Apostila Agua Quente UFSC 2005

Apostila Agua Quente UFSC 2005

(Parte 1 de 3)

Universidade Federal de Santa Catarina

Departamento de Engenharia Civil Disciplina ECV5317 – Instalações I

Prof. Enedir Ghisi, PhD Eng. Civil Eloir Carlos Gugel, Mestrando

Florianópolis, Agosto de 2005

UFSC / Depto de Engenharia Civil / ECV 5317 – Instalações I 2

2 Instalações prediais de água quente3
2.1 Terminologia3
2.2 Informações gerais4
2.2.1 Responsabilidade técnica4
2.2.2 Exigências a serem observadas no projeto4
2.2.3 Finalidade de uso e temperatura da água4
2.3 Modalidades de fornecimento de água quente4
2.3.1 Sistema individual4
2.3.1.1 Geração e reservação4
2.3.1.2 Distribuição5
2.3.1.3 Critérios para escolha deste sistema5
2.3.2 Sistema central privado5
2.3.2.1 Geração e reservação5
2.3.2.2 Distribuição6
2.3.2.3 Critérios para escolha deste sistema6
2.3.3 Sistema central coletivo7
2.3.3.1 Geração e reservação7
2.3.3.2 Distribuição7
2.3.3.3 Critérios para escolha deste sistema9
2.4 Sistema de aquecimento com energia solar9
2.4.1 Uso da energia solar9
2.4.2 Características da energia solar9
2.4.3 Geração de água quente à base de energia solar9
2.4.4 Coletores9
2.4.4.1 Ligação dos coletores1
2.4.5 Cálculo da área dos coletores12
2.5 Materiais utilizáveis14
2.5.1 O cobre14
2.5.2 O ferro15
2.5.3 O CPVC15
2.5.4 O polipropileno16
2.5.5 O PEX (polietileno reticulado)16
2.6 Projeto do sistema predial de água quente17
2.6.1 Avaliação do consumo diário e reservação17
2.6.2 Dimensionamento da tubulação18
2.6.2.1 Vazão18
2.6.2.2 Pressão20
2.6.2.3 Velocidade20
2.6.2.4 Perda de carga20
2.6.3 Fontes de energia20
2.6.4 Formas de aquecimento20
2.6.4.1 Aquecimento direto20
2.6.4.2 Aquecimento Indireto20
2.6.5 Medição individualizada de água quente20
2.6.6 Recirculação de água quente20
2.6.7 Isolamento térmico21
2.6.8 Dilatação das tubulações21
2.6.9 Prumada21
2.6.10 Apresentação do projeto21
2.7 Referências bibliográficas2

Sumário 1 123

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Há situações em que a disponibilidade de água quente sempre foi imprescindível, tais como em hospitais, hotéis, motéis, lavanderias, restaurantes, etc. Paralelamente, houve também uma evolução nas exigências de conforto nas próprias residências. Desta maneira, a instalação de água quente é, hoje, fato corriqueiro na maioria das instalações de padrão médio a alto e praticamente indispensável em qualquer prédio. As exigências técnicas mínimas a serem atendidas pela instalação de água quente estão na norma NBR 7198 – Projeto e execução de instalações prediais de água quente (ABNT, 1993).

2.1 Terminologia Reproduzem-se abaixo algumas das definições apresentadas na NBR 7198 (ABNT, 1993):

• Aquecedor: aparelho destinado a aquecer a água.

• Aquecedor de acumulação: aparelho que se compõe de um reservatório dentro do qual a água acumulada é aquecida.

• Aquecedor instantâneo: aparelho que não exige reservatório, aquecendo a água quando de sua passagem por ele.

• Coluna de distribuição: tubulação derivada do barrilete, destinada a alimentar os ramais.

• Diâmetro nominal: dimensão utilizada para classificar o diâmetro de uma tubulação e que corresponde aproximadamente a seu diâmetro interno ou externo, em milímetros.

• Dispositivo anti-retorno: dispositivo destinado a impedir o retorno de fluídos para a rede de distribuição.

• Dispositivo de pressurização: dispositivo destinado a manter sob pressão a rede de distribuição predial, composto de tubulação, reservatórios, equipamentos e instalação elevatória.

• Engate: tubulação flexível ou que permite ser curvada, utilizada externamente para conectar determinados aparelhos sanitários – geralmente bidês e lavatórios – aos respectivos pontos de utilização.

• Isolamento térmico: dispositivo utilizado para reduzir as perdas de calor ao longo da tubulação condutora de água quente.

• Misturador: dispositivo que mistura água quente e fria.

• Ponto de utilização: extremidade a jusante do sub-ramal.

• Ramal: tubulação derivada da coluna de distribuição, destinada a alimentar aparelhos / subramais.

• Reservatório de água quente: reservatório destinado a acumular água quente a ser distribuída.

• Respiro: dispositivo destinado a permitir a saída de ar e/ou vapor de uma instalação.

• Sub-ramal: tubulação que liga o ramal à peça de utilização.

• Tubulação de retorno: Tubulação que conduz a água quente de volta ao reservatório de água quente ou aquecedor.

• Válvula de segurança de temperatura: dispositivo destinado a evitar que a temperatura da água quente ultrapasse determinado valor.

• Dilatação térmica: variação nas dimensões de uma tubulação devida às alterações de temperatura.

• Junta de expansão: dispositivo destinado a absorver as dilatações lineares das tubulações.

• Dreno: dispositivo destinado ao esvaziamento de recipiente ou tubulação, para fins de manutenção ou limpeza.

• Dispositivo de recirculação: dispositivo destinado a manter a água quente em circulação, a fim de equalizar sua temperatura.

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2.2 Informações gerais 2.2.1 Responsabilidade técnica

O projeto de instalações prediais de água quente deve ser elaborado por projetista com formação profissional de nível superior, legalmente habilitado e qualificado.

2.2.2 Exigências a serem observadas no projeto

As instalações prediais de água quente devem ser projetadas e executadas de modo que, durante a vida útil do edifício que as contém, atendam aos seguintes requisitos:

a) Garantam o fornecimento de água de forma contínua, em quantidade suficiente e temperatura controlável, com segurança, pressões e velocidades compatíveis com o perfeito funcionamento dos aparelhos sanitários e das tubulações, proporcionando o nível de conforto adequado aos usuários; b) Preservem a potabilidade da água no interior da tubulação, devendo haver plena garantia da impossibilidade prática de a água ser contaminada com refluxo de esgoto sanitário ou demais águas servidas; c) Racionalizem o consumo de energia através do dimensionamento correto e escolha do sistema de aquecimento adequado.

2.2.3 Finalidade de uso e temperatura da água

A temperatura mínima com que a água quente deverá ser fornecida depende do uso a que se destina. Nos pontos de consumo poderá ser feita uma dosagem com água fria para obter temperaturas menores, de acordo com os níveis de conforto dos usuários. Alguns exemplos de temperatura relacionados com os usos estão descritos na Tabela 2-1:

Tabela 2-1: Temperaturas indicadas

Ambiente Temperatura indicada

Hospitais e laboratórios 100º C ou mais Lavanderias 75º C a 85º C Cozinhas 60º C a 70º C Uso pessoal e banhos 35º C a 50ºC

2.3 Modalidades de fornecimento de água quente

Como não há fornecimento público ou natural de água quente, ela deverá ser produzida dentro da edificação. Assim, tem-se três modalidades de produção de água quente.

2.3.1 Sistema individual 2.3.1.1 Geração e reservação

Nesta modalidade se produz água quente para um único aparelho ou no máximo, para aparelhos do mesmo ambiente. São aparelhos localizados no próprio banheiro ou na área de serviço. Como exemplo pode-se citar o chuveiro elétrico, onde uma resistência elétrica é ligada automaticamente pelo fluxo de água, conforme mostra a Figura 2-1. Neste caso não há reservação. Um outro exemplo a ser citado são os aquecedores individuais a gás, onde uma chama piloto é acionada pelo fluxo de água; um exemplo de aquecedor pode ser visualizado na Figura 2-1.

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Figura 2-1 – Aparelho de aquecimento de água individual à eletricidade em corte. Fonte: w.ecivilnet.com

2.3.1.2 Distribuição

Para este sistema não existe a necessidade de uma rede de tubulações para água quente, visto que os aparelhos estão geralmente nos ambientes em que são utilizados.

2.3.1.3 Critérios para escolha deste sistema

Este sistema é mais utilizado em edificações de baixa renda, pois o investimento inicial é baixo. A instalação da rede de água quente aumenta o custo da edificação. Vale ressaltar que a instalação de aparelhos com utilização de gás combustível requerem cuidados especiais na instalação e adequação dos ambientes, bem como dispositivo para exaustão dos gases.

2.3.2 Sistema central privado 2.3.2.1 Geração e reservação

Neste sistema se produz água quente para todos os aparelhos de uma unidade residencial (casa ou apartamento). Esta modalidade se torna vantajosa em prédios de apartamentos onde exista dificuldade de rateio na conta de energia e manutenção, que será de responsabilidade de cada condômino. O sistema central privado utiliza basicamente os seguintes tipos de fontes de energia: eletricidade, óleo combustível, gás combustível, lenha e energia solar. Os aparelhos de aquecimento para este sistema podem ser instantâneos (ou de passagem), onde a água vai sendo aquecida à medida que passa pelo aparelho (sem reservação) ou de acumulação, onde a água é reservada e aquecida para posterior uso. Para este sistema de aquecimento, deve haver uma prumada de água fria exclusiva, com dispositivo que evite o retorno da água do interior do aquecedor em direção à coluna de água, tal como o sifão térmico. Os aquecedores deverão ainda contar com dispositivo para exaustão dos gases e os ambientes onde os mesmos serão instalados devem obedecer às normas quanto à adequação de ambientes. No caso de instalação de aquecedores a gás combustível em residências, a norma a ser obedecida é a NBR 13103. A Figura 2-2 ilustra um aquecedor de acumulação à gás.

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Prof. Enedir Ghisi / Eng. Civil Eloir Carlos Gugel chaminé regulador de tiragem câmara de combustão capa externa queimador válvula de água e gás entrada de gás entrada de água fria saída de água fria serpentina produtos de combustão chaminé regulador de tiragem câmara de combustão capa externa queimador válvula de água e gás entrada de gás entrada de água fria saída de água fria serpentina produtos de combustão

Figura 2-2 – Aquecedor de acumulação à gás. Fonte: w.ecivilnet.com

A Figura 2-3 ilustra um aparelho de aquecimento instantâneo à gás.

Figura 2-3 – Aparelho de aquecimento de água instantâneo à gás. Fonte: w.komeco.com.br

2.3.2.2 Distribuição

A distribuição de água quente para este se sistema constitui basicamente de ramais que conduzem a água do aparelho de aquecimento até os pontos de utilização. Este caminhamento deverá ser o mais curto possível para se evitar perda de temperatura na tubulação ao longo do trecho.

2.3.2.3 Critérios para escolha deste sistema

A escolha deste sistema deve levar em conta os fatores financeiros, visto que a instalação da rede demanda um certo investimento inicial. A adequação dos ambientes também deverá ser levada em consideração, visto que os ambientes necessitam de ventilação permanente e espaço físico adequado, principalmente no caso de se adotar aquecedores de acumulação, o que demanda espaço para sua instalação. Em certos casos, a falta de espaço remete à instalação de aquecedores de passagem. Outro fator importante na escolha de aquecedores de passagem ou acumulação é o

Saída de água quente

UFSC / Depto de Engenharia Civil / ECV 5317 – Instalações I 7 caminhamento da tubulação. Trechos muito longos proporcionam perdas de temperatura, o que limita a utilização de um único aquecedor instantâneo. A alimentação de mais de um ponto de utilização com um único aquecedor de passagem também pode ser deficiente. Um aquecedor de acumulação, nestes casos, proporcionaria mais conforto ao usuário.

2.3.3 Sistema central coletivo 2.3.3.1 Geração e reservação

Neste sistema, se produz água quente para todos os parelhos ou unidades da edificação. O aparelho de aquecimento é, normalmente situado no térreo ou subsolo, para facilitar a manutenção e o abastecimento de combustível. É recomendada quando não há rateio na conta, como em hotéis, motéis, hospitais, clubes, indústrias, etc. O abastecimento de água neste caso também é feito através de uma prumada exclusiva. Estes aparelhos (comumente denominados de caldeiras) podem apresentar dispositivos para a troca do energético alimentador (sistema de backup); assim tem-se caldeira a gás e eletricidade num mesmo aparelho, proporcionando a alternância da fonte de energia. Assim como nos aquecedores de acumulação para central privada, o reservatório pode estar situado conjuntamente com o gerador ou não, dependendo do espaço físico destinado ao aparelho. Assim, pode-se ter o gerador no pavimento térreo ou subsolo e o reservatório na parte superior da edificação (cobertura). A Figura 2-4 ilustra uma caldeira à gás. As dimensões variam conforme o volume contido e alguns fabricantes trazem recomendações quanto às dimensões das casas de caldeiras para a instalação das mesmas.

Figura 2-4 – Aquecedor de acumulação à gás combustível. Fonte: w.tenge.ind.br

2.3.3.2 Distribuição

A distribuição neste sistema pode ser ascendente, descendente ou mista. Na distribuição ascendente (Figura 2-5), tem-se um barrilete inferior que alimenta as colunas. Na distribuição descendente (Figura 2-6), as colunas são alimentadas por um barrilete superior. Na distribuição mista (Figura 2-7), existe dois barriletes, um superior e outro inferior.

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UFSC / Depto de Engenharia Civil / ECV 5317 – Instalações I 8 a) Distribuição ascendente

Figura 2-5 – Sistema de aquecimento ascendente. b) Distribuição descendente

Figura 2-6 – Sistema de aquecimento descendente. c) Distribuição mista

Figura 2-7 – Sistema de aquecimento misto. Prof. Enedir Ghisi / Eng. Civil Eloir Carlos Gugel

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2.3.3.3 Critérios para escolha deste sistema

É recomendado quando não há rateio na conta, como em hotéis, motéis, hospitais, clubes, indústrias, etc. É recomendado também quando se dispõe de pouco espaço físico no interior do apartamento, ou então, em situações onde não se deseja a instalação de aparelhos de aquecimento no apartamento. Vale ressaltar que neste sistema a água é oferecida em maiores vazões e o correto dimensionamento do sistema proporciona quantidades de água quente adequadas em todos os pontos de utilização. Entretanto, as perdas de calor no reservatório são maiores do que as perdas verificadas num aquecedor utilizado no sistema central privado.

2.4 Sistema de aquecimento com energia solar 2.4.1 Uso da energia solar

O Sol envia uma quantidade fabulosa de energia à Terra. Anualmente chegam 1018 kWh de energia enviados pelo Sol. Isto equivale a 1013 toneladas de carvão, que é a reserva total de carvão disponível. A humanidade consome aproximadamente 1014 kWh por ano, ou seja, 1/10000 da energia que o Sol envia. O Sol envia por hora a energia que a humanidade consome por ano.

2.4.2 Características da energia solar

A energia solar tem aproveitamento limitado por causa das seguintes características: a) Apresenta-se na forma disseminada, não concentrada, portanto de difícil captação; b) Apresenta disponibilidade descontínua (dia / noite / inverno / verão); c) Apresenta variações casuais (céu nublado e claro);

Assim, além do ônus da captação, também há necessidade de instalação de acumulação para os períodos ou momentos de carência. Entretanto, o uso da energia solar vai se difundindo aos poucos pois apresenta algumas vantagens: a) Não é poluidora; b) É auto-suficiente; c) É completamente silenciosa; d) É uma fonte alternativa de energia; e) Geralmente está disponível no local do consumo.

2.4.3 Geração de água quente à base de energia solar

O sistema de geração de água quente à base de energia solar se compõe de três elementos: a) Coletores de energia (placas coletoras); b) Acumulador de energia (reservatório de água quente); c) Rede de distribuição.

2.4.4 Coletores

O coletor solar é composto basicamente de uma placa de vidro plano, um elemento absorvedor (de cobre ou alumínio), um isolante térmico e uma caixa para proteção destes elementos. A Figura 2-8 ilustra um esquema de montagem de coletor solar.

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Figura 2-8 – Coletor solar.

Os coletores devem ser montados de acordo com as seguintes prescrições: a) Orientação: deverá ser orientado para o norte verdadeiro; b) Inclinação: a inclinação com a horizontal deverá ser igual à latitude do local + 5 a 10º. c) Nível: para que ocorra a circulação normal (fluxo ascendente de água com temperatura mais elevada), deverá haver um desnível de 60cm ou mais entre a saída do coletor e o fundo do reservatório de água quente. A Figura 2-9 ilustra um sistema típico de instalação de aquecimento solar.

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