa (quarto e sala) Circuito 4 – Chuveiro Circuito 5 – Máquina de lavar roupas 12 7. Planejamento do Caminho do Eletroduto Deve-se realizá-lo levando em conta que, ao partir do eletroduto, devem-se traçar as ligações de forma a minimizar as distâncias, utilizando uma simbologia adequada e devidamente explanada na legenda. 13 Uma vez representados os eletrodutos, e sendo através deles que os fios do circuito irão passar, pode-se fazer o mesmo com a fiação, representando-a graficamente através da simbologia própria, como no desenho acima. Fonte: Manual Prysmian È interessante tomar cuidado para não sobrecarregar cada eletroduto, de forma a facilitar a enfiação e/ou retirada dos mesmos, além de evitar a aplicação de fatores de correção por agrupamento muito rigorosos. 14 8. Cálculo da Potência do Circuito de Distribuição 1.Somam-se os valores das potências ativas de iluminação e das tomadas de uso geral (TUG’s). Potência Ativa de Iluminação: 1000 W Potência Ativa dos TUG’s: 2240 W Soma = 3240 W 2.Multiplica o valor calculado pelo fator de demanda correspondente a essa potência, o qual tende a representar uma porcentagem do quanto das potências previstas serão utilizadas simultaneamente no momento de maior solicitação da instalação. Assim, evitase o super dimensionamento dos componentes dos circuitos de distribuição. Fonte: Manual Prysmian Potência Ativa de iluminação e TUG’s = 3240 W Fator de demanda = 0,59 3240x0,59 = 1911,6 W 3.Multiplicam-se as potências de tomadas de uso específico (TUE’s) pelo fator de demanda correspondente. O fator de demanda é obtido através do número de circuitos de TUE’s previstos no projeto. 15 Fonte: Manual Prysmian n° circuitos TUE’s da planta = 3 Potência Ativa de TUE’s: um refrigerador de 500 W um chuveiro de 5600 W uma máquina de lavar roupa de 2050 W Total: 8150 W Fator de demanda = 0,84 8150 x 0,84 = 6846 W 4.Somam-se os valores das potências ativas obtidas para todos os casos, já com a correção pelo fator de demanda. Potência Ativa de iluminação e de TUG’s: 1911,6 W Potência Ativa de TUE’s: 6846 W Soma = 8757,6 W 5.Divide-se o valor obtido pelo fator de potência médio de 0,95, obtendo-se assim o valor da potência do circuito de distribuição. 8757,6 ÷ 0,95 = 9218,5 VA Obtém-se a corrente do circuito de distribuição usando a fórmula I = P ÷ U, com os dados até então obtidos. 16 P = 9218,5 VA U = 220 V I = 41,9 A 17 9. Dimensionamento da Fiação e dos Disjuntores do Circuito Correntes elétricas sempre causam aquecimento. Por isso é necessário estabelecer uma seção padronizada dos fios de um circuito para que não haja superaquecimento quando a corrente já determinada circular por ele. Isso seria dimensionar a fiação desse circuito. Já no dimensionamento dos disjuntores, determina-se o valor da corrente nominal do disjuntor visando a garantia de que aquecimentos excessivos provocados por uma sobrecorrente ou curto-circuito não danifiquem os fios da instalação. Os procedimento a seguir descrevem como esse dimensionamento deve ser feito: 1.Consultar a planta com a representação gráfica da fiação e seguir o caminho que cada circuito percorre, observando nesse trajeto qual o maior número de circuitos que se agrupa com ele. 2.Determinar a seção adequada e o disjuntor apropriado para cada um dos circuitos. Para isso é necessário apenas saber o valor da corrente do circuito e, com o número de circuitos agrupados também conhecidos, entrar na Tabela 1 e obter a seção do cabo e valor da corrente nominal do disjuntor. Fonte: Manual Prysmian 18 3. Verificar para cada circuito, qual o valor da seção mínima para os condutores estabelecida pela NBR 5410 em função do tipo de circuito. Fonte: Manual Prysmian 4.Compara-se os possíveis valores de seção mínima, optando-se pelo maior, ou seja, com uma abordagem conservadora. Obtém-se, como resultado, a tabela G. Tabela G – Dimensionamento da Fiação e dos Disjuntores Circuito N° Tipo N° de Corrente Seção Seção Disjuntor Seção circuito (A) Adequada Mínima Apropriado Adotada (mm²) (mm²) (A) (mm²) agrupados 1 Iluminação 3 4,5 1,5 1,5 10 1,5 2 TUG I 3 4,1 1,5 2,5 10 2,5 3 TUG II 3 8,6 1,5 2,5 10 2,5 4 TUE I 1 25,5 4 2,5 30 4 5 TUE II 1 9,3 1,5 2,5 10 2,5 O dimensionamento do ramal de entrada (dado em função do circuito) é conseguido com a tabela abaixo, tendo como dados a potência total instalada. 19 Fonte: Manual Prysmian 20 10. Dimensionamento dos Eletrodutos Para dimensionar os eletrodutos basta saber o número de condutores no eletroduto e a maior seção deles. Fonte: Manual Prysmian Após realizar os cálculos necessários, concluiu-se que os diâmetros necessários para os eletrodutos variavam entre apenas dois valores: Ø 20mm para alguns e Ø 16mm para outros. A planta elétrica completa da kitinete, com bitolas dos fios e diâmetros dos eletrodutos, encontra-se a seguir: 21 22 11. Conclusão O trabalho realizado e explanado nesse relatório pode, para um leigo, parecer algo exclusivo do curso de Engenharia Elétrica. Em certo ponto, isto é verdade. Deve-se considerar, entretanto, que um engenheiro deve possuir um conhecimento amplo, posto as interligações que ocorrem comumente na grande área da Engenharia. Um Engenheiro Mecânico dificilmente fará o planejamento elétrico de alguma edificação, nem é gabaritado para tal, mas a noção do que está ocorrendo pode auxiliá-lo de forma a garantir uma coerência no resultado final, que é constituído por resultados advindos de todos os envolvidos no projeto. Não se deve ater, entretanto, somente à Engenharia, em si. Por si só, conhecimento é fundamental para a evolução do ser humano. Vale ressaltar a importância do manual Prysmian para a confecção do presente relatório. Possibilitou que o grupo fosse autodidata, mostrou-se bastante prático, completo, direto e fácil de ser entendido. Há um defeito, entretanto. De certo modo, isso faz com que todos os trabalhos tenham uma mesma base e, muitas vezes, tirando os resultados, mostrem-se bastante semelhantes. Devido a isso, esse relatório prezou mais pelos resultados, de forma a evitar repetições, o que se espera ter sido alcançado. 23 12. Referências Bibliográficas • ELEKTRO/PIRELLI, Manual de Instalações Elétricas Residencias – 3 volumes, Edição complementada, atualizada e ilustrada com a revisão do Prof. Hilton Moreno, 1996. • CAVALCANTI, P. J. Mendes, Fundamentos de Eletrotécnica, 21ª Edição, Editora Freitas Bastos. • Material disponível no site da disciplina. 24