20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE

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1 Sistema composto por tubos, reservatórios, peças de utilização, equipamentos e outros componentes, destinado a conduzir água quente* aos pontos de utilização. *NBR 7198 (ABNT, 1993): temperatura de, no máximo, 70ºC. Projeto: - garantia do fornecimento de água de forma contínua; - quantidade de água deve ser suficiente; - temperatura controlável; - pressões e velocidades da água compatíveis com as requeridas para o funcionamento dos componentes do sistema; Projeto (continuação): Projeto (continuação): - segurança ao usuário; - conforto ao usuário; - preservação da potabilidade da água; - manutenabilidade do sistema; - racionalização do consumo de água; - racionalização do consumo de energia; - realizado por profissional legalmente habilitado (ABNT, 1993). Sistemas individuais - pontos únicos: Sistemas individuais - pontos únicos: Exemplo: chuveiro elétrico Fonte: Suzuki (2010) Exemplo: torneira elétrica Fonte: Lorenzeti (2010) Exemplo: aquecedor elétrico para torneira Fonte: Lorenzeti (2010) 1

2 Sistemas individuais - pontos únicos: Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: Exemplo: chuveiro elétrico Fonte: Suzuki (2010) - alimentação através do sistema predial de água fria é realizada junto com os demais pontos de consumo; - peça de utilização é o aquecedor de água, não havendo necessidade de rede (tubulação) de distribuição de água quente. Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: Ex. sistema individual de aquecimento de água Fonte: w ww.pcc.usp.br - fonte energética: eletricidade, gás, solar (ABNT, 1993); - outras fontes: óleo, lenha, carvão. - NBR 7198 (ABNT, 1993) menciona o uso de aquecedores não normalizados desde que o projetista se baseie em normas internacionais ou especificações de fabricantes compatíveis com a NBR aquecimento da água: pode ser através de aquecedores de acumulação aquecedores de passagem Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - Aquecedores de acumulação: sistema prevê reservação de água quente Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - Aquecedores de acumulação: por apartamento Exemplo de Aquecedor de Acumulação a Gás Fonte: BOSCH, 2010 Exemplo de Aquecedor de Acumulação Elétrico Fonte: KENT, 2010 Exemplo de Aquecedor Solar Fonte: SOLETROL, 2010 Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: 2

3 * Normas Técnicas * Manual dos Fabricantes Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI (1994) Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: CUMULUS (1994) Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - Aquecedores de passagem: água é aquecida ao passar pelo aquecedor Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - Aquecedores de passagem: água é aquecida ao passar pelo aquecedor Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KENT, 2010 Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KOMECO, 2010 Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KOMECO,

4 * Normas Técnicas * Manual dos Fabricantes Sistemas coletivos: água aquecida é reservada e distribuída a várias unidades (apartamentos) Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KOMECO, 2010 Exemplo de sistema coletivo de aquecimento de água Fonte: Sistemas coletivos: Ex. sistema coletivo de aquecimento de água Fonte: w ww.pcc.usp.br - fonte energética: eletricidade, gás, solar (ABNT, 1993); - outras fontes: óleo, lenha, carvão. - NBR 7198 (ABNT, 1993) menciona o uso de aquecedores não normalizados desde que o projetista se baseie em normas internacionais ou especificações de fabricantes compatíveis com a NBR Exemplo de sistema coletivo de aquecimento de água Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI (1994) Sistemas coletivos: água aquecida é reservada e distribuída a várias unidades (apartamentos) Materiais: A NBR 7198 (ABNT, 1998) cita alguns materiais que podem fazer parte do Sistema Predial de Água Quente, sem que haja exclusão de outros: Quando o tipo de componente não for normalizado pela ABNT, o projetista, a seu critério, pode especifica-lo, desde que obedeça a especificações de qualidade, baseadas em normas internacionais, regionais e estrangeiras, ou especificações internas de fabricantes, compatíveis com esta Norma, até que sejam elaboradas as normas brasileiras correspondentes (ABNT, 1998). Exemplo de sistema de aquecimento de água Fonte: 4

5 Materiais: Materiais: A NBR 7198 (ABNT, 1998) menciona: - preservação da potabilidade da água; - segurança; - garantia de fornecimento com nível de conforto adequado ao usuário; - racionalização do consumo de energia. - Aço carbono; - Ferro galvanizado; - Cobre; - CPVC; - Polipropileno; - Polietileno Reticulado. (PEX). Materiais: Cobre Materiais: Cobre CLASSE E - Identificados por tampões plásticos na cor Verde. São indicados para instalações de água fria e água quente, gás, instalações de combate a incêndio por hidrante e sprinklers. CLASSE A - Identificados por tampões plásticos na cor Amarela. São indicados para todas as aplicações de tubos classe E, bem como para instalações de gases combustíveis e medicinais. CLASSE I - Identificados por tampões plásticos na cor Azul. São indicados para todas as aplicações de tubos classe A, bem como para instalações industriais de alta pressão e vapor. Fonte: ELUMA, resistência mecânica; - suporta altas temperaturas; - normatizado; - material reciclável; - acoplados com conexões de cobre ou bronze por soldagem capilar Materiais: Cobre Materiais: Cobre Fonte: ELUMA, 2009 Fonte: ELUMA,

6 Materiais: Cobre Materiais: CPVC - termoplástico que suporta temperaturas de até 80ºC; - dispensa isolação térmica em trechos de tubulação de até 20m; - junta soldável a frio (adesivo plástico); - vida útil de pelo menos 50 anos. Fonte: ELUMA, 2009 Fonte: TÉCHNE, maio 2007 Materiais: Polipropileno Materiais: PPR - resina plástica; - temperatura da água quente de 80ºC (picos de 95ºC); - dispensa isolação térmica em trechos de tubulação de até 20m; - união por termofusão; - não há necessidade de roscas, anéis de borracha ou adesivos plásticos; - vida útil de pelo menos 50 anos. Fonte: TÉCHNE, maio 2007 Fonte: AMANCO, 2009 Materiais: PPR Materiais: PPR Fonte: AMANCO, 2009 Fonte: AMANCO,

7 Materiais: Polietileno Reticulado Materiais: PEX - resina plástica; - temperatura de uso entre -100ºC e 95ºC; - dispensa isolação térmica em trechos de tubulação de até 20m; - semiflexíveis, podendo ser passados por dentro de conduítes; - dispensa uso de conexões para fazer a grande maioria das curvas; - leve; - vida útil de pelo menos 50 anos. Fonte: TÉCHNE, maio 2007 Fonte: TIGRE, 2009 Materiais: PEX Materiais: PEX Fonte: TIGRE, 2009 Fonte: TIGRE, 2009 Materiais: PEX Materiais: PEX Fonte: TIGRE, 2009 Fonte: TIGRE,

8 Materiais: PEX Isolamento térmico: - diferença de temperatura entre dois meios em contato transferência de calor - SPAQ: tubulação com água a cerca de 70ºC em contato com parede ou com o ar tubulação embutida tubulação aparente Perda de calor Fonte: TIGRE, 2009 Isolamento térmico: - racionalização do consumo; - analisar perdas de calor; - verificar materiais utilizados; - equipamentos utilizados; - temperatura de saída da água. Isolamento térmico: - amenizar perdas por transferência de calor - materiais com baixo coeficiente de transferência Dilatação térmica Variação nas dimensões de uma tubulação em virtude de alterações na temperatura do líquido transportado. Dilatação térmica Para distâncias longas deve-se prever junta de expansão ou outro dispositivo que permita que o tubo se expanda ou se retraia. 8

9 Exemplo (TIGRE, 2011): Exemplo (TIGRE, 2011): Cálculo da dilatação térmica do CPVC: e = 0,06 x ΔT x L e = expansão térmica (deslocamento axial em mm) ΔT = diferença entre a maior e menor temperatura da tubulação (ºC) L = comprimento da tubulação (m) Calculo do número de Juntas de Expansão: N = e/90 N = numero de juntas de expansão e = expansão térmica (deslocamento axial em mm) 90 = comprimento máximo do pistão (mm) Junta de Expansão em CPVC Fonte: TIGRE, 2011 Estimativa do consumo de água quente: CD=CAQxP (1) CD = consumo total de água quente (l/dia) CAQ = consumo de água quente diário per capita (l/pessoa/dia); P = população (pessoas) Estimativa do consumo diário de água quente: Tabela 1 estimativa de consumo de água quente Tipologia edifício Consumo diário (l/dia) Alojamento provisório 24 per capita Apartamento 60 per capita Casa popular ou rural 36 per capita Escola (internato) 45 per capita Hospital 125 por leito Hotel (sem cozinha e sem lavanderia) 36 por hóspede Lavanderia 15 por kg de roupa seca Quartel 45 per capita Residência 45 per capita Restaurante 12 por refeição Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, Estimativa do consumo diário de água quente: Tabela 2 estimativa de população em edifícios Tipologia edifício População Apartamento ou residência 5pessoas/unidade ou Equação 2 Escritório 1pessoa/3m 2 Loja 1pessoa/3m 2 Hospital 1pessoa/15m 2 Hotel 1pessoa/15m 2 Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, P = 2xNDS + NDE (2) P = população (pessoas) NDS = número de dormitórios sociais NDE = número de dormitórios de serviço Determinação do volume a ser reservado: VAQ x TAQ + VAF x TAF = VMIST x TMIST (3) VAQ = Volume de água quente TAQ = temperatura de água quente no aquecedor VAF = Volume de água fria TAF = temperatura de água fria VMIST = Volume de água mistura TMIST = temperatura de água mistura 9

10 Determinação do volume a ser reservado: Determinação do volume a ser reservado: VAQ x TAQ + VAF x TAF = VMIST x TMIST (3) VAQ + VAF = VMIST (4) VAQ = Volume de água quente (incógnita) TAQ = temperatura de água quente no aquecedor (valor usual = 70ºC) VAF = Volume de água fria (VMIST VAQ) TAF = temperatura de água fria (valor usual = 15ºC) VMIST = Volume de água mistura (consumo diário tabela 1) TMIST = temperatura de água mistura (valor usual = 43ºC) VAQ x 70 + (VMIST VAQ) x 15 = VMIST x 43 VAQ = 0,51 x VMIST Distribuição: - consumo máximo possível; - consumo máximo provável. Processo semelhante ao adotado para o SPAF: - diâmetro da tubulação; - vazão necessária; - perdas de carga; - pressão disponível. Tabela 3 pesos atribuídos aos pontos de utilização Ponto de utilização Peso Banheira 1,0 Bidê 0,1 Chuveiro 0,5 Máquina de lavar roupas 1,0 Torneira ou misturador (AQ) lavatório 0,5 Torneira ou misturador (AQ) pia cozinha 0,7 Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, Tabela 4 vazões unitárias nos pontos de utilização Ponto de utilização Vazão (l/s) Banheira 0,30 Bidê 0,06 Chuveiro 0,12 Máquina de lavar roupas 0,30 Torneira ou misturador (AQ) lavatório 0,12 Torneira ou misturador (AQ) pia cozinha 0,25 Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, OBS: Devido a dificuldade de determinação das temperaturas operativas é comum, utilizar a máxima vazão provável total independente para cada rede, considerando os pesos de para água fria. 10

11 Velocidade: Tabela 5 diâmetros mínimos para sub-ramais de água quente Ponto de utilização Diâmetro De acordo com NBR 7198 (ABNT, 1998): Banheira ½ Bidê ½ VMÁXIMA = 3,0 m/s* Chuveiro ½ Lavatório ½ Máquina de lavar roupas ¾ Pia de cozinha ½ Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, * Evitar ruído, corrosão e golpe de aríete Pressão: De acordo com NBR 7198 (ABNT, 1998): PESTÁTICA MÁXIMA = 400 kpa Dimensionamento dos aquecedores de água: - aquecedores de passagem; - aquecedores de acumulação. PDINÂMICA MÍNIMA = 5 kpa Aquecedores de passagem elétricos: Aquecedores de acumulação elétricos: Exemplo: chuveiro elétrico Fonte: Suzuki (2010) Exemplo: torneira elétrica Fonte: Lorenzeti (2010) Exemplo de Aquecedor de Acumulação Elétrico Fonte: KENT,

12 Aquecedores de acumulação elétricos: Aquecedores de acumulação elétricos: Potência: P = R x i 2 (5) P= potência (Watts) R = Resistência (Ohms) Exemplo de sistema de aquecimento de água Fonte: i = Intensidade corrente (Ampéres) Aquecedores de acumulação elétricos: Aquecedores de acumulação elétricos: E = P x t (6) E = Energia (Wh) P= potência (W) t = tempo (h) Q = k x E = k x P x t (7) Q = k x R x i 2 x t (8) Q = quantidade de calor (kcal) k = constante = 0,00024 (conversão Ws para Kcal) E = Energia (Ws) P= potência (W) t = tempo (s) R = Resistência (Ohms) i = Intensidade corrente (A) Aquecedores de acumulação elétricos: Quantidade de calor necessária: Q = m x c x T (9) Q = quantidade de calor (kcal) m = massa (kg) c = calor específico do líquido (c água = 1,0kcal/kg/ºC) T = variação de temperatura (ºC) Aquecedores de acumulação elétricos: Potência real: P necessária = P/ɳ (10) P necessária = potência necessária (Watts) P= potência (Watts) ɳ = rendimento (depende do modelo, do fabricante...) 12

13 Aquecedores de acumulação elétricos: Potência depende do fabricante Exemplo: Escolher um aquecedor de acumulação elétrico para atender uma residência de 3 quartos. Qual o consumo de energia elétrica por dia? Usar: T AF = 13ºC T AQ = 70ºC T MIST = 40ºC ɳ = 90% Fonte: NBR 7198 (ABNT, 1982*). Aquecedores de passagem a gás: Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KENT, 2010 Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KOMECO, 2010 Aquecedores de passagem a gás: Aquecedores de passagem a gás: Quantidade de calor necessária: P = Q/t (11) Q = m x c x T (9) Q = quantidade de calor (kcal) m = massa (kg) c = calor específico do líquido T = variação de temperatura (ºC) P = potência (Kcal/min) Q = quantidade de calor necessária (Kcal) t = tempo (min) 13

14 Aquecedores de passagem a gás: Aquecedores de acumulação a gás: Potência real: P necessária = P/ɳ (12) P necessária = potência necessária (Kcal/min) P= potência (Kcal/min) ɳ = rendimento (depende do modelo, do fabricante...) Exemplo de Aquecedor de Acumulação a Gás Fonte: BOSCH, 2010 Aquecedores de acumulação a gás: Quantidade de calor necessária: Q = m x c x T (9) Q = quantidade de calor (kcal) m = massa (kg) c = calor específico do líquido T = variação de temperatura (ºC) Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: CUMULUS (1994) Aquecedores de acumulação a gás: P = Q/t (11) P = potência (Kcal/min) Q = quantidade de calor necessária (Kcal) t = tempo (min) Aquecedores de acumulação a gás: Potência real: P necessária = P/ɳ (12) P necessária = potência necessária (Kcal/min) P= potência (Kcal/min) ɳ = rendimento (depende do modelo, do fabricante...) 14

15 Exemplo: Escolher um aquecedor de acumulação a gás para atender uma residência de 3 quartos. Qual o consumo de gás GLP por dia? Exemplo: Considerando o consumo de gás GLP e o consumo de energia elétrica calculado na aula anterior, qual sistema é mais vantajoso do ponto de vista econômico? Usar: T AF = 13ºC T AQ = 70ºC Usar: Tarifa eletricidade = R$ 0,30/kWh (ANEEL, 2010) Custo GLP = R$ 3,07/kg (ANP, 2010) T MIST = 40ºC ɳ = 84,0% Poder calorífico GLP = Kcal/kg Aquecedor Solar: Aquecedor Solar: Aquecedor Solar de água Fonte: SOLETROL, 2010 Aquecedor Solar de água Fonte: SOLETROL, 2010 Aquecedor Solar: Aquecedor Solar: Orientação: Norte S = Q (13) I x ɳ S = área do coletor (m 2 ) Q = quantidade de calor necessária (kcal/dia) I = intensidade da radiação (kcal/dia/m 2 ) Inclinação - Aquecedor Solar de água Fonte: SOLETROL, 2010 ɳ = rendimento 15

16 Exemplo: Dimensionar as placas de um aquecedor solar para atender uma residência de 3 quartos. Usar: T AF = 13ºC T AQ = 70ºC T MIST = 40ºC ɳ = 50,0% I = Kcal/dia/m 2 Recirculação: Fonte: Soletrol (2011) 16

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