Quantos cabos cabem numa conduta? É uma questão de regulamento, não de geometria

Porque é que o limite não fala de caber

Pegue no caso por omissão da calculadora e inverta a pergunta. Três condutores de 12 AWG ocupam 7,49 % de uma conduta EMT de três quartos de polegada. Dezasseis ocupam 39,92 %. Mesmo a dezasseis, três quintos do tubo são ar — e um traçado entupido a sessenta por cento à mão continuaria a não estar cheio em sentido de empacotamento, porque círculos dentro de um círculo não passam de uns noventa por cento nem perfeitamente arrumados, e ninguém arruma cabo na perfeição. A regra não fala, portanto, de volume. Fala de dois modos de falha.

O primeiro é térmico. Um condutor percorrido por corrente dissipa RI² sob forma de calor, e esse calor tem de sair pelo isolamento, pelas camadas de ar, pela parede da conduta e até à divisão. O isolamento tem uma temperatura admissível — os dois H de THHN significam alta resistência ao calor, 90 °C em local seco — acima da qual endurece, fissura e acaba por deixar de isolar. Ponha um só condutor num tubo: irradia livremente para muito ar parado. Ponha nove: os do meio ficam rodeados de outras fontes de calor, com os exteriores entre eles e a parede. O limite de enchimento é uma aproximação grosseira a deixar ar suficiente no tubo para que o coração do feixe ainda possa evacuar.

O segundo é mecânico, e é o que bate durante a obra e não anos depois. Os condutores são puxados pela conduta com lubrificante e, em traçados longos, com guincho. Cada curva multiplica a tensão necessária na outra ponta, e quanto mais cheio está o tubo menos o feixe se consegue reorganizar na curva: encrava. O primeiro a ceder é o isolamento, raspado contra a aresta de uma união ou de um casquilho, e o estrago é invisível de ambas as pontas. Um condutor com o isolamento mordido, enterrado numa parede, é uma avaria à espera de um inverno húmido. Os 40 % têm tanto a ver com conseguir instalar o cabo em segurança como com o explorar em segurança.

Que código aplica e que valores tira dele

A ferramenta é uma ferramenta NEC, e o título di-lo para que ninguém tenha de adivinhar. Por baixo traz duas tabelas copiadas do capítulo 9 do NEC. A tabela 4 dá a área interna total de cada conduta em cada tamanho comercial, e a ferramenta guarda cinco famílias: EMT, PVC Schedule 40, PVC Schedule 80, metal rígido e metal intermédio, de meia polegada a quatro polegadas. A tabela 5 dá a área aproximada de um condutor isolado, e a ferramenta guarda a coluna THHN e THWN do 14 AWG ao 4/0. Os dois conjuntos foram confrontados com os valores publicados antes de este artigo ser escrito, e ambos batem certo.

A família de conduta importa mais do que se pensa, porque a espessura de parede come o espaço. Nove condutores de 12 AWG dão um enchimento de 21,80 % em metal rígido de três quartos de polegada, 22,46 % em EMT, 23,56 % em PVC Schedule 40 e 29,27 % em PVC Schedule 80 — um terço mais de enchimento para os mesmos fios no mesmo tamanho nominal, porque a parede mais grossa do Schedule 80 deixa um interior bem mais estreito. O metal intermédio é o mais generoso dos cinco, com 20,43 %. Nenhum reprova, mas num traçado perto do limite a escolha do tubo é a diferença entre passar e subir de medida.

53, 31 e 40 não são uma série — e é com dois condutores que a regra é mais apertada

Leia os três limites por ordem e algo range: 53 %, depois 31 %, e depois volta a subir a 40 %. Não é um erro nem uma curva suave, porque os três casos são geometricamente problemas diferentes. Um só condutor num tubo redondo é um círculo dentro de um círculo: pode ser bastante grande antes de encravar — daí os 53 %. Dois condutores lado a lado são o pior caso de encravamento: podem atravessar-se no interior numa curva e bloquear, daí a queda para 31 %. A partir de três podem reorganizar-se em triângulo ou em feixe que rola pela curva, e o limite relaxa para 40 %.

A calculadora escolhe o limite pelo número de condutores que escrever, e o salto é brusco de uma forma que convém conhecer. Escreva 2 e o limite mostrado é 31 %; escreva 3 e passa a 40 % apesar de o enchimento real subir. O degrau apanha também as entradas decimais: o número é arredondado antes de escolher o limite, pelo que 2,4 condutores é tratado como dois e recebe o limite de 31 %, enquanto 2,6 é tratado como três e recebe 40 %. E uma contagem de zero passa a 53 %, o que é aritmeticamente coerente e praticamente vazio: um tubo vazio não é um projeto.

O caso do nipple é o quarto limite e o mais abusado. Um troço curto de conduta, de não mais de vinte e quatro polegadas entre duas caixas, pode ser cheio a 60 %, porque não há puxão significativo nem, num comprimento tão curto, aquecimento significativo. Selecione-o na ferramenta e o limite salta para 60 % seja qual for o número de condutores. É uma tolerância autêntica e não uma brecha: vinte e cinco polegadas não é um nipple, e um nipple com uma curva também não é.

Redução: ocupe o espaço, perca corrente

Esta é a parte que a calculadora não faz, e a que decide se o traçado funciona. O mesmo argumento térmico que produziu o limite de enchimento produz uma segunda regra, mais afiada: assim que mais de três condutores ativos partilham uma canalização, o código reduz a corrente admissível de cada um por um fator que piora à medida que o número sobe. Os patamares estão no NEC 310.15(C)(1). Quatro a seis condutores conservam 80 % do seu valor, sete a nove 70 %, dez a vinte 50 %, e continua a descer. Um condutor de 12 AWG THHN dado para 30 A a 90 °C leva, portanto, 24 A num grupo de seis, 21 A num grupo de nove e 15 A num grupo de dezasseis. A dezasseis a conduta continua a passar a verificação de enchimento. Os circuitos que leva ficaram a metade.

As duas contagens não são a mesma contagem, e confundi-las é um erro frequente e pesado. Para o limite de enchimento conta todo o condutor presente no tubo, condutores de proteção incluídos: ocupam espaço como os outros. Para a redução de corrente só contam os condutores ativos: um condutor de proteção nunca conta, e o neutro de um circuito multicondutor equilibrado geralmente também não, salvo se levar correntes harmónicas. Uma conduta com dezasseis condutores pode ter só doze ativos: o fator de redução depende dos doze e o enchimento dos dezasseis. Inverter os dois leva ou a reduzir um circuito que não precisava, ou — bem pior — a não reduzir o que precisava.

Há mais uma restrição que mantém a aritmética honesta. O valor a 90 °C de que parte a redução não é a corrente que se tem direito a entregar: os terminais dos aparelhos correntes são homologados a 60 ou 75 °C, e o circuito fica limitado pelo menor dos dois valores — corrente reduzida ou aguento dos terminais. À parte, os condutores de cobre pequenos são limitados pela sua própria regra de proteção contra sobreintensidades, independentemente de tudo isto. Consequência prática: a margem que a coluna dos 90 °C parece oferecer está ali sobretudo para que haja algo a reduzir, não para que se use.

Fora dos Estados Unidos, nenhum destes números se aplica

O NEC é um texto dos Estados Unidos, publicado pela NFPA e adotado estado a estado e cidade a cidade, com emendas locais. Em todo o resto, a família que conta é a IEC 60364, transposta nacionalmente: NF C 15-100 em França, a série DIN VDE 0100 na Alemanha, o REBT em Espanha, o RTIEBT em Portugal, a CEI 64-8 em Itália, a BS 7671 no Reino Unido. Nenhum desses textos contém os números 53 / 31 / 40, nenhum tabela o enchimento em polegadas quadradas, e as secções de condutor vão em milímetros quadrados e não em números de bitola. A própria conduta é outra gama de produto: dimensionada por diâmetro exterior segundo a série EN 61386 — 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 mm — ao passo que a série americana é um tamanho comercial em polegadas que não é nem o interior nem o exterior de nada em concreto.

O que se transpõe é a aritmética, porque uma taxa de enchimento não tem unidades. Pegue no diâmetro interior do tubo, eleve-o ao quadrado e multiplique por π/4 para a área interior. Pegue no diâmetro exterior de cada cabo na sua ficha técnica — o diâmetro exterior, não a secção do condutor, porque é a bainha que ocupa o tubo — eleve ao quadrado, multiplique por π/4 e some. Divida o segundo pelo primeiro. Um tubo de 20 mm com parede de 1,5 mm tem um interior de 17 mm e 226,98 mm² de área; nove cabos de 3,5 mm de diâmetro exterior ocupam 86,59 mm², ou seja 38,15 % de enchimento. Passe esses mesmos nove cabos para um tubo de 25 mm e o valor cai para 22,78 %. O número diz alguma coisa; o limite com que o compara não é o do NEC e tem de vir do texto aplicável onde está a trabalhar.

A penalização por agrupamento existe dos dois lados do Atlântico, e essa é a parte tranquilizadora. A IEC 60364-5-52 traz fatores de redução para circuitos agrupados numa conduta ou numa calha, tabelados por número de circuitos e não por número de condutores, e decrescem com a mesma forma que os do NEC: quantos mais circuitos partilham o invólucro, menos cada um pode levar. Os dois sistemas divergem nos valores, no que se conta e no método de instalação de referência de que parte uma intensidade admissível. Concordam por completo na física. Se levar uma só ideia deste artigo, leve essa: o tubo é um problema térmico antes de ser um problema de espaço, em todos os países.

O que a calculadora não verifica

Toma uma só secção e um só número de condutores, o que não é o aspeto de um puxão real. Um circuito terminal leva tipicamente dois ou três condutores de uma secção mais um condutor de proteção mais pequeno, e uma alimentação tem muitas vezes um neutro reduzido. Não há forma de introduzir essa mistura, pelo que o contorno honesto é correr a ferramenta para cada secção, somar as áreas de condutor à mão e comparar o total com o mesmo limite — que depende apenas do número total de condutores, não das suas secções.

Só conhece o THHN e o THWN. São os fios de construção correntes nos Estados Unidos, e é por isso que a ferramenta se safa com uma só tabela; mas o XHHW, o RHW, o USE e tudo o resto ocupam áreas diferentes para o mesmo cobre, por vezes bastante mais. Também não aplica a regra de encravamento — a que diz que três condutores da mesma secção se podem bloquear numa curva quando a relação entre o diâmetro interior da conduta e o exterior do condutor cai numa faixa estreita à volta de três. E nada diz sobre o esforço de puxão, o número de curvas, o enchimento de caixas, ou se o condutor tem a secção certa para a carga: outro cálculo, outra ferramenta.

Perguntas frequentes

O condutor de proteção conta para o enchimento?

Sim para o enchimento, não para a redução de corrente, e essa distinção é a coisa mais útil de todo o artigo. O enchimento é uma questão de área ocupada: tudo o que está no tubo ocupa espaço, condutores de proteção incluídos, nus ou isolados, levem ou não corrente em regime normal. A redução é uma questão de calor gerado: só contam os condutores que levam realmente a corrente de carga; um condutor de proteção só a leva durante um defeito, que dura milissegundos. O mesmo raciocínio isenta o neutro de um circuito multicondutor equilibrado, onde só leva o desequilíbrio — com a conhecida exceção de um neutro que alimenta cargas geradoras de harmónicas, que leva corrente e conta.

Porque é que o limite para dois condutores é menor do que para três?

Porque dois objetos redondos num tubo redondo são a pior disposição para o encravamento, e o encravamento é um problema de puxão e não de calor. Dois condutores de tamanho parecido podem pôr-se de través numa curva e calçar-se a atravessar o interior; uma vez calçados não deslizam — quanto mais puxa, mais bloqueiam, e a bainha rasga. Com três ou mais esse calço concreto é bem menos fácil: caem em triângulo ou em feixe solto que rola pela curva. Um condutor sozinho não tem contra o que encravar e recebe a tolerância mais generosa, 53 %. A sequência 53, 31, 40 não é, portanto, uma curva: são três respostas distintas a três perguntas geométricas distintas, daí a ferramenta mudar de limite de repente quando altera o número.

Posso usar esta ferramenta para uma instalação europeia?

Para perceber o princípio, sim. Para dimensionar um traçado, não. Tudo nela é norte-americano: a série de condutas vai em tamanhos comerciais em polegadas, as áreas de condutor são as do THHN e do THWN, e os limites são os do NEC. Uma instalação europeia rege-se pela transposição nacional da IEC 60364, usa tubos dimensionados por diâmetro exterior em milímetros segundo a série EN 61386, e especifica o cabo por secção em milímetros quadrados. O que se transpõe é o método, porque uma taxa de enchimento é uma razão e não tem unidades: calcule a área interior do seu tubo, some as áreas dos cabos a partir dos seus diâmetros exteriores, e divida. Esse valor é diretamente comparável a um limite de enchimento — só que não ao do NEC. Leve-o ao texto aplicável onde o cabo vai passar, e lembre-se de que o equivalente da redução existe lá também, sob a forma de fatores de redução por agrupamento na IEC 60364-5-52.

Como trato um puxão com mais do que uma secção de condutor?

À mão, porque a ferramenta toma uma secção de cada vez. Lance-a uma vez por secção para ler a área total de condutores desse grupo, some os grupos e compare a soma com a área interna da conduta. O limite não muda com a mistura: escolhe-se apenas pelo número total de condutores, portanto três de uma secção mais um condutor de proteção mais pequeno são quatro condutores e apanham os 40 %, sem doseamentos. A armadilha aritmética é esquecer o condutor mais pequeno porque parece desprezável — num traçado justo, o condutor de proteção é muitas vezes exatamente o que empurra um enchimento no limite para lá da linha, e é o que se deixa de fora da contagem.

Se um traçado passa a verificação de enchimento, a conduta está bem dimensionada?

Não. O enchimento é uma porta entre várias, e a mais fácil de passar. Um traçado tem também de sobreviver ao puxão, que depende do seu comprimento, do número e raio das curvas e do lubrificante usado, e nada disso entra numa percentagem de enchimento. Tem de satisfazer a redução de corrente para os condutores ativos que contenha, o que pode impor uma secção maior e portanto uma conduta maior do que a verificação de enchimento sugeria. Tem de evitar a regra de encravamento se levar exatamente três condutores da mesma secção. As caixas das duas pontas têm as suas próprias regras de enchimento. E o condutor em si tem de estar dimensionado para a sua carga e a sua queda de tensão antes de tudo isto — é daí que um traçado se projeta, e não ao contrário a partir do tubo. Passar a verificação de enchimento significa que a conduta não está desqualificada; não que seja a certa.