Desenhar um Diagrama Trifilar e Unifilar com Base nas Informações Fornecidas

Introdução O presente projeto tem como foco o desenvolvimento do sistema elétrico para um Laboratório de Processos Químicos um ambiente de alta complexidade técnica onde a segurança e a eficiência são cruciais para o sucesso das atividades realizadas Este laboratório será alimentado por um sistema trifásico de 380220V projetado para suportar uma potência total de 91 kW contemplando a operação de diversos equipamentos de alta potência que são fundamentais para a realização de experimentos e processos químicos automatizados Contextualização do Laboratório O Laboratório de Processos Químicos é projetado para a realização de experimentos que envolvem reações químicas controladas requerendo precisão e monitoramento constantes Para isso foram selecionados equipamentos que garantem não apenas a eficiência do processo mas também a segurança dos operadores e a integridade do ambiente de trabalho A configuração elétrica do laboratório é um elemento essencial que suporta as operações diárias assegurando que todos os equipamentos funcionem de maneira harmoniosa e sem riscos de sobrecargas ou falhas Equipamentos e Demanda Elétrica Os principais equipamentos que compõem o laboratório incluem 1 Reatores Químicos Automatizados Quatro unidades cada uma com potência de 15 kW que são responsáveis por conduzir reações químicas em condições controladas Estes reatores exigem um fornecimento estável e contínuo de energia para manter suas operações automatizadas e garantir a segurança dos processos 2 Bombas de Circulação de Fluidos Três unidades cada uma com potência de 5 kW que desempenham um papel crítico na movimentação de fluidos através dos sistemas de reatores e outras áreas do laboratório A eficiência das bombas é vital para manter o fluxo adequado e evitar falhas no sistema 3 Sistemas de Ventilação e Exaustão Dois sistemas cada um com potência de 7 kW que garantem a renovação do ar e a remoção de vapores ou gases potencialmente perigosos contribuindo para a segurança do ambiente de trabalho 4 Equipamentos de Medição e Controle Dez unidades cada uma consumindo 02 kW que são essenciais para monitorar as variáveis dos processos químicos permitindo ajustes em tempo real e aumentando a precisão das operações A soma das potências dos equipamentos resulta em uma demanda significativa que deve ser cuidadosamente gerenciada para evitar sobrecargas A escolha de dispositivos de proteção adequados é portanto fundamental para garantir a operação segura de todos os equipamentos Dispositivos de Proteção e Segurança Em ambientes onde há risco de explosões ou a presença de substâncias químicas voláteis a segurança elétrica é uma prioridade Para isso serão implementados dispositivos de proteção específicos Dispositivo DR Disjuntor Diferencial Residual Instalado em circuitos de áreas molhadas e zonas classificadas este dispositivo protegerá os operadores contra choques elétricos detectando diferenças de corrente que possam indicar falhas no isolamento Dispositivo de Proteção contra Surtos DPS Essencial para proteger equipamentos sensíveis contra picos de tensão e surtos elétricos especialmente em áreas onde há risco de explosão Aterramento Adequado A conformidade com as normas de proteção contra atmosferas explosivas conforme a NBR IEC 60079 será assegurada por meio de um sistema de aterramento robusto que minimizará riscos de descargas elétricas e garantirá a segurança do laboratório Tarefas e Desenvolvimento do Projeto Neste contexto as tarefas dos alunos incluem o desenvolvimento de diagramas unifilares e trifilares que representarão a distribuição elétrica no laboratório detalhando como a energia será distribuída entre os reatores bombas sistemas de ventilação e equipamentos de controle Além disso os alunos deverão realizar o dimensionamento dos cabos assegurando que a capacidade de condução de corrente seja adequada para cada circuito e determinar os dispositivos de proteção necessários para garantir a segurança do sistema Os cálculos de demanda elétrica permitirão a determinação da corrente total do sistema e o dimensionamento do disjuntor geral assegurando que todos os equipamentos estejam adequadamente protegidos contra sobrecargas e curtoscircuitos Revisão bibliográfica Tabela 1Fatores de potência típicos Equação 1 cálculo de corrente de projeto Figura 1 Dimensionamento de fios Bitola de fios e cabos PVC 70ºC para alimentação de motores trifásicos em temperatura ambiente de 30ºC instalados em eletrodutos aéreos Queda de tensão 2 Conforme ABNT NBR 54102004 Tensão V Distância do motor ao painel de distribuição metros 220 20 30 40 50 60 80 100 120 140 160 180 200 250 300 380 35 50 70 80 100 140 170 200 240 280 310 350 430 520 440 40 60 80 100 120 160 200 240 280 320 360 400 500 600 Corrente A Bitola do fio ou cabo condutor em mm² 8 25 25 25 4 4 6 6 10 10 10 10 16 16 25 11 25 25 4 4 6 6 10 10 16 16 16 16 25 25 13 25 4 4 6 6 10 10 16 16 16 16 25 25 35 17 25 4 6 6 10 10 16 16 25 25 25 25 35 35 24 4 6 10 10 10 16 25 25 25 35 35 35 50 50 33 6 10 10 16 16 25 25 35 35 50 50 50 70 70 43 6 10 16 16 25 25 35 50 50 50 70 70 95 95 60 10 16 25 25 25 35 50 50 70 70 95 95 120 150 82 16 25 25 35 35 35 50 70 70 95 95 120 120 150 185 110 25 25 35 50 50 70 95 95 120 120 150 150 240 240 137 35 35 50 50 70 95 95 120 150 150 185 240 240 300 167 50 50 50 70 70 95 120 150 185 185 240 240 300 400 216 70 70 70 95 95 120 150 185 240 240 300 300 400 500 264 95 95 95 95 120 150 185 240 300 300 400 400 500 630 308 120 120 120 120 150 185 240 300 300 400 400 500 630 630 356 150 150 150 150 150 240 300 300 400 400 500 500 630 800 409 185 185 185 185 185 240 300 400 400 500 500 630 800 1000 485 240 240 240 240 240 300 400 400 500 630 630 800 1000 1000 561 300 300 300 300 300 400 400 500 630 630 800 800 1000 656 400 400 400 400 400 400 400 500 630 630 800 1000 1000 Levando em consideração os dados apresentados em aula Foram adotados os seguintes valores para realização do projeto Tabela 2Dados adotados DADOS POTENCIA KW REATORES 15 BOMBAS 5 VENTILADORES EXAUSTORES 7 SENSORES AUTUADORES 2 TENSAO 380 220 COS FI 09 1kw 1000 raiz 3 COEFCIENTE DE SEGURANÇA 12 Como o circuito apresenta nas bombas e reatores tanto transformadores quanto motores é necessário adotar uma média para cos φ Sabendo que o laboratório requer uma alimentação trifásica a alimentação do circuito é dada pela tabela a seguir Tabela 3Alimentação do circuito ALEMTAÇAO DO CIRCUITOS FASE 1 FASE 2 FASE 3 TERRA NEUTRO Distribuição de carga É importante fazer a distribuição de carga de forma correta para que as fases disjuntores equipamentos de proteção e cabos sejam bem dimensionados Tabela 4carga potencial para o circuito CARGAS POTÊNCIA 4 REATORES 15KW 60 3 BOMBAS 5KW 15 2 VENTEXAUSTORES 7KW 14 10 SENSOREAUTUADORES 02KW 2 TOTAL 91 Calculo da Corrente unitária é dada pelas equações Equação para circuito trifásico I p 3V cosφ Equação para circuito bifásico I p v Tabela 5Corrente geral do circuito por carga CARGAS QUANT CORRENTES SISTEMATICAS REATORES 4 1012895209 BOMBAS 3 2532238023 VENT 2 2363422155 SENS 1 9090909091 Tabela 6corrente do circuito por disjuntores CARGAS CORRENTEA REATOR 2532238023 BOMBA 8440793409 VENT 1181711077 SENSORES 9090909091 CORRENTE TOTAL 1912044381 Dimensionamento quadro geral O dimensionamento do quadro geral em instalações elétricas é crucial para garantir a segurança eficiência e confiabilidade do sistema elétrico Aqui estão algumas razões pelas quais o dimensionamento do quadro geral é necessário Segurança Um quadro mal dimensionado pode causar sobrecarga superaquecimento e risco de incêndio Eficiência Energética Um quadro bem dimensionado otimiza o consumo de energia e reduz perdas Confiabilidade Um quadro dimensionado corretamente garante a estabilidade do sistema elétrico Expansão Futura Um quadro bem dimensionado permite fácil expansão ou atualização Redução de Custos Um quadro dimensionado corretamente reduz custos de manutenção Para um dimensionamento correto é necessário Calcular a carga total Considerar fatores de segurança Selecionar componentes adequados Verificar compatibilidade com equipamentos Normas e regulamentações a serem utilizadas NBR 5410 Instalações Elétricas de Baixa Tensão NBR 16663 Sistemas Elétricos de Potência IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Porque é tão importante fazer todo o processo corretamente Garante segurança Otimize eficiência Reduz riscos Tabela 7Dimencionamneto Geral do quadro de distribuição Equação para cálculo do disjuntor geral I I DJ quadrocoeficientede segurança Aparelhos de proteção DR Diagrama de Relacionamento e DPS Diagrama de Processos e Sistemas são ferramentas essenciais em diversas áreas incluindo DR Diagrama de Relacionamento Importância do DR Visualização de relacionamentos entre entidades Identificação de dependências e conexões Planejamento e organização de sistemas complexos Análise de dados e identificação de padrões Comunicação eficaz entre equipes e stakeholders Aplicações do DR Banco de dados Modelagem de dados Análise de sistemas Engenharia de software Gestão de projetos DISJUNTORES TIPO CU RV A AMPER AGEM A DIAMETRO CONDUTOR mm² MOD ELO QUANTI DADE REATOR TRIFASICO D 32 10 NBRI EC85 36200 0 4 BOMBAS DE CIRCULAÇÃO TRIFASICO C 16 4 NBR NM60 898IP 20 3 SISTEMA DE VENTILAÇÃO TRIFASICO C 16 4 NBR NM60 898IP 21 2 SENSORES ATUADORES BIFASICO B 10 4 5SL1 2MB C 1 GERAL TRIFASICO D 200 50 1 DPS Diagrama de Processos e Sistemas Importância do DPS Representação clara de processos e fluxos Identificação de bottlenecks e oportunidades de melhoria Análise de eficiência e produtividade Planejamento e otimização de processos Treinamento e capacitação de equipes Aplicações DPS Engenharia de processos Gestão de operações Análise de sistemas Melhoria contínua Certificação ISO 9001 Benefícios comuns do DPS e do DR Melhoria da eficiência Redução de erros Aumento da produtividade Melhoria da comunicação Tomada de decisões informadas Tabela 8Dimensionamento dos dispositivos de proteção DPS EM PARALELO COM O DISJUNTOR GERAL DR EM PARALELO COM O DISJUNTOR GERAL TIPO2 TIPO A CORRENTE NOMINAL IN5KA CORRENTE NOMINAL IN200A CORRENTE MAXIMA 40KA A 65KA CORRENTE DE DESPARO IN 30mA 25mm² 70mm² TENSAO NOMINAL 380V Balanceamento das fases no circuito O balanceamento das fases é necessário para que não haja a sobrecarga em nenhuma das fases no circuito para que assim não ocorram queda ou queima de disjuntores equipamentos e também danos a operadores e a estrutura do laboratório Tabela 9potência total no circuito trifásico POTENCIA TOTAL CIRCUITO TRIFASICO CORRENTE TOTAL CIRCUITO TRIFASICO 89 1502461227 Tabela 10Balanceamento das fases FASES CORRENTE TOTAL POR FASES POTENCIA TOTAL NAS FASES KW CARGAS F1 1547915772 90 BOM REATVETSENSO F2 1547915772 90 BOM REATVETSENSO F3 1502461227 89 BOM REATVET Conclusão Este projeto não apenas proporciona uma aplicação prática de conceitos teóricos da engenharia elétrica mas também destaca a importância de um planejamento minucioso em ambientes industriais e laboratoriais O desenvolvimento de um sistema elétrico eficiente e seguro para o Laboratório de Processos Químicos é fundamental para garantir a continuidade das operações a proteção dos trabalhadores e a integridade dos equipamentos refletindo o compromisso com a excelência na prática da engenharia química Referências bibliográficas Instalações Elétricas Autor Luiz Fernando M Heineck Editora Érica Engenharia Elétrica Fundamentos e Aplicações Autor José Carlos de Oliveira Editora McGrawHill Sistemas Elétricos de Potência Autor Francisco J García González Editora Pearson Dimensionamento de Sistemas Elétricos para Laboratórios Revista Brasileira de Engenharia Elétrica RBEE Análise de Segurança em Instalações Elétricas Journal of Electrical Engineering and Technology JEET Otimização de Sistemas Elétricos para Processos Químicos Chemical Engineering Research and Design CERD NBR 54102018 Instalações Elétricas de Baixa Tensão NBR 166632018 Sistemas Elétricos de Potência IEEE Std 1411993 Recomendações para Instalações Elétricas Industriais Instituto Nacional de Metrologia Qualidade e Tecnologia INMETRO Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE A A B B C C D D E E F F G G H H I I J J 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 Data Nome Assinaturas Desenhado Verificado Entidade Título Data Num Arquivo 29102024 MAYARA 29102024 MAYARA 29Oct2024 1 de 1 Diagrama Elétricocad ESAMC Diagrama Lab Química D1 1 3 5 2 4 6 I I I Reator 1 15 kW D2 1 3 5 2 4 6 I I I Reator 2 15 kW D3 1 3 5 2 4 6 I I I Reator 3 15 kW D4 1 3 5 2 4 6 I I I Reator 4 15 kW 3phi 220 V ou 380 V D5 1 3 5 2 4 6 I I I K1 1 3 5 2 4 6 B1 U1 V1 W1 PE M 3 Bomba 1 5 kW D6 1 3 5 2 4 6 I I I K2 1 3 5 2 4 6 B2 U1 V1 W1 PE M 3 Bomba 2 5 kW D7 1 3 5 2 4 6 I I I K3 1 3 5 2 4 6 B3 U1 V1 W1 PE M 3 Bomba 3 5 kW D8 1 3 5 2 4 6 I I I K4 1 3 5 2 4 6 V1 U1 V1 W1 PE M 3 Ventilador 1 5 kW GERAL 1 3 5 2 4 6 I I I DR 1 3 5 7 2 4 6 8 L1 L2 L3 N DPS L1 L2 L3 N PE D9 1 3 5 2 4 6 I I I K5 1 3 5 2 4 6 V2 U1 V1 W1 PE M 3 Ventilador 2 5 kW D10 1 2 I SensorAtuador 1 S1 02 kW SensorAtuador 2 S2 02 kW SensorAtuador 3 S3 02 kW SensorAtuador 4 S4 02 kW SensorAtuador 5 S5 02 kW SensorAtuador 6 S6 02 kW SensorAtuador 7 S7 02 kW SensorAtuador 8 S8 02 kW SensorAtuador 9 S9 02 kW SensorAtuador 10 S10 02 kW 200 A 200 A Tipo A Tipo 2 Tipo D Tipo D Tipo D Tipo D Tipo D 32 A 32 A 32 A 32 A 32 A Tipo C 16 A Tipo C Tipo C 16 A 16 A 16 A Tipo C Tipo B 10 A D 50 mm² D 10 mm² D 10 mm² D 10 mm² D 10 mm² D 4 mm² D 4 mm² D 4 mm² D 4 mm² D 4 mm² D 4 mm²