Curso de Edificações e Gerente e de Obras · projeto e custos de instalação, e também o...
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Curso de Edificações
e Gerente e de Obras
INSTALAÇÕES HIDROSSANITÁRIAS
AULA 03
Elaboração: Roberta Fontenelly
Engenheira Civil
2020
Sumário
1 INSTALAÇÕES DE ÁGUA QUENTE – DEFINIÇÕES ................................................ 3
1.1 Sistemas de Aquecimento ........................................................................................ 3
1.2 Condições Gerais ..................................................................................................... 5
2 AQUECEDORES .......................................................................................................... 7
2.1 Componentes do Sistema de Água Quente ............................................................... 7
2.2 Aquededor de Passagem .......................................................................................... 8
2.3 Aquecedor de Acumulação ...................................................................................... 8
2.3.1 Aquecedores à Gás ........................................................................................... 9
2.3.2 Aquecedor Elétrico de Acumulação ................................................................ 11
2.3.3 Aquecedor Solar de Acumulação .................................................................... 12
3 MATERIAIS ................................................................................................................ 14
4 DIMENSIONAMENTO............................................................................................... 16
5 ATIVIDADE 03 ........................................................................................................... 19
6 APÊNDICE.................................................................................................................. 20
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1 INSTALAÇÕES DE ÁGUA QUENTE – DEFINIÇÕES
A norma técnica NBR 7198/93 – Projeto e execução de instalações prediais de água
quente, se aplica às instalações prediais de água quente para consumo humano e temperatura
máxima de 70 °C.
O sistema de água quente é composto por tubos, reservatórios, aquecedores, peças de
utilização, equipamentos e outros componentes, destinados à conduzir água quente da fonte de
abastecimento aos pontos de utilização.
O tipo de sistema de aquecimento empregado, por exemplo a gás ou solar, é definido
pelo usuário, porém fica a cargo do projetista avaliar a melhor solução. Devem ser avaliados
fatores como disponibilidade do equipamento e mão de obra na região, investimento inicial com
projeto e custos de instalação, e também o espaço disponível instalação do equipamento.
1.1 Sistemas de Aquecimento
Sistema Individual
Abastece somente um ponto de consumo, por exemplo uma torneira de pia de cozinha,
mediante instalação de aparelho apenas para aquele ponto.
Fontes energéticas: gás combustível e eletricidade;
Não há reservatório, permite apenas aquecedores instantâneos;
O equipamento é situado no ponto de utilização.
Vantagens: baixo custo, facilidade de instalação.
Desvantagens: risco de choque, vazões limitadas.
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Sistema central privado
Abastece vários pontos de consumo em uma única residência, por um sistema
semelhante ao de distribuição de água fria.
Fontes energéticas: gás combustível, eletricidade e energia solar;
Permite aquecedores instantâneos e de acumulação;
A distribuição é feita por ramais que conduzem a água aquecida desde o equipamento
até os diversos pontos de consumo.
Sistema central coletivo
Abastece vários pontos de consumo de várias unidades, por exemplo um edifício de
apartamentos, um hospital, um hotel, etc.
Fontes energéticas: gás combustível, eletricidade e energia solar;
Apenas aquecedores de acumulação;
Muito utilizado em edifícios de apartamentos onde o espaço físico não permite
aquecedores internos aos ambientes, e em outros tipos de edificações onde o rateio
energético consumido não é necessário.
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1.2 Condições Gerais
Temperatura de Fornecimento:
o Banho ou higiene: 35 à 50 °C;
o Lavagem de utensílios com gordura: 60 à 70 °C.
O projeto deve garantir que a água chegue em todos os pontos de consumo, na
temperatura, quantidade e qualidade adequadas para uso;
As condições de projeto devem obedecer ao disposto na NBR 7198/93;
A instalação de misturadores é obrigatória se houver possibilidade de da água
fornecida ultrapassar 40 °C em ponto de utilização para uso humano.
Canalizações de água quente não poderão ser superdimensionadas, para não
trabalharem como reservatórios, ocasionando uma demora excessiva na chegada da
água até os pontos de consumo e seu resfriamento;
As tubulações de água fria que alimentam os misturadores, não podem ser
conectadas ao barrilete, a tubulação sai direto da caixa d’água.
Misturador
Item instalado entre os registros de pressão de água fria e quente.
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2 AQUECEDORES
Existem dois tipos de aquecedores para os pontos de consumo de uma residência:
de passagem (ou instantâneo), que aquecem a água apenas no momento do consumo;
acumulação, em que a água quente fica armazenada em reservatório (boiler).
2.1 Componentes do Sistema de Água Quente
1. Tubulação de água fria para
alimentação do sistema de água
quente;
2. Aquecedor;
3. Dispositivo de segurança;
4. Tubulação de distribuição de
água quente;
5. Pontos de utilização (chuveiros,
duchas, pias, bidês, lavatórios)
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2.2 Aquededor de Passagem
Também conhecidos como instantâneos, os aquecedores de passagem são aparelhos
compostos por uma unidade de aquecimento onde um queimador permite a combustão, que
pode ser por GN (gás natural) ou GLP (gás liquefeito de petróleo, butijão). Ocorre então a troca
de calor com a água por um sistema interno de serpentinas.
Não há necessidade de reservatório, pois a água que passa é consumida de imediato.
Como o sistema é acionado apenas no momento do consumo, pelo fluxo de água, a água não
está imediatamente quente, porém o consumo de energia é menor.
2.3 Aquecedor de Acumulação
Esse aparelho é constituído basicamente por um reservatório de água e uma unidade de
aquecimento, que mantém todo o volume de água reservado aquecido e pronto para consumo.
A água pode ser aquecida por sistema elétrico, a gás ou solar, e a troca de calor existem diversos
modelos, podendo ser do tipo serpentina, placas, aletas, etc., dependendo do fabricante. A água
fria sai da caixa d’água, passa pelo sistema de aquecimento e fica armazenada no boiler.
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Essa é a grande vantagem desse sistema: água quente para consumo imediato ou
posterior, porém precisa de energia constantemente afim de manter a temperatura da água no
boiler.
2.3.1 Aquecedores à Gás
Passagem
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Acumulação
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2.3.2 Aquecedor Elétrico de Acumulação
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2.3.3 Aquecedor Solar de Acumulação
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3 MATERIAIS
Tubos:
Os tubos, conexões, registros e demais componentes da tubulações devem estar em
conformidade com as normas da ABNT. A certificação normalmente se encontra nas
embalagens e fichas técnicas dos produtos.
Dilatação térmica
As tubulações devem permitir que as dilatações térmicas possam ocorrer por meio de
juntas de expansão ou outro dispositivo ou mesmo através do seu traçado, possibilitando a livre
movimentação e suportar os esforços mecânicos que venham a surgir.
Isolamento térmico
As tubulações devem ser providas de isolamento térmico, por meio de materiais
apropriados que envolvam os tubos, as conexões e os registros, de modo a racionalizar o
consumo de energia.
Cobre
Custo elevado, longa vida útil, resiste a altas temperaturas, alta condutividade
térmica, juntas soldadas;
Envoltas em material isolante, ex.: lã de vidro.
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PPR – Polipropileno Copolímero Random tipo 3
Utilizam tecnologia de termofusão, e dispensam o uso de adesivo plástico e lixa;
Material com grande resistência;
Atendem à norma europeia ISO 15874 e a NBR 7198.
CPVC – Policloreto de Vinila Clorado
Maior percentual de cobre, menor custo, longa vida útil;
Juntas feitas por soldagem química a frio, com adesivo próprio para esse fim.
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PEX – Polietileno Reticulado
Tubo de resina termoplástica, que é conduzido dentro de outro tubo guia;
Grande vantagem: ausência de fissuras por fadiga.
4 DIMENSIONAMENTO
Volume para aquecedores de acumulação
Podemos determinar seu volume mínimo pela equação das misturas de líquidos:
Onde:
𝑉𝐴𝑄 é 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐𝑒𝑑𝑜𝑟
𝑉𝐴𝐹 é 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟𝑖𝑎 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡 é 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜)
𝑇𝐴𝑄 é 𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐𝑒𝑑𝑜𝑟, 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑙 70°𝐶
𝑇𝐴𝐹 é 𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟𝑖𝑎, 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑙 15°𝐶
𝑇𝑚𝑖𝑠𝑡 é 𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜), 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑙 40°𝐶
O objetivo é determinar os volumes 1, 2 e 3. V3 é determinado pelo consumo diário per
capita da residência (tabela 1). No caso de um apartamento com 5 pessoas:
𝑉𝐴𝑄. 𝑇𝐴𝑄 + 𝑉𝐴𝐹 . 𝑇𝐴𝐹 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡. 𝑇𝑚𝑖𝑠𝑡 (1)
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𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡 = 5 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠 𝑥 60 = 300 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒
Sabemos que 𝑉𝐴𝑄 + 𝑉𝐴𝐹 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡, isolando V2 temos:
Manipulando as equações (1) e (2) acima, temos:
𝑉𝐴𝑄𝑇𝐴𝑄 + (𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡 − 𝑉𝐴𝑄)𝑇𝐴𝐹 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡𝑇𝑚𝑖𝑠𝑡
𝑉𝐴𝑄. 70 + 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡. 15 − 𝑉𝐴𝑄. 15 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡. 40
𝑉𝐴𝑄. 55 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡. 25
𝑉
=
25 . 𝑉 →
𝐴𝑄 55 𝑚𝑖𝑠𝑡
Consumo de Energia Elétrica
𝑄 = 𝑉 . 𝑐 . ∆𝑇
Onde:
𝑄 − 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟, 𝑒𝑚 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑉 − 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎, 𝑒𝑚 𝐿
𝑐 − 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎, 1 𝑐𝑎𝑙/𝑔 °𝐶
∆𝑇 = 𝑇1 − 𝑇2 ; 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎
Para converter calor em energia: 1𝑘𝑊ℎ = 860 𝑘𝑐𝑎𝑙
Tempo de aquecimento 𝑡 = 𝑄⁄𝑃
(2)
𝑉𝐴𝑄 = 0,454 . 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡
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Onde
𝑡 − 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑚 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑄 − 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑚 𝑘𝑊ℎ
𝑃 − 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐𝑒𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑚 𝑊
Tubulações
Para as vazões de projeto nas tubulações, pode-se empregar o Método dos Pesos:
𝑄 = 0,3√Σ𝑃
𝑄 − 𝑒𝑚 𝐿/𝑠
Σ𝑃 − 𝑠𝑜𝑚𝑎 𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒ç𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜(𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎 2)
Algumas observações:
Velocidade máxima da água deve ser de 3 m/s;
A pressão máxima nos pontos de utilização é de 40 mca, e a mínima é de 10 mca nos
pontos de utilização;
A perda de carga pode ser calculada pela expressão de Fair-Whipple-Hsiao, para tubos
de cobre:
𝐽 = 7 . 106 . 𝑄1,75 . 𝑑−4,75
Onde:
𝐽 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎, 𝑒𝑚 𝑘𝑃𝑎/𝑚
𝑄 − 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑛𝑎 𝑠𝑒çã𝑜, 𝑒𝑚 𝐿/𝑠
𝑑 − 𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑜, 𝑒𝑚 𝑚𝑚
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5 ATIVIDADE 03
Realizar os seguintes itens para o projeto:
a) Desenhos no AutoCad:
Locar o aquecedor na cobertura;
Traçado das tubulações de água quente, desde o aquecedor até os pontos de consumo
de água quente;
b) Determinar o volume para aquecedor tipo acumulação (escolha do aquecedor a critério
do aluno);
c) Determinar o gasto energético;
d) Determinar os diâmetros das tubulações pelo método dos pesos utilizando a Planilha
A.1 da norma.
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6 APÊNDICE
Tabela 01: população a ser atendida
Tabela 02: estimativa de consumo de água quente
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Resumo da Tabela A.1 da norma
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Planilha A.1 da NBR 5626/98.
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