Materiais para norma ABNT NBR-5410

Para quem trabalha com instalações elétricas é essencial o conhecimento de normas, a norma básica para quem fara instalação elétrica é a  ABNT NBR-5410, conheci alguns matérias e gostaria de passar para todos os leitores do blog, para poderem se informar sobre o assunto. Encontra-se nos link abaixo, um guia sobre a norma, um manual de instalação seguindo a norma e a norma NBR-5410.

Guia nbr 5410
Manual nbr 5410
ABNT NBR-5410

LUMINOTÉCNICA - HISTÓRIA

Durante muito tempo as comunidades primitivas dependiam da luz solar até que na era paleolítica que foi há cerca de 2,7 milhões até 10.000 anos a.C. o ser humano passou a ter o domínio do fogo assim nesse momento passou a poder iluminar suas noites.

Com o domínio do fogo o homem começou a poder acender fogueiras, tochas, velas lamparinas e iluminar suas noites até que em 1879 Thomas Edison criou uma lâmpada que brilhou por 48 horas ininterruptas dando origem a iluminação elétrica e assim com o tempo foram criadas várias lâmpadas que temos hoje.

As lâmpadas são usadas para iluminar nossas noites e ambientes com pouca incidência de iluminação natural (luz solar). Sendo muito utilizados em projetos arquitetônicos por trazer um maior conforto para os usuários além de mais segurança ou destaques a obras de artes e viabilizando e adequando ambientes de trabalho.

Para garantir uma boa qualidade de um projeto de iluminação deve-se selecionar lâmpadas e luminárias adequadas em posições corretas de acordo com a ambiente, tamanho e objetivo do recinto no qual será instalado.


Siga nos links a continuação deste texto
LUMINOTÉCNICA - CARACTERÍSTICAS DOS EQUIPAMENTOS
LUMINOTÉCNICA - DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO

LUMINOTÉCNICA - CARACTERÍSTICAS DOS EQUIPAMENTOS

Para dimensionar corretamente os equipamentos de iluminação, lâmpadas e luminárias, deve se conhecer suas características fundamentais, dados técnicos.

Os primeiros dados técnicos a serem apresentados são os dados elétricos, que foram apresentados anterior mente, a tensão que depende da instalação do sistema elétrico, geralmente em edificações são 127V ou 220V alternado. Em edificações estes valores são geralmente predeterminados pelo sistema da concessionária com o valor entregue pela rede elétrica.

 A potência elétrica é a informação que vai determinar o consumo de energia elétrica quanto maior a potência mais se deve iluminar com essa relação definindo o rendimento da lâmpada.

Os outros dados são os dados físicos das lâmpadas são as bases ou soquets que é a parte responsável pelo contato elétrico e a sustentação mecânicas nos bocais e luminárias, a base mais comum em residência é conhecida como E27 que é o padrão das roscas de diâmetro de 27mm.

Além dos dados informados anteriormente as lâmpadas também tem suas características de iluminação como a cor e o fluxo luminoso. A cor é a relação com a comprimento de onda produzida pela lâmpada que está relacionado com a visibilidade, a onda com maior sensibilidade é a onda amarela com comprimento de onda de 5550Å. O Fluxo luminoso é medido em Lúmens (Lm) e é a quantidade de feixe de luz em uma determinada área. 

Os últimos elementos apresentados são as características das luminárias que que depende muito mais do objetivo do projeto das instalações visando fator econômico, decoração e manutenção sendo essencial consultar catálogos dos fabricantes para encontrar o coeficiente de utilização mais adequado.

LUMINOTÉCNICA - DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO

Para dimensionar um sistema de iluminação existe pelo menos quatro maneiras, pela carga mínima, exigido pela norma NBR-ABNT 5410, que é determinada pelá área do recinto, pelo método dos lúmens, cavidades zonais e pelo método ponto a ponto.

Neste texto será mostrado o método de lúmens de acordo com a norma NBR-ABNT 5413, dividido em seis passos:

Produza sua própria energia

Produzir energia elétrica têm ficado cada vez mais fácil, com a Resolução Normativa Nº 482, de 17 de abril de 2012 da ANEEL (Agência Nacional De Energia Elétrica) que estabelece as condições gerais permitindo que pessoas físicas e pessoas jurídicas produzam energia elétrica.

Esta resolução define microgeração e minegeração distribuída que produzem até 100kW e mais 100kW até 1MW respectivamente. Elas são produzidas por meio de fontes hidráulicas, solares, eólicas, biomassa ou cogeração qualificada conectados à rede de distribuição por consumidores.

O comércio desta energia com a distribuidora é feito pelo sistema de compensação de energia elétrica que é o empréstimo de potência ativa para a distribuidora o qual é devolvido para a mesma unidade consumidora ou outra unidade consumidora de mesma titularidade.

O acesso ao sistema de distribuição é normatizado por regulamentos da distribuidora, sendo que a potência limite produzida é a mesma da carga instalada no caso de residências e comércios, e limitada pela demanda no caso de grandes consumidores como as industrias, fazendas e grandes empreendimentos.

A resolução Nº 482 simplifica a produção de energia, tornando dispensável a assinatura de contratos de uso e conexão na qualidade de central geradora, popularizando o sistema de geração permitindo reduzir drasticamente o valor da conta de energia elétrica e tornando-a acessível há todos os consumidores. 

Leia também: Sistema Elétrico Brasileiro, Selo Procel

Selo Procel

O Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica, ou Procel, foi criado em meados da década de 80 pelo Governo Federal para combater o desperdício de energia elétrica, conscientizando seus usuários. Coordenado pelo Ministério de Minas e Energia e executado pelo Centrais Elétricas Brasileira S/A – Eletrobras.

Procurem este selo

O Selo Procel foi criado por meio de decreto no dia 8 de dezembro de 1993 como Selo Verde de Eficiência Energética apresentando o melhor nível de eficiência energética de uma série de equipamentos: refrigeradores e freezers, condicionadores de ar, motores de indução trifásicos, sistemas de aquecimento solar de água, lâmpadas fluorescentes compactas e a vapor de sódio, reatores eletromagnéticos e eletrônicos, máquinas de lavar roupa, televisores, ventiladores de teto, módulos fotovoltaicos e bombas hidráulicas.

O programa tem parcerias com o INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia) e fabricantes para calcular o consumo médio mensal - CMM - dos equipamentos utilizados a equação abaixo, anulando o efeito liga e desliga dos equipamentos e variações de potência consumida.

Este cálculo simplifica para o usuário quando necessita fazer o cálculo de consumo pois torna-se mais simples só multiplicar o consumo médio mensal pela tarifa da concessionária de energia.

O Selo Procel especifica a eficiência dos eletrodomésticos, quanto mais próximo de 'A' melhor, além desta classificação o selo também informa o consumo de energia esperado a longo do mês, o valor que entra na conta de luz, a potência de saída (como pode ser visto no texto Conhecimentos básicos de Eletricidade), o que é realmente útil para o consumidor é quanto o equipamento trabalha para você, o que será utilizado para beneficiar o consumidor.

Sabendo analisar o selo Procel o consumidor pode escolher o melhor equipamento para economizar energia elétrica, diminuindo as faturas de energia elétrica e os gastos e desperdícios que duram anos.

Selo Procel de um refrigerador.

Leia também: Produza sua própria energia

Sistema Elétrico Brasileiro

O sistema energético brasileiro se divide em geração, transmissão, distribuição e consumo. A tarifa de energia deve sustentar economicamente estes subsistemas. Onde cada sistema tem um nível de tensão diferente, um exemplo pode ser visto na figura um exemplo de sistema elétrico.

Exemplo de sistema elétrico

Exemplo de sistema elétrico

No Brasil cerca de 74,7% da geração de energia elétrica é feita por hidroelétricas. Para que haja aproveitamento da energia hidroelétrica é necessária água em abundância e quedas d’água Estes eventos se tornam dependentes de efeitos naturais como relevo, quedas d’água nas bacias hidrográficas e chuvas regulares.

Devido aos efeitos climáticos o preço da tarifa elétrica varia, alterando também o sistema gerador, mudando os gastos e exigindo a interligação do sistema gerador. As usinas geradoras de energia se localizam geralmente em locais afastados de onde a energia é consumida e essa interligação entre geração e o consumo são feitos por linhas de transmissão.

As linhas de transmissão e distribuição são responsáveis por transportar a energia elétrica dos sistemas de geração até os centros consumidores e usuário final como residências, empresas e indústrias.

O Brasil tem 5.570 municípios distribuídos em 8.515.767,049 km² dados de primeiro de julho de 2013. Devido à grande extensão do território e para tornar a transmissão viável é utilizada a elevação de tensão para níveis de tensão de geralmente 13,8kV para 69kV até 750kV necessitando de subestações para atingir tais níveis de tensão, como pode ser visto o sistema de transmissão brasileiro no mapa da ONS na figura.

Sistema de transmissão brasileira - ONS

Dentro das cidades, bairros e indústrias utilizam-se a distribuição para transportar a energia elétrica, utiliza nível de tenção de 13,8kV até 34,5kV. A maior parte das cidades brasileiras tem a tensão de distribuição de 13,8kV, este valor pode ser conferido na concessionaria.

O último passo antes de chegar no consumidor residencial é abaixar o nível de tensão para 220/380V ou 127/220V, este é o caso das cidades do sudeste brasileiro.

Sabendo de todo esse processo que a energia passa até chegar ao consumidor, pode-se entender porque o preço tem variações, por exemplo as bandeiras tarifarias. Assim pode-se saber o que está sendo cobrado dos usuários e tudo que influencia no preço da conta de energia elétrica.

A importância da eficiência energética

A energia elétrica é uma das principais fontes de energia no nosso país, utilizada para produzir iluminação, aquecimento, alimentar equipamentos eletrônicos, equipamentos de refrigeração e máquinas elétricas rotacionais.

Devido à grande necessidade da energia elétrica ela passa a ser um grande gasto das empresas, indústrias, residências e comércios. A energia elétrica fica entre os maiores gastos, sendo um desafio não só para área técnica, mas também para área financeira.

Os gastos com a energia elétrica nem sempre pode ser algo programado, pois vivemos em um país dependente de recursos naturais, principalmente a chuva que alimenta os recursos naturais das hidroelétricas que é base energética brasileira, que podem alterar as condições de geração de eletricidade. 

Em 2015 foram criadas as bandeiras tarifárias, que são classificadas por cores: verde, amarela e vermelha. Essa classificação depende das condições de geração de energia elétrica que deixa de utilizar como principal fonte de energia os recursos das hidroelétricas e passa a usar como fonte de geração de energia as termoelétricas o qual é mais cara e poluente o que agride o meio ambiante.

A grande necessidade de poupar energia é são que todas as fontes de geração causa algum impacto ambiental. Pensando em um futuro melhor para nossos filhos deve-se poupar energia para reduzir os impactos, alem disso escolher quando possível a melhor fonte energética, que causa menos impacto ambiental, menos poluente com poucos ou nenhum resíduo, baixa ocupação de espaço físico pensando na saúde do planeta.

Esta situação exige um novo comportamento e mentalidade dos usuários tornando investimentos em economia de energia elétrica algo confiável e com retorno certo. A busca de equipamentos eficientes para redução do gasto de energia elétrica e fontes alternativas de energia são ações que sempre geram resultados financeiros positivos aos usuários. Esse investimento tem resultado instantâneo na redução de custos e com longa vida útil. Estas atitudes dão a independência do sistema elétrica ao usuário no corte de custo e estes podem e devem ser feito por todos.

Lei também: Selo Procel e Produza sua própria energia

Correção do fator de potência

Como visto na publicação, Triangulo de potência elétrica , o fator de potência (f.p.) baixo aumenta o consumo de potência aparente, gerada pelo sistema elétrico, com isso a concessionária pode cobrar do consumidor pelo consumo de energia elétrica reativa.

A correção do  fator de potência é essencial em industrias, pois em casos de consumo convencional não são cobrados. No caso de industrias que tem muitas cargas indutivas como por exemplo motores de indução tornasse essencial fazer a correção do  fator de potência para evitar gastos financeiros indesejáveis.

Uma maneira de corrigir o f.p. para o valor exigido pela concessionária, normalmente 0,92, é adicionar um banco de capacitores para reduzir a carga indutiva. Para corrigir o fator de potência. e dimensionar o banco de capacitores basta seguir quatro passos listados abaixo:

1. Montar o triangulo de potência da carga instalada atualmente, calculando a potência ativa e reativa. [P] e [Q]
2. Calcular a potência reativa necessária para a correção do fator de potência, no caso 0,92. [Q’]
3. Encontrar a potência reativa do banco de capacitores a ser ligado no sistema. [Qc]
4. Calcular a capacitância do banco de capacitor a ser instalado na rede em relação a frequência, 60Hz. [Xc] -> [C]

Estes quatros passos são feitos para encontrar um triangulo semelhante ao triangulo na figura abaixo mostrando a variação de tamanho de S1 e S2.

Triangulo de potência elétrica

Como visto em outros artigos, Dissipação de Potência Elétrica em Elementos de Circuitos, a corrente em indutores e capacitores defasam em 90º da tensão e a corrente nos resistores ficam em fase.

Considerando que a tensão tem sempre ângulo de fase igual a zero graus o que determina o consumo de energia e o ângulo de fase da corrente e os módulos da tensão e da corrente são respectivamente V e I. Podendo der considerada na figura abaixo:

Como se vê nas figuras acima a potência tem o sentido da corrente pois a corrente pois no sistema elétrico a tensão é pré-determinada e a corrente e o elemento que varia de acordo com a carga.

Comparando no gráfico o QL  , potência do indutor, tem sentido oposto de QC, potência do capacitor assim quando ligados no mesmo circuito um indutor e um capacitor os dois elementos ficam trocando energia, hora energia em campo magnética outro campo elétrico.

O caso de circuitos inteiramente capacitivo ou indutivo são casos hipotéticos então sendo o ângulo de fase sempre varia de -90º até 90º em um intervalo aberto [-90º < θ < 90º], devendo dividir a potência em dois componentes, um no conjunto dos reais, ℝ, o outro no conjunto dos imaginários, 𝕀, assim como a corrente.

Considerando uma corrente de modulo I e fase θ e uma tensão de modulo V e fase 0º, representado na figura abaixo: 

Dividindo a corrente em dois componentes pode se calcular a parte real e a parte imaginária da potência, assim tendo duas potências defasadas de 90º podendo formar um triangulo.

Assim formando o triangulo de potência no qual a soma da potência ativa (P), real de unidade de medida Watt[W], com a potência reativa (Q), imaginária de unidade de medida volt-amper reativo [Var], resulta uma potência complexa conhecida como potência aparente (S) de unidade de medida volt-amper[VA].

O ângulo da potência aparente é usado para definir o fator de potência (f.p.) que o cosseno desse deste ângulo pode se encontrar a potência ativa, ou seja, a potência que produz trabalho.

Quanto maior o módulo ângulo θ maior a energia requisitada da rede pois o modulo da corrente aumenta e muitas das vezes é necessário fazer a correção do fator de potência para não gerar prejuízos ao sistema.

Potência no indutor

Como visto anteriormente, em elementos de circuito, o indutor adianta a tensão em relação a corrente no caso de circuitos senoidal a tensão adiantada em 90º, neste caso sera estudado um circuito hipotético inteiramente indutivo demonstrado no circuito abaixo:

sendo:

v(t)=V sen(ω t + 90º)

i(t)=I sen(ω t)

então a potência p(t)=v(t)×i(t).

Aplicando as definições de v(t) e i(t) em p(t) tem-se:
p(t)=V sen(ω t - 90º) × I sen(ωt)      ou       p(t)= I V× sen(ωt)sen(ωt - 90º)

sabendo da identidade trigonométrica sen(x + 90º)= cos(x) e 2sen(x) cos(x) =sen(2x)

então:

p(t)= I×V×sen(ωt)×cos(ωt)   ⇒   p(t)= ½×I×V×sen(2ωt) 

Poendo ser conferido na imagem abaixo:

Concluindo que:

• O valor máximo da potencia é  (I×V)/2, o produto do valor máximo da tensão(V) com o máximo da corrente (I).
• A freqüência da potência é o dobro da potencia da freqüência do sistema elétrico, 2ω.
• O valor médio de p(t) é sempre maior que 0
• -1⩽ sen(2ω t) ⩽ 1  então
• -I×V/2⩽p(t)⩽I×V/2
• O indutor como pode ser visto na metade de um período a potência é negativo e na outra é positivo tendo um média nula, ou seja, o indutor consome potencia elétrica e devolve para rede.

Potência no Resistor

Como visto anteriormente, em elementos de circuito, o resistor não tem defasagem entre tensão e corrente, então sera simulado a potencia no circuito abaixo:

sendo:

v(t)=V sen(ω t)

i(t)=I sen(ω t)

então a potência

Aplicando as definições de em v(t) e i(t) em p(t) tem-se:

p(t)=V sen(ω t)×  I sen(ω t)      ou       p(t)= I V sen²(ω t)

sabendo da identidade trigonométrica sen²(x)= ½×(1-cos(2x))
então:

   p(t)= I V/2 × (1-cos(2ω t))

Concluindo que:

• O valor máximo da potencia é  I×V, o produto do valor máximo da tensão(V) com o máximo da corrente (I).
• A freqüência da potência é o dobro da potencia da freqüência do sistema elétrico.
• O valor de p(t) é sempre maior que 0
• -1⩽  cos(2ω t) ⩽  1  então  0⩽ 1-cos(2ω t) ⩽  2
• 0⩽ p(t)⩽ I×V
• O resistor é responsável por consumir a potencia elétrica

Poendo ser conferido na imagem abaixo:

Potência no Capacitor

Como visto anteriormente, em elementos de circuito, o capacitor atrasa a tensão em relação a corrente no caso de circuitos senoidal a tensão atrasa 90º, neste caso sera estudado um circuito hipotético inteiramente capacitivo demonstrado no circuito abaixo:

sendo:

v(t)=V sen(ω t - 90º)

i(t)=I sen(ω t)

então a potência p(t)=v(t)×i(t).

Aplicando as definições de v(t) e i(t) em p(t) tem-se:
p(t)=V sen(ω t - 90º) × I sen(ωt)      ou       p(t)= I V× sen(ωt)sen(ωt - 90º)

sabendo da identidade trigonométrica sen(ωt - 90º)= ₋cos(x) e 2sen(x) cos(x) =sen(2x)
então:

p(t)= ₋I×V×sen(ωt)×cos(ωt)   ⇒   p(t)= ₋½×I×V×sen(2ωt) 

Poendo ser conferido na imagem abaixo:

Concluindo que:

• O valor máximo da potencia é  (I×V)/2, o produto do valor máximo da tensão(V) com o máximo da corrente (I).
• A freqüência da potência é o dobro da potencia da freqüência do sistema elétrico, 2ω.
• O valor de p(t) é sempre maior que 0
• -1⩽ sen(2ω t) ⩽ 1  então
• -I×V/2⩽p(t)⩽I×V/2
• O capacitor como pode ser visto na metade de um período a potência é negativo e na outra é positivo tendo um média nula, ou seja, o capacitor consome potencia elétrica e devolve para rede. 

Dissipação de Potência Elétrica em Elementos de Circuitos

A potência elétrica como vista anteriormente é definida pela multiplicação entre a corrente e a tensão tendo uma potência(p(t)) elétrica em função de tempo como a tensão(v(t)) e corrente(i(t)). Como o sistema elétrico brasileiro utiliza um tensão senoidal (alternado) com uma frequência de 60Hz, tendo valores positivos e negativos podendo-se concluir que a potencia instantânea pode se ter também valores positivos e/ou negativos.

Esta publicação sera exposto estudos da potencia elétrica em cada elemento de circuito, resistor, capacitor e indutor. 

Cada estudo está divulgado em um link diferente que pode ser acompanhado pela lista abaixo:

• Resistor
• Capacito
• Indutor

Princípios básicos de circuitos

Conhecimento sobre circuitos elétricos são necessários para prosseguir com a discussão sobre eletricidade. Os conceitos introduzidos no texto "Conhecimentos básicos de Eletricidade" sobre tensão, corrente e potência agora serão utilizados

A principal relação entre tensão e corrente é designada pelas Leis de Ohm definida sem variação de temperatura, a razão entre tensão (V) e corrente (I) em um condutor é constante, este valor é conhecido como resistência (R) demonstrado na equação abaixo.

Lei de Ohm

A resistência é a grandeza que impede a circulação da corrente consumindo potência, este valor depende diretamente do comprimento (l) e da resistividade (ρ), material do condutor e o inverso da área da sessão (A). Cada material tem uma resistividade diferente, que impede o fluxo da corrente, dependendo da temperatura. Para alterar a resistência de um condutor pode se alterar o material, aumentar a área, diminuir a distância ou diminuir a temperatura.

Resistência

O material de condutores utilizado na maioria dos casos é o cobre, em uma temperatura de 20ºC tem uma condutividade de 1,72×10−8 m Ω este valor se altera com o aumento da temperatura influenciando na resistência. Os condutores devem sempre estar em um ambiente com temperatura constante ou prever esta variação.

Sabendo dos impactos desta variação de temperatura e resistência é possível calcular a potência dissipada, de acordo com a seguinte formula. A dissipação aumenta com o quadrado da corrente, quanto maior a potência maior a corrente.

Assim pode se notar que a definição do condutor corretamente tem impactos como no consumo de energia elétrica e aquecimento e dentro de um eletroduto um condutor interfere na temperatura do outro esse é um dos motivos que deve ser dimensionado tudo corretamente obedecendo a exigências da norma.

Assim pode se notar que a definição do condutor corretamente tem impactos no consumo de energia elétrica e no aquecimento e dentro de um eletroduto um condutor interfere na temperatura do outro esse é um dos motivos o qual tudo deve ser dimensionado corretamente obedecendo a exigências da norma.

Elementos de Circuito

Os elementos de circuitos elétricos podem dissipar energia (iluminação, calor ou trabalho) no caso de resistores, pode armazenar em forma de campo magnético caso de indutores ou armazena em forma de campo elétrico caso dos capacitores.

Resistor

O resistor (R) é o elemento dissipador de energia de um circuito elétrico, um resistor puro não tem nenhuma restrição da corrente em relação ao tempo apenas é a razão entre a tensão e a corrente segundo a lei de Ohm, representado na equação abaixo: 

A unidade de um resistor volt por ampère é conhecida com Ohm e é representada pela letra grega W (ômega). A resistividade representa a dificuldade que uma corrente elétrica passa por um circuito.

Indutor

O indutor (L) armazena energia em forma de campo magnético, com com a variação da corrente é produzida uma força eletro motriz, tensão (v) f.e.m. A f.e.m induzida é proporcional a variação a corrente em função do tempo (i(t)).

A representação gráfica da equação pode ser conferida na figura abaixo:

Capacitor

A d.d.p. em um capacitor é proporcional a carga q existente então

Lembrando que:

Então:

A representação gráfica da equação pode ser conferida na figura abaixo:

Energia Elétrica

A energia elétrica é a potência consumida em um intervalo de tempo, quando o consumo da potência é continuo para calcular a energia consumida é só multiplicar potência por tempo, assim fica fácil entender a unidade Watt-hora [Wh], podendo ser visto pela formula abaixo.

Nas contas de energia elétrica da sua casa pode ser visto esta medida em Quilowatt-hora [kWh], como nestas unidades consumidoras o consumo de potência pode variar em intervalos de temo muito curto a equação acima pode ser generalizada por uma integral da potência em função do tempo em um determinado intervalo, representada abaixo.

Potência Elétrica

A potência (P) elétrica, medida em Watt [W] , é o trabalho realizado em uma unidade de tempo, [J/s]=[W], de acordo com a equação:

Considerando duas cargas q a uma distância r pode-se escreve a equação da força elétrica:

Então:

Ou:

Assim pode determinar que a potência é o produto da tensão e corrente.

Coso a tensão e corrente variar com o tempo a potência também por ser uma grandeza momentânea então pode se considerar

Então:

Podendo calcular a potência média de um período T