DIMENSIONAMENTO

O operador de um sistema de áudio sempre precisa saber a estimativa de consumo elétrico máximo do mesmo, pois é a partir dessa informação que é feito o levantamento dos cabos elétricos, disjuntores e outros equipamentos que compõem o sistema elétrico de um local. No exemplo do artigo anterior, já estimamos um consumo máximo de 12 KWatts (K = 1000) .

O ideal seria que todo o sistema elétrico desse local seja estimado para fornecer continuamente essa quantidade de energia. Entretanto, é bom saber que sistemas elétricos têm custo proporcional à capacidade (quanto mais energia suportam, mais caros). Um sistema apto a suprir 12KW é bem mais caro que um sistema apto a suprir 6KW, por exemplo. 

Mas aqui cabe um primeiro debate. Presenciei uma cena interessante neste Anfiteatro. Mesmo sabendo que o equipamento todo consome 12 KWatts, instalaram um no-break de apenas 6 KWatts. E houve uma discussão acalorada entre um dos operadores e o eletricista. O eletricista alegava  que o no-break tinha capacidade mais que suficiente, pois feitas medições com alicate amperímetro, os equipamentos nunca haviam consumido um valor maior que 6 KW. Já o operador alegou que poderia haver momentos de picos, onde a potência máxima do sistema (e o consumo máximo) seria atingida.

Ao final, chegou-se à conclusão que os dois estavam certos em suas posições. Tudo depende do tipo de uso (por exemplo, o estilo musical) que os equipamentos terão.

Enquanto mesa de som e periféricos tem consumo razoavelmente baixo e relativamente constante (sem muita variação), o consumo elétrico de um amplificador varia grandemente de acordo com o tipo de música que está sendo executada. A partir de inúmeras medições, os profissionais da área estabeleceram a seguinte tabela*:

* Autoria de Ruy Monteiro e Rosalfonso Bortoni. Disponível em www.studior.com.br/cabos.zip. A tabela aqui apresentada tem algumas adequações de nome feitas pelo autor deste artigo.

Esses valores representam uma média de utilização (por isso o nome: Consumo Típico) em relação ao tipo de música que é executada . Evidente que poderá haver momentos em que potência máxima será exigida (um fortíssimo – momento mais forte de uma música, ou então quando ocorre uma microfonia, um “tiro”, um “estalo”, um microfone que cai no chão, um grito, etc), mas em outros o sistema trabalhará “folgado” (pianíssimo – as partes mais suaves de uma música, uma pausa no meio da pregação, etc).

Não custa lembrar que, para efeito de cálculo, eles consideram que o amplificador nunca entra em regime de clipping – distorção. 

Para usarmos essa tabela proposta pelos autores, devemos ter em mente sempre a pior hipótese de estilo musical que possa  acontecer.  Uma festa “rave”, cujas músicas praticamente usam sinais senoidais puros por vários segundos, e sempre tudo em volumes altíssimos, precisa considerar seu consumo típico em 100%.  Já um DJ, que executa nas festas som de rock de alta compressão (músicas de CD´s quase sempre sofrem alta compressão), precisam considerar um consumo típico de 40%.

Já para uma igreja, onde se alterna momentos de pregação e de música, o sistema deve ser dimensionado para atender à pior hipótese, que é a de música. Qual tipo de música? Cada igreja é um caso, mas não podemos descartar que às vezes um hino é em estilo de rock mesmo. E é bom lembrar que de vez em quando há uma microfonia, um cabo ruim gerando estalos, etc. Por mais que isso seja indesejado, temos que levar em consideração todos esses fatores.

No documento dos engenheiros, eles propõem um cálculo que envolvem parâmetros complicados, como Fator de Potência, Eficiência Energética, Consumo em Repouso, etc. Alguns desses fatores têm que ser solicitados aos fabricantes, já que raramente estão disponíveis nos manuais. Em resumo: o método pode ser exato, mas muito complicado para a média das igrejas e operadores de som. Já a nossa proposta é trabalhar diretamente com o valor de consumo típico encontrado.

Assim, com base nesses dados, este autor propõe que o consumo típico de igrejas seja calculado com base no valor de 50%. Muito provavelmente o valor será exagerado, mas em eletricidade é sempre bom trabalhar com folga.

Assim,  sabendo-se o consumo elétrico máximo, chegamos ao valor de consumo típico simplesmente dividindo-o por 2 (50%).

Consumo típico do sistema de som da igreja  = Consumo elétrico total estimado / 2

E é esse o valor que será levado ao dimensionamento do sistema.

No nosso exemplo, se nossos equipamentos de sonorização tem consumo estimado de 12.000 Watts, metade disso (50%) é igual a 6.000 Watts! A partir desse valor encontrado (6 KW) é feito o dimensionamento do sistema elétrico do local. Dimensionar o sistema elétrico envolve três coisas: fios de energia, disjuntores e sistema de fornecimento de energia (no-break/gerador).

Para nosso sistema de exemplo, ligado em 127V monofásico (uma fase – o positivo, e um neutro – o negativo), teremos então:

a) disjuntor de 50A, pois 50A x 127V = 6.350 Watts

Na verdade, poderá até haver um disjuntor central de 50A, mas o mais comum é dividir esta capacidade em vários circuitos (um conjunto de disjuntor mais as tomadas a eles ligadas formam um circuito). No caso do Anfiteatro, temos dois disjuntores de 20A para atender aos amplificadores mais um disjuntor de 10A para atender à mesa de som e periféricos. Isso é interessante, pois se um disjuntor dos amplificadores desligar, o som não some completamente, por exemplo.

b) para o cálculo dos cabos, os engenheiros Ruy e Rosalfonso consideram que um cabo flexível transporta aproximadamente 5A para cada 1 mm² de bitola*. Então serão necessários cabos de energia de 10mm² de bitola. (10mm² x 5A = 50A), um para a fase e outro para o neutro. E 50A x 127V = 6.350 Watts.

*Quanto aos cabos, o cálculo exato do dimensionamento deles é bastante complicado. Envolve o tipo do fio (flexível ou rígido), a bitola, o comprimento, se é fio único ou se é paralelo (como nos cabos PP), o tipo de calha/canaleta por onde passa, o local onde está instalado (se próximo a locais com altas temperaturas), a temperatura ambiente e até mesmo a quantidade de emendas. A estimativa de 5A para cada 1mm² é extremamente “conservadora” (existem fios de 1mm² que chegam a transportar 18A em determinadas condições), mas refletem exatamente a realidade da “pior hipótese”, tão comum em sonorização: cabos flexíveis e paralelos, de grande comprimento, mal-emendados, diretamente sob  o sol, etc.

Da mesma forma que no caso dos disjuntores, poderá haver fios principais de 10mm² (ligados ao disjuntor principal) e depois divide-se esses fios em outros mais finos, mais práticos para trabalhar. No caso do Anfiteatro, os disjuntores dos amplificadores são ligados com fio 4mm² e o disjuntor da mesa de som e periféricos é ligado com fio 2,5mm².

c) No caso de haver sistema de fornecimento ininterrupto de energia, precisaremos de um no-break ou gerador de 6KWatts úteis. Todo no-break/gerador tem capacidade especificada em Volts x Amperes (VA, ou mais comum ainda, KVA), mas é obrigatório levar em conta o seu Fator de Potência e o tipo de carga, o que nem sempre vem especificado de maneira clara. Um no-break de 8KVA, por exemplo, consegue alimentar 6KW de cargas resistivas ou apenas 5KW de cargas indutivas. Sempre consulte o fabricante do equipamento, pois o assunto é complicado mesmo.

Falaremos mais sobre no-breaks e geradores adiante.

Nosso sistema de exemplo também pode ser ligado em 220V (muitos sistemas de sonorização de grande porte são 220V, adiante veremos porque), teremos então:

a) disjuntor bipolar (2 pólos, 2 fases) de 30A*, pois 30A x 220V = 6.600 Watts

*Nota: não usamos disjuntor bipolar de 25A porque 25A x 220V = 5500 Watts, valor abaixo do mínimo.

Da mesma forma que antes, esse disjuntor principal poderá ser dividido em diversos circuitos.

b) os cabos continuam transportando 5A para cada 1 mm² de bitola, independente de ser em 110V ou 220V. Só que instalações de 220V são compostas de duas fases mais neutro. Como são duas fases, poderemos usar 2 fios de 5mm². Entretanto, esse valor não é comercial, então devemos usar cabos imediatamente superiores, de 6mm². O neutro, por sua vez, já que é único, continuará sendo de 10mm².

Também esses cabos de maior bitola serão divididos em circuitos menores, com cabos de menor bitola.

c) No caso de haver sistema de fornecimento ininterrupto de energia, continuaremos a precisar de um no-break ou gerador de 6KWatts úteis. A potência do sistema permanece constante, não importa se 50A x 127V ou 30A  x 220V.

Lembrando que esse documento é apresentado de forma bem simples, para que os operadores de áudio tenham noção de como as instalações são feitas e dimensionadas. Existem inúmeras normas, regras e tabelas que devem ser observadas. Consulte um engenheiro ou um eletrotécnico sempre!

E pronto, está feito o dimensionamento do sistema elétrico. São os valores mínimos adequados para que não aconteçam problemas no sistema elétrico. É possível usar mais que isso (cabos e disjuntores maiores, por exemplo), nunca menos. Qualquer coisa menor que o especificado traz o risco do sistema sobrecarregar (disjuntor desarmar, no-break desligar) no meio do evento, isso na melhor das hipóteses. A pior hipótese é um incêndio.

Se no mercado não encontrarmos um determinado valor de disjuntor ou de cabo, por exemplo, deve-se sempre comprar um valor acima, nunca abaixo. Por exemplo, se não existisse fios de 10mm², apenas 8mm² ou 12mm², a nossa escolha deve ser o fio de 12mm², nunca o de 8mm². E o disjuntor deve ser adequado aos cabos instalados.  

Aliás, é bom comentar que disjuntores são feitos para proteger as instalações elétricas (os fios) e não os equipamentos. Com a passagem de corrente elétrica, os cabos ficam aquecidos, e superaquecimento (passar mais corrente elétrica que o adequado) pode levar à destruição do isolante (a borracha isolante se desfaz) e os cabos entram em curto-circuito, com um seríssimo risco de incêndio. Os disjuntores nunca devem ter mais capacidade de corrente (Amperes) que os fios a ele ligados. A proteção dos equipamentos é sempre individual, em geral através de fusíveis.

Um pouco de prática...

O objetivo de mostrar como o dimensionamento do sistema é feito, como mostrado acima, não é para que o operador de som faça o projeto elétrico da igreja ou do local onde o sistema será instalado (ginásio, quadra, praça, salão, etc). O objetivo na verdade é que, tendo que montar um sistema de sonorização em algum lugar, o operador possa ANTES conferir o estado e o dimensionamento da parte elétrica do local.

Muitas igrejas têm instalações elétricas semelhantes às residenciais. Se o instalador seguiu a norma ABNT, toda a instalação é feita em fio único (não paralelo), rígido, sem emendas, de pelo menos 1,5mm², ligado a um conector de tomada que suporta, no mínimo, 10A  em 120V, e a um disjuntor de 10A  de capacidade mínima. Nessas condições, temos 1200 Watts disponíveis para o nosso sistema de sonorização. Isso se não houver mais nada instalado no mesmo circuito elétrico (em outra tomada, mas ligado ao mesmo disjuntor).

O problema começa com a economia na construção. O eletricista (não engenheiro nem eletrotécnico) fala que acha o flexível mais fácil e rápido de trabalhar. Então o responsável pela  obra compra esse tipo de fio, pois há prazos a cumprir e a obra já está toda atrasada. Só que, se era para comprar fio de 1,5mm² rígido, ele compra a mesma bitola, só que flexível, mas desconhece que o fio flexível tem menor capacidade de corrente que o rígido de mesma bitola.

E na hora de comprar o fio, que deveria ser único, o responsável compra fio paralelo (dois fios juntos, presos um ao outro), e faz tudo desse tipo de fio, inclusive aproveitando todos os retalhos em emendas mal feitas e mal isoladas. Na hora de comprar as tomadas, encontra duas com capacidade de 10A, mas a que tem selo do INMETRO é bem mais cara que a outra, que não tem selo nenhum (e não suporta os 10A que deveria).

E o (ir)responsável pela obra faz isso tudo tranquilo, já que tudo ficará escondido do lado de dentro da tomada. Ninguém vai notar a diferença entre uma tomada dentro da norma de outra fora da norma. E na hora que der um problema, o construtor vai estar longe, bem longe dali.

Já que falamos em fios flexivéis e paralelos, vamos falar das extensões elétricas, aquelas que usamos para “puxar” a energia de uma tomada distante. De nada adianta termos uma tomada toda dentro da norma (1.200 Watts) se usamos encaixado nela uma extensão com fio paralelo flexível de 1 mm², cujo valor de corrente máxima é de aproximadamente 600 Watts (5A  x 120V). E esse é o fio típico de uma extensão de energia dessas comuns! A capacidade máxima do sistema de energia deixa de ser o da tomada (1.200 Watts) para o da extensão. Se colocarmos 1200 Watts em uma extensão dessas, ela provavelmente derreterá, poderá inclusive haver um risco de incêndio, pois o disjuntor não atuará, já que não foi atingido o valor limite de corrente dele. Eu já vi isso acontecer. Usar extensões, principalmente as finas, é um perigo. Elas são necessárias, mas precisamos dar muita atenção à elas.

Por essas e outras, as locadoras de equipamentos costumam levar “extensões” grandes (dezenas a centenas de metros), feitas de cabos bem grossos (6mm², 10mm²), ligadas diretamente no quadro de disjuntores do local. Como eles fazem eventos cada vez em um local diferente, e não podem atestar a qualidade das instalações de cada local, eles preferem desprezar as tomadas já existentes do próprio local e usar as suas próprias, as quais confiam, “puxadas direto da fonte”.

Alguns casos reais envolvendo dimensionamento de instalações elétricas

Certa vez fui fazer um evento em uma cidade do interior do estado. O evento seria para 1.000 pessoas no ginásio de uma escola (o único ginásio da cidade). Estava levando uma mesa Ciclotron MIX 24 canais, um amplificador Ciclotron DBK 720 para retorno e dois amplificadores DBK 3000 para PA. Então eu tinha:

Mesa de som: consumo de 100 Watts
Amplificador DBK 720: consumo de 350 Watts
Amplificadores DBK 3000: consumo de 1.200 Watts x 2 = 2.400Watts
Consumo total: 2850 Watts.
Arredondamento (incluindo a folga): 3.000 Watts
Consumo típico (50%): 1.500 Watts.

Do lado de onde estava montando o som havia uma tomada de energia. Estava bem tentadora, exceto pelo fato de ser uma tomada bem velha, bem velha mesmo. Coloquei o multímetro para testar e tinha 125V, perfeito. Mas, por aquelas coisas que só Deus faz, tive o cuidado de desmontar a tomada para ver o estado da fiação interna. Qual a minha surpresa quando o que vi foram fios de telefone, ligando aquelas tomadas. Fios de telefone não tem sequer 0,5mm², e não são feitos para suportar eletricidade. Instalar os equipamentos naquela tomada seria certeza de dor de cabeça. A solução foi levar um cabo de 4mm² do som até o quadro de disjuntores do ginásio.

Mas já houve situações onde não foi possível passar outro fio. Levamos inúmeros equipamentos, mas descobrimos que a única instalação elétrica disponível só agüentaria 1.200 Watts (disjuntor de 10A), e então tivemos que sacrificar algumas coisas. Para não sacrificar muito o público, os instrumentistas ficaram sem seus cubos e pedaleiras, abrimos mão de periféricos e os amplificadores trabalharam com o atenuador em -3dB. Evidente que houve reclamação, mas a outra hipótese era ficar sem som nenhum no meio do evento.

Os exemplos acima foram em eventos fora da igreja. Mas nas igrejas também acontecem muitos problemas. Igrejas antigas costumam ter instalações subdimensionadas (20 anos atrás praticamente não havia computadores, projetores, telões, etc). Foi isso que aconteceu com um amigo meu. A igreja dele foi reformada, acrescentou-se um anexo, cresceu quase 50% do espaço. Por causa disso, ganhou mais caixas e mais amplificadores. E a aparelhagem de som também trocou de posição dentro da igreja. Mas no dia da inauguração do “novo” templo, no segundo hino o disjuntor desarmou, e ele levou um bom tempo para descobrir o problema. Quando finalmente conseguiu  ligar tudo novamente, não demorou muito para o disjuntor desarmar novamente. E ele, sem noções de eletricidade, não sabia o que fazer. Não sabia que, com os acréscimos de equipamentos, ele passou a precisar de pelo menos um sistema elétrico preparado para 15A, enquanto a tomada de energia da onde ele estava situado era de apenas 10A.

O mais interessante foi ele contando a história e comentando “mas no ensaio funcionou tão bom...” e eu falando “mas era ensaio, igreja vazia, menos volume, menos potência, menos consumo...”

Já fiz inúmeros casamentos, e sempre cheguei bem cedo para montar tudo, passar extensões elétricas para onde for necessário, testar tudo. E inúmeras vezes vi a mesma cena: o pessoal da filmagem, com seus poderosos holofotes, chega já próximo ao horário do evento e pedem para usar as nossas extensões, nossas tomadas. Alguns dos holofotes chegam a ter 500W de consumo constante. Eu nunca deixei, pois sei os problemas que podem causar, apesar de vários protestos do pessoal da filmagem. Mas já soube muita gente que passou sérios apertos por deixar a pessoa usar, e simplesmente o sistema elétrico do local não agüentar. Em geral, o disjuntor desarma, mas houve um caso onde o isolamento da extensão elétrica derreteu, fechou curto-circuito, o disjuntor velhíssimo não desarmou e houve um princípio de incêndio. Tudo isso dentro da igreja, no meio de um casamento!

O maior problema que enfrentei, com 8.000 pessoas e nada de som, foi causado exatamente porque não atentaram para o dimensionamento do sistema elétrico. Havia um no-break, que sempre funcionou para sustentar os trabalhos de sonorização e projeção de vídeo (projetores também são consumidores vorazes de energia elétrica). Mas naquele evento em especial, resolveram levar um projetor 3 vezes mais potente (e com consumo três vezes maior). Em vez de um projetor de 10 Amperes, um de 30 Amperes (faça as contas: são mais 2000 Watts de carga). O no-break desarmou no primeiro hino que foi cantado, foi religado, desarmou novamente no segundo hino, foi religado, e no terceiro hino o no-break não agüentou e estourou!