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TÉCNICO EM EDIFICAÇÕES

INSTALAÇÕES HIDROSSANITÁRIAS

AULA 03

Elaboração: Roberta Fontenelly

Engenheira Civil

2017


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

3


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:

𝑉𝐴𝑄 . 𝑇𝐴𝑄 + 𝑉𝐴𝐹 . 𝑇𝐴𝐹 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡. 𝑇𝑚𝑖𝑠𝑡 (1)

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:

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𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡 = 5 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠 𝑥 60 = 300 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒

Sabemos que 𝑉𝐴𝑄 + 𝑉𝐴𝐹 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡, isolando V2 temos:

𝑉𝐴𝐹 = 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡 − 𝑉𝐴𝑄 (2)

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

𝑉𝐴𝑄 =25

55 . 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡 → 𝑉𝐴𝑄 = 0,454 . 𝑉𝑚𝑖𝑠𝑡

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⁄

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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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