SOFTWARE PARA DIMENSIONAR CONDUTORES, ELETRODUTOS E PROTEÇÕES PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE LUZ E DE FORÇA MOTRIZ NO MEIO RURAL

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1 SOFTWARE PARA DIMENSIONAR CONDUTORES, ELETRODUTOS E PROTEÇÕES PARA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE LUZ E DE FORÇA MOTRIZ NO MEIO RURAL Resumo INÁCIO BIANCHI TEÓFILO MIGUEL DE SOUZA Professores Assistentes Doutores Unesp Campus de Guaratinguetá SP Departamento de Engenharia Elétrica - Centro de Energias Renováveis teofilo@feg.unesp.br ibianchi@feg.unesp.br Este trabalho apresenta o software MOTORLUZ desenvolvido para o projeto eficiente e econômico de instalação de iluminação e motores em zonas rurais, tendo como entrada: tensão, número de fases, circuito ou alimentador, fator de potência, queda de tensão admissível, temperatura, número de circuitos, número de componentes e comprimento de cada circuito, número de condutores no eletroduto e potência de cada componente do circuito. Os resultados são mostrados no monitor e arquivados para serem anexados ao memorial de cálculos e contêm: os dados de entrada, nomes dos circuitos, correntes, fusíveis, comprimento total e diâmetro dos condutores, comprimento e diâmetro dos eletrodutos, quedas parcial e total de voltagem de cada circuito. A versão executável é de fácil uso, compacta, podendo rodar em um drive de 3 ½ de qualquer microcomputador PC. Neste artigo são também mostrados resultados obtidos do programa aplicado a um exemplo simplificado. Palavras-chave Software para instalação elétrica, instalação elétrica eficiente. Abstract This paper presents the software MOTORLUZ developed for efficient and economical design of lighting and motors wiring circuits in agricultural zones. The software input data are: voltage, single or three-phase system, circuit or feeder, power factor, voltage drops, temperature, number of circuits, component number and length of each circuit, number of conductors in the conduit and power of each circuit component. Results are presented on screen and archived for future attachment in the design calculus memorial. Archives contains input data, circuit names, currents, conductor diameters, breakers, fuses, conductor total length, conduit diameters and length, partial and total voltage drops for each circuit. Executable version program is easy, compact, and it can runs even in a 3 ½ floppy disk drive of any PC microcomputer. A simplified application example data of the software is showed too at this paper. Keywords: Software for wiring design, efficient wiring circuits. 1 Introdução Por razões de segurança e de eficiência, as considerações técnicas para a realização de uma instalação elétrica econômica e eficiente devem ser seguidas criteriosamente. O dimensionamento dos condutores elétricos, assim como dos demais elementos, é uma etapa importante do projeto elétrico e muito bem definida nas normas ABNT (ABNT, 1985) (ABNT, 1977) (ABNT, 1980) (ABNT, 2001). No software MOTORLUZ, escrito em linguagem BASIC, e que segue as normas ABNT, pode-se optar entre realizar cálculos para os circuitos de iluminação e/ou de força motriz. Os dados de

2 entrada são: o valor da tensão do circuito (110V até 440V), escolha entre sistema monofásico ou trifásico, alimentador ou ramais, fator de potência, queda de tensão desejada, temperatura do local de trabalho, quantidade de circuitos, número de componentes de cada circuito, comprimento dos circuitos, número de condutores no eletroduto e a potência de cada componente do circuito (em CV, HP ou W). Os cálculos para a seleção dos condutores foram feitos levando em consideração a queda de tensão pelo método dos ampères metros e a corrente do circuito. Os demais elementos, como eletrodutos, disjuntores, fusíveis, fios terra e neutro, são obtidos a partir do condutor selecionado segundo as normas da ABNT (ABNT, 1985) (ABNT, 1977) (ABNT, 1980) (ABNT, 2001). Os resultados calculados são apresentados através do monitor de vídeo, com saída para arquivos em disco, podem ser impressos e anexados ao memorial descritivo do projeto. Os arquivos apresentam, além dos dados de entrada, os nomes dos circuitos, correntes, bitolas dos condutores de fase, de neutro e de terra, disjuntores, fusíveis, comprimento total dos condutores, diâmetros e comprimentos dos eletrodutos, quedas de tensão parciais e total de cada circuito. A versão executável do programa é relativamente pequena, fácil de ser utilizada, necessita de um computador com poucos recursos e espaço em disco, podendo ser usado por todos aqueles que projetam, especificam, vendem, adquirem ou instalam componentes elétricos, com pouco investimento de capital, sendo ideal para o uso em cooperativas ou comunidades rurais. 2 Considerações técnicas Dentre as considerações técnicas a serem consideradas para a escolha de um condutor, as mais importantes, e portanto, consideradas no software são: 1. Tensão do circuito. 2. A maneira de instalar e condições de instalação quanto ao número de condutores existentes e às temperaturas ambiente, e do solo no caso de cabos diretamente enterrados. 3. A corrente de projeto e características das cargas alimentadas como por exemplo, o fator de potência. 4. A queda de tensão associada ao comprimento do circuito, à maneira de instalar e às características das cargas. 5. As características dos dispositivos de proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos dos cabos, com os quais deverão estar devidamente coordenados. 6. Os limites de queda de tensão de acordo com a tabela 1. Tabela 1 - Valores de quedas de tensão de acordo com a ABNT (ABNT, 1985) Tipo de instalação Circuito terminal Valor total - conjunto de todos circuitos Instalações alimentadas diretamente em baixa tensão: Iluminação Outras utilizações Instalações alimentadas a partir de instalação de alta tensão: Iluminação Outras utilizações 2 % - 2 % - 7. O condutor neutro não deve ser computado para a determinação do fator de redução da corrente. 3 % 5 % 6 % 8 %

3 8. Os fatores de redução da corrente pela temperatura e pelo número de condutores num mesmo eletroduto devem ser aplicados simultaneamente. 9. A norma ABNT não permite o emprego de condutores com bitola menor que 1,5 mm 2 em instalações elétricas. 10. Para instalação de força motriz, a maior quantidade de HP (ou CV) somadas num mesmo ramal deve ser no máximo 10 HP (ou 10 CV). 11. Quando a soma das potências ultrapassar 10 HP (ou 10 CV) deve-se dividir o circuito em mais circuitos. 12. Quando a potência individual de um componente for maior ou igual a 10 HP (ou 10 CV) é necessário fazer um circuito separado para este componente. 13. Para instalação de iluminação, a maior quantidade de VA somada num mesmo sub-ramal deve ser no máximo 1500 VA (110 V) ou 3000 VA (220 V). 14. Se a soma das potências ultrapassar as estabelecidas, deve-se dividir o circuito em mais circuitos. 15. Se a potência individual de um componente for maior ou igual a 1500 VA (110 V) ou 3000 VA (220 V) é necessário fazer um circuito separado para este componente elétrico. 3 Algoritmo usado para dimensionar ramais Para o critério da queda de tensão de 1 % para força motriz e 2 % para iluminação, utiliza-se no software o seguinte algoritmo de cálculo: 1. Determinar a corrente do sub-ramal, que deverá ser 25 % maior que a corrente nominal do maior motor (ou outro componente elétrico), adicionada à soma das correntes nominais dos demais componentes elétricos alimentados por este sub-ramal. 2. Calcular o produto entre a corrente e o comprimento do sub-ramal. 3. Buscar no banco de dados a quantidade de ampères metros imediatamente superior à calculada anteriormente. 4. Especificar o condutor, que deve estar de acordo com o item anterior e suportar a corrente exigida pelo sub-ramal. 5. Verificar a razão entre os ampères metros do sub-ramal e o valor encontrado no item 3 multiplicado pelo valor da queda de tensão escolhido (1 % ou 2 %) que deve ser menor que o valor de 1 % ou 2 %. 6. Buscar no banco de dados o diâmetro do eletroduto de acordo com o número e a bitola dos condutores calculados para o sub-ramal. 4 Algoritmo usado para dimensionar alimentadores Para o critério da queda de tensão para força motriz e iluminação maior ou igual a 2 %, utiliza-se no software o seguinte algoritmo de cálculo: 1. Determinar a corrente do alimentador, que deverá ser 25 % maior que a corrente nominal do maior motor (ou outro componente elétrico), adicionada à soma das correntes nominais dos demais componentes elétricos alimentados por este alimentador. 2. Calcular o produto entre a corrente e o comprimento do alimentador.

4 3. Buscar no banco de dados a quantidade de ampères metros imediatamente superior à calculada anteriormente. 4. Especificar o condutor, que deve estar de acordo com o item anterior e suportar a corrente exigida pelo alimentador. 5. Verificar a razão entre os ampères metros do alimentador e o valor encontrado no item 3 multiplicado pelo valor da queda de tensão (maior ou igual a 2 %) que deve ser menor que o valor da queda de tensão escolhido. 6. Buscar no banco de dados o diâmetro do eletroduto de acordo com o número e a bitola dos condutores calculados para o alimentador. 5 Descrição do software Além dos algoritmos apresentados anteriormente apresentados, algumas condições foram assumidas para a elaboração do software: 1. Os condutores previstos nos cálculos para instalações elétricas iniciam seus valores com área de seção transversal em 1,5 mm 2 terminando em 500 mm O fator de correção utilizado para a corrente nos cálculos leva em consideração temperaturas até 60 C e o número de condutores em um mesmo eletroduto menor ou igual a doze. 3. Para dimensionar os condutores pela queda de tensão, foi utilizado o processo ampères metros tanto para as correntes monofásicas quanto para as trifásicas. 4. O número máximo de condutores previstos no programa para um eletroduto é de doze condutores. 5. A seção mínima dos condutores terra e neutro obedecem as normas ABNT (ABNT, 2001). 6. O dimensionamento dos disjuntores e fusíveis foi obtido através de um banco de dados inserido no programa de acordo com as normas estabelecidas pela ABNT (ABNT, 1985) (ABNT, 1977). 7. São previstos os cálculos para determinar o comprimento total dos condutores e dos eletrodutos. Uma descrição simplificada do funcionamento do programa pode ser visualizada no fluxograma da figura 1.

5 1 Início 2 Circuito de luz ou força motriz? Luz Imprime Cálculo para circuitos de iluminação Força motriz Imprime Cálculo para circuitos de força motriz Alimentador Ramal ou alimentador? Imprime Cálculo de alimentador Ramal Imprime Cálculo de ramal Lê o número de ramais 4 Lê o número de alimentadores 5 3 Entrada geral de dados Saida geral de dados Entrada de dados de cada circuito Outro ramal ou alimentador? Sim 4 Cálculos gerais 2 Outro sub-ramal? Sim 3 Novos cálculos? Fim Sim 1 5 Figura 1 - Fluxograma do software MOTORLUZ No bloco de entrada geral de dados do fluxograma entram os seguintes dados: informação se o sistema monofásico ou trifásico; número de componentes elétricos do ramal ou alimentador; valor da tensão (110 V a 440 V) e critério de queda de tensão; temperatura ambiente; fator de potência da rede elétrica.

6 No bloco de entrada de dados de cada circuito, entram os seguintes dados: comprimento do circuito; número de condutores; potência do maior componente do circuito e dos demais componentes. No bloco de cálculos gerais calculam-se: as grandezas de interesse seguindo-se os algoritmos de dimensionamento de ramais e alimentadores descritos anteriormente; os condutores terra e neutro; os disjuntores; os fusíveis; e o comprimento total de condutores e eletrodutos. No bloco de saída geral de dados, são apresentados além dos dados de entrada, os resultados de todos os cálculos efetuados. 6 Exemplo de aplicação Na figura 2.a apresenta-se, como um exemplo simplificado de cálculo, um ramal que fornece energia para dois motores trifásicos de 220 V, com rendimento eletromecânico de 0,8, fator de potência da rede elétrica de 0,92, queda de tensão de 1 % e temperatura ambiente de 30 C. Quadro de força (QF) (a) 1,5 m Motor 2 CV Motor 5 HP 0,25 m 3 m 2 m (b) QF 2 CV 5 HP 1,5 + 0, ,25 = 5 m 2,25 m Circuito C11 Circuito C12 Figura 2 Ramal de alimentação de dois motores a) lay-out da distribuição dos motores no ramal; b) diagrama unifilar com os dados necessários para o programa. 7 Resultados Além dos dados enunciados para o exemplo proposto, os seguintes valores foram fornecidos ao software: 1. Para o circuito C12: o comprimento do circuito é 2,25 m, conforme mostrado na figura 2.b, e o número de condutores no eletroduto é 3 por se tratarem de motores trifásicos. 2. Seguindo o mesmo raciocínio, para o circuito C11: comprimento do circuito é 5 m e número de condutores no eletroduto é 3. Os resultados obtidos para o exemplo são mostrados na tabela 2 Uma análise dos seus dados mostra que: 1. As correntes dos condutores estão compatíveis com as calculadas para os sub-ramais.

7 2. A queda de tensão total do ramal está dentro do estabelecido pelas normas. 3. Os eletrodutos estão de acordo com o número de condutores. 4. Os disjuntores e fusíveis estão coordenados com os condutores. Tabela 2 - Resultados do cálculo do exemplo de aplicação CircuitoC12 CircuitoC11 CircuitoC11 Elemento 1 Elemento 1 Elemento 2 Total Potência 5 HP 5 HP 2 CV - Tensão (V) Fator de potência 0,92 0,92 0,92 - Rendimento Eletromecânico 0,8 0,8 0,8 - Corrente (A) 16,62 16,62 5,24 21 Seção do fio (mm 2 ) 2, Máxima corrente suportada pelo fio (A) A m calculado A m do banco de dados Queda de tensão parcial (%) 0, ,43 Disjuntor 20 A A Fusível 15 A A Comprimento dos condutores (m) 7, ,5 Diâmetro do eletroduto (mm) Comprimento do eletroduto (m) 2, ,5 Queda de tensão total (%) , Conclusões O software MOTORLUZ foi elaborado e testado mostrando resultados confiáveis e consistentes. Mostrou-se de fácil uso, exigindo os mínimos recursos computacionais facilmente encontrados atualmente. Contribui para facilitar a realização de instalações elétricas econômicas e eficientes, ideal para uso em comunidades, sindicatos, associações e cooperativas rurais. É um programa que integra o cálculo das bitolas e comprimentos dos condutores e eletrodutos com o da proteção dos elementos gerando todas as informações a serem anexadas ao memorial de cálculo, facilitando o orçamento do projeto. Referências bibliográficas [1] ABNT; Dispositivos Fusíveis de baixa tensão e alta capacidade de interrupção para uso industrial - NBR 9121; Rio de Janeiro RJ; 1985, 13 p. [2] ABNT; Disjuntores em caixas moldadas - NBR 5283; Rio de Janeiro RJ; 1977, 8 p. [3] ABNT; Eletrodutos de PVC rígido - NBR 6150; Rio de Janeiro RJ; 1980, 8 p. [4] ABNT; Instalações elétricas de baixa tensão - NBR 5410; Rio de Janeiro RJ; 2001, 164 p.