20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistema composto por tubos, reservatórios, peças de utilização, equipamentos e outros componentes, destinado a conduzir água quente* aos pontos de utilização. Projeto: - garantia do fornecimento de água de forma contínua; - quantidade de água deve ser suficiente; *NBR 7198 (ABNT, 1993): temperatura de, no máximo, 70ºC. - temperatura controlável; - pressões e velocidades da água compatíveis com as requeridas para o funcionamento dos componentes do sistema; SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Projeto (continuação): Projeto (continuação): - segurança ao usuário; - racionalização do consumo de água; - conforto ao usuário; - racionalização do consumo de energia; - preservação da potabilidade da água; - realizado por profissional legalmente habilitado (ABNT, 1993). - manutenabilidade do sistema; SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais - pontos únicos: Exemplo: chuveiro elétrico Fonte: Suzuki (2010) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais - pontos únicos: Exemplo: torneira elétrica Fonte: Lorenzeti (2010) Exemplo: aquecedor elétrico para torneira Fonte: Lorenzeti (2010) 1 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais - pontos únicos: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - alimentação através do sistema predial de água fria é realizada junto com os demais pontos de consumo; Exemplo: chuveiro elétrico Fonte: Suzuki (2010) - 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: www.pcc.usp.br SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - fonte energética: eletricidade, gás, solar (ABNT, 1993); Ex. sistema individual de aquecimento de água Fonte: w ww.pcc.usp.br SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - aquecimento da água: pode ser através de - outras fontes: óleo, lenha, carvão. aquecedores de acumulação - 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 7198. aquecedores de passagem SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - Aquecedores de acumulação: sistema prevê reservação de água quente 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas individuais com central de aquecimento privativa: - Aquecedores de acumulação: por apartamento Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: www.pcc.usp.br 2 20/09/2012 * Normas Técnicas * Manual dos Fabricantes Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI (1994) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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: www.pcc.usp.br Exemplo de sistema individual de aquecimento de água Fonte: CUMULUS (1994) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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: KOMECO, 2010 Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KOMECO, 2010 3 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE * Normas Técnicas * Manual dos Fabricantes SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas coletivos: água aquecida é reservada e distribuída a várias unidades (apartamentos) Exemplo de Aquecedor de Passagem a Gás Fonte: KOMECO, 2010 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Exemplo de sistema coletivo de aquecimento de água Fonte: www.pcc.usp.br SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Sistemas coletivos: - fonte energética: eletricidade, gás, solar (ABNT, 1993); - outras fontes: óleo, lenha, carvão. Ex. sistema coletivo de aquecimento de água Fonte: w ww.pcc.usp.br - 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 7198. Exemplo de sistema coletivo de aquecimento de água Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI (1994) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Sistemas coletivos: água aquecida é reservada e distribuída a várias unidades (apartamentos) 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: www.pcc.usp.br 4 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Materiais: A NBR 7198 (ABNT, 1998) menciona: - Aço carbono; - preservação da potabilidade da água; - Ferro galvanizado; - segurança; - Cobre; - garantia de fornecimento com nível de conforto adequado ao usuário; - CPVC; - racionalização do consumo de energia. - Polietileno Reticulado (PEX). - Polipropileno; . SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Cobre SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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. - resistência mecânica; - suporta altas temperaturas; 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. - normatizado; - material reciclável; - acoplados com conexões de cobre ou bronze por soldagem capilar 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, 2010 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Cobre Fonte: ELUMA, 2009 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Cobre Fonte: ELUMA, 2009 5 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Cobre SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Polipropileno SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: PPR Fonte: AMANCO, 2009 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: PPR Fonte: AMANCO, 2009 6 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: Polietileno Reticulado SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: PEX Fonte: TIGRE, 2009 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: PEX Fonte: TIGRE, 2009 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: PEX Fonte: TIGRE, 2009 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Materiais: PEX Fonte: TIGRE, 2009 7 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Isolamento térmico: Isolamento térmico: - racionalização do consumo; - amenizar perdas por transferência de calor - analisar perdas de calor; - materiais com transferência - verificar materiais utilizados; baixo coeficiente de - equipamentos utilizados; - temperatura de saída da água. SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dilatação térmica Dilatação térmica Variação nas dimensões de uma tubulação em virtude de alterações na temperatura do líquido transportado. Para distâncias longas deve-se prever junta de expansão ou outro dispositivo que permita que o tubo se expanda ou se retraia. 8 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Exemplo (TIGRE, 2011): SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Exemplo (TIGRE, 2011): Cálculo da dilatação térmica do CPVC: e = 0,06 x ΔT x L Onde: 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 Onde: 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: Dimensionamento: Estimativa do consumo diário de água quente: Estimativa do consumo de água quente: Tabela 1 – estimativa de consumo de água quente Tipologia edifício CD=CAQxP (1) Onde: CD = consumo total de água quente (l/dia) CAQ = consumo de água quente diário per capita (l/pessoa/dia); P = população (pessoas) 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, 1994. SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: Estimativa do consumo diário de água quente: Dimensionamento: Determinação do volume a ser reservado: Tabela 2 – estimativa de população em edifícios Tipologia edifício População Apartamento ou residência 5pessoas/unidade ou Equação 2 Escritório 1pessoa/3m2 Loja 1pessoa/3m2 Hospital 1pessoa/15m2 Onde: Hotel 1pessoa/15m2 VAQ = Volume de água quente Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, 1994. P = 2xNDS + NDE Onde: P = população (pessoas) NDS = número de dormitórios sociais NDE = número de dormitórios de serviço VAQ x TAQ + VAF x TAF = VMIST x TMIST (3) TAQ = temperatura de água quente no aquecedor (2) VAF = Volume de água fria TAF = temperatura de água fria VMIST = Volume de água mistura TMIST = temperatura de água mistura 9 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: Dimensionamento: Determinação do volume a ser reservado: Determinação do volume a ser reservado: VAQ x TAQ + VAF x TAF = VMIST x TMIST VAQ x 70 + (VMIST – VAQ) x 15 = VMIST x 43 (3) VAQ + VAF = VMIST (4) VAQ = 0,51 x VMIST Onde: 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) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: Distribuição: Tabela 3 – pesos atribuídos aos pontos de utilização - consumo máximo possível; Ponto de utilização - consumo máximo provável. Peso Banheira 1,0 Bidê 0,1 Processo semelhante ao adotado para o SPAF: Chuveiro 0,5 - diâmetro da tubulação; Máquina de lavar roupas 1,0 - vazão necessária; Torneira ou misturador (AQ) lavatório 0,5 - perdas de carga; Torneira ou misturador (AQ) pia cozinha 0,7 Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, 1994. - pressão disponível. SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: 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, 1994. 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 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Dimensionamento: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Velocidade: Tabela 5 – diâmetros mínimos para sub-ramais de água quente Ponto de utilização Diâmetro Banheira ½” Bidê ½” Chuveiro ½” Lavatório ½” Máquina de lavar roupas ¾” Pia de cozinha ½” De acordo com NBR 7198 (ABNT, 1998): VMÁXIMA = 3,0 m/s* * Evitar ruído, corrosão e golpe de aríete Fonte: ILHA, GONÇALVES, KAVASSAKI, 1994. SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Pressão: Dimensionamento dos aquecedores de água: De acordo com NBR 7198 (ABNT, 1998): - aquecedores de passagem; - aquecedores de acumulação. PESTÁTICA MÁXIMA = 400 kPa PDINÂMICA MÍNIMA = 5 kPa SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de passagem elétricos: Exemplo: chuveiro elétrico Fonte: Suzuki (2010) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: Exemplo: torneira elétrica Fonte: Lorenzeti (2010) Exemplo de Aquecedor de Acumulação Elétrico Fonte: KENT, 2010 11 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: Potência: P = R x i2 (5) Onde: P= potência (Watts) R = Resistência (Ohms) Exemplo de sistema de aquecimento de água Fonte: www.pcc.usp.br SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: E=Pxt (6) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: Q=kxE=kxPxt (7) Q = k x R x i2 x t (8) Onde: Onde: Q = quantidade de calor (kcal) E = Energia (Wh) k = constante = 0,00024 (conversão Ws para Kcal) E = Energia (Ws) P= potência (W) t = tempo (s) R = Resistência (Ohms) i = Intensidade corrente (A) P= potência (W) t = tempo (h) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: Quantidade de calor necessária: Q = m x c x ∆T i = Intensidade corrente (Ampéres) (9) Onde: Q = quantidade de calor (kcal) m = massa (kg) c = calor específico do líquido (cágua = 1,0kcal/kg/ºC) ∆T = variação de temperatura (ºC) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: Potência real: Pnecessária = P/ɳ (10) Onde: Pnecessária= potência necessária (Watts) P= potência (Watts) ɳ = rendimento (depende do modelo, do fabricante...) 12 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação elétricos: Potência depende do fabricante SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Exemplo: Escolher um aquecedor de acumulação elétrico para atender uma residência de 3 quartos. Qual o consumo de energia elétrica por dia? Usar: TAF = 13ºC TAQ = 70ºC TMIST = 40ºC ɳ = 90% Fonte: NBR 7198 (ABNT, 1982*). SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de passagem a gás: Quantidade de calor necessária: Q = m x c x ∆T SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de passagem a gás: P = Q/t (11) (9) Onde: Onde: 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 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de passagem a gás: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação a gás: Potência real: Pnecessária = P/ɳ (12) Onde: Pnecessária= 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 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação a gás: Quantidade de calor necessária: Q = m x c x ∆T (9) Onde: 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) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação a gás: P = Q/t (11) Onde: P = potência (Kcal/min) SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedores de acumulação a gás: Potência real: Pnecessária = P/ɳ (12) Onde: Pnecessária= potência necessária (Kcal/min) Q = quantidade de calor necessária (Kcal) P= potência (Kcal/min) t = tempo (min) ɳ = rendimento (depende do modelo, do fabricante...) 14 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Exemplo: Exemplo: Escolher um aquecedor de acumulação a gás para atender uma residência de 3 quartos. Qual o consumo de gás GLP por dia? 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: TAF = 13ºC Usar: Tarifa eletricidade = R$ 0,30/kWh (ANEEL, 2010) TAQ = 70ºC Custo GLP = R$ 3,07/kg (ANP, 2010) TMIST = 40ºC ɳ = 84,0% Poder calorífico GLP = 11.000 Kcal/kg SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedor Solar: SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedor Solar: Aquecedor Solar de água Fonte: SOLETROL, 2010 Aquecedor Solar de água Fonte: SOLETROL, 2010 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Aquecedor Solar: Aquecedor Solar: Orientação: Norte S =Q (13) Ixɳ Onde: S = área do coletor (m2) Q = quantidade de calor necessária (kcal/dia) I = intensidade da radiação (kcal/dia/m2) Inclinação - Aquecedor Solar de água Fonte: SOLETROL, 2010 ɳ = rendimento 15 20/09/2012 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Exemplo: Dimensionar as placas de um aquecedor solar para atender uma residência de 3 quartos. Usar: TAF = 13ºC TAQ = 70ºC TMIST = 40ºC ɳ = 50,0% I = 3.000 Kcal/dia/m2 SISTEMA PREDIAL DE ÁGUA QUENTE Recirculação: Fonte: Soletrol (2011) 16