ENG04482 – Instalações Elétricas...

Instalações Elétricas Prediais AENG04482

Prof. Luiz Fernando Gonçalves

AULA 14 – Demanda de Energia e Eletrodutos

Porto Alegre - 2012

TópicosDemanda de Energia ElétricaDimensionamento de EletrodutosExemplos de dimensionamento

Demanda de Energiade uma Instalação Elétrica

Demanda de EnergiaO fornecimento de energia elétrica é determinado pelas limitações estabelecidas pelas concessionárias em função da potência (carga) instalada ou potência de demanda e tipo de carga ou de fornecimentoA Norma NBR 5410, item 4.2.1.1.1, diz que: “A determinação da potência de alimentação é essencial para a concepção econômica e segura de uma instalação, dentro de limites adequados de elevação de temperatura e de queda de tensão”E o item 4.2.1.1.2 diz também que devem ser “considerada as possibilidades de não-simultaneidade de funcionamento dos equipamentos, bem como a capacidade de reserva para futuras ampliações

Demanda de EnergiaEspecificação de Entradas de EnergiaEspecificar uma entrada de energia para um consumidor significa adequar uma categoria de atendimento (tipo de fornecimento) à respectiva carga desse consumidorPara facilitar o entendimento do que seja entrada de energia, é necessário fazer algumas definições

Potência ou carga instaladaDemanda de utilizaçãoFator de demandaFator de potência

Demanda de EnergiaPotência ou carga instalada: é a soma das potência nominais de todos os aparelhos elétricos ligados em uma instalação do consumidor à rede de energia elétrica da concessionária (rede de distribuição)Potência nominal é aquela registrada na placa ou impressa no aparelho ou na máquina

Demanda de EnergiaDemanda de utilização (provável demanda): é a soma das potências nominais de todos os aparelhos elétricos que funcionam simultaneamente, utilizada para o dimensionamento dos condutores dos ramais alimentadores, dispositivos de proteção, categoria de atendimento ou tipo de fornecimento e demais características do consumidorPara o cálculo da demanda (D) na elaboração do projeto elétrico, deve-se observar o seguinte:a) Ao prever as cargas, estuda-se a melhor forma de instalar os pontos

de utilização de energia elétricab) A utilização da energia elétrica varia no decorrer do dia, porque o(s)

usuário(s) não utiliza(m) ao mesmo tempo (simultaneamente) todos os pontos da instalação

c) A carga instalada não varia, mas a demanda varia ao longo do tempo

Demanda de Energiad) Caso a especificação da entrada de energia fosse feita

pela carga (potência) instalada, em vez da demanda, haveria um “superdimensionamento” de todos os elementos (disjuntores, condutores, poste, etc.) que compõem a entrada de energia e, conseqüentemente, em vez de se adotar uma categoria , passar-se-ia para um categoria superior, tendo como conseqüência os custos maiores, sem necessidade

Demanda de Energiae) O cálculo da demanda é um método estatístico, e suas

tabelas foram elaboradas em função de estudos e experiências dos projetistas

f) A demanda, por ser um método estatístico, não pode ter o seu valor considerado como único e verdadeiro, por isso é chamado de “demanda máxima prevista”. Para simplificar, chamaremos somente de demanda (D)

Demanda de Energia

Nota: no caso de reforma ou ampliação, pode ocorrer aumento da carga instaladaEntretanto, é vedado qualquer aumento de carga que supere o limite correspondente a cada categoria de atendimento, sem ser previamente solicitado pelo interessado e apreciado pela concessionária

Demanda de Energia

Para que serve o cálculo de demanda?Serve para o dimensionamento e especificação da entrada de energia, adequado a uma categoria de atendimento (tipo de fornecimento) à respectiva carga (demanda do consumidor)

Demanda de Energia

O cálculo da demanda depende da concessionária de cada regiãoA figura abaixo mostra o comportamento da demanda de um consumidor residencial

Demanda de EnergiaValores de demanda: influenciados por muitos fatores:

Natureza da instalação (comercial, industrial, residencial ...)Região (Sul, Sudeste, Centro-Oeste, Norte e Nordeste)Estação do ano (verão, outono, inverno e primavera)Hora do dia (3:00h, 18:00h, ... )Entre outros fatores

Demanda de EnergiaA demanda de residências e apartamentos individuais édeterminada com a utilização da seguinte expressão:

Sendo: D a demanda individual da unidade consumidora, em kVAP1 a soma das potências ativas da iluminação e TUG´s [W]P2 a soma das potências de tomadas de uso específico [W]g1 o fator de demanda dado pela Tabela 9.1g2 o fator de demanda dado pela Tabela 9.2

)()( 2211 gPgPD ×+×=

Demanda de Energia

Fatores de demanda:

Demanda de EnergiaNota: em alguns casos, os valores para os fatores de demanda são definidos pelas concessionárias de energia elétrica nos seus manuais, conforme o tipo de instalação por expectativa de utilização em função da(s) carga(s). Os fatores de demanda podem variar de 70% a 100%

Demanda de EnergiaObjetivos da especificação da entrada de energia

Determinar o tipo de fornecimentoDimensionar os equipamentos de medição e proteçãoEfetuar estimativa de carga e demanda declaradaEfetuar estimativa de fator de potência (no caso de residências e apartamentos individuais, considera-se FP=1

Demanda de EnergiaProcedimento para a especificação da entrada de energiaPara enquadrar na categoria adequada ou tipo de fornecimento, obedecer ao seguinte roteiro:

Determinar a carga instalada, conforme NBR 5410Verificar a demanda do consumidor, em kVAVerificar o número de fases das cargas do consumidorVerificar a potência dos motores, FN, 2F, 3F, em CVVerificar a potência dos aparelhos de saída e raio X, em kVAEnquadrar o consumidor na categoria adequada, consultando a Norma

da concessionária local

Demanda de EnergiaFator de potênciaO fator de potência é um índice (porcentagem) que mostra a forma como a energia elétrica recebida está sendo utilizada, ou seja, ele indica quando a energia solicitada da rede da concessionária (potência aparente) está sendo usada de forma útil (potência ativa)O fator de potência pode se apresentar de duas formas:

Demanda de EnergiaExemplo: considerando um apartamento que apresente as seguintes cargas instaladas:

Iluminação: 2800 VATomadas de uso geral: 3700 VATomadas de uso específico (15): 16200 W

A provável demanda desta instalação será:

kVA9,73kW73,92,1644,05,640,0

)()(0,440,4016,2kW

kW5,637002800

TUGilumin1

==×+×=

×+×====

gPgPDggP

Demanda de Energia

Fatores de demanda:

Demanda de EnergiaNo exemplo anterior, a potência instalada seria: 2800+3700+16200=22700 VA, enquanto a provável demanda seria de 9730 VAA demanda deverá ser expressa em VA ou kVA (potência absorvida da rede)Deve-se estar atento aos fatores de potência das cargas, observando a relação entre a potência aparente (VA) e potência ativa (W)

Demanda de Energia

Em projetos de instalação elétrica residencial os cálculos efetuados são baseados na potência ativa e na potência aparentePortanto, é importante conhecer a relação entre elas para que se entenda o que é fator de potência

Demanda de Energia

Potência monofásica

IVSsenIVQ

...cos..

Ativa, real [W]Ativa, real [W]

Reativa [VAR]Reativa [VAR]

Aparente [VA]Aparente [VA]

Demanda de Energia

Sendo a potência ativa uma parcela da potência aparente, pode-se dizer que ela representa uma porcentagem da potência aparente que é transformada em potência mecânica, térmica ou luminosa

A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência

Demanda de Energia

Potência monofásica

Regulamento de instalações consumidoras (CEEE, RGE e AES Sul)O cálculo da demanda deve ser feito para a unidade consumidora atendida a quatro condutores, com carga instalada superior a 15 kW (220/127V) ou 25 kW (380/220V)Serve para determinar a categoria de fornecimento de cada unidade consumidora e do conjunto, e para o dimensionamento das entradas de serviçoNota: a demanda mínima ser considerada por unidade, quando calculada, deve ser :

a) 15 kVA – para 220/127Vb) 25 kVA – para 380/220V

Demanda de Energia

Dimensionamento de Eletrodutos

Dimensionamento de EletrodutosOs eletrodutos são tubos de metal (magnéticos ou não magnéticos) ou de PVC, que podem ser ainda rígidos ou flexíveisEm princípio, as funções gerais dos eletrodutos são as seguintes:

Proteção dos condutores contra ações mecânicas e contra corrosão e umidadeProteção do meio contra perigos de incêndio, resultantes do superaquecimento dos condutores ou de arcos

Tipos de Eletroduto:Metálicos rígidosPVC rígidosMetálicos flexíveisPVC flexíveis

Dimensionamento de EletrodutosEletrodutos Metálicos RígidosSão tubos de aço, com ou sem costura no sentido longitudinal, e ainda pintados interna e externamente com esmalte de cor preta ou galvanizadosFabricados com diferentes diâmetros e espessuras de paredeOs de parede grossa denominam-se “eletrodutos pesados”Os de parede fina denominam-se “eletrodutos leves”Comercialmente são adquiridos em barras de três metros cujos extremos vêm com rosca , providos de uma luva ou não

Dimensionamento de EletrodutosEletrodutos Metálicos RígidosOs eletrodutos metálicos rígidos são especificados de acordo com sua bitola de ½” até 6”Nota: os eletrodutos metálicos não devem ser utilizados em ambientes com excessiva concentração de umidade ou produtos corrosivos Além disso, o eletroduto deve ser curvado a frio, pois o calor destrói a proteção de esmalte ou zinco, e pode oxidar-se

Eletrodutos de PVC RígidosSão fabricados com derivados de petróleo; são isolantes elétricos, não sofrem corrosão nem são atacados pelos ácidosTambém são fabricados em barras de 3 metros, com roscas para serem emendados com luvas, ou soldáveis, sendo um dos extremos com diâmetro expandido (bolsa) para introduzir outro eletroduto mediante pressão (ponta) e colado para melhorar a resistência mecânica

Eletrodutos Metálicos FlexíveisO eletroduto é formado por uma cinta de aço galvanizado, enrolado em espirais meio sobrepostas e encaixadas de tal forma que o conjunto proporcione boa resistência mecânica e grande flexibilidadeEsses eletrodutos também são fabricados com um revestimento de PVC a fim de proporcionar maior resistência e durabilidade

Dimensionamento de EletrodutosEletrodutos Metálicos FlexíveisAdquirem-se comercialmente em metros ou em rolos de até 100 metros, especificando-se o diâmetro nominal de acordo com a necessidadeSão utilizados em instalações elétricas expostas e quando se instalam máquinas e motores elétricos, devido a vibrações

Eletrodutos de PVC Flexíveis Os eletrodutos flexíveis corrugados são fabricados em PVC auto-extinguívelDevido à sua praticidade com elevada resistência diametral, são também resistentes e amassamento, mesmo quando instalados em lajes de concretoPodem ser aplicados em instalações elétricas residenciais, comerciais e industriais

Dimensionamento de EletrodutosEletrodutos de PVC Flexíveis Existem os eletrodutos de PVC flexíveis série leve, de coloração amarela, para instalações que exigem leve esforço mecânico de 320 N/5 cm de compressão e podem ser utilizados em paredes de tijolos e outrosHá também os de série reforçada, de coloração azul ou cinza, para instalações que exigem esforço mecânico médio de até 750 N/5 cm e podem ser utilizados em lajes e pisos

Dimensionamento de EletrodutosOs eletrodutos ou dutos para cabos subterrâneos (energia ou telecomunicações) são fabricados em PEAD (Polietileno de Alta Densidade) de última geração, corrugado e flexívelOs eletrodutos flexíveis são disponíveis nos diâmetros de 30, 50, 75, 100, 125 e 150 mmSão utilizados principalmente por Concessionárias de Energia Elétrica e Telecomunicações, indústrias, shopping centers, aeroportos, etc.

Bitolas de eletrodutos rígidos e flexíveis

Acessórios para EletrodutosOs eletrodutos são interligados às caixas de passagem ou caixas de derivaçãoSão também emendados, podem mudar de direção e fixados às caixas de passagemPara tal, são utilizados uma série de acessórios:

LuvasBuchasArruelasCurvas

Acessórios para EletrodutosLuvas: acessórios com formato cilíndrico com rosca interna, usados para unir trechos de eletrodutos ou um eletroduto e uma curva

Acessórios para EletrodutosBuchas: peças que se destinam a arremates ou para melhorar o acabamento das extremidades dos eletrodutos rígidos, impedindo que, ao serem puxado os condutores, a isolação seja danificada por eventuais rebarbas na ponta do eletroduto

Acessórios para EletrodutosArruelas: também chamadas de contrabuchas ou porcas, possuem rosca interna e são colocadas externamente às caixas, servindo para contra-aperto com a bucha para fixação do eletroduto com a parede dela

Acessórios para EletrodutosCurvas: acessórios necessários para efetuar mudanças de direção numa rede de eletrodutosPodem ser encontradas no comércio com ângulos de 90o, 135o e 180o com rosca ou ponta e bolsa

Acessórios para EletrodutosCurvas: acessórios necessários para efetuar mudanças de direção numa rede de eletrodutos

Braçadeiras: acessórios destinados à fixação de eletrodutos rígidos ou flexíveis e paredes, tetos ou outros elementos estruturais

Conectores ou adaptadores: utilizados para adaptação de eletrodutos rígidos sem rosca, e eletrodutos flexíveis às caixas ou quadrosSão construídos em ligas de alumínio e latão, fixados à caixa por meio de buchas e arruelas

Exemplo de utilização dos acessórios: buchas, arruelas e conectores

Caixas de Derivação ou de PassagemAs caixas de derivação ou de passagem são tão importantes quanto necessárias na execução de instalações elétricas, portanto são indispensáveis e podem ter diversas aplicaçõesConforme as finalidades a que se destinam, devem ser empregadas caixas para:1. Facilitar a enfiação dos condutores, devido a grandes distâncias2. Pontos de entrada e saída de condutores, exceto na

passagem de condutores de linha aberta para eletroduto cuja extremidade deve ser protegida com bucha

3. Pontos de emenda e derivação de condutores4. Pontos de luz no teto ou na parede (arandela)

Caixas de Derivação ou de PassagemConforme as finalidades a que se destinam, devem ser empregadas caixas para (continuação):5. Instalação de interruptores, tomadas de corrente pulsadores

(botão de campainha) e congêneres em parede devem ser fechadas pelos espelhos que completam a instalação desses dispositivos

6. Dividir a tubulação em trechos não maiores do que os especificados anteriormente

7. Pontos de telefones em paredes 8. Tomadas e pontos de telefone no piso9. Instalação de interfone ou porteiro eletrônico

Caixas de Derivação ou de PassagemConforme as finalidades a que se destinam, devem ser empregadas caixas para (continuação):10. Sonorização11. Sistema de alarme12. Pontos de antena de TV e TV a cabo13. Pontos para rede de computadores

As caixas devem ser colocadas em locais de fácil acesso e providas de suas respectivas tampas. Quanto à forma de colocação ou instalação, podem ser:

De embutir Aparente ou de sobrepor

Caixas de EmbutirAs caixas de embutir usadas em instalações elétricas podem ser de PVC ou de chapa de aço no 16 ou 18Quanto às de chapa de aço, usar preferencialmente as estampadas que podem ser zincadas a fogo, esmaltadas ou galvanizadas

Caixas de EmbutirAs caixas usadas para instalação no piso devem ser de alumínio injetado ou estampado com tampas de latão removíveis e reguláveis e podem ser simples, duplas ou triplasAs caixas usadas como ponto de iluminação, quando colocadas em laje devem ser octogonais com fundo móvel

Dimensionamento de EletrodutosCaixas de EmbutirTodos os tipos de caixas devem possuir “orelhas” ou “abas” com furos para fixação de interruptores, pulsadores, tomadas, etc., conforme a necessidadeAs caixas octogonais devem conter pelo menos quatro orelhas (ou abas), sendo duas dobradas para o lado de fora, que servem para fixação da caixa no assoalho antes da concretagem, e duas dobradas para o lado de dentro, as quais servirão para fixação de luminárias, lustres, etc.

Caixas de EmbutirNo caso de fixação de aparelhos excessivamente pesados, como, por exemplo, luminárias fluorescentes, lustres, etc., usar outras formas de fixação além das “orelhas” das caixas, como, por exemplo, parafuso e bucha de náilon

Espelhos, Placas ou TampasApós concluídos os trabalhos de acabamento da obra, por motivos estéticos e principalmente por questões de segurança dos usuários, colocam-se sobre as caixas os espelhos, placas ou tampas, que podem ser de PVC, baquelite, alumínio ou bronze, permitindo a atuação sobre interruptores, tomadas, etc.

As caixas para instalação aparente, também denominadas conduletes, são largamente usadas em instalações industriais, comerciais, depósitos, oficinas, etc. Essas caixas aparentes podem ser de alumínio injetado ou de PVC

Caixas Aparentes

Posição das TomadasAs tomadas, de um modo geral, são instaladas em locais que atendam às necessidades dos usuários, que sejam em número suficiente e de fácil acesso, que se evitem usar meios que tomem a instalação um perigo para o patrimônio e principalmente para as pessoas que usam os benefícios da eletricidade

Posição das Tomadas As tomadas, podem ser instaladas:

Tomada baixa: 0,30 mTomada a meia altura: 1,30 mTomada alta (chuveiro, etc.): 2,00 a 2,20 m

Nota: as medidas citadas referem-se à altura do piso acabado

O processo de execução adotado para o posicionamento das tomadas segue os mesmos princípios adotadas para o posicionamento dos interruptores

Posição dos Pontos de Luz no Forro ou Laje (para grandes ambientes)Em grande ambientes o número de pontos éobtido a partir do método dos Lumens e distribuídos no ambiente

(salas, escritórios, indústrias, ...)

Posição dos Pontos de Luz no Forro ou Laje (para pequenos ambientes)Em ambientes pequenos, o número de pontos de luz limita-se a um ou dois

Posição das ArandelasAs arandelas são pontos de luz instalados nas paredesDeve-se prever a instalação de arandelas nos seguintes locais:

BanheirosHallÁreas externasGaragens; etc.

Posição das ArandelasEm ambientes como banheiros, na iluminação do espelho, deve-se cuidar para que o facho de luz não venha de cima para baixo, pois devido àpequena distância a que nos colocamos diante do espelho, provoca áreas de sombra prejudicando a visão

Posição das ArandelasPor isso, os pontos de luz para o espelho, do banheiro ou de outros locais, deve ser um em cada lado, com relação ao centro do espelho, a fim de oferecer a melhor uniformidade possível para iluminação do rosto

Instalações AparentesA utilização de instalações aparentes é necessária quando a possibilidade de modificações seja uma característica ou uma exigência do local, ou do tipo de instalação elétrica, pois alia a segurança, flexibilidade, facilidade de adaptações e novos arranjos dos equipamentos, sem grandes gastos

Instalações AparentesÉ usual o emprego nos seguintes casos:

IndústriasInstalações comerciaisDepósitosOficinas; etc.

Dimensionar eletroduto é determinar o diâmetro nominal (Øn) do eletroduto para cada trecho da instalaçãoO diâmetro nominal (Øn) do eletroduto éexpresso em milímetros (mm), padronizado por norma

Roteiro para o dimensionamento de eletrodutos:a) determina-se a seção total ocupada pelos

condutores, aplicando-se tabelas de fabricantes de condutores e cabos

b) determina-se o diâmetro externo nominal do eletroduto (mm), entrando-se nas tabelas de fabricantes de eletrodutos com o valor encontrado no item “a” anterior

Seção total (St) dos condutores:

Onde:Nk é o número de condutores do circuito kDk é o diâmetro (mm) do condutor do circuito kK é o número de circuitos

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

4.. π

Dimensionamento de EletrodutosCaso os condutores instalados em um mesmo eletroduto sejam do mesmo tipo e mesma seção nominal, pode-se determinar o diâmetro externo do eletroduto consultando as Tabelas 11.5 e 11.6Para se determina o comprimento máximo dos eletrodutos para interligação de caixas de passagem, utiliza-se a seguinte equação:

Sendo: lmáx é o comprimento máximo do trecho, em metros (m)N – número de curvas do eletroduto (90o) (de 0 a 3)

Nlmáx .315−=

Caso o comprimento máximo dos eletrodutos(lmáx) calculado seja menor do que o comprimento real (lreal) entre os eletrodutos:

É necessário calcular o número de “aumentos”do diâmetro nominal do eletroduto (bitolas)

realmáx ll <

6máxreal llA −

Tabelas para dimensionamento de eletrodutos

A representação do diâmetro do eletroduto varia conforme a concessionária localÉ possível utilizar a referência de rosca do eletroduto, tanto externo como interno; portanto, é viável que no projeto se apresente uma tabela com ambas as bitolas

Dimensionamento de EletrodutosPara instalações simples, nas quais o comprimento do trecho de eletrodutos esteja dentro dos limites do item 11.8.3 e para a instalação de condutores de seções diferentes, pode-se utilizar um método simplificado, ou seja:1) Contar o número de condutores contidos no trecho2) Adotar a maior seção desses condutores3) Consultar a Tabela 11.3 para obter o diâmetro nominal do

eletroduto adequado a esse trecho

Nota: utilizando este critério, a escolha do eletrodutopode ficar, eventualmente, com um Øn imediatamente superior ao calculado pelo item “a”

Exemplos de Dimensionamento (!)

Exemplos de Dimensionamento

1) Dimensionar o trecho de eletroduto de PVC rígido, conforme desenho apresentado (fios):

Solução:a) Calcula-se a seção total (St) dos condutores

segundo a seguinte equação:

b) Escolha-se do eletroduto: consultando a tabela 11.3, na coluna 40%, com o valor 77,9 mm2, encontra-se eletroduto de PVC de Øn = 20 mm ou ½”

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

1DNDNSt

9,3..54

4,3..2 mmSt =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

O comprimento máximo do trecho que interliga as duas caixas será:

Não é necessário calcular o número de “aumentos” do diâmetro nominal do eletroduto, pois:

m150.315

5,1215 >> realmáx ll

2) Dimensionar o trecho de eletroduto de PVC rígido, conforme desenho apresentado (cabos):

Solução:a) Calculando a seção total (St) dos condutores:

b) Escolha-se do eletroduto: consultando a tabela 11.3, na coluna 40%, com o valor 100,6 mm2, encontra-se eletroduto de PVC de Øn = 25 mm ou 3/4”

6,1004

2,4..34

7,3..34

0,3..2 mmSt =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

πππ

Não é necessário calcular o número de “aumentos” do diâmetro nominal do eletroduto, pois:

m121.315

1012 >> realmáx ll

Circuito 1: 3 # 10 (10) mm2

Circuito 2: 3 # 25 (16) T16 mm2

2) Dimensionar o trecho de eletroduto de PVC rígido, conforme desenho apresentado:

Circuito 1: 3 # 10 (10) mm2

Circuito 2: 3 # 25 (16) T16 mm2

Solução:a) Calcula-se a seção total (St) dos condutores:

b) Escolha-se do eletroduto: consultando a tabela 11.3, na coluna 40%, com o valor 334,9 mm2, encontra-se eletroduto de PVC de Øn = 40 mm ou ½”

9,3344

5,6..24

5,8..34

6,5..4 mmSt =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

πππ(T)

Neste caso é necessário calcular o número de “aumentos” do diâmetro nominal do eletroduto, pois:

m63.315

=−=−=

<< realmáx ll

Número de “aumentos” do diâmetro nominal do eletroduto:

llA máxreal

Conclusão: com o resultado obtido anteriormente, deve-se utilizar o 2o diâmetro superior a 40 mmOu seja, de acordo com a tabela 11.3, na coluna 40%, encontra-se eletroduto de PVC de Øn = 60 mm ou 2”, para interligar as caixas de passagem

Muito Obrigado!

fernando.goncalves@ufrgs.br

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