Baixe Software para Cálculo Luminotécnico e Dimensionamento Elétrico e outras Provas em PDF para Competências em MS Microsoft Access, somente na Docsity!
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
AMÉRICO JARDIM PINTO JÚNIOR
PROJETO DE DIPLOMAÇÃO
SOFTWARE PARA CÁLCULO LUMINOTÉCNICO E
DIMENSIONAMENTO DE DISJUNTORES E CONDUTORES,
APLICÁVEL EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BT
Porto Alegre 2011
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
SOFTWARE PARA CÁLCULO LUMINOTÉCNICO E
DIMENSIONAMENTO DE DISJUNTORES E CONDUTORES,
APLICÁVEL EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BT
Projeto de Diplomação apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para Graduação em Engenharia Elétrica.
ORIENTADOR: Prof. Msc. Tiarajú Vasconcellos Wagner
Porto Alegre 2011
Pensamento (Ras Bernardo / Lazão / Da Gama / Bino)
“(...) Custe o tempo que custar esse dia virá Nunca pense em desistir não Te aconselho a prosseguir. O tempo voa rapaz Pegue seu sonho rapaz A melhor hora e o momento É você quem faz. Recitem Poesias de obras de um rei Faça por onde que eu te ajudarei (...)”
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais Américo e Glaci, à tia Janira e ao vô Caetano.
RESUMO
Este trabalho apresenta um algoritmo, elaborado no MS-Excel, destinado ao projeto luminotécnico e dimensionamento de condutores, disjuntores e eletrodutos para instalações elétricas de baixa tensão. A teoria está referenciada na NBR 5410:2004 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). O algoritmo luminotécnico tem como saída o número de lâmpadas necessário para o recinto a partir de dados de entrada como iluminância desejada e dimensões do ambiente. O algoritmo de dimensionamento de condutor fornece a seção nominal do mesmo, a partir de dados de entrada como potência consumida e comprimento do circuito, analisados pela seção mínima ditada pela Norma e pela queda de tensão máxima admissível. Para dimensionamento de disjuntores, o algoritmo leva em consideração a proteção contra sobrecorrente e curtocircuito para a resposta do valor nominal do mesmo. E, para dimensionamento de eletroduto, os dados de entrada são o número e a seção dos condutores, e a saída é o diâmetro do eletroduto para manter a taxa de ocupação máxima interna admitida pela Norma.
Palavras-chaves : instalação elétrica, dimensionamento elétrico, condutor, disjuntor, luminotécnica, eletroduto, baixa tensão, NBR 5410:2004.
ABSTRACT
The present work describes an algorithm, produced in MS-Excel and designated to the luminotech project and to conductors, circuit breakers and electroducts sizing for electric installations of low voltage. The theoretic background is referenced in the Standard NBR 5410:2004 of the Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). The luminotech algorithm furnishes from basic data like desired lightning and area of a room, the number of lamps which are necessary in the room. The algorithm of conductors sizing provides the cross-section of the same from data like spent power and circuit length, analyzed by the minimal cross-section dictated by the Standard and the maximum allowable voltage drop. For the size magnification of the circuit breaks, the algorithm takes in account protection for overcurrent and short-circuits for the response of the nominal value of the same. Furthermore, for electroducts sizing, the required data are the number and the cross-section of the conductors that furnish the electroduct diameter to keep the maximal internal rate permitted by the Standard.
Keywords : electric installation, electric sizing, conductor, circuit breaker, luminotech, electroduct, low voltage, NBR 5410:2004.
- INTRODUÇÃO ........................................................................................................................
- LUMINOTÉCNICA ...........................................................................................................
- 1.1 Conceitos Luminotécnicos ..........................................................................................
- 1.2 Previsão de Carga segundo a NBR 5410:2004 ..........................................................
- 1.3 Método dos Lumens .................................................................................................
- 1.4 Método das Cavidades Zonais ...................................................................................
- DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS ............................................
- 2.1 Seção Mínima de Condutores .....................................................................................
- 2.2 Critério de Capacidade de Corrente ............................................................................
- 2.3 Método da Queda de Tensão.......................................................................................
- 2.4 Condutor Neutro e de Proteção ..................................................................................
- 2.5 Exemplo de Aplicação ...............................................................................................
- DIMENSIONAMENTO DE DISJUNTORES ...................................................................
- 3.1 Proteção contra Sobrecorrente ...................................................................................
- 3.2 Proteção contra curtocircuito ..................................................................................... - 3.2.1 Determinação da corrente de curtocircuito presumida ....................................
- 3.3 Proteção contra choque elétrico .................................................................................
- 3.4 Especificação de Disjuntores .....................................................................................
- 3.5 Exemplo de Aplicação ...............................................................................................
- 3.5.1 Sobrecorrente ..................................................................................................
- 3.5.2 Curtocircuito ...................................................................................................
- 3.5.3 Choque elétrico ...............................................................................................
- DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTOS .................................................................
- ALGORITMO DE DIMENSIONAMENTO ...................................................................
- 5.1 Instruções para utilização do algoritmo ....................................................................
- CONCLUSÃO ........................................................................................................................
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................
- ANEXOS ................................................................................................................................
- Figura 1 – Curva de distribuição luminosa .............................................................................. LISTA DE FIGURAS
- Figura 2 – Exemplificação de iluminância e luminância .........................................................
- Figura 3 – Vida útil dos principais tipos de lâmpadas .............................................................
- Figura 4 – Eficiência energética dos principais tipos de lâmpadas ..........................................
- Figura 5 – Relação de conforto luminoso ................................................................................
- Figura 6 – Índice de reprodução de cores e exemplos de aplicação .........................................
- Figura 7 – Cavidades do teto CT, do recinto CR e do chão CC ...............................................
- Figura 8 – Percentual devido à sujeira .....................................................................................
- Figura 9 – Redução do fluxo luminoso ....................................................................................
- Figura 10 – Fator de depreciação devido à sujeira na luminária ..............................................
- Figura 11 – Cabos multipolares em camada única ..................................................................
- Figura 12 – Cabos multipolares em três camadas ...................................................................
- Figura 13 – Limites de queda de tensão para instalações elétricas ..........................................
- Figura 14 – Esquema TN em suas três variantes: TN-S, TN-C-S, TN-C ................................
- Figura 15 – Condições de proteção contra sobrecargas ...........................................................
- Figura 16 – Característica I^2 t típica de um cabo de BT e de um cabo 16mm^2 cobre/PVC .......
- Figura 17 - Característica I^2 t típica de um disjuntor termomagnético .....................................
- de atuação do disjuntor ......................................................................................... Figura 18 – Interseção da curva de suportabilidade térmica do condutor com a curva
- curva da integral de Joule I 2 t que o disjuntor deixa passar ................................... Figura 19 – Interseção da curva da integral de Joule I 2 t suportável pelo condutor com a
- Figura 20 – Exemplificação de uso de dispositivos DR ..........................................................
- Figura 21 – Choque elétrico por contato direto e indireto .......................................................
- Figura 22 – Zonas tempo-corrente dos efeitos da corrente alternada no corpo humano ..........
- Figura 23 – Curvas de atuação dos dispositivos diferenciais tipo G e tipo S ...........................
- Figura 24 – Curva de disparo B para disjuntores ....................................................................
- Figura 25 – Curva de disparo C para disjuntores ....................................................................
- Figura 26 – Curva de disparo D para disjuntores ....................................................................
- Figura 27 – Modelos de disjuntores termomagnéticos da Siemens .........................................
- Figura 28 – Modelos de dispositivos DR da Siemens .............................................................
- Figura 29 – Fator de correção para temperatura de disjuntor ..................................................
- Figura 30 – Curva de atuação de um disjuntor da Pial Legrand ..............................................
- Figura 31 – Informações técnicas de disjuntores Siemens, curva B ........................................
- Figura 32 – Curva característica tempo-corrente de disjuntores Siemens, curva B .................
- Figura 33 – Opções de módulos DR da Siemens ....................................................................
- Figura 34 – Curva de atuação diferencial bipolar ....................................................................
- Figura 35 – Cortes longitudinal e transversal de um eletroduto ............................................
- Tabela 1 – Índices de eficiência de luminárias ........................................................................ LISTA DE TABELAS
- Tabela 2 – Coeficientes de reflexão de alguns materiais e cores .............................................
- Tabela 3 – Fator de depreciação ..............................................................................................
- Tabela 4 – Fatores determinantes da iluminância adequada ....................................................
- Tabela 5 – Iluminâncias por classes de tarefas visuais ............................................................
- Tabela 6 – Fator de utilização da luminária Philips TCS050 ...................................................
- Tabela 7 – Refletância eficaz da cavidade do teto ou do chão .................................................
- Tabela 8 – Fator de reflexão (%) de materiais iluminados com luz branca ..............................
- Tabela 9 - Coeficiente de utilização ݑ de luminárias................................................................
- Tabela 10 – Fatores de correção para refletância eficaz da cavidade do chão .........................
- Tabela 11 – Indicação do grau de sujeira do recinto ................................................................
- Tabela 12 – Fator de depreciação devido à sujeira (FDS) .......................................................
- Tabela 13 – Categoria de manutenção de luminárias ..............................................................
- Tabela 14 – Seção mínima de condutores elétricos ..................................................................
- Tabela 15 – Temperatura de condutores em funcionamento ....................................................
- Tabela 16 – Métodos de instalação de condutores elétricos .....................................................
- Tabela 17 – Capacidade de condução de corrente I C para condutor de cobre ..........................
- Tabela 18 – Capacidade de condução de corrente I C para condutor de cobre ..........................
- Tabela 19 – Capacidade de condução de corrente I C para condutor de cobre ..........................
- Tabela 20 – Capacidade de condução de corrente I C para condutor de cobre ..........................
- Tabela 21 – Fator de correção de temperatura (FCT) ..............................................................
- Tabela 22 – Fatores de correção do solo (FCS) .......................................................................
- Tabela 23 – Fator de correção de agrupamento (FCA) ............................................................
- Tabela 24 – Fator de correção de agrupamento (FCA) para múltiplas camadas ......................
- Tabela 25 – Fator de correção de agrupamento (FCA) para cabos diretamente enterrados .....
- Tabela 26 – Fator de correção de agrupamento (FCA) para cabos em eletrodutos enterrados
- Tabela 27 – Valores do coeficiente t para cálculo da queda de tensão .....................................
- conduto fechado .................................................................................................. Tabela 28 – Resistências elétricas e reatâncias indutivas em cabos de cobre em
- a dois condutores ................................................................................................. Tabela 29 – Resistências elétricas e reatâncias indutivas em cabos de cobre ao ar livre,
- a três condutores .................................................................................................. Tabela 30 – Resistências elétricas e reatâncias indutivas em cabos de cobre ao ar livre,
- Tabela 31 – Queda de tensão unitária, para isolação em PVC .................................................
- Tabela 32 – Seção reduzida do condutor neutro ......................................................................
- Tabela 33 – Seção mínima do condutor de proteção ...............................................................
- Tabela 34 – Tempos e correntes convencionais de atuação I 2 para disjuntores .......................
- Tabela 35 – Valores de K para condutores ..............................................................................
- Tabela 36 – Corrente de curtocircuito presumida no secundário de transformadores ..............
- Tabela 37 – Fator de potência de curtocircuito aproximado ....................................................
- Tabela 38 – Correntes de curtocircuito presumidas .................................................................
- Tabela 39 – Tempos de seccionamento máximos do esquema TN ..........................................
- Tabela 40 – Situações para tempos de seccionamento máximos do esquema TN ..................
- Tabela 41 – Efeitos da corrente elétrica sobre o corpo humano ...............................................
- Tabela 42 – Limites tempo-corrente para atuação dos dispositivos diferenciais .....................
- Tabela 43 – Dimensões totais dos condutores isolados .........................................................
- Tabela 44 – Eletrodutos de PVC rígido roscável ...................................................................
O primeiro capítulo deste trabalho trata de projetos relacionados à luminotécnica. Dois métodos principais são apresentados na revisão bibliográfica: método dos lumens e método das cavidades zonais. O objetivo é projetar, utilizando ambos os métodos, o número de lâmpadas e luminárias necessário para atender os requisitos técnicos de iluminância e fluxo luminoso do ambiente analisado. E a comparação dos resultados obtidos é apresentada. O método dos lumens é utilizado, pelos projetistas, na maioria das aplicações práticas, pois atende satisfatoriamente os requisitos e fornece um resultado adequado para o conforto visual do recinto. O método das cavidades zonais é utilizado quando se quer um cálculo mais preciso e detalhista, pois leva em conta, principalmente, a influência da reflexão das paredes, teto e piso do recinto no resultado final. A ABNT sugere a NBR 5413:1992 e a NBR 5410: como guias para projetos luminotécnicos.
O segundo capítulo apresenta a revisão bibliográfica de dimensionamento de condutores elétricos, aplicável a fios e cabos. A ABNT indica a NBR 5410:2004 como referência técnica dos projetos. Três requisitos devem ser atendidos no dimensionamento. A seção mínima de condutor é definida de acordo com a aplicação do circuito, pois a Norma prevê um diâmetro mínimo indicado para força ou iluminação, por exemplo. O critério da capacidade de corrente indica a seção mínima, tabelada, que o condutor deve ter para suportar a corrente de projeto do circuito, de acordo com a potência elétrica consumida. O critério da queda de tensão máxima admissível estabelece o valor padronizado aceitável da queda de tensão aplicada ao circuito, com o intuito de garantir o valor de tensão adequado no ponto terminal. A seção nominal projetada de um condutor deve, portanto, atender aos três critérios estabelecidos.
O terceiro capítulo trata de dimensionamento de dispositivos de proteção dos circuitos, mais especificamente os disjuntores. A proteção deve atuar em três situações de acontecimentos: em caso de sobrecorrente, de curtocircuito e de choque elétrico. Em caso de ocorrência de sobrecorrente, o disjuntor deve seccionar o circuito antes que o aquecimento do mesmo ocasione a fundição da isolação de PVC, EPR ou XLPE do condutor, danificando-o e expondo o cobre ao ambiente. A proteção contra curtocircuito atua em caso de ocorrer o contato entre as diferenças de potencial dos condutores, com tempo máximo de atuação definido pela Norma. Quanto à proteção ao choque elétrico, os disjuntores e os dispositivos DR são responsáveis pelo seccionamento do circuito quando ocorre falta de corrente à terra.
As configurações de instalação, tempos de atuação, maneiras de uso, também estão indicados pela ABNT NBR 5410:2004.
No último capítulo é apresentado o algoritmo proposto para efetuar todos os procedimentos de cálculos e dimensionamentos apresentados no trabalho. A proposta foi implementada no MS-Excel, cujos resultados foram testados, simulados, e atendem ao previsto. A dinâmica pode ser aplicada em qualquer linguagem de programação, pois atende aos requisitos técnicos de projetos de instalações elétricas de baixa tensão.
se a Curva de Distribuição Luminosa (CDL). É a representação da Intensidade Luminosa em todos os ângulos em que ela é direcionada num plano. Para a uniformização dos valores das curvas, geralmente essas são referidas a 1000 lm. Nesse caso, é necessário multiplicar-se o valor encontrado na CDL pelo Fluxo Luminoso da lâmpada em questão e dividir o resultado por 1000 lm. A curva CDL geralmente é encontrada nos catálogos dos fabricantes de lâmpadas e luminárias, exemplificada na figura 1.
Figura 1 – Curva de distribuição luminosa. Fonte: Catálogo Osram, p.25.
Fluxo Luminoso Símbolo: φ Unidade: lúmen [lm] É a potência de radiação total emitida por uma fonte de luz em todas as direções do espaço e capaz de produzir uma sensação de luminosidade através do estímulo da retina ocular. É a potência de energia luminosa de uma fonte percebida pelo olho humano.
Iluminância Símbolo: E Unidade: lux [lx] É a relação entre o fluxo luminoso incidente numa superfície e a superfície sobre a qual este incide, ou seja, é a densidade de fluxo luminoso na superfície sobre a qual este incide. A relação é dada entre a intensidade luminosa e o quadrado da distância, ou ainda, entre o fluxo luminoso e a área da superfície.
Na prática, é a quantidade de luz dentro de um ambiente, e pode ser medida com o auxílio de um luxímetro. A NBR 5382:1985 fixa o modo pelo qual se faz a verificação da iluminância de interiores. Como o fluxo luminoso não é distribuído uniformemente, a iluminância não será a mesma em todos os pontos da área em questão. Consideras-se, então, a iluminância média. A NBR 5413:1992 especifica o valor mínimo da iluminância para ambientes diferenciados pela atividade exercida, relacionados ao conforto visual. Abaixo são mostrados alguns valores práticos de iluminância:
- Dia ensolarado de verão em local aberto = 100.000 lx
- Dia encoberto de verão = 20.000 lx
- Dia escuro de inverno = 3.000 lx
- Boa iluminação de rua = 20 a 40 lx
- Noite de lua cheia = 0,25 lx
- Luz de estrelas = 0,01 lx
Luminância Símbolo: L Unidade: candela/m^2 [cd/m^2 ] Os raios de luz não são vistos, a menos que sejam refletidos em uma superfície e transmitam a sensação de claridade aos olhos. Essa sensação de claridade é chamada de Luminância. Em outras palavras, é a Intensidade Luminosa que emana de uma superfície, pela sua superfície aparente. A figura 2 apresenta a diferença entre as medidas de iluminância e luminância. A equação que permite sua determinação é:
ൌ ܮ (^) ൈ ௦ ఈூ (2)
onde: L = Luminância [cd/m²] I = Intensidade Luminosa [cd] A = área projetada [m²] ߙ = ângulo considerado [graus]
Figura 3 – Vida útil dos principais tipos de lâmpadas. Fonte: Freitas, P.C.F., p.8.
Eficiência Luminosa ou Energética Símbolo: ηW Unidade: lúmen/Watt [lm/W] Estabelece a razão entre o fluxo luminoso total emitido φ pela lâmpada e a potência elétrica total P consumida pela mesma. É útil para averiguar se um determinado tipo de lâmpada é mais ou menos eficiente do que outro, sob o ponto de vista do aproveitamento energético. A figura 4 apresenta um gráfico com a eficiência energética dos principais tipos de lâmpadas.
Figura 4 – Eficiência energética dos principais tipos de lâmpadas. Fonte: Freitas, P.C.F., p.9.
Temperatura de Cor Símbolo: T Unidade: Kelvin [K] Um dos requisitos para o conforto visual é a utilização da iluminação para dar ao ambiente o aspecto desejado. Sensações de aconchego ou estímulo podem ser provocadas quando se combinam a tonalidade de cor correta da fonte de luz ao nível de iluminância pretendido, conforme a figura 5. As cores quentes são empregadas quando se deseja uma atmosfera íntima, sociável, pessoal e exclusiva (residências, bares, restaurantes, mostruários de mercadorias); as cores frias são usadas quando a atmosfera deve ser formal, precisa, limpa (escritórios, recintos de fábricas). A iluminação usando cores quentes realça os vermelhos e seus derivados; ao passo que as cores frias, os azuis e seus derivados próximos. As cores neutras ficam entre as duas e são, em geral, empregadas em ambientes comerciais. A Osram® precisa algumas temperaturas específicas: 2.700K é usado para ambientes onde se deseja uma atmosfera aconchegante e tranquila, como residências, hotéis; 4.000K para ambientes ativos onde se pretende estimular a produtividade ou o consumo, como fast-food, shoppings, hospitais, academias; 6.000K para proporcionar o efeito de ambiente mais clean ou para dar a sensação de um ambiente mais frio.