TH 030- Sistemas Prediais Hidráulico Sanitários

Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil TH 030- Sistemas Prediais Hidráulico Sanitários Aula 13 Sistema Predial de Água Quente: Energia Solar e Aquecimento a Gás Profª Heloise G. Knapik 1

Aquecimento a gás Utilização de GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) ou GN (Gás Natural), conforme as normas NBR 14570 e NBR 13933, para aquecimento de água. Instalação em ambientes ventilados para evitar risco de inalação do gás. 1 m³ de gás pode produzir, em média, 4.000 kcal rendimento de 70% (Fonte: Creder, 1995)

Aquecedor a gás de passagem

Aquecimento a gás Vazão para o dimensionamento de aquecedores de passagem: Somam-se as vazões das peças de utilização e considera-se a metade desse valor dimensionamento em função da capacidade do aquecedor (modelos)

Aquecedor a gás de passagem Preço médio: R$ 480 para uma vazão de 7,5 L/min R$ 3.700 para uma vazão de 35,5 L/min

Aquecedor a gás de acumulação Dimensionamento em função do volume necessário para atender ao consumo diário em função do número de ocupantes (Tabelas)

Aquecedor a gás de acumulação Preço médio: R$ 3.400 para um volume de 200 L

Consumo: Fonte: Carvalho Júnior, 2014

Para aquecedores elétricos de acumulação podem ser considerados os valores da seguinte tabela para o dimensionamento dos boilers este método visa reduzir o tamanho dos boilers (questões práticas) Recomendação de autores como Creder, 1995, considerando água na temperatura de 70ºC. Dimensionamento de Aquecedores Elétricos de Acumulação Consumo Diário a 70 o C ( l ) Capacidade do aquecedor Potência (kw) 60 95 130 200 260 330 430 570 700 850 1150 1500 1900 2300 2900 3300 4200 5000 50 75 100 150 200 250 300 400 500 600 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500 3000 0,75 0,75 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 4,50 5,50 7,00 8,50 10,0 12,0 14,0 17,0 20,0

Instalações: Instalações prediais de água quente

Materiais da tubulação Tubos Cobre Tubos de PVC resistentes (Ex. CPVC Aquatherm Tigre) Tubos PEX (Polietileno reticulado) Tubos de PPR (Polipropileno copolímero random)

Materiais da tubulação Tubos PEX (Polietileno retibulado)

Exercícios Considerando o mesmo exercício da família tem 10 pessoas da aula passada. A temperatura da água fria é de 24ºC, e desejamos aquecê-la para banho, a 60ºC em 8 horas (para o caso de aquecedor de acumulação). 1. Se, no exercício anterior, for utilizado um boiler a gás (GN) de acumulação, admitindo o poder calorífico do gás de 9.400 kcal/m³ e o rendimento de 70%, calcular a capacidade do boiler, consumo diário de gás, e o custo mensal de gás, considerando uma tarifa de R$ 2,80/m³. 2. Considerando o exercício nº 1, supor que é utilizado um aquecedor de passagem apenas para a água da ducha. Em média, cada banho dura 10 minutos. Estime o gasto mensal de energia elétrica (rendimento de 90%, tarifa de energia de R$ 0,77/kWh) e o gasto com gás natural (poder calorífico do gás de 9.400 kcal/m³, rendimento de 70%, e tarifa de R$ 2,80/m³).

Energia solar Tipo de tecnologia: Aquecimento direto (p. ex água em residências) Células solares fotovoltaicas Concentração de calor e geração de vapor em torres centrais CSP (Concentrated Solar Power) concentra-se a luz solar sobre encanamentos, aquecendo uma mistura de sal fundido, que em contato com a água produz vapor em seu interior, acionando turbinas e geradores de eletricidade.

Aquecimento solar Atualmente utilizado para aquecer água para: Uso doméstico Piscina Uso industrial Vantagens Não poluidora, inesgotável e silenciosa Representa fonte alternativa de energia Obs: no uso residencial é complementada com o aquecimento elétrico nos dias sem sol.

Instalação das placas solares: A Energia solar não é constante ao longo do dia e varia com as estações do ano Orientar o coletor para receber a maior incidência possível de raios solares durante o dia:

Para maior incidência dos raios, instalar na horizontal com inclinação estimada a partir da latitude do local acrescido de 5 ou 10 º As perdas direcionais para telhados com face NE ou NO variam entre 3% e 8%. Para um telhado com face Leste ou Oeste, há perdas entre 12% e 20%. Inclinação ideal para Curitiba: entre 30 e 35 º (latitude de 25º)

No hemisfério sul, o coletor voltado para a direção norte

Tipos de Instalações de Aquecimento Solar: Natural Circuito Aberto Circuito Fechado Forçada Circuito Aberto Circuito Fechado A escolha do tipo de instalações depende: - Custos - Disponibilidade de espaço - Frequência da utilização - Intensidade da radiação solar

Circulação Natural Circuito aberto (Termossifão)

Circulação Natural Circuito fechado (Termossifão)

Circulação Forçada Circuito aberto

Circulação Forçada Circuito fechado

Dimensionamento da superfície coletora (painel): Cálculo da área coletora: S = Q I. η S= área (m²) Q = quantidade de calor necessária (kcal/dia) I = intensidade de radiação solar para o fotoperíodo (kwh/m² ou kcal.h/m²) η = rendimento do aproveitamento da energia por painel (estimado, para fins práticos, em 50%) Dado prático: 1 m² de coletor solar para 50-60 L de água quente necessários (ou seja, uma superfície suficiente para uma habitação unifamiliar de 3 a 6 m²)

Radiação solar Radiação solar global diária, média anual (MJ/m².dia) (Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil)

Exercício Considerando o mesmo exercício da família tem 10 pessoas da aula passada. A temperatura da água fria é de 24ºC, e desejamos aquecê-la para banho, a 60ºC em 8 horas (para o caso de aquecedor de acumulação). 3. Considerando o exercício nº 1, suponha a utilização de um coletor solar em um lugar onde a intensidade de radiação do sol é de 1,5 cal/cm².minuto. Qual deverá ser a área das placas coletoras para 7 horas de exposição e a capacidade do boiler? Considere um rendimento de aproveitamento da energia por painel de 50%

Componentes típicos de uma placa solar

Coletor solar para residências

Coletor solar de PVC utilizado para aquecer água de piscinas

Preços Boiler 200 L inox: R$ 1.500,00 Placa solar (2 m²) R$ 1.000,00 Placa para piscina (2 m²) R$ 300,00

Potencial de uso de energia solar - incentivos Casa do Minha Casa, Minha Vida 2 com aquecimento solar de água, o que possibilita às famílias de baixa renda economizarem na conta de eletricidade e gera ganhos ambientais

Estacionamento gerador de energia solar - UERJ 414 painéis solares fotovoltaicos Capacidade: 140 mil kwh por ano Investimento do projeto é de R$ 1,6 milhão (isenção de ICMS) Economia de R$ 65 mil/ ano na conta de luz (UERJ) Tecnologia: As placas solares japonesas; Estrutura instaladas é alemã. Ideia brasileira: financiamento com $$ de imposto (IMCS que pagaria na conta de luz na ordem de R$ 14 milhões por ano)

Aquecimento central em edifícios - Caldeiras

Aquecimento no fogão à lenha - Serpentinas

Aquecimento diretamente no banheiro - Serpentinas