UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
INSTALAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA QUENTE
Prof. Adolar Ricardo Bohn - M. Sc.
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INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE
INTRODUÇÃO
Há situações em que a disponibilidade de água quente sempre foi imprescindível, como em
hospitais, hotéis, motéis, lavanderias , restaurantes etc. Paralelamente houve também uma
evolução nas exigências de conforto nas próprias residências, consequentemente a instalação
de água quente é fato corriqueiro na maioria das residências de padrão médio a alto e
praticamente indispensável em qualquer prédio. Este fato não poderá ser olvidado pelos
profissionais da área de instalações nem nos cursos de engenharia, que deverão abordar o
assunto com a devida ênfase. As exigências técnicas mínimas a serem atendidas pela
instalação de água
quente estão na norma NBR 7198/82 - "Instalações Prediais de Água
Quente".
FINALIDADE DO USO E TEMPERATURA ADEQUADA
A temperatura mínima com que a água quente deve ser fornecida depende do uso a que se
destina. Nos pontos de consumo poderá ser feita uma dosagem com água fria, para obter
temperaturas menores.
Hospitais e laboratórios : 100°C ou mais
Lavanderias
:
75° a 85°C
Cozinhas
:
60° a 70°C
Uso pessoal e banhos
:
35° a 50°C
MODALIDADES DE FORNECIMENTO DE ÁGUA QUENTE
Como não há fornecimento público ou natural de água quente, a mesma terá que ser
produzida dentro da edificação. Há três modalidades de produção de água quente:
INDIVIDUAL: se produz água quente para um único aparelho, ou, no máximo, para
aparelhos do mesmo ambiente. São os aparelhos localizados no próprio BWC ou na área de
serviço.
CENTRAL PRIVADO: Se produz água quente para todos os aparelhos de uma unidade
residencial (casa, apartamento). Esta deve ser a modalidade preferida em prédios de
apartamentos em vista da dificuldade do rateio na conta de energia e da manutenção, que será
de responsabilidade de cada condômino.
CENTRAL COLETIVA: Se produz água quente para todos os aparelhos ou unidades da
edificação. Normalmente situada no térreo ou no sub-solo, para facilitar a manutenção e o
abastecimento de combustível. É recomendada quando não há rateio da conta, como em:
hotéis, hospitais, motéis, clubes, indústrias, etc.
MATERIAIS UTILIZÁVEIS
A tubulação de água quente pode ser feita com três materiais, ou uma combinação destes:
cobre, ferro galvanizado, CPVC. A escolha dependerá de alguns fatores, como: custo, vida
útil, coeficiente de dilatação, limite de temperatura, condutividade térmica, mão-de-obra.
O COBRE:
Apresenta custo bastante elevado. Vida útil muito longa. Limite de temperatura acima do
mínimo normalmente exigido. Apresenta alta condutividade térmica, exigindo um bom
isolamento térmico. Seu coeficiente de dilatação também é alto = 0,000017m/°C. As juntas
são soldadas com solda de estanho e chumbo, exigindo mão-de-obra especializada.
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O FERRO:
Apresenta custo bastante elevado, embora menor que o do cobre. Vida curta, se comparada
com a vida útil da edificação, devido às incrustações e à corrosão. . Limite de temperatura
acima do mínimo normalmente exigido. Apresenta alta condutividade térmica, exigindo um
bom isolamento térmico. Seu coeficiente de dilatação também é alto = 0,000012m/°C. As
juntas são rosqueadas, exigindo mão-de-obra especializada.
O CPVC
O Policloreto de Vinila Clorado é um termoplástico semelhante ao PVC, porém com
percentual maior de cloro. É o de menor custo. Apresenta vida útil longa, baixo coeficiente de
dilatação, baixa condutividade térmica, dispensando inclusive o isolamento térmico. As juntas
são soldáveis, exigindo mão-de-obra treinada, pois são necessários alguns cuidados, como: é
indispensável o uso de primer antes do adesivo e não devem ser lixadas as superfícies a serem
soldadas. A principal limitação do CPVC é o limite de temperatura, que é de 80°C. Este fato
exige a instalação de uma termo-válvula. Esta termo-válvula deve impedir que a água quente
ultrapasse a temperatura de 80°C, através da mistura com água fria. Ela deve ser instalada
entre o aquecedor e a tubulação de água quente. Sua vida útil é de aproximadamente 3 anos.
Sendo o CPVC um plástico, deve haver preocupação com a sustentação, para impedir
deformações.
φ de referência - pol. Espaço entre suportes - m
15
1/2"
0,9
22
3/4"
1,0
28
1"
1,1
Na vertical: usar suporte de fixação a cada 2m ,
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CUIDADOS IXIGIDOS NA INSTALAÇÃO
ISOLAMENTO TÉRMICO
A tubulação de água quente deve ser totalmente solada contra perda de calor. Os isolantes
mais conhecidos são:
Calhas de isopor, de lã de vidro, de cortiça.
Massa de amianto e cal.
Argamassa de areia, cal e vermiculite.
Na tubulação embutida nunca usar cimento, para que a tubulação fique livre para as dilatações
térmicas. Nas tubulações não embutidas usar meias-canas para envolver o cano. Nas
tubulações expostas às intempéries usar, sobre o isolamento térmico, uma lâmina de alumínio,
para impedir a entra de água. Tubulação em canaleta sujeita à umidade, proteger o isolante
térmico com camada de massa asfáltica ou outro impermeabilizante.
Diâmetro do tubo - mm
15 a 32
40 a 60
75 a 100
Paredes planas
Espessura do isolamento - mm
20
30
40
50
DILATAÇÃO
- Deve-se evitar a aderência da tubulação com a estrutura.
- A tubulação deve poder se expandir livremente.
- Em trechos longos e retilíneos deve-se usar cavaletes, liras ou juntas de dilatação especiais
que permitem a dilatação.
PRUMADA
- A alimentação de água dos aquecedores deve ser feita com uma prumada exclusiva. Golpes
de ariete são extremamente prejudiciais.
PRESSÃO
- A pressão estática não deve ultrapassar 40mca.
- Em edificações de altura superior a 40m, devem ser previstos dispositivos para redução de
pressão.
- Nos pontos de consumo, aas pressões da água fria e água quente devem estar praticamente
equilibradas.
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AVALIAÇÃO DO CONSUMO DIÁRIO
O consumo diário de água quente pode ser feito com auxílio da tabela da Norma:
Tipo de Ocupação
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 (sem incluir cozinha e lavanderia) 36 por hóspede
Hospital
125 por leito
Restaurante e similares
12 por refeição
Lavanderia
15 por Kgf de roupa seca
Observações:
- No caso de apartamento ou casa com central privada, considerar 2 pessoas por dormitório +
empregados.
- é indispensável que o acumulador (depósito de água quente) tenha pelo menos capacidade
igual à da banheira, ( de 150 a 180 litros).
- No caso de apartamentos com central coletiva, considerar 2 pessoas por dormitório, mais
empregados, mais 150 litros por máquina de lavar roupa e mais 180 litros por banheira
instalada.
Exemplo: Residência com 3 dormitórios, mais empregada e banheira instalada.
CD = (3dorm. x 2pessoas + empregada) x 45 litros = 300litros/dia
Acumulador com 150 litros, no mínimo, por causa da banheira.
Exemplo: Um prédio com 7 pavimentos, com 3 apartamentos por andar, com 2 dormitórios
por apartamento, sem dependência, mas com banheira.
CD = (7andares x 3aptos. x 2dorm. x 2pessoas) x 60litros + 7baheiras x 180litros. =
6300litros/dia.
O consumo diário de água quente não ocorre de forma uniforme ao longo das 24 horas diárias.
Ocorrem picos de consumo. As tabelas a seguir são úteis na avaliação destes picos e na
escolha do aquecedor adequado.
Tipo de
Consumo
Consumo Duração do Capacidade do Capacidade
de
reservatório em horária
Edifício
diário a 60° C nas horas pico - h
função do CD. aquecimento em
de pico função do CD.
l/h
60 litros por
Residências
1/7
4
1/5
1/7
Apartamentos pessoa por dia
Hotéis
Edifícios de 2,5 litros por
escritórios
pessoa por dia
1/5
2
1/5
1/6
Fábricas
6,3 litros por
pessoa por dia
1/3
1
2/5
1/8
Restaurantes Litros/ pessoa
3a classe
1,9
a
1/10
1/10
3,2
2 classe
5
1a classe
5,6
Para aquecedores elétricos de acumulação (Boilers)a norma recomenda os valores da tabela
abaixo:
Capacidade do aquecedor - l Potência - KW
Consumo Diário 70°C
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
570
400
3,0
700
500
4,0
850
600
4,5
1150
750
5,5
1500
1000
7,0
1900
1250
8,5
2300
1500
10,0
2900
1750
12,0
3300
2000
14,0
4200
2500
17,0
5000
3000
20,0
Para aquecimento com caldeira a óleo ou gás procede-se da seguinte forma:
a) calcula-se o Consumo Diário - CD
b) Considerando que t2 -t1 = 50°C, onde:
t2 = temperatura no reservatório
t1 = temperatura natural
calcula-se a capacidade teórica do reservatório ( V ), usando uma fração do CD:
Grandes residências:
V = 1/3 CD
Apartamentos de 5 pessoas: V = 1/5 CD
Grandes apartamentos:
V = 1/7 CD
c) toma-se para o reservatório um volume real ( VR) = 1,33 V
d) Com CD e V entra-se no gráfico:
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Entra-se nas abcissas com o valor de CD. Sobe-se até a linha correspondente a V.
Horizontalmente à direita se lê o volume de água aquecida necessária por hora e à esquerda, a
capacidade da caldeira em Kcal/hora.
Exemplo: Dimensionar o sistema de produção de água quente para um prédio de 12
pavimentos, com 4 apartamentos de 3 dormitórios por pavimento.
CONSUMO DIÁRIO: CD = 12 pav. x 4 apart. x 3 dorm. x 2 pess. x 60litros = 17280 litros.
No sistema elétrico:
Consumo de pico CP = 1/7 CD = 17280/7 = 2468 litros/hora
Capacidade do reservatório - VR = CD/5 = 17280/5 = 3456litros
Capacidade de aquecimentos = CC/7 = 17280/7 = 2468litros/h
Energia necessária: Q = m x c x (t2 - t1) = 2468 x 1 x (65 - 15) = 123400 Kcal
Potência: P = Q/t = 123400Kcal/ 1hora = 123400Kcal
Energia elétrica:
860Kcal = 1KWh
E = 123400Kcal/860KWh = 143,5 KWh
Potência elétrica: P = E/t
143,5KWH/1hora = 143,5KW
No sistema a óleo ou gás:
CD = 17280litros
Volume teórico do reservatório: V = 1/5 CD = 17280/5 = 3456litros
Volume real: VR = 1,33xV = 1,33 x 3456 = 4596 litros
Pelo gráfico:
7
Água aquecida por hora = 1650litros
Capacidade da Caldeira = 82000kcal.
Poderes Caloríficos:
Óleo: 10000Kcal/ Kg
Gás de rua: 4200Kcal/m3
GLP: 11000Kcal/Kg
Eletricidade: 860Kcal/KWh
Consumo de óleo:
O poder calorífico do óleo é de 10000Kcal/ Kg e o rendimento das caldeiras em torno de
85%. Assim: Óleo = 82000/(10000 x 0,8) = 10,25 Kg
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Consumo de água Quente nos Edifícios, em função do Número de Aparelhos , em litros por Hora, a 60°C
Aparelhos
Aptos. Clubes Ginásios
Hospitais
Hotéis
Fábricas
Escritórios
Lavatório privado
2,6
2,6
2,6
2,6
2,6
2,6
2,6
Lavatório público
5,2
7,8
10,4
7,8
10,4
15,6
7,8
Banheiras
26
26
39
26
26
39
xxx
Lavador de pratos
19,5
65
xxx
65
65
26
xxx
Lava-pés
3,9
3,9
15,6
3,9
3,9
15,6
xxx
Pia de cozinha
13
26
xxx
26
26
26
xxx
Tanque de lavagem
26
36,4
xxx
36,4
36,4
36,4
xxx
Pia de copa
6,5
13
xxx
13
13
xxx
xxx
Chuveiros
97,5
195
292
97,5
97,5
292
xxx
Consumo máximo
30
30
10
25
25
40
30
provável ( % do CD)
Capacidade do reser125
90
100
60
80
100
200
vatório ( % do CD)
Valores usuais de Capacidade de Reservatórios
Capacidade do
Reservatório - litros
60
75
Consumo Diário litros
115 - 230
230 - 380
Família média
Pequena família
Aplicações
Um só banheiro
Casa pequena
115
9
175
Residências
2,6
xxx
26
19,5
3,9
13
26
6,5
97,5
30
Escolas
2,6
19,5
xxx
26
3,9
13
70
100
13
292
40
230
380 - 760
Família média
760 - 1140
Família grande
1140 - 1710
Família grande
Dois banheiros
Loja pequena
Pequenos edifícios de
aptos
DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO
Adota-se o critério do CONSUMO MÁXIMO PROVÁVEL e o método de dimensionamento
da SOMA DOS PESOS, tal qual no dimensionamento da tubulação de água fria.
AQUECIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA QUENTE
FONTES DE ENERGIA
O calor disponível na edificação tem basicamente três origens:
1° Combustão de: -sólidos ( madeira, carvão ...)
-líquidos ( óleo, querosene, álcool...)
-gás ( gás de rua, GLP . ..)
2° Eletricidade
3° Energia Solar
Na prática estas fontes podem ser associadas, sendo uma a fonte principal e a outra, suporte.
Numa eventual falha ou insuficiência da principal a fonte suporte complementa o
fornecimento. É o caso da energia solar que tem como suporte a eletricidade, para longos
períodos nublados.
FORMAS DE AQUECIMENTO
Há duas maneiras de fazer o aquecimento:
AQUECIMENTO DIRETO
O calor é transferido diretamente da fonte de calor para a água que será aquecida. É utilizado
na modalidade individual de fornecimento, nos aquecedores de passagem, sejam elétricos
(chuveiro, torneira) ou a gás. Também é utilizado na modalidade que usa central privada,
seja elétrica, a gás ou fogão.
Aquecedor de passagem a gás
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Aquecedor elétrico de acumulação
Esquema de ligação de prédio de apartamentos, usando aquecedor elétrico e válvula de
segurança
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Esquema de ligação de prédio, usando aquecedor elétrico com respiro.
AQUECIMENTO INDIRETO
Neste caso a fonte de calor aquece um fluido intermediário. Este Fluido cede o calor para a
água no intercambiador (trocador de calor). É utilizado na modalidade de aquecimento
central coletivo.
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SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO
A distribuição de água quente pode ser feita de três maneiras:
1° DISTRIBUIÇÃO ASCENDENTE: com, ou sem retorno; com, ou sem bombeamento.
2° DISTRIBUIÇÃO DESCENDENTE: com, ou sem retorno; com, ou sem bombeamento.
3° DISTRIBUIÇÃO MISTA: descendente e ascendente conjugadas. As colunas de
distribuição descendentes podem ser utilizadas para fazer o retorno.
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USO DA ENERGIA SOLAR
O Sol envia uma quantidade fabulosa de energia para a Terra. Anualmente chegam 1018 KWh
de energia enviados pelo Sol. Isto equivale a 1013 toneladas de carvão, que é a reserva total de
carvão disponível. A humanidade consome aproximadamente 1014 KWh por ano, ou seja,
1/10000 da energia que o Sol envia. O Sol envia por hora a energia que a humanidade
consome por ano.
EQUILIBRIO ENERGÉTICO TERRESTRE
Evidentemente deve haver uma troca de energia entre a Terra e o espaço, e esta troca deve
satisfazer a seguinte equação, sob pena de haver um superaquecimento gradual da superfície
terrestre:
ENERGIA RECEBIDA = ENERGIA CEDIDA
Energia recebida = energia enviada pelo Sol + energia gerada pela queima de combustíveis
fósseis
Energia cedida = Energia devolvida ao espaço + energia acumulada na formação de novos
fósseis.
A energia enviada pelo Sol, ao entrar na atmosfera terrestre se distribui da seguinte forma,
como mostra o gráfico:
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Os 47% que atingem o solo são assim consumidos:
30% para evaporar a água
0,3 a 1,5% para a síntese clorofiliana
0,3% são transformados em energia eólica (ventos)
O restante é emitido pela Terra sob Forma de radiação térmica.
CARACTERÍSTICAS DA ENERGIA SOLAR.
A energia solar, apesar da quantidade fabulosa, tem aproveitamento muito limitado por causa
das seguintes características:
- Apresenta-se na forma disseminada, não concentrada, portanto de difícil captação.
- Apresenta disponibilidade descontínua ( dia e noite, inverno e verão).
- Apresenta variações casuais (céu nublado ou claro).
Assim, além do ônus da captação, também há necessidade de instalação de acumulação, para
os períodos ou momentos de carência. Entretanto o uso da energia solar vai se difundido aos
poucos em todo mundo, porque ela apresenta algumas vantagens, cada vez mais importantes:
- não é poluidora.
- é auto-suficiente.
- é completamente silenciosa
- é uma fonte alternativa de energia.
- geralmente disponível no local do consumo.
A energia solar é aproveitada sob três formas:
- energia térmica
- energia elétrica
- energia química
GERAÇÃO DE ÁGUA QUENTE À BASE DE ENERGIA SOLAR
Um sistema de suprimento de água quente à base de energia solar se compõe de três
elementos: Coletores de energia (placas coletoras), acumulador de energia ( reservatório de
água quente) e rede de distribuição.
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COLETOR
CONSTRUÇÃO:
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MONTAGEM DOS COLETORES
ORIENTAÇÃO: deve ser orientado para o norte verdadeiro.
INCLINAÇÃO: a inclinação com a horizontal deve ser igual a latitude do local + 5 a 10°
NÍVEL: para que a circulação natural ocorra, deve haver um desnível de 60cm, ou mais,
entre a saída do coletor e o fundo do reservatório de água quente.
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LIGAÇÃO:
Há três maneiras de interligar os coletores:
a) LIGAÇÃO EM PARALELO:
Nesta ligação a circulação natural funciona bem. Todos os coletores funcionam na mesma
temperatura e têm a mesma eficiência.
Sendo C1, C2, C3 os coletores, sendo T1, T2, T3 as temperaturas dos coletores C1, C2, C3, e sendo
E1, E2, E3 as eficiências de C1, C2, C3, se verifica que:
T1 = T2 = T3 e E1= E2 = E3
Usando mais coletores, aumenta o volume de água quente, porém não aumenta a temperatura.
b) LIGAÇÃO EM SÉRIE:
Nesta ligação a circulação deve ser forçada. .
Sendo C1, C2, C3 os coletores, sendo T1, T2, T3 as temperaturas dos coletores C1, C2, C3, e sendo
E1, E2, E3 as eficiências de C1, C2, C3, se verifica que:
T1 < T2 < T3 e E1> E2 > E3
A água passa em todos os coletores, e em cada coletor há ganho de temperatura. Usando mais
coletores, aumenta a temperatura da água, porém não aumenta o volume.
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c) LIGAÇÃO SÉRIE-PARALELO:
É uma combinação das ligações anteriores, e a circulação deve ser forçada.
ÁREA:
A área necessária de coletores é calculada pela fórmula:
S
=
Q
I ×R
Onde:
S = área dos coletores - m2
Q = calor necessário - Kcal/dia
I = intensidade de radiação solar - KWh/m2x dia ou Kcalxh/m2
R = rendimento dos coletores - geralmente = 50%
Exemplo: Quantos m2 de placa coletora são necessários para suprir uma família de 6 pessoas
com água quente?
SOLUÇÃO:
Consumo diário: CD = 6 pessoas x 45 litros = 270litros
Calor necessário para elevar a água de 20°C para 60°C:
Q = m x c x ( t2 - t1 ) = 270 x 1 x (60 - 20) = 10 800Kcal.
Insolação de 1 cal/cm2/min durante 7 horas por dia.
I = 1 x 10000 x 60 x 7 = 4200000 cal/m2/dia = 4200 Kcal/m2/dia.
S
=
10800 =
5,14 m2
4200 × 0,5
Isto equivale então a aproximadamente 0,8 m2 de coletor por pessoa.
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VOLUME DO RESERVATÓRIO
No aquecimento solar adota-se um reservatório com volume igual ao consumo diário,
portanto maior que nos demais sistemas, devido à intermitência da insolação.
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
MACINTYRE, Archibald Joseph. Manual de instalações hidráulicas e sanitárias. Ed.
Guanabara. 1990.
CREDER, hélio. Instalações hidráulicas e sanitárias. Ed. Livros Técnicos e Científicos.
1990.
TUBOS E CONEXÕES TIGRE SA. Manual técnico de instalações hidráulicas e
sanitárias. Ed. Pini Ltda. l987. 2° ed.
BORGES, Ruth Silveira e Wellington Luiz. Manual de instalações prediais hidráulicosanitárias e de gás. Ed. Pini. 1992. 4. ed.
MELO, Vanderley de Oliveira e AZEVEDO, José M. Neto. Instalações prediais
hidráulico-sanitárias. Ed. Edgard Blücher Ltda. S. Paulo 1990.
TANAKA, Takudy. Instalações prediais hidráulicas e sanitárias. Livros Técnicos e
Científicos Editora S.A. 1986
NBR 7198 - Instalações Prediais de Água Quente
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