Aula6 Agua Quente 2012

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Andréa Carla Lima Rodrigues

Instalações de Água Quente – Aula 6

UFCGCurso: Engenharia CivilDisciplina: Instalações Prediais

andreaufcg@gmail.com

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Considerações Gerais

O fornecimento de água quente representa uma necessidade nas instalações de determinados aparelhos e equipamentos ou uma conveniência para melhorar as condições de conforto e de higiene em aparelhos sanitários de uso comum.

Assim, não se pode prescindir de água quente em instalações hospitalares, em hotéis e em edifícios residenciais.

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Norma Brasileira

As instalações prediais de água quente são regidas pela NBR 7198/82 e devem ser projetadas e executadas de modo a:

Garantir o fornecimento de água de forma contínua, em quantidade suficiente e temperatura controlável, com segurança aos usuários, com as pressões e velocidades compatíveis com o perfeito funcionamento das peças de utilização e das tubulações;

Preservar rigorosamente a qualidade da água;

Proporcionar o nível de conforto adequado aos usuários;

Racionalizar o consumo de energia.

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Usos da água quente

Os principais usos de água quente nas instalações prediais e as temperaturas convenientes, nos pontos de utilização, são:

Usos Temperaturas (°C) Uso pessoal em banhos ou higiene 35°C a 50°C Em cozinhas 60°C a 70°C Em lavanderias 75°C a 85°C Em finalidades médicas 100°C

Tabela 6.1 – Usos de água quente

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Estimativa de consumo

De acordo com a norma, as peculiaridades de cada instalação, as condições climáticas e as características de utilização do sistema são parâmetros a considerar.

Estimativa de consumo de água quente Edificação Consumo Litros/dia

Alojamento provisório de obra 24 por pessoa Casa popular ou rural 36 por pessoa Residência 45 por pessoa Apartamento 60 por pessoa Quartel 45 por pessoa Escola (internato) 45 por pessoa Hotel (s/incluir cozinha e lavanderia) 36 por hóspede Hospital 125 por leito Restaurantes e simulares 12 por refeição Lavanderia 15 por kg de roupa seca

Tabela 6.2 – Estimativa de consumo de água quente

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Estimativa de consumo

Quantidade de água quente para realizar a mistura

Item Usos Consumo de água quente

(l)

Temperatura da mistura

Quantidade para mistura (l)

Quente (70°c)

Fria (17°c)

1 Chuveiro 30 38°C 12 182 Barba, lavagem

de mãos e rosto

10 38°C 4 6

3 lavagem 20 52°C 13 7totais 60 42,6°C 29 31

Tabela 6.3 – Consumo de água quente em mistura com água fria

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Estimativa de consumo

Capacidade do aquecedorTabela 6.4 – Capacidade e potência de aquecedores

Consumo diário a 70°C

Capacidade do aquecedor (Litros)

Potência (kW)

60 50 0,75

95 75 0,75

130 100 1,0

200 150 1,25

260 200 1,5

330 250 2,0

430 300 2,5

700 500 4,0

850 600 4,5

1150 750 5,5

1500 1000 7,0

2300 1500 10,0

2900 1750 12,0

3300 2000 14,0

5000 3000 20,0

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Materiais utilizados

Nas instalações prediais de água quente são utilizados tubos e conexões de:

Cobre CPVC (policloreto de vinila clorado)

Os tubos de cobre devem ser revestidos com isolamento térmico, para diminuir o efeito da troca de calor com o meio ambiente. Esse isolamento deve estar protegido da umidade e da radiação solar.

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Materiais utilizados

O CPVC é um material com todas as propriedades inerentes ao PVC, somando-se a resistência à condução de líquidos sob pressões a altas temperaturas.

Apresenta uma vantagem em relação ao cobre, que é a dispensa de isolamento térmico, uma vez que o próprio material do tubo é um isolante.

Por essa razão, a água quente chega mais rápido ao ponto considerado, em função da pequena perda de calor ao longo da tubulação.

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Diâmetro das canalizações

Para o dimensionamento das tubulações de água quente, adotam-se os mesmos princípios empregados para água fria.

Também é importante destacar que, ao contrário das tubulações de água fria, em que o superdimensionamento das tubulações não interfere tanto no funcionamento do sistema, no caso das instalações de água quente, o superdimensionamento causa problemas, pois as tubulações podem funcionar como reservatórios, ocasionando uma demora na chegada de água quente até os pontos de consumo e, assim, seu resfriamento.

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Diâmetro das canalizações

Peças de utilização Diâmetro (mm) Banheira 15

Bidê 15 Chuveiro 15 Lavatório 15

Pia de cozinha 15 Pia de despejo 20

Lavadora de Louça 20

Diâmetro mínimo dos sub-ramais

Tabela 6.5 – Diâmetro de subramais

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Sistemas de aquecimento

Aquecimento individual (local) Aquecimento central privado Aquecimento central coletivo

O projetista deve estudar a viabilidade de emprego de cada um sistema e determinar a melhor solução.

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Sistemas de aquecimento

Aquecimento individual (local)

O aquecimento é individual quando alimenta uma única peça de utilização, como por exemplo, um chuveiro ou uma torneira elétrica.

Também pode ser local, quando pequenos aquecedores alimentam um único compartimento sanitário.

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Sistemas de aquecimento

Aquecimento central privado

O sistema é central privado quando atende somente uma unidade habitacional, ou seja, alimenta vários pontos de consumo localizados em cozinhas, banheiros, áreas de serviço. Um exemplo desse tipo de sistema é o aquecedor de acumulação.

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Sistemas de aquecimento

Aquecimento central coletivo

O sistema é central coletivo quando um único conjunto de aquecimento alimenta várias unidades de um edifício, ou seja, várias peças de utilização de várias unidades habitacionais ou de comércio e serviços. Exemplo: edifício residencial, hotel, hospital.

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Tipos de aquecedor

Existem vários tipos de aquecedor, sendo os mais comuns nas instalações prediais:

De passagem Por acumulação

Fontes de calor empregada

Eletricidade Gás Energia solar

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Aquecedores elétricos

São aquecedores que utilizam energia elétrica. Podem ser de dois tipos: aquecimento de passagem ou por acumulação.

Os aquecedores elétricos de passagem são dispositivos interpostos na tubulação para o aquecimento elétrico instantâneo da água (aquecida em sua passagem pelo aparelho).

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Aquecedores elétricos

Principal vantagem dos aquecedores elétricos de passagem:

São compactos e fáceis de instalar, dispensando tubulações

Desvantagens:

Custo do kW Baixa pressão Pouca vazão de água

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Aquecedores elétricos

Os aquecedores elétricos por acumulação (chamados de boiler elétrico) proporcionam maior conforto ao usuário, pois a água é aquecida para posterior consumo.

A acumulação possibilita seu uso com maior vazão em qualquer outro ponto de utilização. Fornece água quente em vários pontos de consumo ao mesmo tempo, não dependendo da pressão da água para seu bom funcionamento.

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Aquecedores elétricos

Aquecimento elétrico por acumulação em residênciasAquecimento elétrico por acumulação em residências

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Aquecedores elétricos

Aquecedor individualAquecedor individual

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Dimensionamento de aquecedor elétrico

Exemplo:

Qual a capacidade de uma aquecedor elétrico para atender a uma apartamento com uma sala e três quartos?

3 quartos x 2 pessoas x 60 l/pessoa = 360 litros

Mas: o consumo de água a 70°C (Tab. 6.3) = 6 x 29°C = 174 l/pessoa

Pela Tabela 6.4 : Capacidade do aquecedor = 150 l

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Aquecedores a gás

Os aquecedores a gás devem ser alimentados pelo reservatório superior de água fria ou por dispositivo de pressurização.

Apresenta como vantagem em relação aos aquecedores elétricos:

Melhor pressão de água que os similares elétricos

Desvantagem: Risco de vazamento se não forem seguidas

determinadas especificações

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Aquecedores a gás

No modelo de passagem, basta abrir a torneira para o aquecedor ligar automaticamente e a água correr aquecida proporcionando conforto (maior fluxo na hora do banho), economia e facilidade de instalação em lugares reduzidos.

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Aquecedores a gás

Mecanismo interno de funcionamento

Fonte: Laboratório de Mecatrônica e Controle - UFRGS

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Aquecedores a gás

O modelos de acumulação armazena a água aquecida. É de fácil instalação e atende a vários pontos de consumo simultaneamente.

A desvantagem dos aquecedores de acumulação – são bem maiores que o modelo de passagem.

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Aquecedores a gás

Além da NBR 7198, para instalações a gás deve ser consultada também a NBR 13103 – Adequação de ambientes residenciais para instalação de aparelhos que utilizam gás combustível.

Devem-se considerar outras normas específicas: NBR 8130, NBR 5899 e NBR 10540 e também as orientações de cada fabricante, pois existem no mercado diversos tipos de fabricantes.

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Aquecedores a gás

Para instalação de qualquer modelo de aquecedor a gás deve-se solicitar a presença de profissional habilitado.

É importante prever ventilação permanente no local onde será instalado o aquecedor, bem como providenciar a adequação das instalações, para evitar riscos.

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Aquecedores a gás

Sugestões para localização de aquecedores instantâneos a gás

Sugestões para localização de aquecedores instantâneos a gás

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Aquecedores a gás

Instalação de aquecedores a gás de acumulaçãoInstalação de aquecedores a gás de acumulação

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Aquecedores a gás

Especificações técnicasEspecificações técnicas

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Aquecimento solar

Devido à escassez de energia , à tendência cada vez maior de aumento de tarifa de energia elétrica, a energia solar vem sendo adotada em grande escala no segmento de aquecedores de água.

Com o desenvolvimento tecnológico dos equipamentos e das técnicas de instalação, os custos de um sistema de aquecimento solar diminuíram significativamente, fazendo com que o custo-benefício acabe compensando , pois é um sistema que combina segurança, ecologia e economia.

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Aquecimento solar

Vantagens:

Economia de energia ( reduz em média 35% da conta de luz)

Fácil manutenção Fonte de energia inesgotável Não produz poluição ambiental

Desvantagem

Comprometimento de sua eficiência em dias nublados ou chuvosos sendo necessária a utilização de um sistema misto (por exemplo: energia elétrica).

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Aquecimento solar

Também é utilizado para aquecimento de piscinas, em substituição aos aquecedores convencionais elétricos e a gás.

Nesse caso, são instaladas placas coletoras em quantidades suficientes para o volume de água a ser aquecido.

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Funcionamento do aquecimento solar

Na instalação convencional devem ser observados parâmetros relacionados a localização e disposição dos equipamentos na cobertura.

Apesar de ser constituído de equipamentos bastante simples e de fácil utilização, o sucesso de sua eficiência depende de uma correta instalação.

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Funcionamento do aquecimento solar

Para uma boa absorção dessa energia, ou seja, para que os coletores recebam maior incidência dos raios solares durante o ano, a inclinação ideal das placas, em relação a horizontal, é um ângulo resultante as soma da latitude do lugar mais 5° a 10°.

Os coletores devem ser direcionados sempre para o norte (para os habitantes do hemisfério sul).

Quando os telhados não possuem essa inclinação, existem duas soluções possíveis: Inclinar os coletores por meio de suportes

independentes Aumentar a área coletora, para compensar as

perdas de captação.

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Funcionamento do aquecimento solar

Inclinação ideal das

placas

Inclinação ideal das

placas

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Funcionamento do aquecimento solar

Detalhes esquemático da instalação de aquecedor

solar

Detalhes esquemático da instalação de aquecedor

solar

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Relação entre os equipamentos

As alturas e distâncias (mínimas e máximas) entre caixas d’água, boiler e placas são fundamentais para a otimização do sistema.

A distância horizontal entre o reservatório térmico e os coletores solares deverá ser de, no máximo 6m.

O desnível entre o topo da caixa d’água e o fundo do reservatório térmico não pode ultrapassar a pressão máxima admissível do equipamento fornecida pela fabricante.

Para melhor aproveitamento de circulação da água quente nas canalizações de alimentação e retorno dos coletores, o desnível entre o fundo do boiler e o topo dos coletores deve ser entre 0,30m e 4 m.

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Funcionamento do aquecimento solar

COLETORES SOLARES

Os coletores solares constituem a parte principal do sistema, pois é através deles que a energia solar é absorvida e transmitida à água que circula pelos tubos do interior do coletor.

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Funcionamento do aquecimento solar

RESERVATÓRIO TÉRMICO

O reservatório térmico (boiler), tem a finalidade de armazenar a água aquecida e conservá-la para posterior utilização.

É fabricado em cobre ou aço inox, com acabamento externo de alumínio. Internamente, a água quente se mistura com a fria, ficando a quente sempre na parte superior.

O boiler possui resistência elétrica que aquece a água em dias em que não há luz solar suficiente. Comandada por um termostato ela liga e desliga de acordo com a temperatura da água.

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Relação entre os equipamentos

Boiler debaixo da caixa d’água

Boiler debaixo da caixa d’água

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Relação entre os equipamentos

Boiler em nível com a

caixa d’água

Boiler em nível com a

caixa d’água

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Dimensionamento do sistema

O dimensionamento de um sistema de aquecimento solar está relacionado diretamente ao número de usuários e à destinação da água quente (pontos de consumo).

Volume do boiler

100 l/pessoa (regra geral para utilização em cozinha, lavatório e ducha);

Banheiras são consideradas à parte, acrescentando-se um volume igual ao da própria banheira;

Coletores

Usualmente adota-se a relação de 1 m2 de área coletora para cada 50/65 litros de água aquecida

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Dimensionamento do sistema

Exemplo:

Dimensionar o sistema de aquecimento solar de uma residência para atender uma família de quatro pessoas. Sabe-se que serão instaladas duas banheiras de hidromassagem, com volume de 200 litros cada.

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Dimensionamento do sistema

Solução

Capacidade do boiler100 litros x 4 pessoas = 400 litrosDuas banheiras = 400 litrosTotal=800 litros

Área Coletora1 m2 50 litrosx m2 800 litrosTotal = 16 m2 de área coletora de energia

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Rede de distribuição

A distribuição de água quente é feita por meio de encanamentos completamente independentes do sistema de distribuição de água fria.

No entanto, o traçado da rede interna de distribuição obedece aos mesmos critérios da rede de água fria.

O ponto de água quente deve localizar-se , por convenção, à esquerda do ponto de água fria, visto de frente pelo observador.

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Pressões mínimas e máximas

A NBR 7198 recomenda que a pressão estática máxima admitida nas peças de utilização e para aquecedores não ultrapasse 40 m.c.a.

As pressões dinâmicas mínimas não inferiores a 0,5 m.c.a.

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Velocidade máxima da água

Os valores máximos para a velocidade da água podem ser calculados pela expressão:

Onde: v= velocidade em m/s D = Diâmetro, m

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Velocidade máxima da água

Velocidades e vazões máximas para água quente

Diâmetro Velocidades máximas

Vazões Máximas

(mm) (pol) (m/s) (l/s) 15 ½ 1,6 0,20 20 ¾ 1,95 0,55 25 1 2,25 1,15 32 1 ¼ 2,50 2,00 40 1 ½ 2,75 3,10 50 2 3,15 6,40 65 2 ½ 3,55 11,20 80 3 3,85 17,60

100 4 4,00 32,50

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Perda de carga

O cálculo da perda de carga é feito do mesmo modo que o para água fria.

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Rede de distribuição

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Rede de distribuição

Fonte: http://www.renatomassano.com.br/dicas/residencial/sistemas_de_agua_quente.asp