AULA 2 - ÁGUA QUENTE

SAVE OFFLINE

INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS, SANITÁRIAS E DE GÁS AULA 2 MAURICIO ANTONIO SANTINI JUNIOR

INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUE QUENTE

MAURICIO ANTONIO SANTINI JUNIOR

UTILIZAÇÃO

CRITÉRIOS

 GARANTIR FORNECIMENTO CONTÍNUO  SEM RUÍDO  COM TEMPERATURA ADEQUADA  PRESSÃO ADEQUADA

TEMPERATURA DE UTLIZAÇÃO  Uso pessoal em banhos e higiene

35 a 50 °C;

 Em cozinhas

60 a 70 °C;

 Em lavanderias

75 a 85 °C;

 Em finalidades médicas

100 °C ou mais.

SISTEMAS DE AGUA QUENTE

 Aquecimento Individual : Quando o sistema é retirado da coluna, e entra em contato com um fornecedor de energia.  Aquecimento Central Privado: quando o sistema aquecedor atende a uma unidade residencial, com tubulação própria.  Aquecimento Central do Edifício: quando o sistema aquecedor atende a todas residências.

AQUECIMENTO INDIVIDUAL/CENTRAL PRIVADO

AQUECIMENTO CENTRAL PRIVADO

AQUECIMENTO CENTRAL

AQUECIMENTO CENTRAL Distribuição simples( sem retorno ): tem de esperar um momento até ter água quente no registro da unidade que se quer abastecer. Pode ser ascendente ou descendente. Distribuição com retorno: Neste caso a água quente circula constantemente na tubulação.

AQUECIMENTO CENTRAL S/ RETORNO

AQUECIMENTO CENTRAL C/ RETORNO

TERMOSIFÃO OU BOMBA

INSTALAÇÃO BOILER

INSTALAÇÃO BOILER

MATERIAL CPVC

MATERIAL PPR

MATERIAL PEX

MATERIAL COBRE

DILATAÇÃO EM ENCANAMENTOS Deve-se levar em consideração a dilatação dos encanamentos de uma instalação de água quente, permitindo que a dilatação se dê livremente evitando assim o surgimento de tensões internas nos tubos e empuxos consideráveis  Usar um traçado não retilíneo para a tubulação, isto é, realizar desvios angulares no plano ou no espaço, dando assim condições para o tubo absorver as dilatações  Em trechos retilíneos longos, fazer um loop ou colocar uma peça conhecida como lira;  Havendo pouco espaço para realizar o loop, usar as juntas de dilatação especiais;  As tubulações de água quente devem poder dilatar-se sem romper o isolamento térmico. Deve-se evitar embutir as linhas alimentadoras na alvenaria. Sempre que possível instalá-las em um nicho ou em um shaft.

D. externo do tubo em polegadas

2L R >= 6.dtubo

R

2 L min.

"Lira" (Vista em Planta)

"Loop"

7/8 1 1/8 1 3/8 1 5/8 2 1/8 2 5/8 3 1/8 4 1/8 5 1/8 6 1/8

Comprimento L (polegadas) para deslocamento de 1/2" 10 11 11 12 14 16 18 20 22 24

1” 15 16 17 18 20 22 24 28 31 34

1 1/2" 19 20 21 23 25 27 30 34 39 42

2” 22 24 26 28 31 32 34 39 44 48

2 1/2" 25 27 29 31 34 37 39 44 49 54

3” 27 29 32 35 38 42 45 48 54 59

4” 30 33 36 39 44 47 53 58 62 68

5” 34 38 42 46 51 56 60 66 70 76

6” 38 42 47 51 57 62 67 75 78 83

ISOLAMENTO  O isolamento deve ser com material de baixa condutibilidade térmica, afim de não dissipar o calor antes da água atingir os sub-ramais.

CONSUMO DIÁRIO – ÁGUA QUENTE Prédio Alojamento provisório de obra Casa popular ou rural Residência Apartamento Quartel Escola (internato) Hotel (sem incluir cozinha e lavanderia) Hospital Restaurantes e similares Lavanderia

Consumo litros/dia 24 /pessoa 36 /pessoa 45 /pessoa 60 /pessoa 45 /pessoa 45 /pessoa 36 /hóspede 125 /leito 12 /refeição 15 /Kgf de roupa seca

CONSUMO DIÁRIO – ÁGUA QUENTE

Tipo de edifício

Residência Apartamentos Hotéis Edifícios de escritórios Fábricas Restaurante 3a classe 2a classe 3a classe Restaurante 3 refeiçoes por dia Restaurante 1 refeição por dia

Capacidade horária de aquecimento, em função do uso diário

Água quente necessária, a 60oC

Consumo nas ocasiões de Pico (l/s)

50 l / pess.dia

1/7

4

1/5

1/7

2,5 l / pess.dia

1/5

2

1/5

1/6

6,31 / pess.dia

1/3

1

2/5

1/8

1/10

1/10

Duração do Pico Capacidade do – Horas de reservatório em Carga função do CD

1,9 l / refeic. 3,2 l / refeic. 5,6 l / refeic. 1/10

8

1/5

1/10

1/5

2

2/5

1/6

CONSUMO DIÁRIO – ÁGUA QUENTE Aparelhos

Apt

Clubes

Ginásios

Hospitais

Hotéis

Fábricas

Escritos

Res.

Escolas

Lavatório privado Lavatório publico Banheiras

2,6 5,2 26 19, 5 3,9 13 26 6,5 97, 5

2,6 7,8 26

2,6 10,4 39

2,6 7,8 26

2,6 10,4 26

2,6 15,6 39

2,6 7,8

2,6

2,6 19,5

65

65

26

19,5

26

3,9 26 36,4 13

3,9 26 36,4 13

15,6 26 36,4

3,9 13 26 6,5

3,9 13

97,5

292

Lavador de pratos Lava – pés Pia de cozinha Tanque de lavagem Pia de copa Chuveiros

Consumo máximo 30 provável % Capacidade do 12 reservatório 5

65

26

3,9 26 36,4 13

15,6

195

292

97,5

97,5

292

30

10

25

25

40

30

30

40

90

100

60

80

100

200

70

100

13

CONSUMO DIÁRIO – ÁGUA QUENTE

Capacidade aproximada para reservatorio (Boilers) Capacidade Diária Consumo Diário Aplicações

60

75

115

175

230

290

115-230 Famíia Peq

230-380 Fam. Méd.

380-760 Fam. Méd.

760-1140 Fam. Grand.

1140-1710 Ed. Peq

1710-2330 Ed. Med

TAB. RETIRADA DE LIVROS AMERICANOS – CONSUMO MAIOR !!!!! PARA PRÉDIOS: 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉

=

𝐶𝐶𝐶𝐶.1,33 5

CÁLCULO DO BOILER PARA ENERGIA SOLAR

EXERCÍCIO

EXERCÍCIO 1 - Dimensione a capacidade do reservatório, a capacidade do aquecimento e a potência do aparelho para um residência (rendimento 80%) a de 6 pessoas.

EXERCÍCIO Consumo diário(CD) = 50 l / pess × 6 pess = 300 l Consumo de Pico = 300 × 1/7 = 43 l/h Capacidade do reservatório = 300 × 1/5 = 60 l Capacidade de aquecimento = 300 × 1/7 = 43 l Para elevar a temperatura de 20 para 60 ºC. 𝑄𝑄𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑄𝑄. (𝑇𝑇𝑓𝑓 − 𝑇𝑇𝑖𝑖 ) = 43 60 − 20 = 1720 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾

Com um rendimento de 80%

Como 1 kWh = 860 kcal,

𝑄𝑄𝑒𝑒𝑒𝑒

1720 = 2150𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾 = 0,8

2150 W= = 2,5 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 860

AQUECIMENTO ELÉTRICO Normalmente é feito por meio de resistências metálicas de imersão, que dão bom rendimento na transferência de calor. Os aquecedores elétricos podem ser do tipo:  Aquecimento instantâneo da água em sua passagem pelo aparelho (chuveiros elétricos)  Acumulação: chamados boilers; devem ser alimentados por colunas independentes das que servem os aparelhos sanitários. O ramal de alimentação que liga a coluna ao boiler deve derivar da coluna em cota superior ao aquecedor, entrando nos mesmos pela parte inferior.

DIMENSIONAMENTO Consumo diário a 70°C (litros)

Capacidade do aquecedor (litros)

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 1,0 1,25 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 4,5 5,5 7,0 8,5 10,0 12,0 14,0 17,0 20,0

EXERCÍCIO

EXERCÍCIO 1 - Dimensionar um aquecedor elétrico que irá atende a mesma residência do EXERCÍCIO 1 𝐿𝐿 . 𝑛𝑛𝑛 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎 = 45.6 = 270 𝐿𝐿 𝐶𝐶𝐶𝐶 = 45 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑. ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎

EXERCÍCIO Consumo diário a 70°C (litros)

Capacidade do aquecedor (litros)

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 1,0 1,25 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 4,5 5,5 7,0 8,5 10,0 12,0 14,0 17,0 20,0

AQUECIMENTO SOLAR  DIMENSIONAMENTO DA SUPERFÍCIE COLETORA 𝑄𝑄 𝑆𝑆 = 𝐼𝐼. 𝜂𝜂 S = área em m2

Q = Quantidade de calor necessária em kcal/dia

I = intensidade de radiação solar em kwh/m2 ou kcal.h/m2 η = rendimento do aproveitamento da energia por painel (na prática η = 50%)

 Um modo prático de dimensionamento da superfície coletora é considerar 1 m² de coletor para 50-65 litros de água quente necessários

EXERCÍCIO EXERCÍCIO 3 – Dimensionar a área do aquecedor solar da residência do exercício 1. Dados: Intensidade da Radiação em Fernandópolis: 5000 kcal/m²/dia

EXERCÍCIO  Calculo da Quantidade de calor necessária. 𝐿𝐿 . 𝑛𝑛𝑛 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎 = 45.6 = 270 𝐿𝐿 𝐶𝐶𝐶𝐶 = 45 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑. ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾 𝑄𝑄𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑄𝑄. 𝑇𝑇𝑓𝑓 − 𝑇𝑇𝑖𝑖 = 270. 70 − 20 = 13500 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 13500 = 5,4 𝑚𝑚𝑚 𝑆𝑆 = 5000.0,5

9

3

AQUECIMENTO SOLAR

6

7

2

6

ÁGUA FRIA

4

ÁGUA QUENTE PARA O CONSUMO

5

1

3

7

6

1

COLETOR

2

DEPÓSITO DE ÁGUA QUENTE (DEVE ARMAZENAR PELO MENOS METADE DO CONSUMO DIÁRIO).

3

CAIXA D'ÁGUA

4

SUBIDA DE ÁGUA QUENTE DO COLETOR

5

DESCIDA DE ÁGUA QUENTE PARA O COLETOR

6

SISTEMA AUXILIAR DE AQUECIMENTO

7

ENTRADA DE ÁGUA FRIA

8

SAÍDA DE ÁGUA QUENTE

9

RESPIRO

NORTE

0,30

5 1

0,95

1,80 / 2,00 m

4

a = LATITUDE + 5 a 10°

a

POSICIONAMENTO PLACA SOLAR

MELHOR POSICIONAMENTO: VOLTADO PARA O NORTE!

POSICIONAMENTO PLACA SOLAR  As perdas direcionais para telhados com face NE ou NO variam entre 3% e 8%.  Para um telhado com face Leste ou Oeste, você pode perder entre 12% e 20%.  Para face Sul, as perdas são muito grandes. Somente considere instalar nesta parte do seu telhado se você morar na região Norte do Brasil.

POSICIONAMENTO PLACA SOLAR

AQUECIMENTO À GÁS Consumo de gás:  1 L de gás é equivalente à 4000 Kcal.  Rendimento = 70% EXERCÍCIO 4 – Calcular o consumo de gás de 1 mês para a residência do EXERCÍCIO 1. 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾 𝑄𝑄𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑄𝑄. 𝑇𝑇𝑓𝑓 − 𝑇𝑇𝑖𝑖 = 270. 70 − 20 . 30 = 405000 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑄𝑄𝑒𝑒𝑒𝑒 405000 𝐶𝐶 = = = 145 𝐿𝐿 𝜂𝜂. 4000 0,7.4000

Saída de água quente S

Q

P

A M

M' H

R

C B B' Gás

Água

AQUECIMENTO CENTRAL DE EDIFÍCIOS  Aquecimento direto de água com gás de rua ou engarrafado: há aquecedores para instalação privada e centrais coletivas;  Aquecimento direto de água com óleo: possuem uma câmara de aquecimento onde a chama de um queimador de óleo pulverizado aquece o ar insuflado por um soprador. Aquecido o ar este passa por uma serpentina imersa na água do storage, a qual se pretende aquecer;  Aquecimento da água com vapor: a produção de água quente pode ser realizada utilizando-se o vapor gerado na caldeira. Do barrilete de vapor deriva-se um ramal a um reservatório, onde o vapor é misturado à água nele contida ou se conduz o vapor a uma serpentina colocada no aquecedor de água. Neste segundo caso, cedendo calor à água, o vapor se condensa na serpentina e o condensado, recolhido, pode ser devolvido à caldeira por uma bomba de condensado

Velocidade máxima

A canalização ter velocidade superior a 14 𝐷𝐷 ou 2,5m/s a fim de não se produzirem ruídos excessivos. Quanto à velocidade mínima nada se recomenda

PERDAS DE CARGA Para estimativa das perdas de carga, adota-se o mesmo procedimento descrito para instalação de água fria. Recomenda-se para os tubos de aço galvanizado, cobre e latão o emprego das fórmulas de Fair-Whipple-Hsiao. 0,00069. 𝑄𝑄1,75 𝐽𝐽 = 𝐷𝐷 4,75 Q (m³/s);

D(m);

(𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑄𝑄𝑄𝑄𝑄𝑄 2") − 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

0,0010. 𝑄𝑄1,85 𝐽𝐽 = 𝐷𝐷 4,87 J (m/m)

− 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

PERDAS DE CARGA Para diâmetro Maiores (Difícil ocorrência):

Aparelho sanitário

Bacia sanitária Banheira Bebedouro Bidê Chuveiro ou ducha Chuveiro elétrico Lavadora de pratos ou de roupas Lavatório com sifão integrado sem sifão integrado Mictório cerâmico Mictório tipo calha

Pia Tanque

Peça de utilização Caixa de descarga Válvula de descarga Misturador (água fria) Registro de pressão Misturador (água fria) Misturador (água fria) Registro de pressão Registro de pressão Torneira ou misturador (água fria) Válvula de descarga Caixa de descarga, registro de pressão ou válvula de descarga para mictório

Vazão de projeto L/s 0,15 1,70 0,30 0,10 0,10 0,20 0,10 0,30

Peso relativo 0,3 32 1,0 0,1 0,1 0,4 0,1 1,0

0,15

0,3

0,50

2,8

0,15

0,3

0,15 Caixa de descarga ou registro por metro de de pressão calha Torneira ou misturador (água 0,25 fria) Torneira elétrica 0,10 Torneira 0,25

0,3 0,7 0,1 0,7

Deve-se considerar o funcionamento máximo provável das peças sanitárias. Desta forma para a estimativa da vazão de dimensionamento das tubulações (IDEM ÁGUA FRIA)

𝑄𝑄 = 0,3 � 𝑃𝑃

DIMENSIONAMENTO SUB-RAMAIS

Peças de utilização Banheira Bidê Chuveiro Lavatório Pia de cozinha Pia de despejo Lavadora de roupa

Diâmetro (mm) 15 15 15 15 15 20 20

DIMENSIONAMENTO

IDEM ÁGUA FRIA ( A PERDA DE CARGA SE ALTERA APENAS)

EXERCÍCIO EXERCÍCIO 5 - Considere um edifício de 8 pavimentos, com 4 apartamentos por andar, 2 dormitórios por apartamento para 2 pessoas por dormitório. Adotar pé direito de 3.00 metros assim como altura do reservatório. Dimensionar o sistema de água quente dado pela Figura adotando o esquema de um banheiro. TUBULAÇÃO: CPVC

EXERCÍCIO

EXERCÍCIO  Calculo do reservatório (Boiler)

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 8.4.2.2 = 128 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑙𝑙 𝐶𝐶𝐶𝐶 = 128.60 = 7860 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝐶𝐶𝐶𝐶. 1,33 = 2090 𝑙𝑙 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = 5

EXERCÍCIO CÁLCULO SUB-RAIMAIS Peças de utilização Banheira Bidê Chuveiro Lavatório Pia de cozinha Pia de despejo Lavadora de roupa

Diâmetro (mm) 15 15 15 15 15 20 20

ᴓ ½”

ᴓ ½”

ᴓ ½”

EXERCÍCIO PRESSÃO NECESSÁRIA NA ENTRADA DA COLUNA

CÁLCULO RAMAL Ramal L unitário TRECH Peso Peso Vazão (m) L (m) L loc Lt (m) O Unitário Total (L/s) ᴓ (mm) 1-3 0.4 0.4 0.190 16 2.5 2.5 1.3 3.8 2-3 0.1 0.1 0.095 16 0.5 0.5 2.4 2.9 3-5 0 0.5 0.212 20 0.7 0.7 0.8 1.5 4-5 0.3 0.3 0.164 16 0.2 0.2 2.4 2.6 5-6 0 0.8 0.268 20 3.2 3.2 1 4.2 (TAB SLIDE SOMA 0.8 75)

∆H trecho 0.28 0.06 0.05 0.14 0.20

IR CONTABILIZANDO TRECHO À TRECHO POIS J MUDA

∆ H Pmi De total n sn. 0.52 1 0.5 0.30 0.5 2.5 0.24 0.34 0.5 2.2 0.20

Pentrada 1.02 -1.70 0.00 -1.36 0.00

PERDA DE CARGA LOCALIZADA

1-2 1 curva 90 1/2 1 RG 1/2 1T PD 3/4

0.4 0.1 0.8 1.3

2-3 1T PL 1/2

2.4 2.4

2-3 1T PL 1/2

2.4 2.4

3-5 2T PD 3/4

0,8 0,8

2 curva 90 3/4

1 1.3

MUITA PERDA DE CARGA (MUDAR DIÂMETRO)

EXERCÍCIO CÁLCULO COLUNA TRECH O 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15

Peso Total 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 5.6 6.4 6.4

Vazão (L/s) 0.27 0.38 0.46 0.54 0.60 0.66 0.71 0.76 0.76

D(mm) 20 20 20 20 25 25 25 25 25

Vel(m/s) 0.85 1.21 1.48 1.71 1.22 1.34 1.45 1.55 1.55

L (m) 3 3 3 3 3 3 3 3 30

L loc 3.2 3.2 3.2 3.3 4 4 4 4.5 3.1

Lt (m) 6.2 6.2 6.2 6.3 7 7 7 7.5 33.1

∆H TREC 0.29 0.55 0.80 1.06 0.49 0.58 0.66 0.80 3.55

∆ H Ttot 8.77 8.48 7.93 7.13 6.08 5.59 5.02 4.35

Desn. 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5

Ptotal -4.27 -0.98 2.57 6.37 10.42 13.91 17.48 21.15

EXERCÍCIO TRECHO 14-15 2 entradas normais 1' 1 RG 1' 3 Curvas 90 1'

TRECHO 14-15 entradas normais 1' 1 RG 1' 1 Curvas 90 1' 1 TPL 1'

Demais 1 TPL 1' 1 TPD 1'

1 0.3 1.8 3.1

0.5 0.3 0.6 3.1 4.5

Demais 1 TPL 3/4' 1 TPD 3/4'

3.1 0.9 4

Demais 1 TPL 3/4' 1 TPD 1'

2.4 0.9 3.3

2.4 0.8 3.2

TRECHO 9-10

EXERCÍCIO CÁLCULO COLUNA TRECHO 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15

Peso Total 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 5.6 6.4 6.4

Vazão (L/s) D(mm) Vel(m/s) 0.27 25 0.55 0.38 25 0.77 0.46 25 0.95 0.54 25 1.09 0.60 25 1.22 0.66 32 0.82 0.71 32 0.88 0.76 32 0.94 0.76 32 0.94

L (m) 3 3 3 3 3 3 3 3 30

LEMBRAR DE ALTERAR O COMPRIMENTO EQUIVALENTE

∆H L loc Lt (m) TREC 4 7 0.11 4 7 0.21 4 7 0.30 4 7 0.40 4.6 7.6 0.53 6.1 9.1 0.22 6.1 9.1 0.26 6.3 9.3 0.30 3.7 33.7 1.09

∆H Ttot Desn. 3.41 4.5 3.30 7.5 3.10 10.5 2.79 13.5 2.40 16.5 1.87 19.5 1.65 22.5 1.39 25.5

Ptotal 1.09 4.20 7.40 10.71 14.10 17.63 20.85 24.11