Instalações Hidraulicas - Aula 07

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Instalações Hidráulicas
Instalações de água quente
(Aula 7)
MKT-MDL-02
Versão 00
Maceió-AL, 2019
Prof. Altair Maciel de Barros
O que vimos nas aulas 
passadas?
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Modalidades de fornecimento
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• Individual;
• Central privado;
• Central coletivo.
Central coletivo
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Consumo de água quente
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Consumo diário
𝑪𝒅𝒊á𝒓𝒊𝒐 = 𝑻𝒐𝒄𝒖𝒑𝒂çã𝒐 ∙ 𝑪𝒑𝒆𝒓 𝒄𝒂𝒑𝒊𝒕𝒂
𝐶𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 é o consumo diário total (em l/dia);
𝑇𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜 é a taxa de ocupação no prédio (em hab);
𝐶𝑝𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎 é o consumo diário per capita (em l/hab/dia).
Capacidade do reservatório de água quente
Reservatório de água quente
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Edifício
Capacidade do reservatório de água 
quente em função do consumo 
diário
Residência, apartamentos e hotéis 1/5
Edifícios de escritórios 1/5
Fábricas 2/5
Restaurante – 3 refeições por dia 1/5
Restaurante – 1 refeição por dia 1/5
ATENÇÃO: Costuma-se adotar o percentual de 100%
(1) para aquecedores de acumulação associados ao
aquecimento solar.
Vazão de projeto
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𝑸 = 𝑪 ∙ ෍𝑷 = (𝟎, 𝟑𝟎𝒍/𝒔) ∙ ෍𝑷
Peça de utilização Vazão (l/s) Peso
Banheira 0,30 1,0
Bidê 0,10 0,1
Chuveiro elétrico 0,10 0,1
Lavatório 0,15 0,3
Pia (torneira elétrica) 0,10 0,1
Pressão estática (sem escoamento) máxima:
• 40 mca (400 kPa).
Pressão dinâmica (com escoamento) mínima:
• Em qualquer ponto da rede: 0,5 mca (5 kPa).
Velocidade máxima:
• 3 m/s.
Pressões e velocidades na rede
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Verificação da pressão disponível
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• Equação da continuidade:
• Equação de energia – Bernoulli:
𝑸𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 =
∆𝑽𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂
∆𝒕
= 𝑨𝟏 ∙ 𝒗𝟏 = 𝑨𝟐 ∙ 𝒗𝟐 =
∆𝑽𝒔𝒂𝒊
∆𝒕
= 𝑸𝒔𝒂𝒊
𝒉𝟏 +
𝒗𝟏
𝟐
𝟐 ∙ 𝒈
+
𝑷𝟏
𝜸
= 𝒉𝟐 +
𝒗𝟐
𝟐
𝟐 ∙ 𝒈
+
𝑷𝟐
𝜸
+ ∆𝑯
• Equação da perda de carga distribuída em redes prediais de
água fria – NBR 5626/1998:
• Fair-Whipple-Hsiao para tubo rugoso (aço - galvanizado ou não):
• Fair-Whipple-Hsiao para tubo liso (PVC e cobre)
Perda de carga distribuída
Equações empíricas
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𝑱 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟎𝟐𝟏 ∙
𝑸𝟏,𝟖𝟖
𝑫𝟒,𝟖𝟖
𝑱 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟖𝟔𝟗𝟓 ∙
𝑸𝟏,𝟕𝟓
𝑫𝟒,𝟕𝟓
J – perda de carga unitária ou perda por unidade
de tubulação (m/m);
Q – vazão (m³/s);
D – diâmetro da tubulação (m).
J – perda de carga unitária ou perda por unidade
de tubulação (m/m);
Q – vazão (m³/s);
D – diâmetro da tubulação (m).
Partes componentes
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1.Coletor solar;
2.Reservatório térmico;
3.Tubos e acessórios.
1 1
2 2
3
3
Dimensionamento do 
coletor solar
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Localização do coletor solar
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Posicionamento correto dos coletores solares → necessário o uso de uma
bússola;
Melhor rendimento possível dos coletores solares → orientados para o
norte geográfico (N.G);
Importante:
Locais abaixo da linha do equador → norte geográfico;
Locais acima da linha do equador → sul geográfico.
𝑁. 𝐺.= 𝑁.𝑀.+𝛿
Localização do coletor solar
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N
S
Localização do coletor solar
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Diferença a direita da orientação do norte geográfico 
(declinação magnética - δ)
9° 14° 16° 17° 18° 20° 21° 23°
AC AM RS SC MS AP GO BA
RR PR MT MG TO
RO SP PA MA
RJ PI
ES CE
RN
PE
PB
AL
SE
Localização do coletor solar
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Localização do coletor solar
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coletor solar 
coletor solarcoletor solar
Inclinação do coletor solar 
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𝑰𝒏𝒄𝒍𝒊𝒏𝒂çã𝒐 𝒅𝒐 𝒄𝒐𝒍𝒆𝒕𝒐𝒓 = 𝒍𝒂𝒕𝒊𝒕𝒖𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒍𝒐𝒄𝒂𝒍 + 𝟏𝟎°
Localização do coletor solar
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N
S
Inclinação do coletor solar 
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𝑰𝒏𝒄𝒍𝒊𝒏𝒂çã𝒐 𝒅𝒐 𝒄𝒐𝒍𝒆𝒕𝒐𝒓 = 𝒍𝒂𝒕𝒊𝒕𝒖𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒍𝒐𝒄𝒂𝒍 + 𝟏𝟎°
Área requerida do coletor solar 
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𝑨 =
𝑸
𝑰 ∙ 𝜼
Onde:
A é a área requerida do coletor solar em m²;
Q é a quantidade de calor necessária em kcal/dia;
I é a intensidade da radiação solar em kcal/m²/dia;
η é o rendimento do aproveitamento da energia por painel, estimado, para
fins práticos, em 50% (0,5).
Intensidade da radiação solar
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Intensidade da radiação solar
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Qual a região do Brasil
onde o coletor solar
tenderá a requerer menor
área?
Região
Radiação Global 
Média (em kWh/m²)
Nordeste 5,9
Centro-Oeste 5,7
Sudeste 5,6
Norte 5,5
Sul 5,0
Intensidade da radiação solar
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Intensidade da radiação solar
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Março 2008
Intensidade da radiação solar
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Julho 2008
Área requerida do coletor solar 
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𝑸 = 𝒎 ∙ 𝒄 ∙ (𝒕𝟐 − 𝒕𝟏)
Onde:
Q é a quantidade de calor necessária em kcal/dia;
m é a massa diária de água aquecida em kg/dia;
c é o calor específico da água em kcal/kg/°C (adota-se 1 kcal/kg/°C);
t2 é a temperatura final em °C;
t1 é a temperatura inicial em °C.
Lembrando: 1 l de água equivale a 1 kg pois adota-se uma massa específica média
para a água (ρ) de 1000 kg/m³ = 1000 kg/1000 l = 1kg/l
Algumas particularidades
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Material das tubulações
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Material das tubulações 
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A rede de água quente geralmente é montada utilizando os seguintes
materiais:
• Cobre;
• CPVC (Policloreto de Vinila Clorado);
• PPR (Polipropileno Copolímero Randon); e
• PEX (Polietileno Reticulado).
Material das tubulações 
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Alguns fatores influenciam a escolha do material, por exemplo:
• Custo;
• Vida útil;
• Isolamento/condutividade térmica;
• Coeficiente de dilatação;
• Limite de temperatura; e
• Mão-de-obra.
Cobre
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Vantagens:
• Vida útil muito longa → podendo chegar a 80 anos;
• Resistência a altas temperaturas → soldas se rompem só a 270°C.
Cobre
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Desvantagens:
• Custo elevado;
• Difícil de trabalhar → precisa ser soldado com estanho, processo que
demanda habilidade → mão de obra especializada;
• Alta condutividade térmica → exigência de isolamento térmico para
diminuir a troca de calor com o meio.
CPVC (Policloreto de Vinila Clorado)
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Vantagens:
• Tem as mesmas propriedades inerentes ao PVC, somando-se a
resistência a condução de líquidos sob pressões a altas temperaturas;
• Baixo custo;
• Baixa condutividade térmica → dispensa isolamento térmico;
• Baixo coeficiente de dilatação;
CPVC (Policloreto de Vinila Clorado)
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Vantagens:
• Soldado a frio com cola especial → dispensa mão de obra especializada
e por isso é comum em obras de pequeno e médio porte;
• A temperatura máxima que suporta é 80° (segura, já que um
aquecedor doméstico esquenta a água até próximo dos 70 °C).
CPVC (Policloreto de Vinila Clorado)
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Desvantagem:
• Sendo o CPVC um polímero, deve haver preocupação com a
sustentação, para impedir deformações;
• Usar suporte de fixação a cada 2m.
PPR (Polipropileno Copolímero Random) 
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Resina de última geração → material mais moderno para condução de A.Q.
Vantagens:
• Mínima necessidade de manutenção;
• Longa vida útil em condições extremas;
• Baixa condutividade térmica → dispensa isolamento térmico.
PPR (Polipropileno Copolímero Random)MKT-MDL-02
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Desvantagens:
• O serviço requer profissional especializado e maquinário na obra;
• Alto custo de instalação.
União por termofusão
PEX (Polietileno Reticulado) 
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Resina termoplástica muito utilizado em instalações de gesso acartonado.
Vantagens:
• Semiflexíveis → Dispensa uso de conexões para fazer a grande maioria
das curvas;
• Baixa condutividade térmica → dispensa isolamento térmico;
• Vida útil de pelo menos 50 anos.
PEX (Polietileno Reticulado) 
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Desvantagens:
• Ainda não é viável para grandes diâmetros – maiores do que 32 mm →
aumento da rigidez do tubo, dificultando seu manuseio.
Cuidados na instalação
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I. Isolamento térmico
A tubulação de água quente deve ser totalmente isolada contra
perda de calor.
Cuidados na instalação
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I. Isolamento térmico
• Espuma de polietileno - bainha
Cuidados na instalação
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I. Isolamento térmico
• Lã de vidro revestida de alumínio
Cuidados na instalação
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I. Isolamento térmico
• Lã de rocha
Cuidados na instalação
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II.Dilatação
• As tubulações de água quente devem poder dilatar-se sem romper o
isolamento térmico;
• Deve-se evitar a aderência da tabulação com a estrutura;
• A tubulação deve poder se expandir livremente;
• Sempre que possível instalá-las em um nicho ou em um shaft.
Cuidados na instalação
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II.Shaft/nicho → Espaço para dilatação
Cuidados na instalação
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II.Dilatação
• Na tubulação embutida nunca usar cimento, para que a tubulação
fique livre para as dilatações térmicas;
• Em trechos longos e retilíneos deve-se usar juntas de dilatação
especiais que permitam a dilatação.
Cuidados na instalação
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II.Junta de expansão → Dilatação
Cuidados na instalação
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II.Junta de expansão → Dilatação
Cuidados na instalação
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Exercício de fixação
Parte 1
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Deseja-se utilizar coletores solares para
aquecimento de água em um hospital.
Devem ser aquecidos 1800 litros de água
de 25°C para 45°C em uma hora.
Determine quantos coletores de 2,0 m² de
área devem ser instalados, supondo que
60% da energia solar seja efetivamente
empregada para o aquecimento.
Considere: calor específico da água: 1
kcal/kg°C e energia incidente: 700
kcal/m²/h.
Exercício 1
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Supondo que você deseja dimensionar um sistema de aquecimento solar (por
placas solares) para uma residência unifamiliar de 5 pessoas situada em
Maceió-AL, avalie:
a) A área do coletor necessária;
b) Inclinação do coletor no telhado;
c) Volume do reservatório térmico (boiler).
Exercício 2
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Versão 00
Dados do projeto
Massa específica da água:
Calor específico da água:
Temperatura da água fria:
Temperatura da água quente:
Rendimento do aproveitamento da energia por painel:
Intensidade da radiação solar: 5,9 kWh/m²/dia
Latitude de Maceió: 9°40’
Exercício 2
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Versão 00
1 kcal/kg/°C
1000 kg/m³
20°C
60°C
50%
1 kWh = 860 kcal = 3,6 MJ 
O proprietário de um prédio situado em Palmeira dos Índios-AL, no
entorno das coordenadas geográficas 9°25’25” S e 36°37’45” O,
contrata você para projetar os coletores solares para aquecimento
de água. Sabendo que ele deseja aquecer 150 litros de água de
20°C para 40°C em uma hora, determine a quantidade de
coletores solares de 2 m² necessária que deve ser instalada e a
inclinação ideal dos coletores no telhado, supondo que 50% da
energia solar seja efetivamente empregada para o aquecimento da
água. Adote como referência: calor específico da água 1
kcal/kg/°C; massa específica da água 1000 kg/m³; e incidência da
radiação solar de projeto em Palmeira dos Índios-AL 200
kcal/m²/h.
Exercício 3
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