O clima local e a irradiação solar média anual influenciam no desempenho da instalação (foto: shutterstock / Dmitry Kalinovsky)

A eficiência do sistema de aquecimento solar de água depende da soma de vários fatores. Características como o clima local e a irradiação solar média anual influenciam diretamente no desempenho da instalação. Porém, mesmo que o ambiente externo apresente as propriedades ideais, a solução não terá a eficácia esperada sem o adequado planejamento prévio e a correta especificação de soluções de isolamento térmico.

Um projeto corretamente concebido, dimensionado, detalhado e especificado é fundamental para o sucesso do sistema. Por isso, é indispensável atender aos requisitos e critérios estipulados na ABNT NBR 15569
Sérgio Frederico Gnipper

“Um projeto corretamente concebido, dimensionado, detalhado e especificado é fundamental para o sucesso do sistema. Por isso, é indispensável atender aos requisitos e critérios estipulados na ABNT NBR 15569 — Sistema de aquecimento solar de água em circuito direto — Projeto e instalação”, destaca o engenheiroSérgio Frederico Gnipper, especialista em instalações prediais hidráulico-sanitárias e sócio da Gnipper Engenheiros Associados.

Leia também: Tubos e conexões, como comprar?

PROJETANDO AS INSTALAÇÕES

O sistema tem que ser composto por tubulações resistentes à ação agressiva da água quente. Diferentemente da temperatura ambiente, quando aquecida, a água apresenta maior reatividade química nos processos de corrosão e degradação.

O material deve apresentar poucas deformações, dilatações e contrações térmicas. E, ainda, resistir às pressões de trabalho por período de tempo prolongado, geralmente, estimado em 50 anos, de acordo com o especialista.

O cobre é o material mais indicado para condução de água quente, devido à elevada durabilidade da matéria-prima – o que compensa o alto investimento necessário para aquisição e instalação do produto. São opções válidas os tubos e conexões de materiais plásticos, como os CPVC, PPR, PEX, PB e PERT.

Características dos materiais de tubos condutores de água quente quando desprovidos de isolamento térmico (valores médios)

“Analisando a tabela, é possível concluir que um tubo de polipropileno random (PPR) apresenta 1,7 vezes mais perda de calor do que um de CPVC com o mesmo diâmetro. Isso quando operam nas mesmas condições”, analisa o engenheiro.

Por outro lado, tubos de aço galvanizado e suas conexões não são indicados para a condução de água quente. A recomendação se explica pelo aumento da reatividade química com a elevação da temperatura da água, acelerando o processo de redução da camada protetora de zinco e, subsequente, corrosão do ferro.

“Tubos plásticos destinados exclusivamente para a condução de água fria também não devem ser especificados, como o PVC e o polipropileno”, afirma Gnipper. Nesses casos, a água quente contribui para a deformação dimensional das tubulações. “Ocorre o amolecimento das paredes dos encanamentos, com risco de ruptura, especialmente, quando estão submetidos a maiores pressões hidrostáticas”, complementa.

Baixe esse Kit de Conteúdo e aprenda a comprar materiais para construção civil corretamente

ISOLAMENTO TÉRMICO

A racionalização do consumo energético no sistema está, principalmente, relacionada ao isolamento térmico adequado do encanamento e à existência de recirculação
Sérgio Frederico Gnipper

Dependendo do tipo de material especificado e das peculiaridades de cada instalação predial, deve ser considerada a necessidade de isolamento térmico das tubulações. “A racionalização do consumo energético no sistema está, principalmente, relacionada ao isolamento térmico adequado do encanamento e à existência de recirculação”, comenta o engenheiro.

A água quente precisa percorrer o caminho que vai do ponto em que é aquecida até o local de utilização. Nesse percurso, a tubulação pode apresentar trechos que estejam em contato com diferentes elementos, com temperaturas variáveis. “Existem tubulações embutidas na alvenaria, correndo dentro de forros falsos, no interior de dutos verticais (shafts), entre outros”, enumera o especialista.

As perdas térmicas são definidas pela análise de troca de calor entre a água e os meios que a envolvem, além da capacidade de transmitir calor apresentada por cada elemento. Com isso, o estudo de todo o sistema é fundamental no momento de especificar qual o tipo de isolamento térmico mais indicado.

Inclusive, a própria tubulação precisa ser estudada. As perdas térmicas são mais expressivas quando o encanamento é completamente metálico, material conhecido por ser bom condutor térmico.

“A importância da presença de isolamento térmico numa tubulação conduzindo água quente pode ser medida por sua eficiência. Ou seja, a relação entre o calor economizado utilizando-se o isolamento e o calor perdido através da tubulação desprovida de isolamento”, comenta Gnipper. O valor é calculado através da equação:

Se os números mostrarem que vale a pena a incorporação de isolantes térmicos, o projetista terá à disposição uma vasta lista de possibilidades. Basicamente, a tubulação é envolvida por elemento isolante que apresente espessura adequada. Tem a finalidade de minimizar o fluxo de calor da água quente para o meio externo.

“Logicamente, não é possível anular por completo as perdas térmicas por transmissão de calor através da aplicação de materiais isolantes. O que acontece é a minimização desses índices”, explica o engenheiro.

SOLUÇÕES INDICADAS

Os isolantes térmicos devem ser escolhidos em função de critérios como segurança no uso (evitar queimaduras), investimento na aquisição e instalação, além do custo equivalente à perda energética admissível por dissipação térmica.

Um bom isolante térmico deve apresentar baixa condutibilidade térmica; baixa absorção de umidade; baixo peso específico; baixo calor específico; boa resistência mecânica; estabilidade estrutural; estabilidade química; e a capacidade de não entrar em combustão.

“A eficácia de um material está ligada, principalmente, ao valor do seu coeficiente de condutibilidade térmica. Quanto mais baixo, melhor será a capacidade isolante do elemento. Consequentemente, menor passa a ser a espessura requerida“, afirma Gnipper.

Condutibilidade térmica de diferentes materiais isolantes

Em sistemas antigos, era comum o uso de calhas bipartidas de lã de vidro e de lã de rocha como material isolante para trechos expostos, assim como de argamassa de amianto em pó e cal para tubulações embutidas na alvenaria. “Por questões de saúde, o amianto em pó foi banido e substituído por vermiculita em pó”, informa o engenheiro. Atualmente, tem sido empregada a bainha de espuma de polietileno, mesmo em trechos embutidos.

Recentemente tem sido divulgado que determinados materiais de tubulações plásticas para água quente dispensam a aplicação de isolamento térmico devido à baixa condutibilidade térmica relativa, especialmente quando comparada ao cobre. “Entretanto, essa não é uma verdade absoluta. Os valores de condutibilidade térmica de tubos plásticos se mostram cerca de dez vezes maiores do que os dos isolantes térmicos mais comuns”, fala o engenheiro.

O isolamento térmico pode ser dispensado sem grandes dispêndios energéticos em trechos curtos de tubulações plásticas, a exemplo de casas térreas e pequenos apartamentos em que se dispensa a recirculação. No entanto, são aconselhados em sistemas mais extensos.

“A ausência de isolamento térmico em trechos sem recirculação, por outro lado, também acentua a velocidade de esfriamento da água, que acaba sendo descartada sem necessidade antes de cada uso de aparelho sanitário, configurando lamentável desperdício”, comenta o engenheiro.

Baixe agora nosso e-book e descubra quais as "Melhores práticas na gestão de projetos de construção civil"!

ERROS COMUNS EM RESIDÊNCIAS UNIFAMILIARES

Estatísticas mostram que metade dos problemas que acometem o sistema predial de água quente decorre de falhas no projeto hidráulico, seguidas por erros de execução. Assim, é fundamental contratar projeto executivo detalhado, realizado por profissional legalmente habilitado. A equipe de instalação também precisa ser devidamente qualificada.

Em residências unifamiliares, os problemas mais comuns estão relacionados com o armazenamento da água quente, seja em aquecedores ou em reservatórios térmicos. Já nas tubulações, erro frequente é projetar o sistema com formato do sifão inadequado, desprovido de tubos de respiro, em sistemas abastecidos por gravidade, ou de válvulas ventosas, em sistemas pressurizados.

Nessas condições, o formato do sifão propicia a segregação de bolhas de ar presentes na massa líquida, que acabam se unindo e permanecendo confinadas no colo alto do cano. O fenômeno causa perda de carga localizada, que não havia sido prevista nos cálculos iniciais, e resulta na redução da vazão nos aparelhos sanitários atendidos pela tubulação.

Confinamento de ar em colos altos de trechos de tubulação com formato de sifão

Outro erro comum é a ausência de sifão térmico na tubulação de alimentação de água fria, imediatamente antes do reservatório. A falta do equipamento propicia perda passiva de calor por correntes de convecção que percorrem a água fria. Por vezes, a situação é interpretada como sendo motivada por suposto refluxo indevido de água quente do interior do reservatório para a tubulação de alimentação de água fria, ensejando a incorreta instalação de válvula de retenção no trecho problemático. “Situação vedada pela ABNT NBR 7198”, fala o engenheiro.

Além de poder comprometer a durabilidade e a integridade da tubulação de água fria, caso não seja composta por material resistente à água quente, a entrada passiva de calor no sistema causa desperdício energético bem oneroso.

O fenômeno de escaldamento é falha que pode ocorrer, especialmente, em residências unifamiliares com distribuição por gravidade operando com baixas pressões. A causa reside, normalmente, em erro de dimensionamento das tubulações.

Nesse caso, ao ser acionada a válvula de descarga, a queda de pressão promove a reversão do sentido do escoamento no sub-ramal de água fria, fazendo com que a água quente adentre integral e instantaneamente na ducha. O escaldamento tem potencial de causar sérias queimaduras no usuário, dependendo da temperatura da água, do tempo de contato com a pele e com a região corporal afetada.

Um cuidado a ser tomado na execução do isolamento térmico está na confecção das emendas de segmentos de calhas bipartidas, de tubos one piece pipe e da colocação de bainhas de espuma de polietileno em cotovelos e ‘T’. É preciso realizar a perfeita justaposição da camada isolante nas junções, com o corte sendo realizada a 22° ou a 45°.

Sem essa atenção podem ocorrer problemas relacionados à movimentação térmica (dilatação e contração), provocando a flambagem do trecho de tubo e consequentes fissuras e trincas no revestimento. Caso a tubulação esteja impedida de se movimentar, sua parede acumulará tensões mecânicas e poderá romper devido à fadiga do material.

As falhas que acontecem nas residências unifamiliares também acometem sistemas de água quente de edifícios de múltiplos pavimentos – em alguns casos, com consequências agravadas.

Por exemplo, as perdas térmicas passivas por convecção em condição estática (sem utilização de água quente) tem efeito multiplicado. Ao final de um longo período sem uso de água quente nos andares, o volume dentro do reservatório de água fria passa a se aquecer, resultando em considerável perda de calor e desperdício de energia.

“Os edifícios multipavimentos dotados de aquecimento central coletivo estão sujeitos a uma diversidade ainda maior de anomalias. Sendo que, em geral, são de natureza sistêmica ou funcional bastante complexa, cuja solução demanda a intervenção de profissional qualificado na área de patologia dos sistemas hidráulicos prediais”, finaliza Gnipper.

Colaboração técnica

: Sérgio Frederico Gnipper – Engenheiro civil pela Escola de Engenharia Mauá, tem mestrado em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo (USP). É especialista em instalações prediais hidráulico-sanitárias, prevenção contra incêndio, gases combustíveis, gases medicinais e saneamento básico. É sócio da Gnipper Engenheiros Associados.

Como escolher o isolamento térmico para as tubulações de água quente