NOTAS DE AULA SOBRE INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE

,,.

INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ~GUA QUENTE

Eng9 José Roberto Campos ...

1 - GENERALIDADES

A obtenção e a distribuição de água quente podem ser

efetuadas de muitas maneiras distintas, conforme as necessida -

des e a~ 11mit~ç~es que enyolvem as alternativas possíveis de

um projeto especÍfico. Dessa forma, o sistema de aquecimento P.2

de variar desde um simples fogão à lenha, até um conjunto cons­

tituÍdo de grandes caldei~as e reservat6rios especiais, empre -

gando, como fonte de calara eletricidade, gás, ou Óleo; e, mais

recentemente, energia solar.

Qualquer qúe seja o tipo de instalação, o projetista

deverá ter em mente que o sistema deverá respeitar as " exigên­

cias técnicas mÍnimas quanto à segurança, à economia e ao con­

forto" ( NB-128, ABNT).

Os principais usos de água quente, em prédios residerr

ciais~ as temperaturas convenientes, nos pontos da utilização -sao apresentados a seguir:

Uso pessoal em banhos ou higiene

Em cozinhas

Em lavanderias

Em finalidades médicas(esterilização)

35 a 50°C

60 a 70°C

75 a 85°C

100°C ou mais

A distribuição de água quente - desde os aquecedores,

até os pontos de utilização- é feita . através de encanamentos/

completamente independ~ntes do sistema de distribuição de água

fria. O abastecimento de um prédio, pode ser efetuado através

da três maneiras distintas&

Aquecimento Individual (local)& quando o aquecedor

atende a um Único (ou poucos) aparelho (s). Podam ser

incluÍdos nesse caso, por exemplo: torneira ~u chuvei

ro elétrico, pequenos aquecedores à gás (ou elétrico~

que alimentam um Único compartimento sanitário. etc.

Aquecimento Central Privado: quando o aquecedor atenda ,

a uma unidade residencial, isto e, alimenta os mais d!

t

' •

-2~

versos pontos de utilizaç5o localizadas em cozinhas, banheiras ,

etc. Aguecimenta central: quando um Única conjunto de aque­

cimento alimenta as unidades residenciais de um edifÍcio. Geral­

mente esse conjunto de aquecimento é instalada na térreo ou sub­

solo do edifício , de onde parte(u)a(s) canalizaçãa(Ões) que di~

tribui (em)a água quente .para as_pontos de utilização localiza­

das nas diversos apartamentos. Mesma em pr~dias de apartamen~os, o projetista deus

estudar a viabilidade da emprego de cada uma das alternativas /

possfveis (sistema ~ndiuidual 1 centra1 privado, central, ou mes­

mo misto) para que seja determinada a melhor solução. Não é co~ reto partir-se da idéia pré~estabelecida que o aquecimento cen-

p . ~

tral sempre e a soluçao mais conveniente, quando se tratar de·

conjuntas constitu!das de um número relativamente grande de uni dadas residenciais.

Geralmente, o emprega da sistema central é muito bem aceito para hotéis, pois oferece uma série de vantagens com re­

lação ao conforBo do h6spede e facilidade de manutenção para a

administração.

2 - TIPOS DE AQUECEDORES

. ~

Existe uma uar1açao muito grande de tipos de aqueced2 res comerciais. Dessa forma, o projetista deverá conhecer, pelo

menos superficialmente, as caracter!sticas gerais e a terminal~

gia referentes aos tipos mais comuns da aquecedoras.

O princÍpio fundamental~ que deve sempre ser conside­rado pela projetista, apesar de alemen r, é que a água aqueci­

da apresenta densidade menor do que uma água com temperatura in

ferior. Esse fato é muita importante, tanto para justificar o

funcionamento da alguns aquecedores, como para explicar e eui -

tar problemas que possam ocorrer no sistema de distribuição da

água aquecida, até os pontas utilização.

A tabela 1, mostra a variaç da valor da densidade , em função da temperatura da água.

Taba 1: Densidade da ~gua, para diferentes Temperaturas

-3-

T E fvl P E R A T U R A DENSIDADE TEMPERATURA DENSIOnDE

a c o c ---- --- -"-·· -----f----- - -- ------ ----- -- --- -

o 0,99987 40 0,992

4 1,00000 50 0,988

5 0,99999 60 0,983

10 0,99973 70 0,978

15 0,99913 80 0,972

20 0,99823 90 0,965

30 0,99567 100 o, 958

~ título de exemplo, sio apresentadas as Figuras l e

2, que mostram instalaç5es de aquecimento e armazenamento de

água quente bastante rudimentares, mas, muito elucidativas, com

relaçio ao funcionamento de aquecedores mais complmxos.

Na Figura 2, a ~gua presente no sistema est~ sujeita

a uma pressio superior ~ pressio atmosf~rica, o que faz com que

a NB-128, denomine-o de aquecedor de pressia. O aquecedor mos

trada na Figura 1, é um tipo de aquecedor livre. " Em ambas os casos, a agua aquecida na serpentina, tem

sua densidade diminuÍda, em relação à densidade da água que en­

tra na canalização de descida, fazendo com que ela apresente te~

d~ncia de subir pela outra canalizaçãoo Mesmo que não haja en -

trada de água fria, no reservatório, ocorrerá a recirculação con

tínua entre a água do reservatÓrio e a água presente na serpen­

tina. Para bom funcionamento, portaAto, a extremidade da canali

zação de descida da água deverá sempre estar localizada em ní­

vel inferior à extremidade da canalização de subida e, a canali

zaçno de saÍda de água quente deverá ser instalada como deriva­

ção da canalização de subida (ver Figura 1) ou na parte superfur

do reservatÓrio (ver Figura 2).

-,

I I

(

FRIA ÁGUA

~

c HAM IN E

r r--

-~-

/

TORNEIRA li! ESPIRO

OiiiOIA Jf .. ...

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'•

" , ;.ISOLÀ~Eíáo - 11 ÁGUA MAIS OUENTE ~ o " ~- ~ÁGUA MAIS FRIA" , -: _d:b_ ~ , :7:•: "/ ../kt-_ ~. ~ ,. /. ~,, • 1//'·'"'··1// '. /..~;Y, ''M'• .

~

PARA 'PONTOS

- -----{:>

DE CONSUMO

l rAGUA OU ENTE

l . .

' SERPENTII'IA.

-c ----1,;0.

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-!

1-

F o G Ã o

"" ' -~~ ..... -

Figura 1: Aquecedor Livre

"

, CHAII41NE

l

-

ENTRADA DE

ÃGUA FRIA

SOIII PRESSÃO

SERPENTINA

llJl;;c;;;=::;::=;:;;;;;~r---()~ PARA PONTOS

OIE CONSUMO

r ÁGUA QUENTE

(~~ -~ J) ~ - A. .r------

r

,.., F O G A O

Figura 2: Aquecedor de Pressão

-5-

-6- .

... Os dois aquecedores mostrados sao de aquecimento dire

to, isto é, o aquecimento, é obtido pelo contato imediato da ,

fonte de calor com a agua. A Figura 3, mostra um tipo.de aquec~

dor a gás, que também pode ser classificado como sendo de aque­

cimento direto.

SERPENTI9dA

CHAMA PILOTO

QUENTE

I!:CANISMO

CO"'TROLAOOR ·

OA VAZlO OE IJA1

S

~====:=:::s <l _ru' s

Figura 3: Aquecedor de Aquecimento Direto

I •

Esse aquecedor possui uma "chama-piloto", que

ser mantida com consumo de gás muito pequeno, que permite

acendimento do queímador sempre que ocorrer escoamento de

pode

o , agua

na serpentina. No ponto A existe uma "redução de secção" que

provoca perda de carga e, consequentemente, uma diferença de

pressão que é transmitida, através de dois pequenos dutos, en­

tre os dois lados de uma membrana que aciona~-por sua vez, a

a válvula reguladora da vazão de gás que tem acesso ao qu~ima -

-7-

dor. Quanto maior for a vazio de ~gua fria, maior ser~ a diferen

ça de pressio transmitida, e, por conseguinte, maior ser~ a va­

zio de g~s de alimentação do queimador. Esse tipo de aqueceóor d~

ve ser instalado em local bem \.(sntilado e dever~ dispor de !!cha­

miné", dimensionada de acordo com a capacidade do aparelho. Uuan

do o projetista especificar esse tipo de aquecedor, deverá ter

o cuidado de verificar a pressão mÍnima necess~ria para que o

mesmo funcione convenientemente (consultar cat~logos), pois ocor

re perda de carga relativamente grande em seu interior.

A Figura 4 mostra o esquema de funcionamento de

aquecedor de aquecimento indireto; nesse caso o aquecimento

obtido pela utilização de um fluido intermedi~rio (Óleo,

etc) aquecido diretamente.

r GASES EXPANSIO

<Ji------,--

ISOLAMENTO

.:-·"'-! .·"~.~//,;

z

um , e

, agua,

' AGUA SUP~ AGUA QUENTE

1 C A L O l'l

CALDEIRA

AQUECIDA

<i--­

ftiECIACULAfÃO

IN TE RCAMBIAOOR

( RESERVATdRIO)

' AGUA FRIA

Figura 4: Funcionamento de um tipo de aquecedor de

aquecimento indireto

-8-

Na Figura 4, observa-se que existem dois circuitos di~

tintos: um circuito fechado, de água que é aquecida diretamente ,

na "caldeira" e outro, em que ocorre o aquecimento da agua que ,

sera utilizada para abastecimento.

A canalização do circuito fechado contém água (ou ou­

tro liquido conveniente; por exemplo, Óleo) que é 11 Superaquecida 11

empregando-se como fonte de calor: gás, Óleo ou lenha. Parte des

se circuito (serpentina) ' imerso em um reservatÓrio alimentado;'

por água fria (e eventualmente, também por água de retorno do

sistema de distribuição de água quente), onde ocorre o aquecimen

to e armazenamento da água que será fornecida para sonsumo.

Para compensar as perdas de l!quido, no circuito fech~

do (quando o l!quido contido nesse circuito for água), existe uma

canalização de água fria que permite a entrada de água nesse cir

cuito, apÓs sua passagem pelo "vaso de expansão". Esse dispositi

vo é constituÍdo basicamente por uma pequena 11 caixa 119 provida de

torneira-de-bÓia: com o abaixamento de nÍvel nessa caixa há a

admissao de água fria, que alimenta a mesma.

Jls Figuras 5 e 6, mostram alguns detalhes sobre esse ti

po de aquecedor, muito utilizado em instalaçÕes em que é adotado

aquecimento central.

VASO DE EXPANSAO~

'I ~

L ..... ~ .. ~ ... Figura 5: Exemplo de Instalação de dois Conjuntos

de Aquecimento, em paralelo.

soldo elo o'guca quente para

"CALDEIRA" reds

entrada de a·gua fria

vaso de •=ponsio volvulo de bolo

t_~:::}::.. ----.., Isolamento ~---_-....,::,

~--~~~ ',,1

INTI!:FICAMB IAOOR

ERESEIIIVATÓRIO l

I I I I

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I i I I I I I I

-9-

Figura 6: Esquema de instalação de um tipo de aquec~

dor de aquecimento indireto

Os aquecedores ainda podem ser classificados como:de

passagem e de acumulação. são exemplos de aquecedor de pas­

sagem o chuveiro elétrico (Figura 7), torneira elétrica, aque­

cedor à gás (mostrado na Figura 3), etc .. Esse tipo de aparelho ,

nao exige reservatÓrio, aquece a água quando da sua pass8gem pe

lo mesmo.

energia elétrica

chuveiro

Figura 7: Exemplo de Aquecedor de Passagem

O aquecedor de acumulação possui um 11 reservc.1tÓrio

-10-

dentro do qual a água acumulada é aquecida por um dispositivo ;

adequado" (NB-128) ..

~s Figuras 5 e 8, mostram aquecedores que se enqua -

dram nessa classificação •

-11-

ISOLANIEI'ITO

I

RESERVATORIO

ERMOSTATO

FIOS ENERGIA , ELETRICA

~~:[1:1:::::rlll== <r--A'GUA f"I'IIA

t t p.'o UA p.'euA

QUENTE FRIA

Figura 8: Exemplo de Aquecedor de Acumulaçia

"Os aquecedores de acumulaçia e de baixa pressão (até

2 m de coluna de água, geralmente usados em residências), deve­

rao ser instalados de modo que a canalização de alimentação de

água fria saia do reservatÓrio em cota superior ao aquecedor ,

entrando no mesmo pela parte inferior; essa canalização d~

verá ser provida de registro de gaveta. A canalização de , agua

quente deverá sair pela parte superior oposta, e provida de res

piro" ( NB-128).

Os aparelhos apresentados nas figuras anteriores re­

presentam apenas algumas alternativas que o projetista dispÕe pa

ra obter a aquecimento da água a ser distribuÍda. l conveniente

que o mesmo consulte todos os catálogos de aquecedores comer

ciais disponÍveis, para que possa escolher a opção mais conve -

niente (técnica e economicamente) para cada casa.

l importante salientar que cada tipo de aquecedor ( e

mesmo, cada fornecedor) exige condiçÕes especÍficas de: produ -

ção de água quente, vazão máxime, pressão mÍnima e ~áxima 1 que

devem ser rigorosamente respeitadas no projeto e na instalação.

Às vezes, o descuido em não se consultar o fabricante (ou catá­

logos) pode ser muita desastroso, com relação à segurança e fun

-12-

cionamento da instalação.

3 - SISTEMA DE AQUECIMENTO CENTRAL PRIVADO

O sistema de aquecimento central privadb ~ muito utili

zado em pr~dios de apartamentos e residincias de alto pédrão.

Existem à disposição,, no com~rcio, mui tos tipos e mar­

cas de aquecedores à gás e elé~ricos, que podem ser empregados p_~

ra esse fim, cabendo ao projetista a escolha daquele mais inte -

ressante para cada caso, ponderados os seguintes fatores:

- segurança;

- capacidade;

- espaço e local, necessários para a instalação;

- custa de instalação; ,

- custo de operação (consuma de energia elétrica, gas,

etc);

- custa e facilidade de manutenção;

- durabilidade;

- etc.

A Figura 9 mostra, ~m apartamento dotada de sistema de

aquecimento central privada.

Figura 9: Exemplo de Sistemas de Aquecimento central

pr iv·ado

-13-

Aquecedores de acumulação e de alta pressão, geralmen-

-te sao ~tilizados em apartamentos com aquecimento central priva-

do. A NB-128 imp5e alguns detalhes para instalação desse tipo de

aquecedor: "Os aquecedores de acumulação e de alta pressão deve­

rão ser instalados de modo que a canalização de alimentação de

água fria seja derivada da coluna de distribuição em cota supe­

rior ao aquecedor, entrando nos mesmos pela parte inferior; essa

c~nalização dever~ ser provida de registro de gaveta e válvula de

segurança sendo proibida a instalação de válvula de retenção. A

canalização de água quente deverá sair pela parte superior opos­

ta, sendo desaconselhada a sua ligação a um respiro conjugado pa

ra todos os pavimentos~

4 - SISTEMA DE AQUECIMENTO CENTRAL COLETIVO

Esse sistema de aquecimento é muito utilizado em ho­

téis, ediffcios~ hospitais, etc. Como, nesses casos, a vazão de

demanda de água quente pode variar contínua e imprevisivelmente,

e como a "vazão de picon pode ser relativamente grande, são uti­

liz8dos aquecedores de acumulação, que permitem o armazenamento

da água aquecida durante as horas de consumo mfnimo, atendendo,

assim,ao abastecimento de água quente, durante as horas de consu , .

mo max1.moo

De maneira geral, podem ser caracterizadas as seguin -

tes variaçoes para o sistema de aquecimento central:

- descendente sem retorno;

-descendente com retorno (com e sem bombeamento);

- ascendente sem retorno;

-ascendente com retorno (com e sem bombeamento);

- misto;

Qualquer que seja a escolha do projetista, deverá ser

prevista uma canalização especial, para conduzir a água fria do

reservatÓrio superior até o(s) intercambiador("storage")., Essa

canalização devsrá ser totalmente independente do barrilete que

alimenta as colunas de distribuição ae água fria. Todas as colu-

-14-

nas oe distribuição de água quente deverão ser providas, em seu - r -lnlClO? de registro de gaveta, assim como os ramais que derivam

aessas colunas ..

O escoamento nas colunas de distribuição de água quen-

te çode ser "de baixo para cima", ou vice-versa, conforme as con

dir~es especificas de cada projeto, recebendo, o sistema, o no­

~e ue ascendente ou descendente, respectivamente.

As Figuras 10 e 11, mostram esquemas relativos a siste

mas centrais de aquecimento ascendente e descendente, sem retor-

no ..

("""'~ IIII:SPIRO

IIIE.5!RVATO.RIO

De: ... ·ou A FRIA

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;igura 10: Sistema Ascendente sem Retorno

-15-

a. 00

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INTEIItCAWDIAOOA CA.t. -

~-- --- OEI~A

~ ~ T

Figura 11: Sistema Descendente sem Retorno

Em ambos os casos (Figuras 10 e 11), pode ocorrer que

a água "armazenada 11 nas extremidades das canalizações de

distribuição, esfri~ até temperaturas insatisfatÓrias e, quando

uma torneira (ou registro) é aberta(o) nesses pontos, escoará /

água fria durante algum tempo atá que a água quente, presente em

pontos mais distantes, atinja o local de consumo.

Para evitar (ou atenuar) esse problema podem ser pre-

vistas canalizaçÕes de retorno e instalaçÕes de bombeamento,

para permitir (ou melhorar) a recirculação da água resfriada pa~

cialmente no sistema. ,..,

As Figuras 12 e 13 mostram esquemas em que sao utili-

zadas canalizaçÕes de retorno e instalaçÕes de bombeamento.

-16-

Nesses casos, a ~gua da(s) canalizaç~o(3es) de retorno ~ novamen

te aquecida no intercambiador, atingindo as canalizaçÕes de dis­

tribuiç~o.

Naturalmente, quando h~ recirculaçao (e o sistema for

bem projetado), o problema desagradável de se ter que esperar a!

guns momentos para a obtenção de água quente, em alguns pontos de

consumo, poderá ser superado.

rRt:3PtAO

III!GEAVATO.IIIIC 011 A"CiiUA tri!IIA

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OIÜt A

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figura 12: Sistema Ascendente com Retorno

a - -------------------

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Figura 13: Sistema Descendente com Retorno, com

Bombeamento

-17-

Devem ser tomados cuidados especiais para evitar que a

água aquecida atinja o reservatÓrio de água fria; por esse moti

vo, deve ser prevista uma válvula de retenção na canalização de

água fria que alimenta o aquecedor. É interessante, também, que

seja colocada válvula de retençao, na canalização de retorno p~

ra serem evitadas eventuais tendências de escoamento no sentido

inverso ao desejado.

Todas as instalaç~es deverão ser providas de respiro

(em nível superior ao nÍvel d'água no reservatÓrio de , agua

fria) e de válvulas de segurança.

A Figura 14, apresenta o esquema geral de uma initala

-18-

çao de aquecimento e distribuição de água quente, de um prédio de

apartamentos.

COSER

•• ..

s• ..

4• ..

a• ..

z• ••

,. I

AG UA

. I'"St!A

TERR o

Figura 14: Aquecimentci Central Coleti~o. Tipti Descen­

dente, com Retorno sem 8ombeament.o

-19-

5 - DIMENSIONAMENTO

5.1 - Estimativa de Consumo

A NB-128, recomenda os valores m!nimos mostrados na

Tabela 1:

Prédio Consumo litros/dia

Alojamento ,

24 provisorio 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 (sem cozinha e

sem lavanderia) I

36 por hÓspede

Hospital 125 por leito

Restaurante e similar 12 por refeição

Lavanderia 15 por Kg de roupa seca

Tabela ls Consumo de Agua Quente

Logicamente, conforme as condiçÕes especÍficas do pré

dio para o qual o projetista está desenvolvendo os estudos, p~

derá haver necessidade de serem adotados valores superiores aos

estubelecidos pela ABNT. Na falta de informaçÕes mais precisas

deverão ser adotados consumos m!nimos obedecendo aos valores es

tabelecidos ~ela NB-128.

5.2 - VazÕes das Peças de Utilização

-A Tabela 2, mostra os valores das vazoes, a serem con

sideradas no dimensionamento para as principais peças de utili­

zação (NB-128).

·.I Peças de Utilização de Vazão (i/s) ·~---------------+------------~

Banheira

Bidê

Chuveiro ,.·-;'

Lavadora de Roupa

Lavatório

.Pia de despejo

Pia de càzinha

0,30

0,06

0,12

0,30

0,12

0,30

0,25

Tabela 2: Vazão das Peças de Utilização

5.3 - Estimativa das VazÕes Máximas prováveis

-20-

-A NB-128 recomenda que a estimativa de vazao para di-

mensionamento de uma canalização seja feita considerando o fun­

cionamento não simultineo (salvo casos especiaié) de todas as

peças por ela alimentadas. A vazão máxima prováve~ poderá ser

determinada atrav~s da utilização da fÓrm~~a, ~ séguir, ou do

nomograma mostrado na Figura 15.

Q = cffp ' onde:

Q - vazão (1/s)

C - coeficiente de descarga (0,30 1/s)

~P- soma dos pesos correspondentes ~ todas as peças

suscetíveis de utilização simultânea, ligadas ~

canalização~

A tabela 3, apresenta os pesos para as peças de ·utili

zação usuais (NB-128).

Peças de utilização de Peso

Banheira 1,0

Bidê 0,1 I

Chuveiro 0,5

LavatÓrio I ' o, 5

Pia de despejo 1,0

Pia de cozinha 0,7

Lavadora de roupa 1,0

Tabela 3: Pesos relativos das peças de utilização

Q=MJ/l..'p

Vmu=-Y~~o xy-;-uyo Onde:

Q em 1/s

V em m/s

D em m

lO 9

6

1

6

·O

0.3 ~.o ~~·,

I j-o.9 ro.e . 0,5 J

0.7

0,5

lo.f ' i 0,4

I I I

' I Cl.

0,3 w

"' o c: ._ IAJ ::!: <[

. -"' IAJ o N <[

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o 0.1

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o 1/)

IAJ o.~ a.

1/)

o o

0,1

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::!: o 1/)

1000 900

600

700

600

500

300

100 90

e o 70

60

50

40

30

.20

lO

100.

90

F ~i:: ~ r

100000 90000

soooo 70000

60000

50000

40000

30000

n•o 10000

J .t:~: ~ -€ :::: o 1=

l :ao -I- s ooo

-t4000 :-r-t= 3000 I I I I

2000

1000

Figura 15: Diimetros e Vaz5es em funçio dos Pesos

-21-

-22-

t importante salientar que poderá ocorrer situação em

que o projetista terá que adotar criteriosamente vazoes superio­

res aquelas propostas pela NB-128, em função das particularida -

des das instalaçÕes previstas. Portanto, o projetista deverá sem

pre obedecer as condiçÕes mÍnimas impostas pela ABNT, mas deverá

levar em consideração que, em casos especiais, o dimensionamento

poderá exigir que a vazão adotada seja a soma das vazÕes das pe­

ças de utilização e não a vazão calculada em função da somatória

de pesos (Q=C~ ). Por exemplo no caso de balneários, em que

há possibilidade de uso simultâneo, de determinadas peças, em

função da presença de usuários, de modo que todas as instalaçÕes

tenham que funcionar simultaneamente, durante algum tempo.

5.4 - Pressões

No dimensionamento das canalizaçÕes devem sempre ser

consideradas as pressÕes mÍnimas e máximas admitidas nas peças de

utilização, bem como as pressÕes recomendadas pelos catálogos r.§!.

ferentes aos aquecedores e as peças especiais utilizadas no sis­

tema .. -A NB-128, exige que "As pressoes de serviço nas tornei-

ras e chuveiros não devem ser inferiores a 1,00 e 0,50 metro de

coluna d'água ou seja, 0,1 kg/cm2 e 0,05 Kg/cm2 , respectivamen -

ten e que a ~pressão estáti.C~:a máxima nas peças de utilização, as­

sim como nos aquecedores, não deve ser superior a 40,00 metro de

coluna de água, ou seja, 4,0 Kg/cm2 , devendo-se prever meios - . lt 1' . ~ adequados para que nao seJa u repassado esse ~m~te.

5.5 - Diâmetro das CanalizaçÕes

A NB-128 recomenda que, para o dimensionamento das ca­

nalizaçÕes, bem como para a avaliação das perdas de carga, seja

empregada a FÓrmula de Fair Whipple-Hsiao (Figura 16), respeitan

do-se que a velocidade nessas canalizaçÕes seja inferior a 4,00

m/s e a 14~ (D: diâmetro da canalização em m, resultando velo­

cidade em m/s).,

Encanamento do Aeo Gahranlxcrdo Encanamento do Cobre ou de Latão

J v --Q D J \1 Q CttoiPtmm) ..,

'"'""'' lm/Jog'l (1/U<J) lpol) lmm) (fTIAn) (m/.segl ( t/segl ..... lD 4 c

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2 110 .. m (/J 110

..., "O .. OI Dl

O. I .. .... li .. 40 li Dl 40

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CO•Z'I.tt$/'011

0.001 <O ,OQII\.'1.& Ol VAIII•l!ti411'1'1.E•HSIÃO

o ..... , ~z

..... a., •• Ol 'O~IA(/~A OE FAiit-WHlPPU •I!St.io IO~S,.!IJ4.1 D I m (/J

-24-

A Tabela 4 apresenta os diâmetros máximos recomendáveis

em função da velocidade e da vazãa.máximas e a Tabela 5 fornece

os diâmetros mÍnimos a serem adotados para os sub-ramais que ali

mentam as peças de utilização mais comuns.

Diâmetros Velocidades ,

maximas VazÕes ,

maximas

( mm) (m/seg.) (litros/seg)

15 (l/2") 1,60 0,20

20 (3/4") 1,95 0,55

25 ( 1" ) 2,25 1,15

32 (1 1/4 11) 2,50 2,00

40 (1 1/2") 2,75 3,10

50 ( 2" ) 3,15 6,40

65 (2 l/2u) 3,55 11,20

80 ( 311 ) 3,85 17,60

~00 ( 4" ) 4,00 32,50

Tabela 4: Velocidades e VazÕes Máximas

Peças de Utilização de Diâmetro (mm)

Banheira 15 (1/2 11)

Bidê 15

Chuveiro 15

Lavatório 15

Pia de cozinha 15

Pia de despejo 20 (3/4 11)

Lavadora de roupa 20

Tabela 5: Diâmetro dos sub-ramais

O uso da F6rmula de Fair Whipple-Hsiao, e das Tabelas

4 e 5 permite , de maneira geral, a dimensionamento das canali­

zaçÕes que distribuem água quente até os pontos de utilização ,

contudo o engenheira deve, além desses ~ados, obter dados mais

especÍficos com relação as instalaçÕes que estão sendo projeta­

das, tendo em vista que o sistema deverá possibilitar vazÕes e -pressoes convenientes em todos os pontas.

-25-

Quando ~ elaborado um projeto de instalaç~es de ~gua

fria, em caso de dÚvida, o projetista poderá adotar diâmetros li

geiramente superiores aqueles obtidos através de cálculos e esti

mativas,e, mesmo que o sistema nio exij~, apÓs executado, os diâ

metros colocados, mesmo assim as instalaç~es podem apresentar bom

funcionamento, à despeito desse superdimensionamento. No caso

de instalaç~es de água quente, o superd~mensionamentb geralmente

tem consequ~ncias desastrosas, pois as canalizaç~es poderio fun­

cionar como 11 reservatÓrios 11, ocasionando uma demora ,excessivame!!.

te grande na chegada da água até os pontos de consumo, e assim ,

o seu resfriamento.

A Única canalização que pode funcionar com uma certa I "folga" é a canalização que conduz água fria desde o reservató -

rio superior até o sistema de aquecimento.

Antes de iniciar a dimensionamento da barrilete e colu ,. q • , I nas o projetista devera verificar a pressao m1n1ma que podara

ocorrer no inÍcio de cada coluna, se o sistema for descendente-ou

na final de cada coluna - se o sistema for ascendente , de modo

que a pressão nos pontos de utilização do pavimento mais crÍtico

(geralmente, Último andar), obedeça aos valores mÍnimos estabele

cidos pela ABNTe pelos cat~logos das peças instaladas.

De posse do valor das press~es mÍnimas (admitindo-se

coeficiente de segurança) exigidas nos pontos crÍticos , o pro­

jetista disp~e de condiç~es para es-timar,- grosseiramente, o va­

lor limite admissivel para a perda de carga unitária média nas

canal L:aç ~es.

RESERVATÓRIO

.d P" PRESSlO MI'NIMA EXIGIDA

AQUECIMENTO

AH

. RESERVATORIO

AQUECIMENTO

Figura 17: Esquemas de distribuição descendente e ascendente

-26-

A Figura 17, apresenta dois esquemas que serão utilizados p~

ra ilustrar exemplo de estimativa inicial do valor de J (m/m) p~

ra se efetuar o dimensionamento das canalizaçÕes. Esse exemplo ,

não apresenta rigorismo hidráulico e serve apenas para uma esti­

mativa inicial grosseira da perda de carga.

No caso (a)

J. . . 1 A H ~n~c~a =------------------------~~~-----------------------------------

L1 + L2 + L3 + leq + Perdas no sistema de aquecimento

No caso (b)

Jiniciai =------------------------~~H~---------------------------------

-se um

das de

mitido

L1 + L2 + Leq + Perdas no sistema de aquecimento

l valor

carga

L = eq

impos~fvel, sem o conhecime~to dos diimetros, obter­

para L (comprimento equivalente, relativo às pe~ eq localizadas); para efeito dessa estimativa será ad-

O,SzLi ,.

Esses cálculos permitem a avaliação grosseira de um

valor de J (m/m) para que tenha inÍcio o dimensionamento propri~

mente -dito das.canalizaç;es consideradas.

De posse desse valor limite (J), dimensiona-se as cana

lizaçÕes, determina-se o valor de J para a canalização comercial

adotada e verifica-se se'os diâmetros escolhidos satisfa~em as con---- -- - -·- ·- .

diçÕes de projeto, considerando-se agora os valores reais das pe~

das de carga localizadas (L ). eq

Logicamente, nessa segunda etapa (dimensionamento pro­

priamente dito) cada trecho poderá ter um valor distinto para a

perda de ccitga unitária (J), conforme o diâmetro adotado. Geral­

mente não há interesse, nem condiçÕes de se adotar um Único diâ­

metro para todos os trechos considerados.

O dimensionamento das colunas deverá obedecer às condi

ç5es impostas pela ABNT, e quando não houver problemas de pres­

são, poderão ser adotados os diâmetros mÍnimos estabelecidos pe­

las tabelas 4 e 5.

-27-

085:- Em todas as etapas do dimensionamento, como mos~

trado anteriormente, foi desprezado o efeito da variação da den­

sidade da água. Em alguns casos, no entanto, pode ser interes

santa que se considere esse fenômeno e a avaliação de seus efei­

tos no sistema ..

5.6 - Aquecedores

~a escolha de um aquecedor, devem ser ponderados, al'm

de outros fatores já mencionados, principalmente: volume do res&

vatÓrio (se houver) de água quente, tempo de aquecimento da águÇl

do reservatÓrio (se houver), produção de água quente, em 1/h.

A seguir, apresenta-se a Tabela 6 e a Tabela 7, muito

~teis para fornecer informaç~es básicas fla escolha de um aquece­

dor. r------· ·-·-- --T ioo do ~gua quente Consumo Duração Capaci Capaci-EdffÍcio

, . . da pie. a dade de da de h o na cessar l.a a nas oca

60 c si~es de horas de reserva rária de 11 pico 11 em carga tório em aqueci-

função I

l/h menta em I do cons. função do I I diário uso diá-I rio i

i Residência 60 1 ! por

i 1 1~ partamentos pessoa por 1/7 4 l/5 1/7

~téis dia

EdifÍcios de 2,51 por 1/5 2 1/5 1/6

escritÓrios pessoa/dia \ --

Fábricas 6,31 por

pessoa/dia 1/3 1 2/5 1/8

-Restaurante

3ª classe 1,91 por refeição

2ª classe 3,21 por 1/10 1/10 refeição

1ª classe 5,61 por refeição

..

I Restaurante

3 refeiç~es 1/10 8 1/5 1/10 por dia

1 refeição/dia 1/5 2 2/5 1/6

Tabela 6: Consumo de f.. ~ . \ gua Quente nos Edl.fl.cl.os{H.CREDERJ

I ---- ·---- ---- --

I :

I Ca;Jacidnde do reservatÓrio

em litros

Consumo dilh·io em litros

AplicaçÕes

60 75 115 175 230

115-230 230-380 380-760 760-1140 1140-1710

Péquena FamÍlia FamÍlia FamÍlia FamÍlia

famÍlia média média grande grande

Pequena Um ,

Dois ba Loja Pequenos so -casa banheiro nheiros pequena edifícios

de aptQs

I I I

I

Tabela 7: Valores usuais de capacidade de ReservatÓrios

(H .. CHC:..:C:R)

I

290 -------

1710-2330

Grandes

casas

Pequenos

edifÍcios

de aptQs

-29-

Para aquecedores el~tricos de acumulaç~o a NB-128, re­

comenda os valores mostrados na Tabela 8.

Consumo diário

60

95

1)0

200

260

330

430

570

700

8SU

ll'7J

15UO

1900

2.300

2900

3300

4200

5000

ai I I I

I I I I I

____ _!.._

Capacidade do aquecedor

(L)

50

75

100

150

200

250

300

400

500

600

75(]

1000

1250

1500

1750

2000

2500

3000

Tabela 8: Dimensionamento de Aquecedores

El~tricos de Acumulaçio

Potência I

K~·J ------~

I

0,75 i

0,75

1,0

1,25

1,5

2,0

2,5

3,0

4,0

4,5

5,5

.7; o 8,5

10,0

12,0

14,0

17,0

20,0

;r ,~uando utilizado o Óleo como fonte de calor, para de-

terminaç8o da ca8acidade das caldeiras e dos reservatÓrios de

água qu8nte correspondentes,

da ,:- igura 16 ( fB-128).

,, recoí;Jenda-se o emprego do manograma

i

·.( 0:

w o ..I <(

o <( c

-eeo ... o

J: \ .J

o o

140 o 13!0 1.')

100 w 100 o •o 70 <

o e o o

ao W :l

eo 0 <

A• V•V3, 1/4 ETC REPRESENTAI'-1 A RELAÇÃO DO VOLUME 00 RESERVATÓRIO DE ÁOUA OUENTE PARA O CONSUMO TOTAL DIÁRIO. RECOMENDA-SE OESOE 1/3 PARA RESIOÊP• CJAS GRANDES ATÉ 1/7 PARA PRÉDIOS DE APARTAMENTOS MUITo ORANOES.

a• O VOLUME REAL DO F'<ESER\/ATÓRIO OBTEM-SE MULTIPLICANDO-SE POR 1.:33 O VO· LUME TEORICO OBTIDO PELA APLICACÃO DA REt...ACÃO ADOTADA PARA L.EVAR C:M CONTA O VOLUME NÃO UTILIZÁVEL COMO ÁOUA OUENTE NO RESERVATÓRIO

O• EXEI'-1PLO DE CÁLCULO PRÉDiO COM 24 APi~RTAME.NTOS DF" 5 PESSOAS CONSUMO DIÁRIO 24x5x60 L/DIA .. 7200 l \iOLUME TEÓRICO DO RESERVATÓRIO• I/Sx7.200• 1.440.1.. vOLUME REAL• 1..33 x 1.440• !.920 L. CAPACIDADE OA CALDEIRA:-33.600 C~L/H (ADOTAR TAMANHO COMEROAL.. tMEOIA­·TAMENTE SUPERIOR PREVER CALOEIRA DE RESE::RVA) . Aa.JA AQUECIDA OE SO"'C: 670L/H

Figura 18: Capacidade das Caldeiras e dos ReservatÓrios

(fonte de calor:6leo) - (NB-128)

-31-

Ap6s a estimativa do consumo di,rio do ediffcio,da

vaz~o m'xima orov~ve1 e do volume a ser armázenado (se necess~rfuJ

o projetista deve consultar cat~1ogos e fornecedores parQ a

escolha do aquecedor mais conveniente.

~ interessante que, al~m do custo de insta1aç~o, tam -

..Jém seja considerado o custo de operação de um sistema de ar;ueci

manto ..

A seguir, apresenta~se, o c~1culo çomparativo simplifi

cada uo c~nsumo de g&s encanado, g~s liquefeito de petr6leo(GLP)

e er1eroia el~trica, para uma resid~ncia que utiliza e~ m~dia,300

litros de ~gua quente por dia. ,. . ,

Supondo-se que a temperatUra da agua devera ser eleva-

da de 2~°C a 70°C, tem-se:

;_.; = m.c. [1t= 300 x 1, O x 50 = 15 .. 000 k Cal

Considerando-se que:

Pot~ncia cAlor!fica (eletricidade) = 860 kCal/KW . 3

~oder calorffico (g~s encanado) = .4200 kCal/m

Poder ca1or!fico (GLP) = 11.000 kcal/kg

Para se obter 15.000 kcal, hav~r' necessidade de:

~~letricidade:

Gás encana.do:

GLP:

15.000 kca1

860 kca1/I<W = 17,44 kW

15 .. 000 !<cal

4200 kcal/m3

15.000 kcal

11.. OOOkcal/kg

3 = 3,57 m

= lf 36 kg -

O levantamento do custo de g's ou energia el~trica, n~

~peca do projeto, dar' condiç~es para se avaliar o custo de ope--raçao do sistema.

As canalizaç3es que transportam a ~gua quente e os

reservatÓrios, devem ser convenientemente isolados de modo que

n~o haja perdas excessivas de calor, onerando a operação do sis-

-32-

tGma e tornando-o ineficiente ..

Recomenda-se que as canalizaç~es tenham isolamento com

~ateri2~= convenientes, obedecendo ~s espessuras (NS-128) mostra

das na Tabala 9.

I, _:J ;:

4'' a

Bu 8

--------.------------------ --- - .

•i.~~:;etro do Tubo Espessura do Isolamento

::•L (l/2" a 1 1/4") 65 (1 1/2" a 2 1/2") llJO ( 3'' a 4'' ')

i

l -i

20

30

40

50 ~·credes planas __________ .~__ _______________ - ..... --

Tajela 9: Isolamento de Canalizaç~es (diferenÇa de

temperatura entre água e ar: 50°C)

-Us isolantes comuns mais conhecidos sao: massa de

amianto e cal; calhas de cortiça, 1~ de vidro, etc; vetroflex (

tipo ue feltro muito leve que apresenta boas propriedades iso -

lantes); ver~1iculite (obtido de um tipo comum de mie~; isolado­

res compostos (obtidos atrav~s de misturas e ligas empr~gando -

-;;e~ t11rfa, pÔmice, etc.

l importante salientar que a camada isolante deve peE

mitir alcum movimento das tubulaç~es visto que elas apresentam

dilataç~o ou retração bastante sens!veis em função das variaçoes

de temperatura ..

A figura 18, apresenta um trecho de uma coluna de dis

tribuiç~o e orna derivação de um apartamento, com o conveniente

isolauento.

-33-

.. .. ... ~· •L

~·· . .... . . {;: :.' ."t· •' .• ::· ·'! ... ··:

.. .. :. ..... .;·: ~:-e :~

~::· ··. . , : •'

. ·· .. ··: -:,• ..

~! . .. "' •f .. ~.

;~ !t! " .. .,

~.:; . .... ... ;:i ... .•. :~; ~·:: ·::

COLUNA OIE OIS TRIBUIÇÃO

CANA

MIEI A-CANA Of! MATERIAL ISOLA.NTE

MATERIAL 13 O L ANTE (PASTA DE AMIANTO f! CAL.I

CANALIZAÇÃO

Figura 18: Exemplo de isolameritri

Nesse exemplo sao utilizados, para o isolamento, dois/·

materiais distintos: no trecho vertical o isolamento ~ constituí

do por uma camada de pasta de cal e amianto preparada "in loco 11

e no trecho horizontal o isolamento ~ feito por "meias-cana" que

podem ser adquiridas no com~rcio.

No trecho horizontal foram utilizadas "meias-canas"

porque elas admitem algum movimento da canalizàção, evitando

a dilatação da coluna vertical (mais significativa que a da

' que

h o-rizontal, no caso) provocasse mo~imentos que ocasionariam a rup­

tura do revestimento da parede (reboco). As "meia~-canas" admi -

tem maior liberdade ~ canalização que a pasta.

A camada isolante dev~ sempre ser constituÍda de mate­

riais que não ap~esentam aderincia ~ canali~aç;o e que permitam

algum movimento da canalização sem transmitir esforços para o

-34-

exterior dessa camada isolante. Dessa forma nunca se deve prep~

rar uma pasta isolante "in loco 11, que contenha cimento, em su~

composição.

Para canalizaçÕes aéreas é comum o emprego de cama-

da de pasta ou ''meias-canas" isolantes, envolvidas por algum te

cido ou material aluminizado.

7 - MATERIAIS

"Os tubos podem ser de cobre, latão (quando de liga

especÍfica), aço galvanizado ou não e bronze, desde que obede -

çam as especificaçÕes aprovadas para cada material".(NB-128) .. "

"As conexõe~ podem ser de cobre, latão (quando de li­

ga especÍfica), ferro. maleável galvanizado ou não a· bronze, de_!

de que obedeçam ~s especificaçÕes aprovadas para cada material"

(NB-128).

"Os registros, v~ilvulas e torneiras devem: a) ser fei

tos de bronze, latão o~ outros materiais adequados; b) obedecer

às especificaçÕes aprovadas para cada material." (NB-128)

"Os materiais para juntas devem ser adequados aos tu­

bos empre§ados, vedado o uso de materiais nocivos ~ sa~de." -Tecnicamente, o melhor material para a execuçao das

instalaçÕes de água quente á o cobre, pois sua durabilidade su­

pera de maneira extraordinária a durabilidade dos outros mate -

riais comumente empregados para esse fim.

~ importante lembrar que a uniao incorreta entre um

tubo de cobre e um tubo de aço galvanizado, poda ser muito da -

sastrosa para as instalaçÕes, tendo em vista as propriedades de_!

ses materiais quando postos em contato.

~s vezes, por descuido do responsáv~l pala obra, ou

falta de material, o encanador coloca um tubo da aço galvaniza­

do junto com um tubo de cobre.

A Figura 19, mostra dois tipos de ligação.

lt S COAM lENTO -- : I : : "-coiUOSÁO

I TUBULAÇÃO 1;)1!: COIHIIIE TUBULAÇÃO Dll P'IE~RO

ERRADO

TUl!liULAÇÃO OE COBRE

ACEITÁVEL

Figura 19: Cuidado no uso da tubos de cobre

juntamente com tubos de .ferro

-35-

Quando o tubo de cobre encontra-se anteriormente ao tu , bo de aço galvanizado, no sentido de escoamento, ocorrera a cor-

rosio do segundo, tendo em vista que "fragmentos" da canalizaçio

de cobre podem ser arrastados pela corrente lÍquida e deposita -

dos em reentrâncias do outro tubo. Com esse fato, e devido às

propriedades dos metais em questão, haverá a ocorrência de fenô­

menos el~tricos que provoca a corrosão do metal menos nobre, no

caso, o ferro. No Brasil, as tubulaç~es de cobre podsm ser adquiridas

em peças de 4 a 6 metros de comprimento e as espessuras e diâme­

tros são padronizados pela ABNT: P-NB-150 e P-EB-257.

As juntas podem ser desmontáveis ou permanentes (sold~

das por capilaridade). -As juntas permanentes sao executadas mediante a utili-

zação de soldas. Os três tipos de solda mais c~muns, sio:

- "solda capilar com solda mole: 50% de estanho e 50%

de chumbo"; "solda capilar com solda mole de maior resist~ncia :

95% de estanho e 5% de chumbo";

- "solda brazagem com solda à base de latão, ligas de

prata e ligas cobre-fÓsforo. Este processo exige tem

peraturas de soldagem acima de 600°C, o que provoca

-36-

-recozimento e amolecimento dos tubos e conexoes. Para compensar

deve-se empregar tubos de paredes mais grossas. Esse processo '

indicado para lÍquidos com temperaturas acima de l00°C e gases

ou ar sob pressio igual ou superior a 8 atm" (H.Creder).

O coeficiente de dilataçio de cobre ~ aproximadamen­

te igual a 0,000017/°C.m, resultando uma variaçio de 0,85 mmpor

metro de comprimento de tubo, quando sua temperatura variar de

50°C.

Esse fato poder~ provocar rachaduras no reboco, se a

canalizaç~o estiver solid~ria do material de revestimento das

paredes. Para canalizaçÕes longas, são recomendadas, pelo menos

as seguintes providê.ncias:

- Emprego de juntas de dilatação, em intervalos conve

nientes (ver Figura 20};

- Escolha de pontos fixos nas canalizaçÕes e outros

deslizantes;

Uso de material isolante que permita o livre movi -

manto da tubulação, sem transmitir esforços ao reb~

co (quando a tubulação for embutida em paredes);

FIGURA 20 - Exemplos de Junta ~e Dilataçio

-37-

8 - OBSERVAÇÕES GERAIS

- A canalização de ret~rno, poderá ter isolamento ou

não, de acordo com a opção do projetista. Alguns engenheiros pre~

ferem não fazer esse isolamento com objetivo de provocar maiores /

diferenças de temperatura, de modo a "estimular" a recirculação por

"termo-sifão";

- Sempre que o percurso da água quente for muito grande,

ou/e as perdas de carga no sistema forem excessivas, em relação à pressão disponÍvel (imposta pelo nível d•água no reservatório sup~

rior), deverá ser prevista a instalação de uma bomba, para auxi

liar a recirculação.

Se o percurso for muito grande ~ de se esperar que, nas

condiçÕes mais comuns de velocidade de dimensionamento, a água~r~

sente temperatura inconveniente nos pontos de consumo mais crÍti -

cos (admite-se, que a queda da temperatura da água seja da ordem de

1°C cada 5 m de percurso, para as condiçÕes usuais de projetos e

instalaçÕes, bem executadas). Nesse caso o emprego de bomba para

recirculação pode ser muito vantajoso.

- "Todas as canalizaçÕes, depois de instaladas, devem ser

submetidas a provas de pressão interna, antes de serem isoladas ou

eventualmente revestidas. As canalizaçÕes devem ser lentamente /

cheias de água, certificando-se que o ar foi completamente expeli­

do e em seguida submetidas a uma pressão de 50% superior à pressão

estática máxima nas instalaçÕes, não devendo em ponto algum da ca-

nalização ser inferior a 10 mca, ou seja, 1,00

ensaio será de 5 horas, pelo menos". (NB-128) l 2 -kg em • A duraçao do

- Sempre que houver possibilidade de aumento de pressão,

em um trecho de canalização ou outro componente do sistema (devido

ao ~umento de temperatura), deve-se usar válvulas de segurança.

-38-

BIBLIOGRAFIA

ABNT, Rio de Janeiro ~ Insta1aç6es Prediais de ~gua Quente.

Rio de Janeiro, 7 P• (NB-128)

CREUER, H. ~ Insta1aç~~s Hidr~u1icas e Sanit,rias, Rio de Janei­

ro, Ao Livro T~cnico, 1972, 412 p~

MORGANTI S/A. Ind. e Com. - Therme~6, Erother~ic, Sio Pau1o,l974

ANEXO

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I

f} Jl o,J o," o,s o,.? o,; 0,1 0,2 o, a 0,4 0,1 419 ;,s o,; . 170 1,0 1,6 0;4 '·' D,IJ

,g J. 0,4 0,4 0,1 o,J o,; o,• o,2 0,2 •v o,r 6,7 1,6 o,q '•" r,f s,s o,s '·' ;,., . 25 '! 0,5 0,7 o,e 0,4 o,J o,s 0,2 «;J ;,,1 0,2 8,2 4',6 O,S ,,., ,,, r,; o,1 ;,r h» n jt'-' o,, 0,9 '·' o,s 0,4 o ,e o,; "·" o,g o, a ff,J $;6 0,1 .?,1 11,1 ro,o c,o :a; 4,/J I 11 ,,; 0,9 '·' '!.1 0,6 o,s 0,1 o,; ~5 t,o 0,1 11,1 IP D;IJ 2,4 2,il YI/J t,() il,.? 4,6

s~ 2 .. ' 1,4 , '7 o, e o,s o,g 0,4 ·0/1 t,S 0,4 , 7,4 ~s '•' 1,5 J,g 14,0 t,S 4,11 ""' dJ a.; 1,1 1,7 2,{) 0,9 O,lf r, o o,s . I),!J 1,9 0,4 21,0 to,o 1,1 4,1 4,1 I 71 0 1,9 !1,3 I, t

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Comprimentos Equivalentes (m)