Instalações Prediais I

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1 Instalações Prediais I Profa. M.Sc. Maria Letícia C. L. Beinichis Curso Arquitetura e Urbanismo

2 Conteúdo Programático Instalações Prediais de Água Quente 1. Conceitos gerais 2. Elementos da instalação de água quente; 3. Dimensionamento; 4. Materiais, equipamentos e aparelhos.

3 1 Conceitos Gerais Curso Arquitetura e Urbanismo

4 Normas e Conceitos A Norma Brasileira que fixa as exigências técnicas mínimas quanto à higiene, segurança, economia e ao conforto dos usuários, as instalações prediais de água quente é a NBR 7198/93 Instalações Prediais de Água Quente. A norma aplica-se a instalações de água quente para uso humano com temperatura de no máximo 70 o C. A norma preconiza para água quente as mesmas condições gerais da água fria, ou seja, que as instalações devem ser projetadas e executadas de modo a garantir o fornecimento de água e preservar a potabilidade, acrescentando proporcionar o nível de conforto adequado e racionalizar o consumo de energia.

5 Normas e Conceitos Algumas definições importantes: 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 (de passagem) Aparelho que não exige reservatório, aquecendo a água quando de sua passagem por ele. Dispositivo anti-retorno Dispositivo destinado a impedir o retorno de fluidos 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.

6 Normas e Conceitos Algumas definições importantes Isolamento acústico Procedimento para reduzir a transmissão de ruídos da instalação. Isolamento térmico Procedimento para reduzir as perdas de calor nas instalações. Misturador Dispositivo que mistura água quente e fria. Reservatório de água quente Reservatório destinado a acumular a água quente a ser distribuída. Dilatação térmica Variação nas dimensões de uma tubulação, devida às alterações de temperatura. Dispositivo de recirculação Dispositivo destinado a manter a água quente em circulação, a fim de equalizar sua temperatura.

7 Normas e Conceitos São condições específicas das instalações de água quente (NBR 7198/93) 1. Aquecedores Devem ser alimentados pelo reservatório superior de água fria ou por dispositivo de pressurização; O projetista deverá especificar o tipo de aquecedor instantâneo (ou de passagem) ou de acumulação, com o volume, temperaturas máxima e mínima de operação, fonte de calor e potência; Para os aquecedores de acumulação deve-se observar cuidadosamente as características do sistema, como frequência de utilização, volume de armazenamento e capacidade de recuperação.

8 Normas e Conceitos São condições específicas das instalações de água quente (NBR 7198/93) 1. Aquecedores A instalação hidráulica do aquecedor deve ser independente, nunca acoplada à coluna que tenha válvula de descarga ou de forma direta da rede pública. A entrada de água fria deve partir sempre em nível superior ao do aquecedor, para evitar que o mesmo se esvazie no caso de falta d água. Não devem ser colocadas válvulas de retenção na entrada de água fria dos aquecedores, mas utilizam-se respiros ou válvulas de segurança na saída da água quente.

9 Normas e Conceitos São condições específicas das instalações de água quente (NBR 7198/93) 2. Estimativa de consumo de água quente levar em consideração as condições climáticas e as características de utilização do sistema predial de água quente. 3. Temperatura da água É obrigatória a instalação de misturadores quando houver possibilidade de a água quente fornecida no ponto de utilização ultrapassar 40 o C. 4. Pressão de serviço (Ps) Não deve ultrapassar 400 kpa nos pontos de utilização. 5. Velocidade da água Não deve ser superior a 3 m/s. 6. Vazão de projeto nos pontos de utilização a vazão deve ser estabelecida a partir das características do aparelho sanitário e das necessidades do usuário deste aparelho. 7. Tubulações Observar o tipo de material escolhido, podendo ser necessário o isolamento térmico e acústico da instalação. Levar em consideração no projeto o efeito da dilatação e contração térmica da tubulação, bem como as perdas de carga, com respectiva junta de expansão ou outro dispositivo. As tubulações de água fria, que alimentam misturadores, não podem estar conectadas a barrilete, colunas de e ramais que alimentam válvulas de descarga.

10 Normas e Conceitos Tipos de materiais utilizáveis Cobre Mais utilizado, possui custo elevado e vida útil longa. Como apresenta alta condutividade térmica, exige um bom isolamento térmico. Possui boa resistência à corrosão e baixo custo de manutenção. Aço Carbono Galvanizado Baixo custo, porém, sua vida útil é mais curta, quando comparada à vida útil da edificação, em função das incrustações e corrosão à que está sujeito. Como o cobre, apresenta alta condutividade térmica, exigindo um bom isolamento térmico. CPVC (Plicloreto de Vinila Clorado) É o material mais barato dentre os comercialmente disponíveis e utilizados. Possui vila útil longa, baixo coeficiente de dilação, baixa condutividade térmica, o que dispensa o isolamento térmico. Sua limitação está na temperatura máxima suportada pela tubulação 80oC. Isso exige a instalação de uma termo-válvula que impede que a água ultrapasse a temperatura limite. Por ser material plástico, deve-se ter especial cuidado com a sustentação da tubulação de forma a impedir deformações. PPR (Polipropileno Copolímero Random 3) Material mais caro. Possui bom desempenho hidráulico e dispensa uso de isolamento térmico. É resistente à corrosão.

11 2 Elementos da Instalação de Água Quente Curso Arquitetura e Urbanismo

12 Elementos da Distribuição de Água Quente Aquecimento e Distribuição de Água Quente Fontes de energia Combustão sólidos (madeira, carvão, etc.), líquido (óleo, álcool, querosene, etc.) e gás (vapor de caldeira, GLP, etc) Eletricidade Energia solar Vapor/Caldeira Usualmente, as fontes são associadas como forma de, na eventual falha ou falta de suprimento de um tipo, outro tipo ser capaz de complementar.

13 Elementos da Distribuição de Água Quente Aquecimento Solar Vantagens: Fonte de energia não poluidora e autossuficiente; Silenciosa; Disponível no local do consumo. Desvantagens: Difícil captação, por ser fonte de energia disseminada; Apresenta descontinuidade no fornecimento dia/noite, céu nublado/claro, etc; Elementos: 1. Captor (voltado para o norte, com inclinação igual à latitude local + 10 ) 2. Reservatório de acumulação de água aquecida 3. Tubos e acessórios 4. Bomba de circulação, quando a circulação por termossifão for insuficiente

14 Elementos da Distribuição de Água Quente Classificação dos sistemas prediais de água quente Sistema Individual produção de água quente para um aparelho de utilização único ou no máximo aparelhos no mesmo ambiente. São eles chuveiro elétrico e aquecedores de passagem; Sistema Central privado produção de água quente para todos os aparelhos de uma unidade habitacional (casa, apartamento). São utilizados nesse sistema os aquecedores de acumulação. Sistema Central coletivo produção de água quente para todos os aparelhos de todas as unidades habitacionais da edificação. É recomendado quando não há rateio da conta de energia e da manutenção, como em hospitais, hotéis, motéis, clubes, indústrias, etc.

15 Elementos da Distribuição de Água Quente Sistema Central Privado

16 Elementos da Distribuição de Água Quente Sistema Individual e Sistema Central Privado com 2 zonas de pressão

17 Elementos da Distribuição de Água Quente Sistema Central Coletivo Distribuição Ascendente quando a água é bombeada a partir de um barrilete inferior. Pode ser sem retorno (tubulações inferiores a 30 m) ou com retorno (tubulações acima de 30 m) e com ou sem bombeamento.

18 Elementos da Distribuição de Água Quente Sistema Central Coletivo Distribuição Descendente quando a água para um barrilete superior e então distribuída. Também pode ser com ou sem retorno e com ou sem bombeamento.

19 Elementos da Distribuição de Água Quente Sistema Central Coletivo Distribuição Mista Utiliza os dois métodos, ascendente e descendente conjugados. As colunas de distribuição descendentes podem ser utilizadas para fazer o retorno.

20 Elementos da Distribuição de Água Quente Formas de Aquecimento 1. Aquecimento direto quando o calor é transferido da fonte para a água aquecida, sem by-pass. Utiliza-se esse tipo de aquecimento no sistema individual, como os aquecedores de passagem (elétricos chuveiros, ou à gás) e no sistema central privado (elétrico ou à gás). Em C há um alargamento assim a pressão em A é menor que a pressão em B

21 Elementos da Distribuição de Água Quente Formas de Aquecimento 2. Aquecimento Indireto A fonte de calor aquele um fluido intermediário que cede calor para a água no equipamento denominado intercambiador. É utilizado quando se tem o sistema Central Coletivo

22 Elementos da Distribuição de Água Quente Elementos do Sistema Predial de Água Quente Alimentação; Gerador de Água Quente (Aquecedor); Barriletes; Sistema de Distribuição ascendente, descendente, mista; Pontos de utilização; Sistema de retorno; Bombas de recirculação.

23 3 Dimensionamento Curso Arquitetura e Urbanismo

24 Dimensionamento Determinação do Consumo Diário Conforme NBR 7198/93, o consumo diário de água quente se dá conforme o tipo de ocupação: Tipo de Ocupação Alojamento provisório de obra Casa popular ou rural Residência Apartamento Quartel Escola (internato) Hotel (sem incluir cozinha e lavanderia) Hospital Restaurante e similares Lavanderia Consumo (l/dia) 24 por pessoa 36 por pessoa 45 por pessoa 60 por pessoa 45 por pessoa 45 por pessoa 36 por pessoa 125 por leito 25 por refeição 15 por kgf de roupa seca Cd = C.P, onde Cd é o consumo diário de água quente (l/dia) a 70oC, C é o consumo diário per capita de água quente (conforme tabela da Norma) e P é a população da edificação.

25 Dimensionamento Determinação do Consumo Diário Para residências e apartamentos considerar 2 pessoas por dormitório mais dependência de empregado (1 pessoa por dependência); Caso a residência possua banheira, o acumulador deverá ter capacidade, no mínimo, igual a da banheiro (de 150 a 180 l); Se o apartamento tiver central coletiva, para os cálculos de consumo diário considerar 2 pessoas por dormitório, 1 pessoa por dependência de empregado, 150 l por máquina de lavar roupa e 180l por banheira instalada. Exemplo 1: Residência com 3 dormitórios, 1 dependência de empregada e 1 banheira instalada. C = (3 dorm. X 2 pessoas + 1 pessoa (empregado) )x45l/pessoa + 1 banheira C = 7 pessoas x 45l/pessoa + 180l = 495 l/dia

26 Dimensionamento Determinação do Consumo Diário Exemplo 2: Edificação com 10 pavimentos, 2 apartamentos por andar, cada apartamento com 3 dormitórios sem dependência, mas com banheira C = (10 pavimentos x 2 aptos/pav. x 3 dorm x 2 pessoas) x 60l/dia + 2x10 banheirasx180l C = 120 pessoas x 60l/dia l = l.

27 Dimensionamento Determinação do Consumo Diário Para aquecedores elétricos (Boiler), de sistema central privado, a Norma recomenda os valores ao lado: Consumo Diário (l) Volume aquecedor (l) Resistência (KW) , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0

28 Dimensionamento Determinação do Consumo Diário Para aquecedores com caldeira a óleo ou a gás: 1. Calcula-se o Consumo Diário (Cd) 2. Considera-se a temperatura do reservatório (t2) menos a temperatura natural (t1) igual a 50 o C t2 t1 = 50 o C 3. Calcula-se a capacidade teórica ou volume teórico do reservatório de água quente usando uma fração do Cd: Residências Apartamentos médio porte Apartamentos grande porte V = 1/3Cd V = 1/5Cd V = 1/7Cd 4. Toma-se para o reservatório um volume real (Vr) = 1,33 V 5. Com os valores de Cd e V obtém-se no gráfico a vazão horária de água aquecida (l/h) e a capacidade da caldeira (Kcal/h).

29 Dimensionamento No eixo X coloca-se o valor do Consumo Diário (Cd). Sobe-se até a linha correspondente ao Volume teórico (V). Nesse encontro, horizontalmente à direita, tem-se o volume de água aquecida necessária por hora e à esquerda, a capacidade da caldeira em Kcal/h.

30 Dimensionamento Exercício: Dimensionar o sistema de produção de água quente para um prédio de 12 pavimentos, com 4 apartamentos de 3 dormitórios por pavimento. No sistema a óleo ou gás: Consumo Diário Cd = 12 pav. x 4 apart. x 3 dorm. x 2 pessoas x 60litros = litros. Volume teórico do reservatório: V = 1/5 CD = 17280/5 = 3456litros Volume real: VR = 1,33xV = 1,33 x 3456 = litros Pelo gráfico: Água aquecida por hora = 1.650litros Capacidade da Caldeira = kcal. Poderes Caloríficos: Óleo: Kcal/Kg GLP: Kcal/Kg Gás de rua: 4.200Kcal/m3 Eletricidade: 860Kcal/KWh Exemplo para o consumo de óleo: O poder calorífico do óleo é de Kcal/ Kg e o rendimento das caldeiras em torno de 80%. Assim: Óleo = 82000/( x 0,8) = 10,25 Kg de óleo.

31 Dimensionamento O dimensionamento da instalação predial de água quente segue os mesmos passos da instalação de água fria. A vazão é calculada a partir do peso das peças de utilização, por meio de fórmula ou ábaco, bem como a velocidade. A perda de carga ocorre por comprimento da tubulação (perda de carga distribuída) e pelas conexões, válvulas e registros (perda de carga localizada) que é transformada em comprimento equivalente e calculada como perda de carga distribuída. A pressão de serviço, disponível e estática seguem os mesmos parâmetros da instalação de água quente.

32 4 Materiais, equipamentos e aparelhos Curso Arquitetura e Urbanismo

33 Materiais, equipamentos e aparelhos Como visto, os tipos de materiais e equipamentos utilizados nas instalações de água quente podem ser: 1. Para tubulação Cobre Aço carbono galvanizado CPVC PPR 2. Aquecedor Passagem elétrico ou gás Acumulação elétrico (boiler), gás, energia solar.

34 Materiais, equipamentos e aparelhos A escolha do material e equipamento a utilizar dependerá da edificação (tipo de uso da edificação, porte, consumo diário, etc)e de quesitos financeiros (em ordem de grandeza CPVC, cobre, PPR). Para a instalação de aquecedores de passagem é obrigatório o uso de tubulação de cobre, por questão de segurança do usuário em função da temperatura de saída da água. O cobre é o único material que resiste à elevadas temperaturas sem romper ou deformar. Porém, por necessitar de isolamento térmico, possui valor mais elevado que o CPVC (não necessita de isolamento). Os tipos de isolamento para as instalações de água quente são: Polietileno expandido (mais comum) Fibra de vidro; Lã de rocha Argamassa de cimento com vermiculita expandido.

35 Materiais, equipamentos e aparelhos PPR Cobre CPVC

36 Materiais, equipamentos e aparelhos O procedimento de proteção da tubulação das colunas de água segue os mesmos cuidados das colunas de água fria, com a adição de uma tira de borracha. Essa tira tem a função de diminuir o atrito entre as tubulações e as abraçadeiras ou alças metálicas de sustentação.

37 Materiais, equipamentos e aparelhos Um material mais recente no mercado é o PEX. Tubulação flexível, possui alto custo e que pode ser utilizada para água fria e quente. A tubulação PEX é na verdade composta por dois tubos, ambos flexíveis. O tubo interno é de polietileno reticulado e conduz a água. O outro, que reveste o tubo de polietileno, é também de polietileno, porém, de baixa densidade e tem a função de ser guia do tubo interno.

38 Materiais, equipamentos e aparelhos

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