FUNDAÇÃO DE ENSINO E PESQUISA DE ITAJUBÁ
PROGRAMA DE GRADUAÇÃO
ENGENHARIA ELÉTRICA
PI DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS:
Instalação elétrica industrial Fábrica de usinagem
Bruna de Cássia Galvão Rodrigues Ferreira
Itajubá/MG
2022
1 INTRODUÇÃO
O relatório apresenta o desenvolvido do projeto de instalação industrial para um ambiente
de usinagem. O ambiente em questão é fictício e se trata de uma empresa do ramo de usinagem. Foi
idealizado a presença de 12 motores de indução trifásicos de 10[cv] de potência mecânica. Os motores
fazem parte dos instrumentos de torno, fresa, dobra e prensa. Ao total são aplicados na planta 4 tornos,
3 fresas, 3 dobradeiras e 2 prensas. A potência instalada é de 110[kW].
A planta é apresentada na Figura 1, o local apresenta área total de 390[m²]. Sendo 26[m] de
comprimento por 15[m] de largura.
Figura 1- Planta instalação industrial
2 DESCRIÇÃO DAS CARGAS
As especificações dos motores são apresentadas na Tabela 1, onde é apresentado seu fator
de potência, rendimento e maquinário ao qual é aplicado. Os motores possuem os mesmos parâmetros
de fabricação. A carga de iluminação foi dimensionada pelo método de lumens.
Tabela 1 – Descrição das cargas
Carga
Maquinário Potência Rend.
F.P Quadro
MIT-1
Torno
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-2
Torno
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-3
Torno
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-4
Torno
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-5
Fresa
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-6
Fresa
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-7
Fresa
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-8
Prensa
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-9
Prensa
10[cv]
0.76
0.9 CCM1
MIT-10
Dobradeira
10[cv]
0.76
0.9 CCM2
MIT-11
Dobradeira
10[cv]
0.76
0.9 CCM2
MIT-12
Dobradeira
10[cv]
0.76
0.9 CCM2
16[kVA]
-
Iluminação
0.4
QDL
3 CÁLCULO ILUMINAÇÃO MÉTODO LUMENS
O fluxo luminoso total do ambiente de trabalho foi definido pelo método dos lumens. O nível
de iluminância adotado para o ambiente industrial foi de 500[lx], conforme Tabela 2, por se tratar de
do trabalho com usinagem de metais e necessidade de precisão média.
Tabela 2 – Valores iluminância
O barracão o qual hospeda a industrial possui pé direito de 4,6[m], os postos de trabalho
possuem altura de 1[m]. O teto possui superfície branca, as paredes possuem superfície branca e o
piso é de cor escura. O ambiente é considerado sujo e programa-se manutenção em um ciclo de 8000
horas.
As luminárias serão do tipo industrial comportando 4 lâmpadas de 32[W] fluorescentes,
sendo afixadas a 0.8[m] do teto. Totalizando 11800[lux] por luminária.
O cálculo do número de luminárias baseou-se nas equações 1-3.
(1)
(2)
(3)
A Tabela 3 apresenta os parâmetros calculados e obtidos por tabelas de referências. O fator
de utilização foi obtido pela metodologia da Figura 2 após cálculo do índice local (k).
Figura 2-Obtenção de fatores por inspeção
Tabela 3 – Parâmetros calculados
Iluminância
500
Comprimento
26
Largura
15
Hm
2,8
k
5,15
Fator de utilização(u)
0,66
Fator de manutenção
0,5
Fluxo
590909,09
n° luminárias
50,07
O número mínimo de luminárias para obtenção do fluxo luminoso calculado é de 50. E pelo
método dos lumens foi feita a disposição de 5 fileiras com 10 luminárias. Conforme Figura 3.
Figura 3-Arranjo de disposição das luminárias
3m
2,6m
A potência total de iluminação foi estimada em 16[kVA], obtida pelo cálculo abaixo.
𝑆𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎çã𝑜 =
50 × 32 × 4
= 16[𝑘𝑉𝐴]
0,4
Onde:
F.P reator 0,4
Número de luminárias 50
Potência lâmpada 32[W]
Número de lâmpadas 4/luminária
4 CONSUMO DE CARGAS DIÁRIO
Foi feito o levantamento do consumo diário marcado a cada 1 hora durante o ciclo de 24
horas. A Tabela 4 e Figura 4 apresenta este acompanhamento, onde é apresentado o consumo de
iluminação e do maquinário durante os horários dentro e fora de jornada de trabalho.
Figura 4 – Curva de carga
É possível extrair da curva a demanda de pico(86kVA), a demanda média (23.75kVA) e
demanda mínima(16kVA). O ponto de consumo 0[kVA] corresponde ao horário de almoço onde é
desligado o quadro geral do galpão.
Tabela 4 – Acompanhamento consumo diário
(continua)
HORÁRIO
MOTORES
ILUMINAÇÃO POTÊNCIA
08:00:00
-
TOTAL
16000
09:00:00
M1-M4
TOTAL
56000
10:00:00
M1-M4
TOTAL
56000
11:00:00
M1-M4
TOTAL
56000
12:00:00
-
-
0
13:00:00
M1-M4
TOTAL
56000
14:00:00
M1-M4
TOTAL
56000
15:00:00
M1-M4
TOTAL
56000
16:00:00
M1-M4,M10-M12
TOTAL
86000
17:00:00
M1-M4,M10-M13
TOTAL
86000
18:00:00
M7-M9
TOTAL
46000
19:00:00
-
-
0
20:00:00
-
-
0
Tabela 4 – Acompanhamento consumo diário
(conclusão)
HORÁRIO
MOTORES
ILUMINAÇÃO
POTÊNCIA
21:00:00
-
-
0
22:00:00
-
-
0
23:00:00
-
-
0
00:00:00
-
-
0
01:00:00
-
-
0
02:00:00
-
-
0
03:00:00
-
-
0
04:00:00
-
-
0
05:00:00
-
-
0
06:00:00
-
-
0
07:00:00
-
-
0
5 DIMENSIONAMENTO DO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA
O dimensionamento do transformador de potência é obtido com o cálculo da demanda total
do galpão. O que leva em consideração as cargas dos quadros CCM1, CCM2 e QDL. A demanda para
o quadro de distribuição de luz foi obtida pelo método dos lumens e é aplicado fator de utilização de
1 para até os primeiros 20[kVA], vide Tabela 5.
Os cálculos dos quadros CCM1 e CCM2 foram feitos utilizando tabelas e métodos aplicados
conforme [1].
A Tabela 6 apresenta os dados adotados para especificação dos motores utilizados. As
Tabelas 7-8 apresentam os fatores utilizados para simultaneidade e utilização.
O fator de utilização é indicado por [1] para aproximar da potência média consumida pelos
tipos de carga durante seu uso. Já o fator de simultaneidade estima a coincidência de uso de
equipamentos simultaneamente dado a natureza de seu tipo.
Tabela 5 – Fator de demanda instalação industrial
Tabela 6 – Motores trifásicos
A demanda para os quadros de motores foi feita obtendo a demanda de um único motor de
10[cv] consultando a Tabela 6 e realizando o somatório da potência dos motores de cada quadro.
𝐷𝑚𝑖𝑡10𝐶𝑉 = 6.46[𝑘𝑉𝐴]
Com a demanda de um único motor é possível determinar a demanda dos quadros baseandose no tipo de motor e a quantidade existente de motores de mesmo tipo. A demanda foi calculada
para todos os motores e engloba ambos os quadros CCM1 e CCM2. Sendo obtido pela equação abaixo
o valor de 72.2[kVA]. A demanda de iluminação aplica o fator de demanda 1, conforme Tabela 5.
𝐷(𝐶𝐶𝑀1) = 9 × 6.46𝑘𝑉𝐴 = 58.14[𝑘𝑉𝐴]
𝐷(𝐶𝐶𝑀2) = 3 × 6.46𝑘𝑉𝐴 = 19.38[𝑘𝑉𝐴]
𝐷(𝐶𝐶𝑀1+𝐶𝐶𝑀2) = 58.14𝑘𝑉𝐴 + 19.38𝑘𝑉𝐴 = 77.52[𝑘𝑉𝐴]
𝐷(𝑄𝐷𝐿) = 1 × 16𝑘𝑉𝐴 = 16[𝑘𝑉𝐴]
A demanda total foi obtida pela equação 4, e compreende a soma das demandas dos quadros
CCM1. CCM2 e QDL. E compreende o valor de 88.2[kVA].
𝐷𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐷𝐶𝐶𝑀1 + 𝐷𝐶𝐶𝑀2 + 𝐷𝑄𝐷𝐿 = 93.52[𝑘𝑉𝐴]
(4)
Com a demanda total calculada e possível dimensionar a potência nominal do transformador
de potência necessário na subestação. O transformador aplicado será de 100[kVA], é observado pela
curva de carga que em horários de pico o trafo operara com folga.
6 DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES
O dimensionamento da seção dos condutores foi feito se baseando no método de queda de
tensão e por ampacidade. A instalação utilizou condutores unipolares isolados em XLPE, dispostos
em bandeja não perfurada (Método de Instalação C), conforme Tabela 9, e tensão de linha de 220[Vac].
O diagrama representativo dos cabos e apresentado nas Figuras 5-6.
O comprimento de cabo e a corrente por motor é apresentado na Tabela 9. A corrente foi
obtida por inspeção a Tabela 6. A corrente drenada de cada quadro é dada pela soma do consumo de
seus respectivos motores.
Tabela 9 – Tipos de linhas elétricas
Figura 5 – Diagrama cabeamento CCM1
220
220
Figura 6 – Diagrama cabeamento CCM2
220
220
A metodologia pra seleção da seção dos condutores que compõe a instalação elétrica se
baseou em dois métodos. Sendo: método da capacidade de corrente e método do limite da queda de
tensão.
6.1 MÉTODO DA AMPACIDADE
Para o CCM1 (M1-M9) a corrente total foi de 26[A], por trecho, que pelo método da
ampacidade e consultando a Tabela 10 indica um condutor de secção de 2.5[mm²]. Para o
CCM2(M10-M12) a corrente total foi de 26[A], por trecho, e é indicado também pelo método da
ampacidade secção de 2.5[mm²]. A norma recomenda a utilização de no mínimo 2.5[mm²] de bitola
de condutor para circuitos de força.
Para o trecho até o secundário do transformador foi adotado a seção de 70[mm²] para CCM1
e 16[mm²] para CCM2. De acordo com o valor de corrente exigida por quadro e consulta a Tabela 10.
𝑖=9
𝐼𝐶𝐶𝑀1 = ∑ 𝐼𝑀𝑖 = 234[𝐴]
𝑖=1
𝑖=12
𝐼𝐶𝐶𝑀2 = ∑ 𝐼𝑀𝑖 = 78[𝐴]
𝑖=10
Tabela 10 – Capacidade de corrente para condutor de isolação EPR ou XLPE
Tabela 10 – Corrente consumida por motor
Trecho[m]
Motor
Ic[A]
13,24
m1
26
10,036
m2
26
6,916
m3
26
10,85
m4
26
7,65
m5
26
4,12
m6
26
13,24
m7
26
10,036
m8
26
6,916
m9
26
3,8
m10
26
2
m11
26
4,11
m12
26
Itotal CCM1
234
Itotal CCM2
78
6.2 MÉTODO LIMITE DA QUEDA DE TENSÃO
Aplicando o método da queda de tensão conforme equação 5, utilizado para tensão de linha
de 220[V]. Foi especificado a queda por trecho de no máximo 7% da tensão, sendo adotado 4% para
o trecho das cargas até os quadros (CCM1 e CCM2) e 3% para o trecho dos quadros (CCM1 e CCM2)
até o quadro QGF.
(5)
Onde,
𝑆𝑐 é a secção do condutor
𝜌 é a resistividade do material do condutor
𝐿𝑐 é o comprimento do condutor
𝐼𝑐 é a corrente que circula pelo condutor
𝛥𝑉𝑐 é a porcentagem de queda de tensão
𝑉𝑓𝑓 é a tensão de linha da instalação
Para o quadro CCM1 até as cargas, tem-se:
1
) (13.24𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀1 =
= 1.2[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (10.036𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀2 =
= 1[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (6.916𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀3 =
= 0.64[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (10.85𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀4 =
= 1[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (7.65𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀5 =
= 0.71[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (4.12𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀6 =
= 0.4[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (13.24𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀7 =
= 1.2[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (10.036𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀8 =
= 1[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
100√3 (
𝑆𝑐𝑀9
1
100√3 ( ) (6.916𝑥26)
56
=
= 0.65[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
Para o quadro CCM1 até o QGF, tem-se:
𝑆𝑐𝑐𝑀1 =
100√3 (
1
) (10.44𝑥234)
56
= 12[𝑚𝑚2 ]
3 × 220
Para o quadro CCM2 até as cargas, tem-se:
1
) (3.8𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀10 =
= 0.35[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (2𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀11 =
= 0.2[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
1
100√3 ( ) (4.11𝑥26)
56
𝑆𝑐𝑀12 =
= 0.4[𝑚𝑚2 ]
4 × 220
100√3 (
Para o quadro CCM2 até o QGF, tem-se:
𝑆𝑐𝑐𝑀2 =
1
) (38.6𝑥78)
56
= 8.3[𝑚𝑚2 ]
3 × 220
100√3 (
6.3 DEFINIÇÃO DOS CONDUTORES
As bitolas utilizadas para a instalação elétrica foram definidas considerando a maior secção
indicada entre os métodos aplicados. A Tabela 11 apresenta as bitolas adotadas por trecho.
O método de referência utilizado foi o método C, disposição dos condutores em bandeja
não perfurada.Vide Tabela 9.
Tabela 11 – Especificação bitola condutores
Trecho
Secção[mm²]
Ampacidade
Secção[mm²]
Lim. De Queda
Tensão
Secção[mm²]
adotada
M1 – CCM1
2.5
1.2
2.5
M2 – CCM1
2.5
1
2.5
M3 – CCM1
2.5
0.64
2.5
M4 – CCM1
2.5
1
2.5
M5 – CCM1
2.5
0.71
2.5
M6 – CCM1
2.5
0.4
2.5
M7 – CCM1
2.5
1.2
2.5
M8 – CCM1
2.5
1
2.5
M9 – CCM1
2.5
0.65
2.5
M10 – CCM2
2.5
0.35
2.5
M11 – CCM2
2.5
0.2
2.5
M12 – CCM2
2.5
0.4
2.5
CCM1-QGF
70
12
70
CCM2-QGF
16
8.3
16
REFERÊNCIAS
[1]
FILHO, João Mamede. Instalações Elétricas Industriais. 9. ed. LTC, 2017. GEBRAN,
Amaury Pessoa; RIZZATO, Flávio Adalberto Poloni. Instalações Elétricas.
ANEXO 1 – LAYOUT PLANTA INDUSTRIAL