As caixas elétricas em um edifício metálico raramente se comportam como as de uma casa com estrutura de madeira. A estrutura ao redor delas é de aço condutor, a armação costuma ficar exposta em vez de ser oculta dentro de paredes acabadas, e o mesmo aço que sustenta o prédio “transpira” quando a temperatura varia. Esses três fatores determinam qual caixa você deve comprar, como fixá-la e como manter o sistema seguro e em conformidade com as normas.
As caixas elétricas são itens pequenos, mas devem estar em conformidade com Componentes de construção metálica como vigas, painéis, isolamento e revestimentos internos.
Este guia concentra-se no nível das caixas: os tipos que você realmente utilizará, como escolher conforme o material, o tamanho e a classificação, como fixar as caixas na estrutura de aço, como aterrá-las e quais normas do NEC se aplicam. Ele não abrange a fiação completa do edifício, o dimensionamento do quadro de serviço nem os cálculos de carga. Considere o que segue como orientação para o planejamento; a instalação final e a aprovação cabem ao eletricista licenciado e à autoridade local competente (AHJ).
Por Que os Edifícios Metálicos Mudam a Maneira como Você Lida com as Caixas Elétricas
A estrutura de aço de um edifício metálico é condutora de eletricidade e frequentemente deixada exposta, o que redefine tanto a forma como você instala uma caixa quanto a maneira como a conecta. Em uma casa de madeira concluída, as caixas são embutidas nas cavidades dos montantes e utilizam a madeira como isolante. Já em um edifício de aço, costuma-se realizar a montagem superficial sobre vigas transversais e terças, ou fixá-las em montantes metálicos de espessura reduzida, com a estrutura condutora a apenas alguns centímetros de distância.
A condensação é a segunda diferença que a maioria das pessoas ignora. Painéis e estruturas de aço esfriam rapidamente, de modo que superfícies internas que parecem secas podem acumular umidade durante variações de temperatura. Uma caixa que seria adequada em um ambiente aquecido e acabado pode precisar de classificação para locais úmidos em uma oficina ou celeiro metálico não climatizado.
Uma verificação prática consiste em analisar a parede antes de consultar o catálogo. Primeiro, determine se o local é uma estrutura aberta ou um ambiente interno já finalizado, pois essa única variável determina o tipo de caixa, os componentes de fixação e, muitas vezes, a classificação necessária. Se errar nessa etapa, você acabará comprando caixas duas vezes.
Tipos de Caixas Elétricas para Edifícios Metálicos
A maioria dos projetos de edifícios metálicos utiliza três famílias de caixas: caixas de dispositivos para interruptores e tomadas, caixas de junção ou de passagem para emendas e roteamento, e caixas à prova de intempéries para locais úmidos ou externos. Cada família está disponível em versões metálicas ou não metálicas, e essa escolha de material tem peso maior aqui do que na construção em madeira.
Caixas para dispositivos
As caixas de dispositivos abrigam interruptores, tomadas e outros equipamentos que o usuário manipula. Em estruturas abertas, elas costumam ser instaladas sobre a superfície, em caixas metálicas ou em invólucros à prova de intempéries; já atrás de paredes internas acabadas, podem ser caixas convencionais para instalação nova, fixadas em montantes metálicos.
Caixas de junção e de passagem
Caixas de junção e de passagem abrigam emendas e permitem que os condutores mudem de direção sem sofrer tensão. Elas devem permanecer acessíveis após a conclusão da construção, o que é especialmente importante em edifícios metálicos, onde painéis internos e isolamento são instalados posteriormente.
Caixas à prova de intempéries e para uso externo
As caixas à prova de intempéries protegem as conexões em todos os locais onde a umidade pode chegar, incluindo muitos pontos “internos” em um edifício metálico não climatizado. Caixas para uso externo e em ambientes úmidos utilizam tampas com vedação e corpos resistentes à corrosão, sendo combinadas com acessórios classificados para as mesmas condições.
Escolhendo a Caixa Certa: Material, Tamanho e Classificação
Escolha o material da caixa de acordo com o método de fiação, o tamanho da caixa conforme a taxa de preenchimento estabelecida pelo NEC e a classificação do invólucro em função da exposição à umidade. Em uma parede exposta de oficina, comece pelo canal de passagem e pela umidade a que ele estará exposto antes de definir o corpo da caixa.
O material deve seguir o método de instalação da fiação. Quando o método é metálico, como cabos EMT ou MC, uma caixa metálica mantém o caminho de ligação contínuo e é geralmente obrigatória; além disso, uma caixa metálica adequadamente aterrada pode servir como parte do caminho de aterramento do equipamento. Caixas não metálicas resistem à corrosão e custam menos, mas não oferecem um caminho de ligação próprio, sendo mais adequadas para métodos de fiação não metálicos do que para sistemas de conduítes.
O tamanho da caixa é calculado com base na ocupação, e não por estimativa. O NEC define a ocupação das caixas no Artigo 314.16, atribuindo a cada condutor uma margem volumétrica e solicitando que você some essas margens. A tabela publicada apresenta valores como aproximadamente 2,25 polegadas cúbicas para o fio 12 AWG e 2,00 para o fio 14 AWG; portanto, trabalhe com a edição adotada pela sua jurisdição. Uma maneira rápida de dimensionar uma caixa:
- Conte os condutores que entram na caixa e, em seguida, some as margens para os grampos e para cada dispositivo, conforme o NEC 314.16.
- Consulte a margem de volume de cada condutor na tabela do NEC adotada.
- Some as margens para obter o volume interno mínimo.
- Escolha uma caixa cujo volume listado atenda ou supere esse total, reservando espaço para circuitos que você possa acrescentar posteriormente.
O local onde a caixa será instalada define o grau de proteção contra intempéries necessário. Locais úmidos e molhados exigem caixas classificadas de acordo com a NEC 314.15, geralmente expressas por classificações de invólucro NEMA ou IP, e tomadas em muitas áreas não residenciais ou úmidas precisam de proteção GFCI conforme a 210.8(B). Tenha em mente o ponto de condensação: em um edifício metálico sem ar-condicionado, “interior” não significa automaticamente “seco”.
| Fator decisivo | Caixa metálica | Caixa não metálica |
|---|---|---|
| Aterramento e ligação à terra | Fornece um caminho de ligação; suporta o aterramento do dispositivo quando devidamente conectado | Sem caminho de ligação próprio; o aterramento depende de um arranjo separado |
| Conduíte metálico (EMT/MC) | Compatível e geralmente exigido | Não é adequado para sistemas de canalização metálica |
| Corrosão em áreas úmidas | Requer corpo galvanizado ou revestido | Naturalmente resistente à corrosão |
| Custo relativo | Mais Alto | Inferior |
| Melhor adequação em um edifício metálico | Passagens de conduítes e áreas industriais expostas onde a ligação é importante | Circuitos com cabos não metálicos em ambientes internos acabados e secos |
Montagem de caixas na estrutura de aço
Em um edifício metálico, as caixas são fixadas em componentes secundários de aço — vigas transversais, terças, montantes metálicos ou perfis adicionais de apoio e calha —, e não em drywall ou madeira, como se faria em uma residência. Parafusos autoatarraxantes ou autoperfurantes de cabeça sextavada para chapas metálicas são inseridos diretamente no aço, geralmente utilizando parafusos de cerca de 1,9 cm de comprimento, embora seja recomendável confirmar o comprimento conforme a especificação da caixa e a espessura do aço. O erro a evitar é apertar demais, pois chapas de aço de espessura reduzida podem facilmente se deformar, e um furo desgastado pode fazer com que a caixa fique solta com o tempo.
As vigas horizontais raramente ficam na altura das tomadas; por isso, os eletricistas costumam instalar canais de suporte ou canais tipo “hat” verticalmente entre as vigas, criando uma superfície de montagem contínua. Se estiver finalizando o ambiente interno, ajuste cada caixa de modo que projete-se além da estrutura, considerando a espessura do acabamento — geralmente cerca de 1/2 a 5/8 de polegada para drywall — para que a parte frontal fique nivelada com a parede.
O local onde você fixará o aço maciço depende do layout da estrutura do edifício, razão pela qual o espaçamento entre vigas e terças de Edifícios personalizados em aço O posicionamento das caixas depende tanto do projeto elétrico quanto das características estruturais. Como as vigas, terças e montantes que você fixa geralmente são perfis leves, conformados a frio, a escolha dos fixadores segue a espessura do aço, em vez de seguir o padrão habitual para parafusos de madeira. Onde Estrutura de aço laminado a frio formam esses elementos secundários; ajuste o parafuso à espessura correspondente. Por fim, vedar todos os pontos em que uma caixa ou um conduite penetram no painel da parede, pois cada abertura constitui um caminho para o ar quente e úmido que provoca condensação.
Aterramento e ligação à terra de caixas metálicas
A conexão elétrica une cada caixa metálica à estrutura de aço do edifício, formando um caminho de baixa resistência de volta à fonte; em um edifício de aço, esse caminho assume maior importância do que em construções de madeira. Uma caixa metálica adequadamente conectada passa a integrar esse caminho quando o condutor de aterramento do equipamento é ligado ao parafuso de aterramento da caixa ou a uma conexão listada, em conformidade com as normas NEC 250.148 e 314.40. Os próprios dispositivos continuam sendo aterrados por meio do EGC, de um dispositivo autogrounding listado ou de um cabo de aterramento. Se essas conexões forem ignoradas, a estrutura condutora torna-se um risco de choque e incêndio assim que um condutor energizado entrar em contato com ela. Verifique a continuidade de cada caixa através do sistema de aterramento antes de concluir qualquer etapa.
Este é o ponto onde os trabalhos elétricos e o envelope do edifício se sobrepõem. Conexões defeituosas e arcos elétricos podem gerar risco de ignição; portanto, a ligação entre as estruturas metálicas e o aperto adequado das conexões fazem parte do mesmo cenário de risco que Proteção contra incêndio em um edifício de aço.
Regras do NEC Aplicáveis às Caixas em Edifícios Metálicos
Além da conexão elétrica, o NEC estabelece limites quanto ao preenchimento total da caixa, se ela permanece acessível, como é mantida no lugar e o que deve suportar em ambientes externos. Nenhuma dessas regras é exclusiva de edifícios de aço, mas a estrutura exposta e os painéis internos adicionais tornam algumas delas fáceis de violar. Considere os pontos abaixo como os critérios que um inspetor efetivamente verifica e confirme os detalhes com base na edição do NEC adotada pela sua jurisdição local ou pela AHJ.
- Preenchimento da caixa (314.16): some as margens para condutores, grampos e dispositivos, e então escolha uma caixa que atenda ao mínimo; para grandes caixas de passagem ou de junção, dimensione de acordo com as dimensões do canal conforme o 314.28.
- Acessibilidade (314.29): caixas de junção com emendas devem permanecer acessíveis; portanto, nunca as esconda atrás de painéis de revestimento, isolamento ou uma parede finalizada.
- Suporte (314.23): fixe cada caixa à estrutura ou a um suporte certificado, e não dependa apenas do conduite, a menos que a caixa, o canal de passagem e o código local permitam uma instalação com suporte por conduite certificado.
- Locais úmidos e molhados (314.15): caixas externas e propensas à condensação necessitam de invólucro classificado e acessórios compatíveis.
- Entrada de condutores (300.14, 314.17): deixe suficiente condutor livre, geralmente pelo menos seis polegadas, e fixe o cabo ou o canal na caixa, passando a capa não metálica do cabo além do grampo.
- Aberturas niveladas (314.21): onde uma caixa fica embutida em uma superfície acabada, mantenha a folga ao redor dentro do limite permitido por essa seção.
Erros Comuns em Caixas Elétricas que Falham na Inspeção
A maioria dos problemas com caixas em edifícios metálicos remonta a quatro atalhos que um inspetor identifica rapidamente: caixas superlotadas, junções enterradas, classificação inadequada para uso externo e conexões fracas. O superloteamento ocorre quando alguém reutiliza uma caixa existente para um novo circuito, em vez de recalcular a capacidade de preenchimento. As junções enterradas acontecem quando o revestimento interno é instalado sobre uma emenda que deveria permanecer acessível.
A falha mais silenciosa é de natureza mecânica. Um auto-roscante apertado demais, que danificou a rosca, ou uma caixa fixada apenas em um painel interno em vez de em aço estrutural, pode passar no primeiro dia e afrouxar posteriormente. Como uma estrutura de aço se expande e contrai a cada ciclo de calor e frio, as fixações e conexões merecem um lugar em seu manutenção de edifícios de aço rotina, com verificações periódicas para garantir que as caixas ainda estejam firmes e as conexões limpas.
Antes de encomendar caixas para um edifício metálico, faça uma breve verificação no local em vez de seguir uma árvore de decisão genérica. Confirme cinco pontos na seguinte ordem:
- onde as vigas, terças ou montantes realmente se apoiam, para que você conheça a superfície de montagem;
- se cada parede permanece com estrutura aberta ou recebe um acabamento interno;
- o método de fiação, que diferencia entre materiais metálicos e não metálicos;
- a quantidade de condutores, que determina o tamanho da caixa conforme o NEC 314.16;
- a umidade a que cada local está exposto, que define a classificação como ambiente úmido ou seco.
Primeiro, defina a estrutura e a realidade da montagem, pois o aço é o único elemento que não poderá ser alterado após a sua instalação. A estrutura, as vigas transversais e as terças C/Z às quais essas caixas são fixadas são fabricadas por um produtor de estruturas de aço, como a Qingdao Fabricação KAFA Co., Ltd., que constrói estruturas de aço leves e pesadas seguindo procedimentos de qualidade documentados. Coordenar antecipadamente o layout da estrutura, os suportes secundários, as aberturas dos painéis e as áreas de fixação com base nos projetos estruturais evita retrabalhos. O preenchimento das caixas, o roteamento dos circuitos, a conexão elétrica e a inspeção ficam a cargo da equipe de eletricidade e da AHJ. Em uma estrutura de aço, é a superfície de montagem que determina a caixa, e não o contrário.
Perguntas Frequentes
Posso usar caixas elétricas de plástico (não metálicas) em um edifício metálico?
Caixas não metálicas são permitidas em muitos circuitos de edifícios metálicos, mas o método de fiação determina se elas são adequadas. Elas funcionam com sistemas de cabos não metálicos em ambientes internos secos e acabados e resistem bem à corrosão; no entanto, não são indicadas para conduítes EMT, MC ou outros conduítes metálicos, onde uma caixa metálica mantém o caminho de ligação elétrica contínuo. Escolha o material da caixa de acordo com o tipo de conduíte antes de comprar.
As caixas elétricas metálicas precisam ser aterradas?
Caixas metálicas devem ser conectadas ao sistema de aterramento do edifício. Conecte o condutor de aterramento do equipamento ao parafuso de aterramento da caixa ou a uma conexão listada conforme o NEC 250.148 e 314.40; aterre cada dispositivo por meio do EGC ou de um método autogrounding aprovado; e verifique a continuidade até o quadro de distribuição.
Como fixar uma caixa elétrica em uma montante ou viga de aço?
As caixas são fixadas ao aço secundário com parafusos autoatarraxantes ou autoperfurantes para chapas metálicas, inseridos em uma viga de apoio, terças, montante metálico ou em um suporte adicional e canal tipo “hat”. Ajuste o comprimento do parafuso à espessura do aço e evite apertar demais, pois o aço de baixa espessura desgastado não segurará a caixa. Certifique-se de que está perfurando o aço estrutural e não apenas um painel de revestimento antes de instalar o parafuso.
Qual o tamanho da caixa elétrica necessária para um edifício metálico?
O tamanho da caixa depende do número e da bitola dos condutores, e não do tipo de edifício. Some a capacidade volumétrica de cada condutor, juntamente com os grampos e dispositivos, utilizando a tabela adotada pelo NEC 314.16; em seguida, escolha uma caixa que atenda ou supere esse mínimo e acrescente margem caso preveja circuitos futuros.
As caixas elétricas externas em um edifício metálico precisam ser à prova d'água?
Caixas para uso externo exigem classificação para locais úmidos ou molhados conforme o NEC 314.15, assim como muitos locais internos não climatizados. A condensação em aço resfriado pode umedecer uma caixa que nunca recebe chuva; portanto, alinhe a classificação do invólucro e dos acessórios à umidade presente no local e confirme a classificação indicada tanto na caixa quanto na tampa.
