Estudo da Eficiência Energética do Sistema Elétrico de Habitações de Interesse Social na Cidade de Santa Rosa Cassio Alvaristo (1) Mauro F. Rodrigues (2) Marcelle E. Bridi (3) Lucas Vier (4) (1) Grupo de Instrumentação e Processamento de Energia – GIPE, DCEEng, UNIJUÍ, Brasil. E-mail:
[email protected] (2) Grupo de Instrumentação e Processamento de Energia – GIPE, DCEEng, UNIJUÍ, Brasil. E-mail:
[email protected] (3) Grupo de Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para a Construção - GPNMTC, UNIJUÍ, Brasil. E-mail:
[email protected] (4) Grupo de Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para a Construção - GPNMTC, UNIJUÍ, Brasil. E-mail:
[email protected] Resumo: As habitações de interesse social (HIS), voltadas para as famílias de baixa renda e fomentadas por diversos programas governamentais, devem atender às necessidades das famílias beneficiadas. Se por um lado significam a independência social, por outro a baixa qualidade identificada nesse tipo de empreendimento sinaliza a necessidade de estudos e de proposição de melhorias na concepção desses projetos. Partindo dessa premissa, foi realizado um estudo em dois conjuntos habitacionais na cidade de Santa Rosa, RS, com intuito de analisar o projeto elétrico realizado, sua execução e o uso e a satisfação dos usuários dessas moradias. Para tal, foram analisados aspectos técnicos do projeto elétrico e realizada uma pesquisa de campo junto aos moradores das habitações. Os resultados indicam que o projeto, embora adequado para uma edificação de baixo custo, não contempla a possibilidade de ampliação da carga, o que pode ser necessário em virtude da aquisição e utilização de equipamentos pelas famílias. O objetivo desse estudo é tornar evidente a necessidade de projetos elétricos devidamente adequados, com cuidados técnicos extremos para esse público, que deve ser protegido da vulnerabilidade social, o que pode não estar ocorrendo devido a generalidades praticadas na realização do projeto, instalação e entrega final ao usuário. Palavras-chave: Instalações Elétricas Residenciais, Dimensionamento econômico de condutores, Habitação de Interesse Social. Abstract: The social housing (HIS) is geared to low-income families and promoted by various government programs and must meet the needs of the families. On the one hand means the social independence, on the other the low quality identified in this type of venture signals the need for studies and improvements in the proposition and in the design of projects. From this premise, a study was conducted in two housing developments in the city of Santa Rosa, RS, aiming to analyze the electrical design, implementation and use and user satisfaction of these villas. To this end, technical aspects of electrical design were analyzed and conducted a field survey with residents of dwellings. The results indicate that the project, although adequate for a low-cost building, does not address the possibility of
expanding load, which may be necessary as a result of the acquisition and use of equipment by families. The aim of this study clearly do the need for proper adequate electrical projects, with extreme technical care for this audience, which must be protected from social vulnerability, which can not get happening due to generalities practiced in carrying out the design, installation and final delivery to the user. Keywords: Residential Electrical Installations, Economic Sizing Conductors, Social Housing. 1. INTRODUÇÃO As residências de baixa renda formam um conjunto de necessidades importantes para as famílias brasileiras. Se por um lado significam a independência social, por outro sinalizam a grande necessidade de moradias para todas as classes sociais do país. Os usuários destes domicílios, por sua vez, compõem um grupo demograficamente grande e em condições de risco social (CASTELO BRANCO, 2006). Suas moradias, casas ou lares devem ser locais que permitam sua emancipação social, familiar, econômica. Nesse contexto, faz-se necessário aumentar ainda mais a eficiência das ações de Engenharia de forma a criar sistemas enxutos, de baixo custo e que visem o menor custo agregado ao longo de sua operação pela unidade familiar que o utilizará. Em suma, obter a máxima eficiência energética na aplicação de um sistema elétrico para essas famílias seria permitir que suas moradias alcançassem um melhor desempenho quanto ao consumo de eletricidade e, consequentemente, manteriam uma economia maior para esse grupo de pessoas que mais necessitam dos recursos monetários. Com isso, espera-se que o usuário possa usufruir do melhor que a Engenharia tem a oferecer, sem, necessariamente, ter de desembolsar um alto valor, tanto inicial quanto durante a vida útil da instalação porque, ao longo do tempo, qualquer economia gerada pode significar um recurso adicional importante para essa classe social, especialmente. Partindo desta premissa, foi realizado um estudo, para verificar em campo a situação de um condomínio de casas que faz parte do Programa Minha Casa Minha Vida, do Governo Federal, com intuito de analisar o projeto elétrico realizado, sua execução e o uso real deste pelos usuários das moradias, com objetivo de analisar sua eficiência energética quanto aos aspectos elétricos. O Conjunto Habitacional em questão está localizado na Rua Nossa Senhora Aparecida, no Bairro Cruzeiro em Santa Rosa - RS. A área do empreendimento é de 32.590,96 m² e é composto por 83 lotes, com testadas mínimas de 10,00 metros e profundidades mínimas de 20,00 metros, perfazendo uma área mínima de 200 m² por lote, variando apenas em casos de adequação ao desenho nas quadras. O empreendimento começou a ser construído no final de 2013 e foi entregue aos moradores no mês de abril de 2014. Inicialmente, foram realizadas análises documentais dos projetos elétricos, obtidos junto à Prefeitura Municipal de Santa Rosa – PMSR. De posse desses dados foram analisadas algumas questões primordiais, baseadas na premissa anterior, de forma a verificar tecnicamente a situação e propor melhorias ao modelo utilizado, se necessário. Além disso, para complementar a análise técnica, foi elaborado e aplicado um questionário com os moradores desse empreendimento, visando ao levantamento da satisfação dos usuários em relação ao projeto elétrico das unidades. Para tal, calculou-se o tamanho da amostra necessário, de acordo ao erro amostral escolhido (8%), selecionando um total de 67 unidades a serem pesquisadas. O questionário foi aplicado no mês de outubro/2014 por uma equipe de 10 alunos pesquisadores, cada qual responsável por um setor da malha urbana, onde foram distribuídas, aleatoriamente as unidades habitacionais. Além da aplicação do questionário, buscou-se identificar e registrar situações de mau uso dos pontos elétricos.
De posse desses dados, foi possível determinar algumas características a serem analisadas a partir de conceitos importantes de uma instalação elétrica residencial, a seguir apresentadas. •
Coordenação e seletividade da instalação elétrica.
•
Dimensionamento dos condutores.
•
Dimensionamento da proteção.
•
Divisão dos circuitos na residência.
•
Uso dos circuitos pelos moradores.
•
Análise técnica do sistema implantado e de seu uso pelos moradores.
•
Satisfação dos moradores em relação ao projeto elétrico.
A partir dessa análise será dado o enfoque da eficiência energética dessas instalações para responder a questão principal sobre a eficiência energética da instalação projetada. 2. ANÁLISE TÉCNICA DO PROJETO ELÉTRICO Um projeto de Engenharia deve abranger todo o cenário da questão e permitir ao usuário que usufrua das melhores condições do mesmo (ABNT, 2012). Ou seja, os projetos devem estar atrelados às práticas de forma a propiciar o máximo rendimento do sistema e o melhor custo-benefício ao cliente. 2.1 Conceitos São apresentados a seguir alguns conceitos que foram abordados na análise técnica efetuada junto aos dados obtidos no condomínio analisado. 2.1.1 Proteção A proteção de circuitos residenciais deve contemplar, minimamente, uma segurança na operação pelos usuários do domicílio e resguardar a planta instalada de possíveis danos causados por faltas nos circuitos. Com essas premissas é necessário realizar o dimensionamento dos sistemas de forma a permitir sua operação em níveis normais e uma desconexão rápida o bastante para atender as normas de segurança estabelecidas. A correta operação do sistema de proteção irá garantir a segurança dos usuários e evitar os danos aos materiais (condutores) utilizados na instalação. 2.1.2 Coordenação e seletividade Nas instalações residenciais, geralmente, não são abordados requisitos de coordenação e seletividade, mas nesses projetos, especificamente, há uma prerrogativa para esse item tornar-se importante: previsão de chuveiro elétrico de até 8000 W, o que torna necessário um disjuntor de 40 A, ou seja, igual à entrada de energia. Na Figura 1 é apresentada a curva de disparo de disjuntores.
FIGURA 1 – Curva de disparo de disjuntores Fonte: (ROSA, 2014)
Assim, para uma instalação de pequena carga instalada, com disjuntor de 40 A na entrada, o sistema precisa da aplicação dos conceitos de coordenação de forma que a proteção funcione adequadamente. Mesmo assim, em momentos de surto crítico, falta, podem acontecer discrepâncias na operação. 2.1.3 Condutores O dimensionamento dos condutores é algo explorado pelos projetistas com intuito de economizar na instalação e adequá-las às necessidades dos usuários. Nesse caso, cabem mais considerações, pois, conforme apresentado anteriormente, esse sistema deve ser cuidadosamente projetado de forma a otimizar tanto custo inicial quanto operação a longo prazo de forma a não onerar a instalação de uma unidade de moradia destinada a pessoas de mais baixa renda, onde ao longo do tempo podem passar a pagar mais caro pela energia consumida simplesmente pelo projeto não ter sido analisado de forma mais precisa e com um cuidado maior para o uso a longo prazo. Dessa forma, o dimensionamento econômico, mesmo em circuitos de baixa carga deve ser considerado e analisado para o perfil socioeconômico dos usuários, bem como o uso ao qual será destinada a instalação e a redistribuição de cargas que os moradores farão na residência. 2.1.4 Divisão dos circuitos na residência Numa residência com área construída inferior a 40 m² há uma redução no comprimento dos circuitos e poucas cargas predefinidas para serem ligadas. No entanto, há de se ter cuidado com a consequente redistribuição de cargas realizadas pelos moradores, onde, muitas vezes, ocorrem fatos imprevistos no projeto inicial e que podem gerar desequilíbrios na distribuição dos circuitos, acarretando falhas na proteção, segurança e economia da instalação. Esses itens, dessa forma, serão analisados para verificar possíveis alterações necessárias na distribuição dos circuitos na instalação elétrica destas residências.
2.2. Projeto elétrico do condomínio em análise Na sequência serão apresentadas as principais questões inerentes ao projeto elétrico. Muitas vezes, um circuito pode ter um uso previsto em fase de projeto e uma aplicação final distorcida pela realidade da instalação ou uso destinado pelos usuários finais.
FIGURA 2 – Projeto elétrico padronizado para as residências Fonte: PMSR Esse trabalho busca encontrar formas de atender, em fase de projeto, as melhores práticas a serem utilizadas na implantação dos sistemas elétricos em residências de baixa renda, atendendo, com isso, requisitos técnicos e econômicos em benefício da sociedade. A Figura 2 apresenta o detalhe do projeto elétrico realizado para as residências do condomínio sob análise. 2.2.1 Apresentação do projeto elétrico da instalação A Figura 3 apresenta o quadro de cargas previsto para as residências. Nota-se que é um quadro típico com três circuitos previstos e suas respectivas proteções, derivadas do projeto da Figura 2.
FIGURA 3 – Quadro de cargas previsto. Fonte: PMSR
De acordo com a Figura 3 é possível explanar sobre os 3 circuitos apresentados: a) O circuito 1: é composto de 6 lâmpadas de até 15 W e 5 tomadas de até 300 VA, perfazendo uma carga total máxima de 1600 VA e uma corrente de projeto de 7,3 A. O dimensionamento da proteção em 20 A está de acordo com o condutor previsto que suporta até 24,8 A sem sofrer danos na temperatura de até 40 ºC. b) O circuito 2: é composto de 6 tomadas de 600 VA para a cozinha, perfazendo uma carga prevista de 3600 VA, no máximo, e uma corrente de projeto de 16,4 A. O dimensionamento da proteção em 20 A está de acordo com o condutor previsto conforme explanação do circuito 1. c) O circuito 3: está previsto para um chuveiro de 5 kW e uma potência aparente de 5,5 kVA, para uma corrente de projeto de 25,3 A. O dimensionamento da proteção em 40 A está superdimensionando o circuito, prevendo uma carga maior com um chuveiro de 8 kW. Para essa carga prevista um condutor de 4 mm2 seria suficiente e uma proteção de 30 A também poderia atender. d) O circuito de ligação ou entrada: está previsto para suportar toda a carga da instalação, com 10,7 kVA no máximo, e uma corrente nominal de projeto de 49 A. Para essa entrada, com aplicação do fator de demanda previsto no RIC (CEEE, 2008), está corretamente dimensionado. Se não, extrapola a corrente máxima suportada pelo condutor de 6 mm2. A proteção de 40 A também representa um risco, pois está igual ao circuito 3, podendo causar um problema de seletividade e o desligamento total da residência antes de seccionar o circuito com falta à terra. 3. USO DAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PELOS MORADORES Em relação à quantidade de pontos de luz (lâmpadas) (ABNT, 1992) instaladas nas habitações, a Figura 4 apresenta o percentual de satisfação dos moradores.
FIGURA 4 – Satisfação com a quantidade de Pontos de Luz Fonte: Autoria Própria Observa-se que 92,53% dos usuários estão satisfeitos com o número de lâmpadas, sendo 2,99% neutros e apenas 4,48% da população encontra-se insatisfeitos com a quantidade de pontos de luz existente.
Além disso, foi questionado se o usuário da Unidade Habitacional (UH) ampliou a quantidade de pontos de luz, conforme mostra a Figura 5.
FIGURA 5 – Quantidade de usuários que ampliou o número de pontos de luz Fonte: Autoria Própria Conforme os resultados apenas 2,99% dos usuários ampliaram o número de pontos de luz e 97,01% não ampliou. Como forma de complementar essa informação, foi perguntado aos moradores insatisfeitos com a quantidade de pontos o motivo pelo qual não realizaram modificações. Dentre as razões apresentadas a principal foi a falta de condições financeiras para a realização do serviço. A Figura 6 apresenta a satisfação em relação à quantidade de tomadas disponíveis na unidade habitacional (UH).
FIGURA 6 – Satisfação em relação à quantidade e localização de tomadas e interruptores Fonte: Autoria Própria Nesse aspecto, 73,13% dos usuários estão satisfeitos, 11,94% estão neutros e 14,93% se encontram insatisfeitos. Embora seja convencional localizar tomadas baixas em dormitórios e na sala de estar (30 cm recomendado pela NBR e 40 cm utilizado), para alguns moradores as tomadas baixas são consideradas inadequadas e perigosas para as crianças, o que gerou insatisfação desses usuários. Já em relação às modificações realizadas nas tomadas e/ou interruptores, a Figura 7 apresenta os resultados obtidos.
FIGURA 7 – Ampliação no número de tomadas e interruptores Fonte: Autoria Própria Conforme o levantamento em campo constatou-se que apenas 4,48% dos usuários ampliaram o número de tomadas e 95,52% não realizaram ampliação. Da mesma forma que para a ampliação das lâmpadas, os usuários comentaram ou que não ampliaram devido o alto custo para tal reforma. 3.1 Análise dos dados obtidos na pesquisa junto aos moradores Através dos dados obtidos no levantamento local junto aos moradores foram elaboradas algumas premissas para análise, conforme apresentado anteriormente. Essas observações visam garantir que esses usuários, que deveriam ser beneficiados pelo sistema devido a sua condição socioeconômica, não acabem sendo penalizados por um projeto executado de forma genérica ou que não esgotou as possibilidades técnicas na sua elaboração, com objetivo de maximizar a economia. Para atingir alguma coerência foram montados três cenários, onde: •
o primeiro é o cenário do projeto apresentado;
•
o segundo é o cenário médio de uso dos circuitos pelos moradores; e,
•
o terceiro é o pior caso, ou seja, entre os moradores observados aquele que gerou a maior carga instalada sobre os circuitos inicialmente projetados.
Esses três casos serão analisados sob o enfoque dos locais onde os equipamentos estão instalados, afetando diretamente um ou outro circuito.
3.1.1 O quadro de carga projetado e em uso Com os dados das cargas instaladas foi possível determinar uma carga média para essas famílias. A Tabela 1 apresenta esses eletrodomésticos mais utilizados e suas respectivas potências. Circuito
Equipamento
Quantidade
Carga (W)
1
Lâmpada
6
90
1
Tomada
7
1900
1
Batedeira
1
100
1
Geladeira
1
250
1
Freezer
1
300
1
Máquina de lavar
1
600
2
Tomada
13
3500
2
Forno
1
1500
2
Ventilador
1
100
2
Computador
1
200
2
Microondas
1
2200
3
Chuveiro
1
5500
TABELA 1 – Carga média de uma residência no condomínio analisado Fonte: Autoria própria A Tabela 2, por sua vez, apresenta o pior caso encontrado ou a maior concentração de potência instalada por metro quadrado numa das residências questionadas no levantamento efetuado. A carga total para os circuitos médio (Tabela 1) fica em 15.090 W e no máximo (Tabela 2) em 21.220 W. Com esses dados é necessário reavaliar os critérios adotados para proteção e dimensionamento a partir da potência instalada por metro quadrado (ABNT, 2012), adequando aos critérios exigidos pelas normas técnicas. Circuito
Equipamento
Quantidade
Carga (W)
1
Lâmpada
10
150
1
Tomada
10
2700
1
Batedeira
1
100
1
Ventilador
1
100
1
Geladeira
1
250
1
Freezer
1
300
1
Máquina de lavar
1
600
1
Computador
1
200
2
Tomada
16
4300
2
Forno
1
1500
2
Ventilador
1
100
2
Computador
1
200
2
Microondas
1
2200
3
Chuveiro
1
7500
TABELA 2 – Carga máxima de uma residência no condomínio analisado. Fonte: Autoria própria Dessa forma, a Figura 8 apresenta um resumo de quadro de carga com os três itens analisados: projeto, carga instalada média e carga instalada máxima.
FIGURA 8 – Quadro de cargas usado para análise da instalação Fonte: Autoria própria Percebe-se que há uma diferença significativa entre os 3 casos. Enquanto o projeto prevê uma carga instalada de 9680 W, o uso real médio apresenta 15.090 W, cerca de 64% acima do valor inicialmente projetado. Quanto ao pior caso, a carga instalada chega a 21.220 W, o que é 119% acima do valor inicialmente projetado. 3.1.2 Análise dos condutores projetados e sua aplicação A Figura 9 apresenta o quadro resumo dos condutores projetados e suas cargas agora atendidas.
FIGURA 9 – Quadro dos condutores aplicados na instalação. Fonte: autoria própria Para melhor compreender a Figura 9 são apresentados seus principais índices a serem analisados, onde: Condutor (mm2) é a bitola do condutor projetado para o circuito; IB é a corrente do circuito; IZ é a corrente suportada pelo condutor; IKmin é a corrente projetada para curto circuito; lcom é o comprimento do circuito. Com esses dados é possível analisar o dimensionamento dos condutores envolvidos. Percebe-se que a corrente IB, que representa a carga do circuito, foi corretamente projetada para os condutores utilizados, mas com o aumento da carga proporcionado pelo uso dado à instalação, alguns circuitos possuem uma corrente IB superior à capacidade dimensionada para o condutor, dada por IZ. Nesses casos o dimensionamento econômico dos condutores pode significar uma economia ao longo do tempo. Embora não seja normalmente estudado para seções inferiores a 16 mm2, deve ser analisado devido à situação socioeconômica e a possibilidade de aumentar a vida útil e a economia da instalação elétrica deste tipo de domicílio, especificamente. 3.1.3 Análise da proteção projetada e sua eficácia na instalação Conforme apresenta a Figura 9, tecnicamente a proteção deve estar, preferencialmente, situada entre as correntes IB e IZ. Para situações onde as correntes de circuitos adjacentes são similares e apresentam valores de proteção iguais, veja circuito chuveiro e entrada na Figura 8, existem as classes de tempo de disparo para os disjuntores. Esses critérios de seletividade, muitas vezes, não são levados em conta na instalação. Assim, de acordo com a Figura 2, os circuitos para chuveiro e entrada devem ter a observação necessária para que o circuito de proteção do chuveiro atue antes da proteção de entrada projetada para atender toda edificação. Dessa forma, é importante frisar que a proteção do circuito do chuveiro deve ser classe A e a da entrada B ou C. Mesmo assim, numa situação de curto circuito no circuito do chuveiro, ou carga excessiva com impedância associada, a probabilidade de disparo do disjuntor geral antes da proteção do circuito 3 é maior, pois está atendendo outros circuitos além do antes mencionado.
Além disso, está apresentado na Figura 4, que a proteção não está adequada para os circuitos como usados, fazendo que possam ocorrer falhas onde a proteção irá atuar, mesmo sem a real necessidade, diminuindo a vida útil da instalação elétrica, dissipando calor nos condutores e, consequentemente, aumentando o custo da energia elétrica para essas residências. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS As instalações elétricas de baixa tensão oferecem ao usuário a capacidade de usufruir dos recursos da energia elétrica em sua residência. Para as residências de baixa potência instalada, há um processo simplificado de liberação da ligação que facilita o uso da eletricidade para cargas com proteção total inferior a 40 A na entrada da medição de energia. Essa situação aplica-se diretamente às HIS, neste estudo analisadas. Quanto à satisfação dos usuários foi percebido, através dos questionários aplicados e os gráficos apresentados, que ficou em nível elevado. Permitindo que usufruam de uma moradia com mais comodidade e adequada às suas necessidades. No entanto, foram detectados alguns problemas no estudo realizado: • má organização da proteção fornecida pelos disjuntores na distribuição dos circuitos, podendo ocasionar falhas e desligamento total da instalação devido a não serem observados critérios de coordenação e seletividade (CEEE, 2008); • dimensionamento de condutores baseado em experiência e uso típico, sem real estudo das capacidades inerentes para transporte de corrente e queda de tensão; • falta de um manual da instalação elétrica distribuído aos usuários que os oriente na instalação de novas cargas de forma a não ocupar de forma demasiada um circuito em detrimento de outros; • dissipação de energia nos condutores após aumento de carga realizado pelos usuários, ocasionando consequente aumento da conta de energia elétrica e desgaste da instalação elétrica diminuindo sua vida útil. Pelos dados acima apresentados fica evidente que o uso dado para os circuitos elétricos projetados também são um fator a ser analisado durante as fases de projeto e posteriormente à instalação, pois permite uma economia maior ao usuário e prolonga a vida útil do sistema. Assim, para esses usuários específicos os dados apresentados tornam ainda mais evidente a necessidade de um planejamento e aprofundamento técnico maior, mesmo numa instalação de pequeno porte, de forma a obter o melhor rendimento da mesma durante toda sua vida útil sem onerar o usuário em sua conta de energia elétrica e oferecer riscos de segurança elétrica. Como trabalhos futuros, serão estudados os efeitos da dissipação de potência nos condutores utilizados, uso de aquecedores de água e seus reflexos na conta de energia elétrica, além de estudos mais aprofundados sobre a queda de tensão, nos circuitos mais carregados.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CASTELO BRANCO, R. A Questão Social na Origem do Capitalismo. Rio de Janeiro: Dissertação Serviço Social - UFRJ, 2006. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5410. Rio de Janeiro: ABNT, 2012. ROSA, A. L. D. S. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS I. UFJF, 25 08 2014. [Online]. Available: WWW.UFJF.EDU.BR. [Acesso em 02 2015]. COMPANHIA ESTADUAL DE ENERGIA ELÉTRICA (CEEE), Regulamento de Instalações Consumidoras em Baixa Tensão. 2008.
