1 Climatização Curso: Engenharia Civil – 2 º Ano Disciplina: Materiais de Construção Docente Coordenador: Engenheiro João Guerra Trabalho realizado por: Dário Moreira (n.º do aluno 16877) João Bragança (n.º do aluno 19826) Paulo Guimarães (nº do aluno 20094) Ano Lectivo 2009 / 2010
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Climatização
Curso: Engenharia Civil – 2 º Ano
Disciplina: Materiais de Construção
Docente Coordenador: Engenheiro João Guerra
Trabalho realizado por:
Dário Moreira (n.º do aluno 16877)
João Bragança (n.º do aluno 19826)
Paulo Guimarães (nº do aluno 20094)
Ano Lectivo
2009 / 2010
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Índice
Ponto 0 – Introdução .......................................................................................... Pag. 3
Ponto 1 – Arrefecimento .................................................................................... Pag. 8
Ponto 2 – Aquecimento ...................................................................................... Pag. 17
Ponto 3 – Permutadores: Realização da Evaporação e Refrigeração ................. Pag. 23
Ponto 4 – Ventiladores ....................................................................................... Pag. 28
Ponto 5 – Refrigeração ....................................................................................... Pag. 35
Ponto 6 – Principio geral dos recuperadores de calor ........................................ Pag. 47
Ponto 7 – Aquecimento Central ......................................................................... Pag. 51
Ponto 8 – Painéis solares .................................................................................... Pag. 85
Ponto 9 – Termoacumulador de calor ................................................................ Pag. 106
Ponto 10 – Pavimento e tecto radiante ............................................................... Pag. 126
Ponto 11 – Telhados e vãos ............................................................................... Pag. 135
Ponto 12 – Recuperadores de calor ................................................................... Pag. 135
Ponto 13 – Aquecimento por distribuição de ar quente .................................... Pag. 143
Ponto 14 – Salamandras .................................................................................... Pag. 144
Ponto 15 – Bibliografia ..................................................................................... Pag. 156
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Introdução
Neste trabalho vamos abordar o tema da climatização, com o objectivo de
falarmos de todos os equipamentos que fazem por manter a temperatura ambiente
dentro de valores aceitáveis de conforto (entre os 20 e os 25ºC, por regra).
Os equipamentos térmicos baseiam-se na recuperação de calor de
escoamentos de exaustão, tais como ar de ventilação em edifícios ou o ar húmido de
secadores. O princípio tem como objectivo tirar o máximo partido das diferenças de
temperatura entre os escoamentos à entrada e à saída, usando o mínimo material ou
energia de ventilação possível.
Nas novas construções, alterações e/ou projectos de remodelação visam ,
comparativamente a habitações antigas, espaços mais estanques. Hoje em dia, este tipo
de habitação corta a perda de calor total em 25 a 50%. A casa impermeável é mais
confortável, mais rigorosa a nível de construção e mais barata, no que diz respeito à
energia, pois o calor mantém-se mais tempo dentro da casa, sendo melhor aproveitado.
No entanto, estas construções sugerem a utilização de ventiladores mecânicos
para manter o ar fresco e evitar o desenvolvimento de poluentes no ar interior (CO2,
formaldeído e VOC's constituintes dos materiais de construção).
Os produtos de combustão de caldeiras, motores térmicos e fornos são gases dos
quais é muitas vezes recuperada energia. Existem inúmeros tipos, mas todos se baseiam
em tubos ou placas para a transferência de calor dos gases de escape para o ar à entrada,
mantendo os dois fluxos separados, evitando a sua mistura.
O Permutador de calor é um aparelho que se destina a aumentar ou diminuir a
temperatura de um fluido ou a provocar uma mudança de fase. Essa variação de
temperatura ou mudança de fase é conseguida à custa de permuta de energia, sob a
forma de calor, entre dois ou mais fluidos.
A utilização de energia térmica impõe o recurso a permutadores de calor. Cerca
de 90% da energia primária nas sociedades industriais é obtida por via térmica. Assim,
o permutador é um órgão de utilização muito generalizada. O seu uso vai desde
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as instalações de aquecimento doméstico à indústria alimentar, das instalações motrizes
à indústria química
Existem inúmeros tipos de aplicações para os permutadores, distinguindo-se
muitas vezes pela finalidade específica do seu uso.
- Condensadores (geradores de vapor e evaporadores)
– Arrefecedores
– Aquecedores
– Recuperadores
– Regeneradores
– Radiadores
– Torres de arrefecimento
Temos várias opções de equipamentos. Se quisermos colocar numa casa,
podemos optar entre: O Ar Condicionado "Mono-Split", (a cada unidade interior
corresponde uma unidade exterior). O Ar Condicionado "Multi-Split", (para várias
unidades interiores corresponde uma única unidade exterior). E o Chiller com
Ventiloconvectores, (uma única unidade exterior com a possibilidade de conjugação de
vários ventiloconvectores, aos quais também podemos associar radiadores ou
toalheiros).
O Chiller é uma unidade exterior á qual podem ser interligadas diversas
unidades interiores (ventiloconvectores, radiadores...), tem a capacidade de aquecer ou
arrefecer a água, que é o fluído utilizado como meio de transporte do calor ou frio para
cada divisão da sua moradia. Uma das grandes vantagens do Chiller é que apesar de
funcionar a electricidade, os seus consumos são extremamente baixos, tanto na função
de arrefecimento como de aquecimento. A titulo de exemplo podemos afirmar que para
uma potência instalada de 24 Kw, apenas consomem 8 Kw (um terço da potência
instalada).
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O Ventiloconvector é constituído por uma "bateria" e um "ventilador", situado
por baixo dessa mesma bateria forçando a circulação do ar ambiente. Pela "bateria"
circula água quente ou arrefecida, dependendo da temperatura desejada para o
compartimento da sua moradia. A água pode ser aquecida por uma caldeira, ou aquecida
e arrefecida por um Chiller (bomba da calor). A vantagem de utilização dos
ventiloconvectores é poder ser inseridas em tectos falsos, e a distribuição do ar ser
realizada por intermédio de grelhas ou difusores.
Uma bomba de calor é a forma inteligente de transferir calor para dentro e para
fora de um edifício, climatizando-o, podendo conjuntamente aquecer a água para os
banhos da sua moradia. A bomba de calor para produzir frio, baseia-se no mesmo
princípio termodinâmico de um frigorífico doméstico. Para produzir calor, inverte o
ciclo e aproveita a energia grátis disponível na natureza. Para proporcionar 100% de
calor necessário a uma vivenda a bomba de calor, apenas necessita de 30% de energia (o
que resulta numa economia de 70% no consumo energético).
Os seguintes processos a ter em conta já na construção passa por fazer um
estudo do projecto inicialmente, depois prepara-se o estaleiro. Estabelece-se um plano
de segurança para de seguida podermos executar a obra com todos os cuidados
assegurados. Para finalizar, elabora-se um ensaio para por fim terminar com o arranque
do sistema.
A Manutenção, é um processo que consiste em manter ou repor as características
necessárias para o bom e eficaz funcionamento do sistema, são acções técnicas e
administrativas, pode ser preventiva, correctiva e curativa, no primeiro caso pode ou
não ser sistemática, sendo que é considerada sistemática quando é realizada em função
do tempo isto é existem períodos de tempo definidos para realizar a manutenção, é
considerada correctiva quando o problema em questão a avaria não é totalmente
aniquilada pela manutenção curativa, considera se curativa quando existe reparação de
avarias (mecânicas, eléctricas, etc.) ou acidentas ocorridos.
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Figura 1 – Bomba de calor
Figura 2 - Ventiloconvectores
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Figura 3 – Ar condicionado Multi-Split
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Arrefecimento�
Ponto 1 - Arrefecimento passivo
Caracterizamos aqui 4 sistemas de arrefecimento passivo, que são eles:
Ventilação Natural: A circulação de ar contribui para a diminuição da temperatura
interior e ainda para a remoção do calor sensível armazenado na massa térmica. Tem
também implicações em termos de conforto térmico, ao incentivar perdas de calor
por convecção e evaporação nos ocupantes.
Arrefecimento pelo Solo: O solo, no Verão, apresenta temperaturas inferiores á
temperatura exterior, constitui-se como uma importante fonte fria e poderá, no
período de Verão, intervir como uma fonte de dissipação de calor, dissipação esta que
pode ocorrer por processos directos ou indirectos.
Arrefecimento Evaporativo: Esta estratégia baseia-se na diminuição de temperatura
associada à mudança de fase da água do estado líquido ao estado de vapor. Quando o
decréscimo é acompanhado de um aumento do conteúdo do vapor de água, trata-se
de um arrefecimento evaporativo directo. Neste caso, o ar exterior é arrefecido por
evaporação da água, antes de entrar no edifício.
Arrefecimento Radiativo: A emissão de radiação por parte dos elementos da
envolvente exterior de um edifício poderá ser utilizada no arrefecimento do mesmo.
As perdas por radiação ocorrem durante os períodos diurnos e nocturnos, tratando-se
pois de um processo contínuo. É, no entanto, durante o período nocturno que os seus
efeitos se fazem mais sentir em virtude da ausência de radiação solar directa.
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Figura 4- esquema do arrefecimento passivo
Ponto 1.1 - Imagens do processo construtivo
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Figura 5- imagens do processo construtivo do arrefecimento passivo)
Figura 6- imagens do processo construtivo do arrefecimento passivo
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Figura 7- imagens do processo construtivo do arrefecimento passivo
Figura 8- imagens do processo construtivo do arrefecimento passivo
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Figura 9- vista das saídas de arrefecimento
Ponto 1.2 - Arrefecimento Passivo
O Arrefecimento passivo, essencialmente, consiste em impedir a radiação solar
de entrar no edifício. Isso consegue-se através do próprio edifício, que quando
projectado prevê este impedimento. Também tendo construções próximas que possam
proporcionar o sombreamento. Outra das maneiras utilizadas é a colocação de
vegetação, plantada para o efeito ou existente, como técnicas de sombreamento. Muitos
empreiteiros optam por colocar tolos, palas e estores do lado exterior do vidro
Existem vários métodos, com vista ao arrefecimento passivo de uma habitação,
isolados ou combinados conforme a situação. A aplicação destes varia em função do
clima, local, materiais, soluções construtivas e custos.
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É importante considerar as questões de climatização ainda na fase de projecto,
sendo que o desenho deste pode influenciar o bom ou mau aproveitamento do meio
envolvente com vista a climatização.
Vamos agora, explicar em que consiste cada tipo de arrefecimento que conhecemos:
Ponto 1.2.1 - Sombreamento
Uma das técnicas de arrefecimento passivo mais eficaz consiste em não deixar que o sol penetre nos espaços e os aqueça, isto, consegue-se com a colocação de palas de sombreamento, estores pelo lado exterior do edifício, desenho da própria construção ou através da vegetação.
Figura 10‐ sombreamento
A colocação de palas e estores exteriores deve ser considerado como um suplemento, quando a vegetação é uma impossibilidade. A vegetação regulariza o equilíbrio das condições climáticas extremas.
As árvores sempre que possível, devem ser mantidas, proporcionando, não só um ambiente saudável, contribuem também para o sombreamento e arrefecimento do ambiente.
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Ponto1.2.2 - Reflexão solar
A quantidade de energia solar (visível, infravermelha ou ultravioleta) que é
reflectida pelo sistema de vidro e filme, expressada em percentagem. Quando a luz do
sol atinge o vidro, a energia solar é transmitida através da vidraça, absorvida por ela ou
reflectida para longe. Os tipos de vidro e de filme de controlo solar aplicado geram
resultados de reflexão variáveis, mostrados em percentagens, que representam a
quantidade de energia solar que o vidro e o filme reflectem. Para uma rejeição máxima
do calor, escolha filmes com um valor de reflexão solar alto.
As cores utilizadas em fachadas e coberturas têm um papel determinante no que
respeita ao conforto térmico: as cores claras e matizadas têm a vantagem de não
absorver o calor como acontece com cores mais escuras. Se bem que com a evolução
tecnológica já existem no mercado tintas absorventes e reflectoras independentemente
da sua cor, embora o princípio seja este.
Uma fachada de cor branca pode absorver até 25% do calor do sol, enquanto a
de cor preta absorve 90%. Com este exemplo pode verificar-se como uma simples
opção de cor pode influenciar grandemente a quantidade de calor que entra no edifício.
Um outro material determinante na reflexão solar, é o alumínio colocado com a
parte reflectora para o exterior, de modo a reduzir a entrada de calor na construção. O
mesmo se aplica hoje em dia a vidros com corte térmico, tendo como princípio básico a
reflexão de calor solar.
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Ponto 1.2.3 - Conforto térmico através do pavimento
Existem ainda técnicas de aquecimento/arrefecimento passivos através do chão.
Sendo a temperatura á superfície quente nos dias de Verão, sendo mais baixa no Verão
que a do exterior e por sua vez mais quente do que a temperatura exterior no Inverno.
Sendo usada para arrefecer no Verão, e para aquecer no Inverno.
Figura 11‐ esquema de aquecimento térmico
No entanto a temperatura da terra varia consoante a profundidade e ao longo das
estacões do ano. Embora o princípio se mantenha, pois será sempre mais fresca que a do
exterior no Verão e mais quente que a do exterior no Inverno.
Ponto 1.2.4 - Brisas Refrescantes
Outra das técnicas passivas para arrefecimento consiste em tirar partido das
brisas do vento.
Figura 12‐ esquema de funcionamento das correntes de ar
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Provocar correntes de ar entre janelas abertas é uma forma de arrefecer e renovar
o ar interior. Contudo não vale de nada promover esta circulação de ar se as janelas não
forem protegidas pelo seu exterior, para que não se verifiquem ganhos solares que ao
contrário, aquecem, mesmo se houver pouco ou nenhum vento, o facto de abrir janelas e
deixar entrar o ar, é uma boa técnica de arrefecimento pois promove a circulação de ar.
Aberturas junto ao chão e no alto, provocam o ciclo convectivo, o ar morno sobe
deixando entrar o ar fresco.
Figura 13‐ existência de aberturas na construção, com vista a circulação do ar
Ponto 1.2.5 - Arrefecimento através da água
A água pode ser também utilizada em sistemas de arrefecimento passivos. A
água pode ser transportada ou bombeada por radiadores para proporcionar
aquecimento/arrefecimento.
Figura 14‐ arrefecimento através da água
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De qualquer modo, qualquer construção próxima da água beneficia de brisas
frescas através do processo evaporativo da água e pode tirar partido. Em climas onde a
água está disponível, o método evaporativo é o método indicado para promover
conforto em temperaturas muito elevadas.
Aquecimento
Ponto 2.1 - Energia Solar Passiva
O calor resultante da radiação solar pode ser aproveitado para o aquecimento de
edifícios sem necessidade de recorrer a sistemas activos que consomem energia.
Figura 15‐ aproveitamento da luz solar
Este aproveitamento é conseguido através da arquitectura do edifício
combinando correctamente o aproveitamento dos raios solares ao longo do dia e do ano,
a acumulação de calor na estrutura, o controlo do fluxo de calor através da estrutura do
edifício e a ventilação natural.
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Ponto 2.1.1 - Vantagens
O baixo custo, como o bom planeamento e orientação do edifício que podem
resultar consumos energéticos evitados até 40%.
Ponto 2.1.2 - Principais aplicações
Quanto às possíveis aplicações, em qualquer edifício habitacional, de escritórios
ou industrial, podem ser aplicadas soluções de eficiência energética e de energia solar
passiva.
Figura 16‐ aproveitamento dos raios solares em escritórios
Ponto 2.2 - Sistemas de ganho directo
Consiste na captação da radiação solar para o interior do espaço habitado através dos envidraçados (janelas).
Figura 17‐ utilização de envidraçados
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A envolvente do espaço interior (paredes e pavimento) deve ser constituída por
materiais compactos (betão, tijolo maciço) e que tenham grande capacidade de
armazenamento térmico e cujas superfícies devem ter um grande poder de absorção de
radiação solar (tons escuros, principalmente para o pavimento). Só assim se consegue
que depois do pôr-do-sol a matéria comece a libertar o calor armazenado e o calor do ar
se faça principalmente por convecção natural.
Desta forma, o vidro comporta-se como a comporta de uma trama de calor, pois
permite a entrada da energia mas não a sua saída.
A janela é um elemento muito importante no contributo da energia solar para o
aquecimento do ambiente de conforto, sendo a sua orientação (a Sul) e o seu correcto
dimensionamento factores decisivos para a sua eficácia.
Ponto 2.3 - Sistemas de ganho indirecto
A captação realiza-se através de um elemento que actua como acumulador de
calor. A partir deste elemento o calor é cedido ao interior por convecção e condução,
pelo que gera, devido a inércia térmica, um retardo na transmissão e uma amortização
na oscilação das temperaturas.
As propriedades de armazenamento e de inércia térmica das paredes solares não
se impedem sobreaquecimento em dias de forte insolação, como possibilitam
temperaturas amenas em eventuais dias de fraca radiação. Estas paredes, são, pois,
particularmente aconselháveis em climas e zonas com elevada percentagem da radiação
directa na estação fria.
Há vários tipos de paredes acumuladoras térmicas, embora a mais conhecida seja
a parede de Trombe, assim designada por ter sido desenvolvida em França por Felix
Trombe. Esta parede, que é basicamente uma diminuta estufa, é constituída por um
vidro exterior orientado a Sul, uma caixa-de-ar e um muro de grande espessura e
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densidade, frequentemente de betão, embora também se fabrique em tijolo. A função do
conjunto é a captação e acumulação da energia captada pela irradiação solar.
O seu funcionamento é o seguinte: A radiação solar de onda curta atravessa o
vidro e aquece o muro, produzindo-se o chamado efeito de estufa quando a radiação de
onda larga emitida pelo muro não pode voltar a atravessar o vidro, aquece assim o ar
que existe na zona intermédia entre o vidro e a parede. Este espaço suporta grandes
amplitudes térmicas e contribui assim para um ambiente mais ameno no interior do
compartimento. No muro existem dois conjuntos de orifícios, um na parte superior e
outro na parte inferior, de forma que quando o ar aquece, ascende por convecção natural
e, atravessa o muro pelos orifícios. O vazio que se forma na caixa-de-ar succiona,
através dos orifícios inferiores do muro, o ar frio que se encontra estático no interior do
edifício.
A fim de aumentar a sua capacidade de absorção da radiação solar, a superfície
de parede exposta ao sol deve ser pintada de cor escura ou mate, a sua espessura vária
consoante o material escolhido: 30 a 40 cm para betão e 25 a 35 cm para tijolo maciço,
por exemplo. O painel de vidro deve situar-se entre 10cm e 15cm da parede.
Figura 18‐ Parede de Trombe
Desta forma cria-se o chamado ciclo convectivo que faz entrar o ar frio do
interior do edifício na caixa-de-ar, aquece-o, e volta a entrar no interior do edifício, que
faz entrar o ar frio para a caixa-de-ar, aquece-o e volta a entrar no interior do edifício.
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Mas parte da energia absorvida pela parede é novamente transmitida por
radiação e convecção para o vidro e deste perdido para o exterior. Contra este efeito,
pode prever-se a aplicação do lado exterior do vidro um estore, que além de prevenir
estas perdas térmicas, devendo para isso ser fechado logo que termine a radiação solar,
desactiva a parede de Trombe no Verão, (conservando-se fechado durante este período).
No entanto, há vários tipos possíveis de parede de acumulação térmica, uma vez
que o objectivo é a acumulação de energia, este elemento acumulador pode ser em
qualquer material que possua massa térmica:
Figura 19‐ ventilação
Ponto 2.4 - Sistemas de ganho isolado
São constituídos por um espaço fechado coberto de vidro (uma estufa) e de uma massa acumuladora térmica, geralmente constituída pelo pavimento e parede contígua ao compartimento que se pretende aquecerem.
Figura 20 – sistema de ganho isolado
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A estufa não só proporciona o ganho de energia proveniente da radiação solar
directa, como também, sobretudo nos dias de céu encoberto, possibilita ganhos
consideráveis provenientes da radiação difusa.
Nos dias frios e de fraca insolação, ou ainda durante a noite, a estufa exerce, em
relação ao compartimento contíguo, a função de zona térmica intermediária (zona de
tampão), contribuindo assim para a redução das suas perdas energéticas nestas
situações. No entanto é imprescindível, a fim de se reduzirem as perdas da estufa
directamente para o exterior a instalação de mecanismos móveis de isolamento
nocturno, pelo lado exterior da mesma.
Ponto 2.4.1 - O calor captado no espaço da estufa pode ser:
Transmitido para o interior do compartimento ou compartimentos adjacentes; -
através da circulação do ar (ganho directo);
Conservado pela massa térmica da parede contígua aos compartimentos que se
deseja aquecer, para posterior aquecimento por radiação (ganho directo).
Esta área de envidraçado a Sul (estufa) deve ser 30% a 90% da área de
pavimento do espaço a aquecer, exigindo sobretudo equilíbrio, sem o qual excessos de
temperatura ou elevadas amplitudes térmicas terão facilmente lugar. A espessura da
parede deve ser semelhante á da parede de Trombe.
O posicionamento correcto da estufa deve ser feito na fachada Sul do edifício,
podendo segundo os casos e conveniências da arquitectura interior, variar do canto
nascente para o canto poente.
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Importa frisar que independentemente dos dispositivos de ventilação e
sombreamento para arrefecimento nos dias quentes, deve poder isolar-se a estufa do
resto do edifício sempre que se considere necessário, da mesma forma que esta deve ser
concebida de maneira a ser desactivada na estação quente, para que não se verifiquem
temperaturas excessivas, com todos os inconvenientes das resultantes.
Permutadores: realização da evaporação e
refrigeração
Quando passamos à escolha de um permutador existem alguns aspectos a ter em
conta, tais como:
Aspectos térmicos, devido à transferência de energia se dar sob a
forma de calor;
Aspectos hidrodinâmicos (perdas de carga máximas admissíveis ou
recomendadas, vibrações, cavitação, etc.) que impõem limitações;
Aspectos construtivos e estruturais, consoante os valores de pressão e
temperatura, momentos flectores, peso próprio ou dilatações diferenciais;
Aspectos económicos; exigências de manutenção e implantação são
também importantes;
Problema de corrosão da superfície de transferência de calor.
Existem inúmeros tipos de aplicações para os permutadores,
distinguindo-se muitas vezes pela finalidade específica do seu uso.
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Condensadores ou Permutadores (geradores de vapor e evaporadores):
-Arrefecedores
-Aquecedores
-Recuperadores
-Regeneradores
-Radiadores
-Torres de arrefecimento
Neste tipo de permutadores estão inseridos três tipos de ventiladores:
Ponto 3.1 - Sistema de Ventilação Equilibrado
Recorre a um sistema de ventilação para o caudal de ar expelido (recuperando
parte do calor deste), que iguala o caudal de ar admitido, permite um ajuste rigoroso da
pressão no interior da habitação e a escolha de áreas a ventilar, intensidade de
ventilação e temperatura ambiente. Um VRC transfere calor, enquanto um VRE
geralmente transfere calor e humidade. A ventilação consiste em fazer a renovação do ar
ambiente de forma a retirar os elementos poluidores.
Ventilação de Recuperação do Calor (VRC) com uma bomba de calor
A optimização da VRC
Os equipamentos de ventilação (VRC) são altamente eficientes. Entretanto é
possível obter eficiências ainda mais elevadas através da aplicação de um permutador de
calor de fluxos cruzados juntamente com uma bomba de calor ar-ar de série.
A ventilação de recuperação de energia (VRE) pode operar em dois modos:
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Modo intermitente - o sistema está sempre em "stand-by" e opera a grande
velocidade quando activado pelo sensor de desumidificação pelo cronómetro
ou pelo sensor de qualidade do ar;
Modo contínuo - o ventilador de recuperação de calor troca constantemente o ar à taxa desejada, quer seja a uma velocidade baixa quer seja a uma velocidade média, e liga-se para alta velocidade, caso assim se deseje. Este método é recomendado, uma vez que embora os poluentes sejam gerados lentamente também o são continuamente.
CUIDADOS NA INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO
O VRC/VRE é um sistema mecânico de ventilação que oferece conforto, conveniência e durabilidade ao edifício.
Ao instalar-se este tipo de sistema deve ter-se em conta alguns aspectos:
- Analisar o sistema em questão;
- Verificar o caudal em todos os pontos de recolha;
- Assegurar uma correcta aplicação ponderando o tamanho, localização das entradas e saídas e zona de controlo.
Os custos podem variar muito dependendo do tipo e complexidade da instalação, assim como com o tamanho e características do VRC/VRE.
Ponto 3.1.1 - Processo e instalação de refrigeração por evaporação de gás combustível
A adição de invenção refere-se a um melhoramento no processo de refrigeração,
bem como a respectiva instalação, que se vale da evaporação de um gás combustível em
um trocador de calor para obtenção de frio, seguindo então o dito gás por uma tubulação
de alimentação até um dispositivo convencional de queima de gás.
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O processo de refrigeração compreende as seguintes etapas: - liberação de um
gás combustível na fase líquida de um reservatório pressurizado; - condução do gás
combustível na fase líquida, através de uma tubulação, até um dispositivo de controle de
fluxo de gás; - passagem do gás combustível por um trocador de calor; - fornecimento
do gás combustível na fase gasosa para um processo convencional de queima.
A instalação básica de refrigeração da invenção compreende um reservatório
portátil pressurizado com um gás combustível liquefeito em cuja válvula de saída está
acoplado um registo que mantém o gás combustível na fase líquida e que se conecta a
uma tubulação que conduz o gás combustível até um dispositivo de controle de fluxo na
entrada de um trocador de calor disposto no interior de uma câmara de refrigeração. A
saída do trocador de calor se comunica com uma tubulação que conduz o gás na fase
gasosa até um equipamento convencional de queima de gás.
Uma construção opcional da instalação de refrigeração prevê o acréscimo de um
filtro secador na tubulação de condução do gás combustível até o trocador de calor ,
uma válvula anti-retorno de chama após o dispositivo de controle de fluxo , um
manómetro e um separador de líquido na tubulação que conduz o gás na fase gasosa até
o queimador de gás.
Figura 1 – Condensadores evaporativos
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Ponto 3.1.2. - Ventilação de Recuperação do Calor (VRC) com uma bomba de calor
Existência de quatro tubos, permite aquecer uma parte e arrefecer outra, sendo
um tubo para ida e outro para retorno, aplicando-se aos dois casos.
Tanto faz frio como quente (insufla ar quente ou frio no interior da edificação).
Figura 21‐ Bomba de calor
Ponto 3.2 - Sistema de Ventilação de Exaustão
Este sistema recorre apenas a ventiladores para assegurar a expulsão do ar, já
que a admissão de ar é feita por ventilação. Este factor pode constituir uma
desvantagem, pois o sistema permite arrasto de ar poluído para o interior da habitação.
Uma vez que o ar ventilado é demasiado fresco, origina-se correntes de ar implicando o
recurso a um aquecimento.
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Ponto 3.3 - Sistema de Ventilação de Admissão
O ar ventilado reduz a temperatura do ar admitido fornecido pelo sistema de
aquecimento. Neste caso, a pressurização do ambiente causa problemas de humidade na
estrutura. Há necessidade de se recorrer a um ventilador para assegurar a circulação de
ar. Os VRC e VRE mais usados são unidades para habitações ligadas por condutas.
Outros tipos de VRC e VRE são unidades para paredes ou janelas. As unidades
ligadas por condutas são mais eficazes, uma vez que permitem uma melhor distribuição
e recolha do ar.
Os ventiladores deste sistema ligado por condutas são, normalmente, instalados
numa sala de forno. Deve ser de fácil acessibilidade para limpeza regular, substituição
de filtros e manutenção em geral.
Ventiladores (ventilação)
A ventilação é um processo que tem como objectivo a renovação do ar ambiente
de um determinado espaço, fechado, de forma a retirar substâncias poluidoras do meio
interior em causa. E pode ser efectuada de duas formas, ventilação natural e ventilação
mecânica ou forçada.
Ventilação natural - no processo construtivo tem-se atenção a esta necessidade,
deixando pontos estratégicos onde este processo se realize de maneira natural.
O funcionamento decorre da seguinte maneira: O ar quente sobe e forma em
primeira instância uma camada térmica abaixo do telhado. Esta camada de calor
aumenta cada vez mais até que a temperatura elevada acaba por atingir os níveis
inferiores, distribuindo-se por todo o recinto. A maneira mais simples de eliminar o
calor, é permitir que este escape pelo telhado.
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A ventilação natural é a forma mais elementar de ventilação, em que se faz uso
da elevação natural do ar quente. No ponto mais elevado possível, são criadas aberturas
de ventilação que permitem eliminar o calor. Paralelamente, as aberturas em níveis mais
baixos permitem a entrada de ar fresco.
Tem como vantagem, a poupança económica no consumo de energia, entrada
adicional de luz diurna pelas aberturas, investimento e amortizações mais baixas,
prolongamento da vida útil, funcionamento sem ruído, requer menos manutenção e não
está sujeito a falhas, oferece a possibilidade de refrigeração nocturna, sem que sejam
necessários instalações adicionais , o sistema também pode igualmente ser utilizado
como um sistema automático de remoção de fumos e calor ( RWA ).
Exemplo:
Figura 22‐ orifícios para ventilação natural
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Figura 23- orifícios para ventilação natural
Ventilação forçada ou mecânica - consiste na utilização de dispositivos específicos para
a função (ventiladores, extractores, exaustores, etc.) que fazem com que o ar se
movimente entre o exterior e interior do edifício que se pretende ventilar, renovando-se
assim o ar.
Exemplo:
Figura 24‐ ventilador
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Ponto 4.1- Tipos de ventiladores:
Ponto 4.1.1 - Ventiladores radiais ou centrífugos.
O ar é expulso em direcção radial ao eixo, entra pela “boca de entrada”, passa
pelas pás da turbina que o empurram para a “voluta” (conduta interna) saindo pela
“boca de saída”, com um dado caudal (m3/h) e uma dada pressão de saída.
Dependendo da necessidade do local, podem-se utilizar ventiladores centrífugos
de baixos, médios ou de elevados caudais e pressões.
Têm geralmente a sua maior aplicação em instalações industriais.
Figura 25‐ ventilador radial
Ponto 4.4.2 - Ventiladores axiais ou helicoidais.
O ar é expulso segundo o eixo do ventilador. A principal característica deste
ventilador é a forma das pás ventiladoras, as quais têm uma inclinação em relação ao
eixo, e ao girarem, efectuam um movimento em forma de hélice, pelo que o ar é
obrigado a passar através delas, adquirindo a velocidade que lhe é transmitida pelas pás.
São utilizados em locais em que a poluição é reduzida. É um sistema económico
que apresenta um nível de ruído baixo.
32
Figura 25- ventilador axial
Fig. 26- Sistemas de ventilação mecânica, natural e eólica
33
Ponto 4.4.4 - Garantia de ventilação
A taxa de referência para a renovação do ar, para garantir a qualidade do ar
interior, é de 0.6 renovações por hora.
As soluções construtivas ou sistemas preconizados para o edifício ou fracção
autónoma devem garantir a satisfação desse valor sob condições medias de
funcionamento, através de:
. Ventilação natural;
-Ventilação natural segundo NP 1037-1;
- Ventilação mecânica
Ventilação Natural - NP 1037-1
De acordo com a norma 1037-1:
A renovação do ar processa-se através dos caudais admitidos por grelhas
colocadas nas caixilhas ou nas paredes dos compartimentos principais e a saída é feita
nos compartimentos de serviço através de condutas prolongadas adequadamente acima
do nível das coberturas. Se a ventilação for projectada de acordo com a NP 1037-1 a
taxa de renovação a adaptar para o calculo do Nic será de 0.6 RPH;
A NP 1037-1 obriga entre outras disposições à:
Existência de aberturas de admissão de ar, preferencialmente auto-regulaveis,
em todos os compartimentos principais;
Dispositivos que assegurem a passagem do ar dos compartimentos principais
para os dos serviços;
Existência de condutas ou aberturas de evacuação do ar em todos os
compartimentos de serviços;
Ausência de dispositivos de extracção mecânica na cozinha, banhos e arrumos;
Pressupõe projecto específico em demonstração de satisfação das regras
constantes na Norma.
34
Ventilação natural - incompatibilidade de sistemas de ventilação
Seja qual for o esquema de ventilação a aplicar no edifício, a NP 1037-1, indica
claramente a impossibilidade de combinação de exaustão com ventilação natural (para
efeitos de aplicação da Norma o exaustor é considerado um meio mecânico de
ventilação, embora o RCCTE considere que a sua existência se possa incluir nos
sistemas considerados de ventilação natural não obedecendo no entanto a NP 1037-1)
Figura 27- esquema ilustrativo da não permissão de ventiladores mecânicos (retirado
do RCCETE)
(informação retirada do RCCTE- DL. 80/2006 de 4 de Abril)
35
Refrigeração
Tem várias aplicações na climatização, destacando-se na climatização de salas.
Este processo implica a mudança de estado dos fluidos frigorígenos (exemplo: água,
fréon, etc.) são os fluidos utilizados para provocar “frio” no espaça a climatizar.
Por exemplo o fréon 12 (R 12) passa de estado liquido a vapor a -30 ºC.
Figura 28- esquema ilustrativo das alterações de estado
Ponto 5.1 - Líquidos frigorígenos
São importantes na refrigeração, porque são estes líquidos que levam a energia
(frio) até ao meio a climatizar.
O processo dá-se através da troca de energia entre o meio (espaço a
climatizar e o liquido frigorígenos), para um líquido evaporar é necessário fornecer-lhe
calor, logo vai existir transmissão de calor do meio a climatizar para o líquido
frigorígeneo, ficando este com temperaturas mais baixas.
36
Ponto 5.2 Refrigeração por compressão:
É constituída por um líquido frigorígeneo, evaporador, compressor,
condensador, válvula de expansão ou regulador.
No evaporador, baixa a pressão o liquido passa a vapor, arrefecendo o meio
(perda de calor).
No condensador, aumenta a pressão o liquido passa de vapor a líquido,
libertando o calor que tinha ganho no evaporador.
O compressor provoca uma zona de baixa pressão e outra de alta pressão, de
forma a provocar as alterações de estado dos líquidos frigorígenos.
Figura 29- exemplo de circuito
37
Ponto 5.3 - O Ciclo de Refrigeração
Os ciclos de refrigeração, isto é, ciclos termodinâmicos de fluidos refrigerantes
em equipamentos frigoríficos por compressão de vapor, são adequadamente
representados em diagramas P x h (pressão-entalpia, diagrama de Mollier) e diagrama T
x s (temperatura-entropia).
Diagrama de Mollier (P x h) para o refrigerante 22 (Freon 22)
O ciclo de compressão de vapor é o mais utilizado em equipamentos frigoríficos
para produção de frio: para conforto térmico ambiente e para resfriamento e
congelamento de produtos.
38
Frigorífico de produtos por compressão de vapor por expansão direta
O esquema acima representar um sistema frigorífico para produtos: os ovos
estão na câmara frigorífica, que é mantida à temperatura baixa pela troca de calor que
ocorre no evaporador. O evaporador é um trocador de calor (no caso, de tubos alteados)
que resfria o ar que circula na câmara, movimentado pela acção do ventilador. No
evaporador ocorre a evaporação do fluido refrigerante, idealmente um processo
isobárico (na realidade, com pequena variação de pressão). Ainda no interior da câmara,
próximo do evaporador, está o dispositivo de expansão (a válvula termostática).
Este então é um dispositivo frigorífico de expansão directa: a expansão ocorre
no ambiente a ser resfriado. No exterior da câmara estão o compressor e o condensador
(e outros dispositivos auxiliares, como o vaso acumulador e o filtro). Esse é
exactamente o esquema de uma geladeira comum, por compressão de vapor.
Outras possibilidades de sistemas frigoríficos (geladeiras, condicionadores de ar,
(refrigeradores directos e indirectos, etc) são as de ciclo de gás (não há mudança de
fase), absorção (veremos rapidamente mais à frente) e a de efeito.
39
Aqui vê-se um sistema indirecto: o ambiente (ou processo) será resfriado ou
condicionado for um fluido secundário, isto é, um fluido de transferência que não é o
refrigerante com o qual opera o ciclo. No caso, figura abaixo, o fluido de trabalho é
resfriado pelo refrigerante no evaporador e “transporta o frio” para o ambiente
adequado. Um tal sistema é conhecido no meio técnico como “chiller”, do inglês, isto é,
um refrigerador.
Esquema de um “chiller” de água
40
Neste chiller mostrado na figura acima, o refrigerante circula do compressor
para o condensador, passa pelo vaso acumulador, expande-se na válvula de expansão
termostática, evapora-se no evaporador, retirando calor de um fluxo de água.
É esta água refrigerada que será utilizada no processo para resfriar um ambiente,
um produto, um outro fluxo de líquido. Assim, este é um sistema indirecto. A figura
mostra duas possibilidades para a condensação: condensador resfriado a ar (trocador de
tubo alteado, normalmente), ou condensador resfriado a líquido (geralmente um
trocador casco-e-tubo - shell and tube). Quando um condensador resfriado com líquido
é usado, a maioria das vezes a água é o fluido de resfriamento, e uma torre de
refrigeração (para resfriar a água aquecida no condensador, para que possa ser usada em
um circuito fechado) é usada. O evaporador do chiller é um casco-e-tubo.
Compressor
41
Condensador a ar remoto
Válvulas de Expansão
42
Evaporadores
43
A geladeira doméstica: um exemplo de ciclo de compressão de vapor
44
Mas, efectivamente, o que é o ciclo frigorífico de compressão de vapor? Ele
consiste de uma série de processos executados sobre e por um fluido de trabalho,
denominado de refrigerante. A geladeira da sua casa, por exemplo, e o aparelho de ar
condicionado de janela, da sala de aula, ambos devem funcionar com o Refrigerante 22,
o mais comum, também conhecido por Freon 22 (em tempo, ciclos de compressão
modernos já estão utilizando refrigerantes “ecológicos”, que não afectam a camada de
ozónio da atmosfera pois refrigerantes cloro-fluor-carbonados destroem o ozónio O3 da
atmosfera). Assim como o ciclo de compressão de uma geladeira de boteco, o ar-
condicionado de seu carro, o sistema de condicionamento central de um edifício, de um
“shopping center”, e vários outros, industriais, comerciais e residenciais.
O ciclo é constituído dos seguintes processos:
1. compressão de vapor, isto é, um compressor realiza trabalho sobre o vapor,
transfere potência a ele;
2. a condensação do vapor, que ocorre no condensador (o trocador de calor à
direita, na figura acima);
3. a expansão do líquido após o condensador, que ocorre na válvula termostática ou
em um tubo capilar;
4. a evaporação do líquido no evaporador.
Como em toda análise de ciclos, vamos começar analisando um ciclo ideal de
compressão de vapor. Vale lembrar, novamente, que ciclos reais desviam-se dos ciclos
idealizados, isto é, o ciclo ideal serve, para nossa análise do ciclo real, como uma
referência, um objectivo a atingir (apesar de inalcançável, mas engenheiro tem um quê
de alquimista, e segue em frente) , através da melhoria de cada processo que o constitui.
De seguida um ciclo ideal de compressão de vapor, na figura seguinte,
45
representado esquematicamente e no diagrama de Mollier (P versus h)
R
epr
ese
nta
ção
esq
ue
mát
ica
do
cicl
o
ide
al
de refrigeração por compressão de vapor no diagrama de Mollier
Ciclo de compressão de vapor ideal no diagrama de Mollier
46
Principio geral de funcionamento dos
recuperadores de calor
São equipamentos dotados de rodas térmicas ou trocadores de placas ar/ar que
permitem que seja aproveitado o frio do ar de retorno que está sendo desprezado ou
expurgado.
A transferência de calor de um fluxo para o outro dá-se sem haver, sequer,
acumulação temporária de calor.
O recuperador é preferível em situações como sistemas de climatização de
edifícios, uma vez que não implica a mistura dos dois fluxos, evitando assim a
transferência de odores e germes.
Os recuperadores do tipo ar-ar com um elevado rendimento, num volume
limitado, não são fáceis de projectar, uma vez que a condutividade térmica dos gases e a
capacidade térmica por unidade de volume são ambas baixas.
Fig. 30 -Recuperadores do tipo ar-ar
47
Os recuperadores constituem, em todos os casos, um aquecimento agradável,
económico e verdadeiramente eficaz. Existem modelos de simples-face e dupla-face,
com funcionamento a lenha entre 45 a 135 cm, e a gás até uma largura de 250 cm,
transformando assim qualquer ambiente.
Consiste num sistema semelhante ás lareiras convencionais, mas concebidos por
forma a aumentarem o seu rendimento, dos convencionais 40% ou até mesmo 30% a
80% de aproveitamento de calor. São fabricados com uma porta em vidro
vitrocerâmico, de guilhotina ou abertura lateral, aumentando deste modo a segurança no
seu funcionamento, o color é emanado através vidro e pela estrutura envolvente, que
pode ter tubagem em que distribui também o calor para os lugares contíguos. Nunca
esquecer de deixar prevista uma entrada de ar-frio (do exterior), para qualquer
esclarecimento deve contactar um profissional do sector.
São peças fabricadas em ferro fundido ou em chapa de aço, sendo que os de
ferro fundido demoram mais tempo a libertar calor do que os Recuperadores de calor
em aço, uma vez estes serem mais espessos.
Quanto ao local de produção deve ser levado muito em conta, uma vez que a
qualidade da chapa se for de uma liga fraca, durará pouco tempo a deteriorar-se!!!
Os recuperadores têm que ser testados oficialmente segundo as normas
europeias EN 13229 (para os inserts) ou EN 13240 (para as estufas), o que constitui
uma garantia de segurança para as pessoas e o edifício.
A transferência de calor pode ser aumentada por meio de dois métodos:
Elevando a quantidade de caudal em contacto com as paredes da matriz usando
um ventilador, por exemplo, ou assegurando que o escoamento é turbulento. Isto
resulta, porém, também em maiores perdas de pressão;
Aumentando a área das paredes (matriz) adicionando alhetas ou dividindo as
condutas, criando assim uma maior superfície de contacto para o mesmo volume.
48
Para satisfazer as necessidades de climatização conta-mos com várias sistemas
de aquecimento e refrigeração.
A necessária renovação de ar nos edifícios habitados pode agora ter custos de
exploração mais baixos, já que o ar introduzido no edifício ou no espaço é feito em
condições que permitem uma eficaz climatização com o recurso de potências de
aquecimento/arrefecimento muito mais baixas.
A lei exige, nos locais frequentados por fumadores, a adopção de sistemas
apropriados de ventilação e renovação de ar que garantam uma adequada qualidade de
ar no interior de tais ambientes.
Por essa razão devem ser utilizados recuperadores de calor, unidades
ventiladoras com recuperação de calor, que favorecem a circulação do ar viciado,
mantendo a qualidade de ar nos locais contaminados até níveis aceitáveis de acordo com
a lei vigente.
O princípio de funcionamento deste aparelho é baseado na recuperação de calor
presente no ar contaminado, extraindo-o atravessando o recuperador de calor de fluxos
cruzados. Deste modo, durante o inverno é feito um pré aquecimento do ar frio exterior
a introduzir no edifício, e um pré-arrefecimento do ar quente durante o verão, reduzindo
as necessidades de correcção de temperatura e humidade através de equipamentos de
Climatização.
O modelo KRV é um recuperador de calor que permite a transferência de calor
entre o fluxo de ar de emissão e o de expulsão, com uma grande fiabilidade e segurança
de funcionamento. O calor transmite-se de uma temperatura maior a uma temperatura
menor.
49
Aquecimento Central
É um sistema de climatização que obedece às necessidades do homem
garantindo o bem-estar. Este sistema é composto por um aparelho central que aquece ou
arrefece dependendo do aparelho de climatização, que distribui a o condicionamento
pelos compartimentos que possuam os aparelhos complementares do sistema central.
Permite aumentar a temperatura ambiente e baixar a humidade relativa do ar no
interior de um espaço fechado, criando condições que permitam aos utilizadores
sentirem-se confortáveis, mesmo em situações de baixas temperaturas exteriores.
Num clima considerado ameno como o nosso, desde finais de Outubro até
Março ou Abril, é extremamente agradável possuir um sistema que nos permita manter
uma temperatura de 20ºC no interior. Esta temperatura, além do conforto
proporcionado, vai diminuir a desagradável sensação de humidade e evitar a formação
de manchas de humidade e bolores.
Para que este sistema funcione é necessário um aparelho que aqueça a água
(caldeira), uma tubagem de distribuição (resistente às temperaturas de utilização e não
agressiva face aos restantes materiais da instalação), elementos emissores de calor
(radiadores, toalheiros) e um sistema de controlo (termóstato ambiente ou termóstato
50
programável).
Fornece um alto padrão de conforto com um baixo consumo energético, sem
desagradáveis ruídos e com um longo período de vida útil.
Sendo o gás um combustível cada vez mais económico, ecológico, acessível e
principalmente seguro, representa por isso a melhor opção como fonte de energia.
Fácil manutenção já que todos os aparelhos que o constituem se interligam com
dispositivos que asseguram o seu máximo rendimento com um absoluto controlo do
utilizador.
Existem vários sistemas para climatização com aquecimento central:
- Ar condicionado
- Aquecimento central a gás/gasóleo
- Aquecimento por
piso radiante
Fig. 31 - Ar condicionado
51
Fig. 32 - Aquecimento central a gás
Fig. 33 - Aquecimento central a gasóleo
52
Fig. 34- Aquecimento por piso radiante
Ponto 7.1 - Caldeiras e Esquentadores
Este aparelho produz água quente consoante as necessidades específicas de cada
instalação e sua especificidade, nomeadamente:
-Águas Quentes Sanitárias;
-Aquecimento Central.
As soluções correntes para áreas moderadas (por fracções de área ≤ 400/500m2),
seja de habitação como de serviços e comércio, abrangem caldeiras murais (a gás) e de
chão (a gás e a gasóleo), todas com possibilidade de se optar por diferentes princípios de
funcionamento:
-Caldeiras de aquecimento central e águas sanitárias instantâneas;
-Caldeiras de aquecimento central e águas sanitárias por acumulação.
No caso de áreas superiores a satisfazer por uma só caldeira entra-se em sistemas
de potência relativamente elevada (acima de 50/60 kW) e pouco comuns em edifícios
com fracções de aquecimento independente. (informação cedida por Prof. João Guerra)
53
O queimador incorporado na caldeira, função da sua marca e modelo, deverá ser
o adequado para o bom funcionamento do conjunto e assegurar o rendimento
determinado pela actual regulamentação. O seu funcionamento terá que ser de total
segurança, estando o mesmo sincronizado com os equipamentos de regulação e de
controlo da caldeira. (informação cedida por Prof. João Guerra)
Ponto 7.1.1 - Acessórios necessários para o funcionamento das caldeiras
7.1.1.1.Emissores de calor (radiadores e toalheiros)
Permitem efectuar a troca de calor entre a água quente produzida pela caldeira e
o ar ambiente, de uma forma natural, proporcionando por isso um ambiente agradável e
silencioso. Com a colocação de cabeças termostáticas nos radiadores e toalheiros
consegue-se um controlo de temperatura independente em cada divisão da habitação,
podendo-se definir uma temperatura diferente para cada uma, ganhando-se versatilidade
de utilização.
O tipo de emissor seleccionado está formado por elementos de alumínio
injectado. Cada emissor é entregue com pintura de acabamento final, protegido através
de plástico retráctil. (informação cedida por Prof. João Guerra)
7.1.1.2.Reguladores
A optimização de consumos pode ser efectuada através dos diferentes tipos de
reguladores, que gerem o sistema consoante as necessidades de aquecimento definidas
pelo utilizador, conferindo uma grande versatilidade de utilização graças às inúmeras
possibilidades de programação permitidas pelos diferentes tipos de aparelhos.
(informação cedida por Prof. João Guerra)
7.1.1.3.Relógio
54
Programação horária dos diferentes períodos de funcionamento do
sistema;
7.1.1.4.Termóstato ambiente
Controlo do sistema através da temperatura ambiente (padrão).
7.1.1.5.Termóstato programável
Gerem o funcionamento do sistema, aliando à programação horária o
controlo do sistema através da temperatura ambiente padrão.
Em alternativa, a temperatura ambiente dos locais ficará regulada
automaticamente em função das condições climatéricas exteriores mediante uma
Central de Regulação electrónica. Desta forma, a temperatura ambiente manter-
se-á constante sem depender das variações da temperatura existentes no
microclima.
7.1.1.6.Acumuladores
Caso a opção recaia numa caldeira que faça o serviço de águas por acumulação,
de modo a permitir a utilização de vários pontos de tiragem de água quente (torneiras)
em simultâneo, haverá que instalar um acumulador de águas sanitárias em conjunto com
a caldeira. O depósito acumulador deve ser seleccionado de acordo com o conforto
pretendido na utilização da água quente.
7.1.1.7. Circulador
A circulação da água pelo interior do sistema de distribuição (anel) é conseguida
com a incorporação de um circulador, cujas características hidráulicas permitem
55
dimensionar diâmetros de tubo mais pequenos e, com isto, reduzir o custo de
montagem. A temperatura ambiente de regime consegue-se muito rapidamente.
7.1.1.8.Tubagem
As tubagens, tanto do AC como das AQS deverão ser em aço inox AISI 304.
7.1.1.9.Isolamento da rede de distribuição
A fim de reduzir as possíveis perdas de calor no conjunto da rede de tubos, e
consequentemente consumos desnecessários de combustível, é necessário isolar
adequadamente os tubos da rede de distribuição, sobretudo, os que circulam por locais
não aquecidos. As suas espessuras, em função do material a usar e as dimensões das
tubagens a isolar, deverão ser as suficientes, sem exceder o raio crítico de rendimento,
nem deverão permitir contactos parasitas com outros materiais envolventes. Em geral,
recomenda-se o revestimento por uma coquilha do tipo SH / Armaflex. (informação
cedida por Prof. João Guerra)
7.1.1.10. Dilatações da rede de tubagens
Durante a realização do traçado da rede de distribuição (AQS) e da rede de
aquecimento central (AC) deverá ter-se em conta a dilatação das tubagens.
Para compensar estas dilatações, devem ser utilizados os materiais adequados ou
a margem que se obtém com as mudanças de direcção.
Todos os acessórios de fixação e alinhamento que sejam necessários deverão
permitir a livre dilatação dos tubos, bem como na passagem de paredes deverá existir
contacto entre tubagens e alvenarias. (informação cedida por Prof. João Guerra)
7.1.1.11.Materiais e Acessórios
56
De acordo com o conceito de que num sistema complexo, como o de
aquecimento central e produção de águas quentes sanitárias, não pode haver
incompatibilidades de nenhum equipamento presente para com outro equipamento
pertencente ao sistema, os materiais em obra devem ser todos do mesmo fornecedor
para permitir a melhor compatibilidade entre estes. Igualmente todos os acessórios terão
de ser do mesmo fabricante das tubagens e compatíveis com os emissores de calor
(prevenção de electrocorrosão ou corrosão catódica). (informação cedida por Prof. João
Guerra)
O sistema de aquecimento central com caldeira, é geralmente utilizado quando
se pretende um aquecimento das águas sanitárias ou não, podendo esta ser a gás ou a
gasóleo.
Deve-se fazer a pré-instalação do aquecimento central das águas na fase de
construção devido ao circuito das condutas de água ser instalado no interior das paredes
ou no pavimento, percorrendo o trajecto até aos compartimentos da habitação onde
posteriormente irão ficar instalados os aparelhos de aquecimento, como os radiadores e
toalheiros. Quando a pré-instalação é feita evitam-se posteriores incómodos devido ao
rebentamento das paredes ou pavimento.
Fig. 35– Caldeiras de parede
57
Figura 36- Esquema da caldeira
58
Figura 37- Esquema eléctrico
59
7.1.1.12. Regulamento
Devem ser cumpridas as Normas Portuguesas NP 998,1037,1038, 1638, o
código de boa prática do I.T.G e do CATIM; assim como qualquer outra
regulamentação referente a instalação de gás.
7.1.1.13. Esquentadores a gás
Tem como objectivo o aquecimento de águas sanitárias, necessita da instalação
de condutas de água. Estas devem ser instaladas durante o processo construtivo.
60
igura 38- Esquema da caldeira
Figura 39- Esquema eléctrico
61
7.1.1.14. Regulamento
Devem ser cumpridas as Normas Portuguesas NP 998,1037,1038, 1638, o
código de boa prática do I.T.G e do CATIM; assim como qualquer outra
regulamentação referente a instalação de gás.
7.1.1.15. Esquentadores a gás
Tem como objectivo o aquecimento de águas sanitárias, necessita da instalação
de condutas de água. Estas devem ser instaladas durante o processo construtivo.
62
Dimensões
63
Figura 41- Esquema funcional do aparelho
64
Figura 41- Esquema eléctrico
65
7.1.1.16. Funcionamento
Ligar o interruptor, a partir deste procedimento, quando se abrir uma torneira de
água quente a ignição dá-se de forma automática, em primeiro lugar o queimador piloto
e segundos após acende o queimador principal, apagando-se a chama do primeiro pouco
tempo depois. Com este sistema poupa-se uma quantidade de energia considerável,
visto que o aquecedor piloto só funciona o tempo necessário para o queimador principal
funcionar.
66
7.1.1.17. Condições para bom funcionamento
Figura 50- esquema ilustrativo das condições a nível dimensional
7.1.1.18.Saídas verticais
Figura 51- esquema ilustrativo das saídas verticais
67
7.1.1.19.Saídas horizontais
Figura 52- esquema ilustrativo das saídas horizontais
7.1.1.20. Conduta de evacuação - admissão segundo C12 Horizontal
68
7.1.1.21.Conduta de evacuação - admissão segundo C32 vertical
7.1.1.22. A chaminé deve:
- ser vertical (reduzir ao máximo ou evitar as troços horizontais
- ser isolada termicamente
- ter saída acima do ponto máximo do telhado
- O tubo de evacuação dos gases de combustão deve ter um diâmetro
ligeiramente inferior ao diâmetro do anel da chaminé, uma vez que vai ser introduzido
neste.
- Na extremidade do tubo de evacuação deve ter uma protecção vento/chuva.
- Ligação do gás no esquentador
- Cumpre obrigatoriamente o disposto nas N.P.
- Quando utilizado tubo flexível deve obedecer as seguintes regras:
- Ter no máximo 1.5 metros de comprimento
- O tubo deve cumprir as normas aplicáveis e estar de acordo com IPQ ET 1038
- Deve estar acessível em todo o seu percurso
- Estar longe de fontes de calor
- Evitar dobras ou estrangulamentos
69
- As ligações devem ser feitas com acessórios adequados
- Montar uma válvula de corte de gás o mais próximo possível do esquentador
- Quando a ligação é feita a uma rede de gás e obrigatório a utilização de tubos -
metálicos de acordo com as normas aplicáveis, para tal deve se utilizar os acessórios
adequados.
- Devem ser cumpridas as normas portuguesas em vigor. A instalação deve ser
feita por uma entidade credenciada pela D.G.E. de acordo com o Decreto-lei 263/89, de
17 de Agosto.
Ponto 7.1.2 - Caldeira a gás
Fig. 53 – Caldeira a gás
As caldeiras Murais a Gás possuem as seguintes características:
- Com ou sem chama piloto;
- De um só serviço ou mistas;
- Produção instantânea ou por acumulação;
- Tiragem natural ou forçada;
70
Para o aquecimento central com caldeira funcionar existem duas alternativas:
- A gás ou gasóleo:
- Com o gás natural garante a utilização do combustível limpo, seguro, amigo do
ambiente e mais prático.
O aquecimento central (gás/gasóleo) é um sistema que cria maior conforto para
que a Tº se mantenha amena. Um bom motivo para a sua aplicação é a redução da
humidade evitando manchas e bolores desagradáveis, aumentando a Tº. As caldeiras
modernas trabalham a uma temperatura relativamente baixa (50 - 60 ºC), estas possuem
um termóstato de ambiente que envia um sinal a uma central electrónica permitindo a
paragem do queimador quando não há necessidade de calor.
Para além destas vantagens as caldeiras modernas são equipadas com
sofisticados sistemas de regulação que asseguram um consumo mínimo.
Ponto 7.1.3 - Aquecimento central com caldeira a gasóleo
À semelhança do sistema anterior, o sistema de aquecimento central com
caldeira a gasóleo permite o fornecimento de águas quentes sanitárias independente do
aquecimento central, semelhante a um esquentador.
Utiliza de igual modo radiadores para a difusão do calor e também Inclui um
crono-termostato para controlo da temperatura e do tempo de funcionamento. Este
sistema conta com um termoacumulador que garante uma reserva de água quente.
Embora este sistema tenha uma instalação um pouco mais cara, usufrui de um
custo de alimentação mais económico através da utilização de gasóleo verde (agrícola).
Este tipo de sistema obriga à existência de um depósito de combustível que não
pode estar exposto à luz solar directa. Pode no entanto ser enterrado no solo. Este é o
tipo de sistema ideal para uma moradia.
71
Fig. 54 – Depósito de combustível
7.1.3.1. Para a instalação de um aquecimento central são precisos três componentes:
- A caldeira: que permite aquecer a casa e as águas sanitárias
- O sistema de canalização: onde a água circula
- Os radiadores/toalheiros: os aparelhos finais que difundem o calor
Ponto 7.2 - Sistema de Ar Condicionado
Um sistema de ar condicionado torna-se rentável quando há necessidade de
refrigeração na época de Verão e de aquecimento na época de Inverno, quando a zona
climatérica/geográfica não possui uma estação de estio que justifique arrefecimento do
ambiente interior das edificações esta solução é discutível. Por outro lado, efectua a
recirculação do mesmo ar, não existe homogeneidade da temperatura, arrefecendo tecto,
paredes e objectos e aquecendo o ar ambiente, a diferença de temperatura entre o tecto e
o chão é grande. O ambiente torna-se saturado e seco. Funciona por “bomba de calor”,
que tanto faz frio como quente (insufla ar quente ou frio no interior da edificação)
(informação cedida por Prof. João Guerra)
O ar condicionado é constituído por um sistema de aquecimento e refrigeração,
sendo este colocado ou não no exterior da habitação fornecendo a climatização
pretendida. Tem a sua unidade externa longe do ambiente climatizado, reduzindo assim,
o nível de ruído. A pré-instalação de ar condicionado nas habitações na fase de
construção é a melhor solução, evitando a passagem de tubagens e calhas por fora dos
edifícios, que prejudica esteticamente as habitações.
72
Fig. 55- Tipos de ar condicionado
Neste tipo de equipamentos pode obter-se uma óptima combinação das
condições de conforto, pois é possível:
- Regular a Tº (quente ou frio conforme se deseja)
- A humidade
- A quantidade de ar
Os equipamentos do ar condicionado proporcionam bem-estar em qualquer
espaço, um fácil manuseamento e baixos custos. Podem ser uma boa solução de
climatização (em quente, frio, ventilação e desumidificação) para todo o ano, o custo
energético é baixo em comparação com outras soluções de climatização existentes no
mercado.
Com uma unidade de ar condicionado podemos criar uma atmosfera em que nos
sintamos mais confortáveis, com a temperatura e a humidade mais adequadas para nós.
As unidades de ar condicionado modernas produzem um ar limpo, fresco e saudável,
desumidificando o ar e impedindo a formação de bolor. Tudo isto é possível sem
quaisquer correntes de ar ou ruídos.
73
Figura 56- sistema de ar condicionado
Ponto 7.2.1 - O ciclo do fluído frigorígeneo
O compressor 1 bombeia o fluído frigorígeneo através do sistema e é o núcleo
duma unidade de ar condicionado. Antes de passar pelo compressor, o fluído
frigorígeneo é um gás com baixa pressão. Devido ao compressor, o gás ganha pressão,
aquece e flúi em direcção ao condensador.
Ao chegar ao condensador 2 o gás com alta temperatura e pressão liberta o calor
para o ar do exterior e transforma-se num líquido arrefecido.
O líquido, que mantém uma pressão alta, passa por uma válvula de expansão 3,
que reduz a pressão do fluído frigorígeneo. Assim, a temperatura desce e fica abaixo da
temperatura do espaço refrigerado. Daqui resulta um líquido frigorígeneo de baixa
pressão.
74
O líquido frigorígeneo de baixa pressão flui até ao evaporador 4, onde absorve o
calor do ar do interior da divisão através dum processo de evaporação, tornando-se mais
uma vez num gás de baixa pressão. O gás flui mais uma vez em direcção ao compressor
e o ciclo recomeça.
Figura 57- O ciclo do fluído frigorígeneo
75
Ponto 7.3 - Aquecimento central com a adição de painéis solares
Fig. 58 – Esquema de aquecimento central com adição de painel solar
O circuito da água quente é feito através da conduta de água situada acima da
segunda entrada (conduta vermelha) saindo posteriormente pela outra conduta (conduta
preta). Neste caso especifico pode-se concluir que, o aquecimento dos compartimentos
que se situam mais afastados não é igual ao aquecimento dos compartimentos mais
próximos da caldeira devido às perdas de calor nas condutas.
Para o aquecimento central também existem bombas com termo acumulador que
permite manter a água quente. Esta vai circulando pelas condutas, evitando assim as
perdas de água devido à espera pelo aquecimento das águas paradas.
76
Fig. 59 – Termoacumuladora de reaproveitamento da água quente
A altura mínima da caldeira deve ser cumprida para que a exaustão dos gases
seja bem sucedida, embora estes equipamentos só sejam permitidos por lei em locais
com aberturas para que haja arejamento natural. A circulação do ar é muito importante
para que os gases sejam retirados da habitação sem por em risco a vida do ser humano.
Fig. 60 – Altura mínima da caldeira
77
Ponto 7.3.1 - Aspectos importantes
A rede de água quente é alimentada a partir de um termoacumulador servido por
caldeira instalada na central térmica, através de um permutador de calor.
A rede de água quente pode servir para aquecimento de águas sanitárias e
aquecimento central ou podem ter circuitos separados.
As canalizações respectivas devem ser protegidas e isoladas, sempre que não
haja risco de condensações de vapor de água, de infiltrações e choques mecânicos.
As perdas de calor devem ser levadas em conta, para que no destino final
satisfaça as necessidades pretendidas.
Este sistema de aquecimento é completado com a distribuição de radiadores nos
locais onde se pretende o aquecimento.
Ponto 7.4 – Radiadores
O aquecimento por radiadores é o mais comum e económico, embora os
sistemas de ar condicionado locais (individuais a cada compartimento) tenham vindo a
mostrar-se competitivos, trata-se da associação de conjunto de favos (em número
proporcional às necessidades de aquecimento) por onde circula a água quente. Estes
dispositivos conseguem uma grande convecção do ar (circulação de ar por diferença de
temperatura entre a zona envolvente dos radiadores e as mais afastadas), aumentando a
sua eficiência de colocados junto a vidraças que comunicam com o exterior, dado que as
superfícies frias do vidro potenciam a convecção. Por outro lado a colocação dos
radiadores no sopé das vidraças reduz a condensação de vapor na sua superfície, dada a
constante subida de ar quente. Este tipo de sistema de aquecimento enferma do facto de
aquecer mais as regiões altas do que as baixas, dada a ascensão do ar quente
predominante na localização dos radiadores. (informação cedida por Prof. João Guerra)
78
Os radiadores, são geralmente utilizado quando se pretende um aquecimento do
ambiente de um ou vários compartimentos da casa, podendo estes ser a água ou o óleo.
Tipos de radiadores para aquecimento
-Alumínio injectado
-Ferro fundido
-Chapa de aço
-Toalheiros aquecidos
Fig. 61 – Radiadores para aquecimento
Ponto 7.4.1 - Dimensionamento dos radiadores
Para determinar a potência térmica dos radiadores nos locais a instalar, tem de se
ter em conta as normas vigentes (RITE).
Os radiadores podem ser de água quente ou vapor (Tº max=120º). A pressão
máxima é de 600KPa.
Devem cumprir as distâncias mínimas de segurança como podemos ver na figura
em baixo.
79
Fig. 62 – Distâncias mínimas para a colocação de radiadores
Ponto 7.5 - Aquecimento eléctrico
O aquecimento eléctrico é um dos sistemas mais recentes de aquecimento. Mas,
o que tem este sistema de novo em relação aos outros?
Sem obras: o aparelho apenas se aparafusa a parede, sem tubagens, sem
caldeiras, sem chaminés.
É prático: já que dispensa manutenção e funciona ligando-se à corrente eléctrica
Confortável transmite um calor suave e uniforme por toda a casa.
Económico - consome aproximadamente -50% dos sistemas convencionais.
Ponto 7.5.1 - Placas radiantes
Estas placas têm um sistema de aquecimento, que liberta calor para uma divisão
de um edifício.
80
Fig. 63 – Placas radiantes
Ponto7.6 - Distribuição do aquecimento central
Existem vários tipos de combinação dependendo dos compartimentos que se
querem.
Figura 64
Para as habitações que têm um sistema de climatização central este é um tipo de
solução que pode esconder o aparelho central de distribuição proporcionando uma
melhor estética ao edifício em causa.
81
Fig. 65 – Ar condicionado num edifício
Nas figuras seguintes pode-se observar as distribuições das condutas de água
sanitária e aquecimento central no pavimento e nas paredes.
Fig. 66– Distribuições das condutas de água sanitária
Fig. 67- Distribuições de aquecimento central no pavimento e nas paredes
82
Ponto 7.7 - Para a instalação de um aquecimento central são precisos três
componentes:
-A caldeira: que permite aquecer a casa e as águas sanitárias
-O sistema de canalização: onde a água circula
-Os radiadores/toalheiros: os aparelhos finais que difundem o calor
Fig. 68– Sistema ABIT-PEX (distribuição de águas sanitárias quente e fria)
Fig. 69- Distribuições de aquecimento central no pavimento e nas paredes
83
Ponto 7.8 - Tubagens para águas quentes
O tipo de tubagens para o uso do aquecimento central por caldeira deve possuir
as seguintes propriedades:
Resistência a altas temperaturas
Resistências a grandes pressões
Anti-corrosão
Fig. 70 – Tipo de tubagens para aquecimento central
Painéis solares
A energia solar é uma alternativa à energia eléctrica. Os painéis solares captam
os raios solares que posteriormente serão transformados em energia para consumo. Os
painéis solares são colocados no exterior das casas aproveitando a energia do sol, da
chuva e do vento. É um sistema que se alimenta do ambiente ao mesmo tempo que o
protege. Obras necessárias para instalar os painéis fotovoltaicos.
84
Os painéis fotovoltaicos têm uma instalação extremamente simples, quer em
telhados com telha ou placa ou mesmo no solo. No caso de telhados com telha, a
estrutura de suporte será fixada à estrutura do telhado. No caso de telhados com telha, a
estrutura de suporte será fixada à placa sem que a mesma seja danificada ou à
platibanda lateral. Numa aplicação dos painéis ao solo será necessária uma estrutura
específica para fixação ao solo. Os cabos eléctricos passam da superfície dos painéis ate
um cabo receptor, não sendo necessárias obras. Aplicações da energia solar térmica.
Pode ser utilizada no aquecimento de águas sanitárias (AQS), aquecimento de águas de
piscina ou aquecimento de espaços.
Manutenção necessária para sistemas fotovoltaicos.
Estes sistemas requerem uma manutenção preventiva semestral coincidente com as
mudanças de estação que permite evitar a perda de rendimento dos módulos e prolongar
o seu tempo de vida.
Transformação dos raios solares noutras formas de energia: térmica e Eléctrica
ou fotovoltaica.
Figura 71- Produção de energia a partir dos raios solares
85
Qualquer objecto exposto à radiação solar aquece. Simultaneamente, há perdas
por radiação, convecção e condução, que aumentarão com a temperatura do corpo.
A uma determinada altura as perdas térmicas igualam-se aos ganhos devido a
energia incidente, atingindo-se a temperatura de equilíbrio.
É possível mudar as condições do equilíbrio ao extrair-mos continuamente uma
parte do calor produzido. Todas estas trocas energéticas são possíveis, utilizando um
painel solar.
Figura 72- Aproveitamento do sol
86
Ponto 8.1 - Vantagens
Factores como a elevada poupança de energia, grande disponibilidade de
tecnologia, fazem deste tipo de energia um dos mais comuns e vantajosos entre as
energias renováveis
Ponto 8.2 - Desvantagens
O elevado investimento inicial na instalação dos painéis solares, é o maior
entrave ao desenvolvimento deste tipo de energia.
Figura 73- paneis solares para produção de energia
87
Aquecimento de água para usos domésticos, industriais, piscinas ect.
Aquecimento ou arrefecimento de ambiente
Ponto 8.3 - Principais aplicações
Aquecimento de água para usos domésticos, industriais, piscinas ect.
Aquecimento ou arrefecimento de ambiente
Ponto 8.4 – Processo de origem da energia solar fotrovoltaica activa
A conversão directa da energia solar em energia eléctrica envolve a transferência
da radiação incidente do sol (fotões) para os electrões da estrutura atómica de um painel
fotovoltaico.
Durante a conversão da energia solar em eléctrica, dá-se um efeito chamado
fotovoltaico:
88
Figura 74- Esquema de aquecimento de aguas sanitárias
O efeito fotovoltaico é a emissão de electrões por um material, geralmente
metálico, quando exposto a uma radiação electromagnética (como a luz). Ele pode ser
observado quando a luz incide numa placa de metal, literalmente arrancando da placa
electrões. Esse efeito é bem observado quando se coloca algum objecto de metal no
microondas.
Os electrões que giram à volta do núcleo são aí mantidos por forças de atracão.
Se a estes for fornecida energia suficiente, eles abandonam as suas órbitas. O efeito
fotovoltaico implica que, normalmente sobre metais, se faça incidir um feixe de
radiação com energia superior à energia de remoção dos electrões do metal, provocando
a sua saída das órbitas.
Figura 75- Alterações nos electrões
89
Para obter uma corrente eléctrica é criada uma estrutura de separação dos
portadores de carga, com a intervenção do campo eléctrico interno, antes de se
recombinarem. Segue-se a extracção das cargas em corrente contínua para utilização.
Figura 76- Paneis solares
Ponto 8.4.1 – Vantagens
A quase total ausência de poluição para o ambiente, fazem desta energia uma
das mais promissoras fontes de energias renováveis.
Ponto 8.4.2 - Desvantagens
O seu baixo rendimento em conversão da energia solar em energia eléctrica
como também os elevados custos de produção de painéis são as principais desvantagens
desta fonte de energia.
90
8.5. Montagem dos colectores
Para cada campo colector é necessário um conjunto de ligações. Os colectores
são interligados com um conjunto de uniões.
Figura 77- Ligações hidráulicas
91
Ponto 8.6 - Meios auxiliares necessários:
- Nível de bolha
- Fio-de-prumo
- Ventosa
- Colete com corda se segurança
- Material de isolamento de tubos
- Andaime
- Escadote para colocação de telhas ou dispositivos para trabalhos de limpeza de
chaminé
- Grua ou elevador de aplicação
- Ferramentas para a fixação do lado do edifício
- Transporte e armazenamento
92
- Todas as peças constituintes devem ser devidamente protegidos com as
embalagens de forma a não sofrerem danos
Ponto 8.7 - Distribuição da energia
Figura 79- Componentes das instalações solares
Ponto 8.8 - Ângulo de inclinação do colector num telhado plano
Figura 80- esquema ilustrativo da possível variação dos ângulos
93
Ponto 8.8.1 - Ângulo depende do campo de utilização pretendido, e é regulado
através das calhas telecopias.
Figura 81- Calha telescópia
94
Ponto 8.8.2 - Dependendo do ângulo de inclinação do painel os diferentes tem
maior ou menor rendimento.
Figura 82- esquema ilustrativo da possível variação dos ângulos
95
Ponto 8.8.3 - Varação de ângulos para fachadas
Figura 83- esquema ilustrativo da possível variação dos ângulos no caso de fachadas
Figura 84- Ilustração de um painel a uma determinada distância
96
Ponto 8.9 - A distância necessária entre as filas de colectores é determinada pela
inclinação do colector.
Figura 85- Medidas mínimas para a colocação do painel
97
Figura 86- Dimensões do colector
98
Figura 87 - ligação dos sensores
Figura 88- ligação do sensor
99
Figura 89-Ligação dos tubos colectores
Figura 90- Fixar o suporte na moldura do colector
100
Figura 91- Acessórios necessários
Ponto 8.10 - Energia solar termodinâmica
Figura 92- painéis solares
101
Figura 93- esquema de aproveitamento térmico dos painéis solares nas diferentes
alturas do ano (retirada da www.ineti.pt)
Fig.94– Esquema de funcionamento do painel solar
102
Fig. 95 – Interior de um painel solar
Os painéis solares são colocados no exterior das casas aproveitando a energia do
sol, da chuva e do vento.
É um sistema que se alimenta do ambiente ao mesmo tempo que o protege.
103
Figura 96- paneis solares colocados no telhado de um edifício
104
Termoacumulador de calor
Os termoacumuladores de calor acumulam calor e libertam sempre que seja necessário.
Fig. 97- Termoacumulador de calor
Ponto 9.1 - Termoacumulador a gás
Termoacumulador a gás foi desenvolvido para aquecimento de águas sanitárias a
baixo custo.
Utiliza-se em habitações, escolas, na indústria, complexos desportivos, hospitais,
e parques de campismo.
Características técnicas:
Tanque em aço com 3mm de espessura;
Elevada resistência ao calcário devido à dupla e cuidada vitroporcelanagem;
Isolamento em lã de vidro, assegurando uniformidade do mesmo;
Queimador em aço inox, atmosférico,
Funcionando com Gás Natural ou GPL;
Ignição por ionização ou piezo-eléctrica;
Válvula termostática com regulação e segurança incorporada;
Ânodo de magnésio
105
Figura 99- esquema de um termoacumulador
106
Ponto 9.2 - Termossifão para telhados planos e coberturas de telhados
Um sistema básico de Aquecimento de água por Energia Solar é composto de
colectores solares (placas) e reservatório térmico (Boiler). Como é instalado um
aquecedor solar económico, as placas colectoras são responsáveis pela absorção da
radiação solar. O calor do sol, captado pelas placas do aquecedor solar, é transferido
para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre.
Figura 100- Funcionamento de um termossifão
107
O reservatório térmico, também conhecido por Boiler, é um recipiente para
armazenamento da água aquecida. São cilindros de cobre, inox ou polipropileno,
isolados termicamente com poliuretano expandido sem CFC, que não agride a camada
de ozono.
Desta forma, a água é conservada aquecida para consumo posterior. A caixa de
água fria alimenta o reservatório térmico do aquecedor solar, mantendo-o sempre cheio.
Em sistemas convencionais, a água circula entre os colectores e o reservatório térmico
através de um sistema natural chamado termossifão. Nesse sistema, a água dos
colectores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim
a água fria empurra a água quente gerando a circulação. Esses sistemas são chamados
da circulação natural ou termossifão.
A circulação da água também pode ser feita através de motobombas em um
processo chamado de circulação forçada ou bombeado, e são normalmente utilizados
em piscinas e sistemas de grandes volumes.
Ponto 9.2.1 - Circulação Natural (Termossifão)
O sistema de Termossifão funciona sem a necessidade de um meio auxiliar para
promover o fluxo da água entre o reservatório e os colectores. A circulação ocorre
através da variação de densidade da água em função da temperatura. Quando aquecida
nos colectores, a água (com menor densidade) sobe e retorna para o reservatório térmico
de onde sai para os pontos de consumo, enquanto a água fria (com maior densidade),
desce para os colectores, criando um fluxo contínuo até que a temperatura se estabilize.
108
Ponto 9.2.2 - O Reservatório Térmico
Como é instalado um aquecedor solar com sistema de termossifão o reservatório
térmico é como uma caixa d água especial que cuida de manter quente a água
armazenada no aquecedor solar. Esses cilindros são feitos de cobre, inox, ou
polipropileno e depois recebem um isolante térmico. NO dimensionamento do
aquecedor solar é preciso saber quantas pessoas vão usar o sistema diariamente, a
duração média e a quantidade de banhos diários, quantos serão os pontos de uso de água
quente, ou a dimensão da piscina, e assim por diante.
Ponto 9.2.3 – Sistema Auxiliar de Aquecimento
Para garantir que nunca haverá falta de água quente, todo Aquecedor Solar pode
trazer um sistema auxiliar de Aquecimento. E quando o tempo fica muito nublado ou
chuvoso por vários dias, ou quando a casa recebe visitas e o número de banhos fica
acima do dimensionamento inicial, o sistema auxiliar - que pode ser eléctrico ou a gás -
entra em acção. Ou pode usar-se o chuveiro eléctrico normalmente, sem complicações.
109
Figura 101- Esquema de funcionamento
Figura 102- Esquema de montagem
110
Legenda
Figura 103- Esquema de ligações hidráulicas em painéis em telhados planos
Legenda
111
Ponto 9.2.4 - Materiais e ferramentas utilizadas
- Aparafusador sem fios
- Fita métrica
- Broca para madeira/ metal
- Chaves de porcas
- Nível de bolha de ar
- Fio-de-prumo
- Ventosa
- Colete com corda de segurança
- Material de isolamento de tubos
- Andaime
- Escadote para colocação de telhas ou dispositivos para trabalhos de limpeza de
chaminé
- Grua ou elevador de aplicação
- Ferramentas para a fixação do lado do edifício
- Transporte e armazenamento
- Todas as peças constituintes devem ser devidamente protegidos com as
embalagens de forma a não sofrerem danos.
112
Figura 104- Espaço necessário
Ponto 9.2.5 - Para telhados com inclinação
Para telhados planos
113
Figura 105-Distâncias a extremidade do edifício
Figura 106- Montagem de suporte para telhados planos
114
Figura 107- montagem da correia de suporte
(a correia de baixo é atada a correia de suporte do colector)
Figura 108- colocação da barra transversal
115
Figura 109- montagem de outro triângulo
Figura 110- aparafusamento dos perfis
116
Figura 111- Montagem de protecção contra o vento
Figura 112 - Protecção contra o deslizamento
117
Figura 113- Colocação das vigas transversais
Figura 114- Fixação do suporte ao telhado
118
Quando o edifício tem mais de 20 metros utiliza-se apoios adicionais
Figura 115- Apoios adicionais
(Montagem de suporte para telhados com inclinação)
119
Figura 116- perfil pré instalado para um colector
Figura 117- perfil pré instalado para dois colectores
120
Figura 118- Vista dos colectores para telhado plano
Figura 119-para telhado com inclinação instalação dos colectores
121
Legenda:
Figura 120- Acessórios
122
Figura 121- Ligação hidráulica
Figura 122- Tubagens
Legenda:
123
Figura 123- Tubagem de avanço
Figura 124- Tubagem de retorno
124
Legenda:
Pavimento e tecto Radiante
O aquecimento do chão é uma das opções possíveis para conseguir uma temperatura
mais equilibrada no lar. Este sistema permite que a temperatura ao nível do soalho seja
maior, perdendo gradualmente intensidade em níveis superiores, ficando assim um
ambiente mais confortável.
Fig. 125 – Libertação de calor de um piso radiante
125
Este tipo de climatização quente é utilizado, e recomendado, para as divisões da
casa de utilização comum, como sejam as cozinhas, salas e casas de banho. Nos quartos
não é usado, por hábito, uma vez que nestes compartimentos a regulação de temperatura
é feita de uma forma mais individualizada.
O chão radiante, assim se chama a este tipo de aquecimento é adaptável a todas
as fontes energéticas: Caldeiras (gás, lenha, eléctricas ou diesel), Painéis solares, etc.
Em todos os casos obriga a uma instalação sob o soalho, sendo essa instalação mais
difícil no caso da opção por aquecimento a água. O Piso Radiante oferece uma grande
superfície de aquecimento, necessitando apenas de uma temperatura de circulação de
água muito baixa.
A transmissão de calor por todas as áreas, confere maior conforto a 18o C (nível
da cabeça) que um sistema tradicional a 22o C. Cada grau a menos representa 6 a 8% de
economia de energia.
Neste caso, recomenda-se que seja feita na altura da construção da habitação.
O chão radiante por electricidade pode ser instalado quando se altera o soalho
para colocar chão flutuante, por exemplo, ou colocando um novo soalho por cima do
original. O controlo é feito por uma ligação à rede eléctrica existente nesse
compartimento, não necessitando a habitação possuir um sistema de aquecimento
central, como seria necessário no caso do chão radiante aquecido a água.
As suas características permitem que este tipo de aquecimento possa ser opção
para quase todos os tipos de pavimento, uma vez que pode ser instalado sob mosaico,
pedra, cortiça, PVC, parquet ou alcatifa, entre outros materiais.
De entre todos os sistemas existentes de aquecimento, o chão radiante oferece
excelentes referências ajustando-se ao óptimo perfil de temperaturas do corpo humano.
Este perfil é aquele segundo o qual, a temperatura do ar à altura dos pés é ligeiramente
superior à temperatura do ar à altura da cabeça.
Isto traduz-se numa percepção, para o utilizador do sistema, de uma maior sensação de
conforto.
126
O aquecimento por piso radiante é mais equilibrado no seu funcionamento,
embora bastante mais dispendioso e portador de uma maior inércia térmica (dado que
tem que aquecer o revestimento do pavimento demora mais a notar-se o seu efeito,
sendo desaconselhável o seu uso intermitente).
Mantém uma temperatura mais uniforme ao longo da altura do compartimento,
embora possa surgir o “efeito de rolha” (o ar quente, subindo ao mesmo tempo em toda
a superfície do compartimento, vê o seu movimento ascensional impedido pelo ar mais
frio que lhe é superior e também se estende numa manta regular). Os consumos deste
sistema são elevados. (informação cedido por Prof. João Guerra)
Fig. 126– Exemplo de construção de um piso radiante
Os custos deste tipo de aquecimento variam consoante o fornecedor. Este
equipamento é assente sobre argamassa e cola, sendo coberto, depois, por um
revestimento onde assentará o soalho escolhido.
O pavimento radiante é tipo de aquecimento que funciona com o aquecimento
do pavimento sem por em risco a segurança.
127
Fig. 127– Pavimento radiante
O pavimento radiante é considerado um dos melhores sistemas de aquecimento.
E porquê?
- Não ocupa espaço útil da casa porque é instalado no pavimento.
- Não ressecam o ar, não carboniza as poeiras e não consome oxigénio.
- Emissão térmica uniforme.
- O emissor térmico é todo o pavimento da área a aquecer. Isto resulta numa
emissão térmica uniforme em toda a superfície. Este fenómeno contrapõe-se ao de
"zonas quentes" e "zonas frias", obtidos com outros sistemas de aquecimento onde
existe um número limitado de emissores de calor.
- Aproveita 100% do calor gerado.
128
Fig. 128 – Tipos de Pavimento Radiante
Fig. 129– Colocação do pavimento radiante
129
Fig.130- colocação de piso radiante
Fig.131- colocação de piso radiante
130
Fig. 132 – Sistema para a distribuição dos tubos para o aquecimento
Fig. 133– Equipamento necessário para a instalação do pavimento radiante
131
Fig. 134 – Esquema do pavimento radiante
A solução ideal em termos de conforto será o tecto radiante, evitando alguns
problemas do pavimento radiante (como uma versão intermédia existem as paredes
radiantes). O aquecimento por tecto radiante é um sistema que utiliza o calor gerado
directamente pela placa radiante, proporcionando em todas as estações do ano um
conforto similar ao dos raios solares.
Tratando-se de um sistema de aquecimento por radiação a sua eficiência
energética é máxima, pois não se aquece o ar para que este nos aqueça a nós, mas
aquecendo directamente os corpos. Apesar de o ar quente subir e se estratificar junto ao
tecto aquecido, após este atingir a temperatura do tecto deixa de existir o fenómeno de
convecção, passando a subsistir única e simplesmente o fenómeno de radiação com
distribuição uniforme de temperatura.
Tem como principais vantagens o elevado conforto, mas pode perder eficiência
energética, sobretudo no arranque, já que tem baixo poder de convecção. De notar,
contudo e ainda, que quando alimentado electricamente é um sistema de muito baixa
inércia, pelo que associado a soluções domóticas (detectores de presença) só aquece
quando alguém está presente, o que possibilita uma economia energética significativa.
Deste modo podemos ter elevado controlo, com regulação independente área a área e
sala a sala. Os consumos deste sistema são elevados. (informação cedida por Prof. João
Guerra)
132
O aquecimento radiante por tecto proporciona uma temperatura ideal,
homogénea, constante e regulada de acordo com o tipo de ocupação e actividade
existente no local. O pavimento terá a temperatura do ambiente.
Os tectos radiantes construídos através dos filmes de aquecimento respondem
aos critérios de qualidade mais exigentes.
Em todos os casos a instalação é precedida da elaboração de um projecto que
contempla as cargas térmicas, bem como a localização e colocação das estruturas do
tecto falso e aplicação dos módulos ou filmes de aquecimento. Este projecto leva em
conta os pontos de iluminação ou outros equipamentos existentes ou a existir no tecto.
Figura 135- Aquecimento radiante através do Tecto
Vantagens do seu uso:
- A suavidade deste sistema, que não seca o ar nem o sobreaquece, contribui
definitivamente para a melhoria dos problemas de alergias e asma.
- A diminuição das correntes de convecção geradas pelos diferenciais térmicos
existentes nos outros sistemas de aquecimento, impede o arrastamento de poeiras e
ácaros, contribuindo para a higiene das paredes e tectos.
133
- Através de termóstatos colocados em cada uma das salas, controlam-se as
temperaturas sala a sala, o que se traduz numa inigualável poupança de energia
eléctrica.
Telhado e vãos
No caso de vivendas sem sótão ou caixa-de-ar, a melhor solução para obter calor
ambiente é isolar o telhado com sub telha e, se possível, com madeira. Dessa forma, não
existirão perdas de calor, funcionando o telhado como uma superfície de reflexão do
calor. Nas vivendas com caixa-de-ar entre o tecto e o telhado poderá ser aplicada uma
camada de granulado cerâmico, como por exemplo o material de marca Leca. Este tipo
de aplicação evita que a humidade passe do telhado para o tecto, conseguindo que o
calor que chega ao tecto interior seja reflectido, mantendo-se no interior da casa.
Isto desde que não se opte por uma solução de sub telha. A colocação da
chamada sub telha em placas (Onduline) é prática e, por ser impermeável, assegura
estanquicidade mesmo no caso de alguma telha se quebrar.
Recuperadores de calor
Os recuperadores de calor normalmente são construídos em ferro fundido, que
teoricamente, apresenta maior durabilidade do que os de fabricação em chapa de aço.
Mas, no caso de esta ser chapa de alta qualidade, a durabilidade pode ser quase
equivalente à do ferro fundido.
Quando o recuperador é instalado numa lareira, funciona como uma câmara de
combustão hermética, em que a entrada de ar para a alimentação da combustão é
regulável. Os recuperadores são revestidos no interior por material cerâmico refractário
(o que permite uma muito elevada temperatura de combustão) e fazem a convenção
134
natural ou forçada por ventiladores sendo este ultimo opcional. É ainda possível
canalizar o ar quente e reparti-lo por outras divisões por meio de tubos flexíveis de
alumínio. Todos os gases queimados resultantes da combustão, são conduzidos ao
exterior através de um tubo em aço inox flexível, que une a saída do recuperador de
calor com a chaminé.
O aquecimento é feito por convenção, através do contacto do ar com as paredes
externas do recuperador. O ar frio entra pela parte inferior da lareira e ao ser aquecido
subirá, saindo pelas aberturas superiores. O aquecimento dar-se-á de uma forma
homogénea por toda área do ambiente.
Fig. 136– Recuperadores de calor
135
Algumas das vantagens de uma lareira equipada com um recuperador de calor são:
- Eliminação de todos os inconvenientes de uma lareira a "fogo aberto"
(tradicional), tais como: retorno de fumaça, faíscas, cinzas, cheiro de queimado,
vigilância constante, contacto directo com o fogo, combustão incontrolável, baixo
rendimento calorífico, etc.
- Aquecimento por convenção
- Autonomia de até 10 horas
- Redução do consumo de combustível (lenha ou gás) em até 60%
- Aproveitamento do ar quente para aquecimento de outros ambientes, através de
tubos (ver item aquecimento)
136
Este sistema de aquecimento é pontual.
Fig. 137 – Exemplo de uma instalação em todas as divisões da casa
Dois aspectos importantes:
- O ar quente circula pelas condutas fazendo a convenção natural ou por
ventiladores aquecendo o ambiente da divisão onde está colocada a saída do ar.
- Os recuperadores são aparelhos de grande rendimento, com capacidade de
aquecer diversas divisões da habitação.
137
Ponto 12.1- Recuperador de calor com caldeira a gás
Este tipo de sistema é um módulo que imita toras de madeira que se colocam
dentro da lareira. Funciona a gás encanado ou de botija. Não requer chaminé, mas, sim,
ventilação permanente ou um ducto de respiro de bitola reduzida que pode descrever
curvas ou se deslocar no sentido horizontal até chegar à área externa.
Este tipo de opção leva vantagem sobre as lareiras tradicionais, pois não sujam
nem dão trabalho. Na hora da compra, porém, é importante certificar-se se o módulo é
dotado de válvula de segurança que corta o gás caso o fogo se apague. É necessário ter
em conta as normas europeias por causa da botija de gás, esta deve estar bem arejada
para que haja arejamento de ar natural devido a possíveis fugas de gás.
Fig. 138– Recuperadores de calor a gás
138
Ponto 12.2 - Recuperador de calor incorporáveis para lareira a lenha já existente
Este tipo de sistema também é indicado quando a lareira já existente não
funciona bem (baixo rendimento calorífico, combustão incontrolável ou retorno de
fumaça). Este modelo, chamado de insert, pode ser inserido na lareira que se adaptam
facilmente a qualquer lareira já construída, sem necessidade de intervir na sua estrutura.
Estes tipos de recuperadores podem trabalhar em paralelo com outras fontes de energia.
Fig.139– Recuperadores de calor a lenha
Fig. 140 – Tipos de recuperadores para encastrar
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Este tipo de recuperadores também são normalmente construídos em ferro
fundido e para além de aquecerem o ar ambiente por convenção, aquecem água que
pode ser utilizada em circuitos de aquecimento central por radiadores ou piso radiante e
para fins sanitários (por acumulação através de um boiler).
A câmara de combustão é totalmente fechada com uma porta de vidro cerâmico,
em que a entrada de ar para a alimentação do fogo é regulável por ventarolas. Todos os
gases queimados são conduzidos ao exterior por intermédio de um ducto de aço inox
flexível, que une a saída do recuperador com a chaminé. Este estilo de recuperador é
adaptável a todos os estilos de lareira.
Proporcionam aquecimento maior, com consumo de lenha menor. Sua
concepção permite a ampla visualização do fogo, sem que se tenha qualquer
preocupação com o retorno de fumaça, cinzas, cheiro de queimado ou faíscas. O ar frio
entra pela parte inferior da lareira e sobe para uma caixa oca sobre a câmara, onde é
aquecido. Depois, esse ar é conduzido por tubos laterais ao ambiente. O aquecimento
dá-se de uma forma homogénea e pode ser distribuído, por meio de um sistema de
distribuição de ar quente, para a casa toda.
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Fig. 141 – Recuperador de calor e distribuição de ar quente, para a casa toda
Fig. 142 – Ventiladores para recuperadores de calor
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Aquecimento por distribuição de ar quente
Este sistema aproveita o calor do fogão para aquecer a água quente, funcionando
como aquecimento central, com baixo consumo de lenha. Também pode funcionar em
paralelo com outra fontes de calor.
Fig. 143– Distribuição de ar quente por todas as divisões
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Salamandras
As salamandras são uma opção cada vez mais escolhida para aquecer casas. Os
modelos de salamandras existentes à venda em Portugal podem ser classificados em
cinco categorias, consoante a sua durabilidade.
As salamandras consideradas fracas são fabricadas em chapa de aço de 2
milímetros, sem protecção, e duram cerca de três anos, no máximo cinco.
As salamandras regulares são também fabricadas em chapa de aço, neste caso de
4 milímetros, também sem protecção e duram entre 7 a 15 anos. A classificação média
recai sobre as salamandras de chapa de aço de 4 milímetros, mas com protecção de
tijolo refractário com durabilidade entre 20 a 30 anos. As boas salamandras são de ferro
fundido simples. A sua durabilidade é sempre superior a 20 anos. As muito boas
salamandras são também de ferro fundido com protecção dupla, estas duram
habitualmente um século.
O combustível a utilizar nas salamandras pode ser de três tipos: lenha, carvão ou
pelets. As salamandras de lenha e carvão obrigam a uma conduta de fumos vertical, de
saída acima do telhado e com secção suficiente para uma boa exaustão. As salamandras
alimentadas a pelets (argamassa prensada de aparas de madeira e serradura) são de
alimentação automática, permitem uma conduta de fumos horizontal através da parede e
a produção de fumo é mínima. Além disso, a armazenagem do combustível é mais fácil,
uma vez que é vendido em sacos.
Tanto as de ferro fundido como as de chapa de aço podem possuir superfícies
vidradas. Mas nas de chapa de aço existem modelos com forno incorporado, facto que
pode ser preponderante na escolha se a salamandra for instalada numa casa de campo,
bem próxima da cozinha.
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As boas salamandras são de ferro fundido simples. A sua durabilidade é sempre
superior a 20 anos e os preços situam-se entre os 250 e os 1000 euros.
As muito boas salamandras são também de ferro fundido com protecção dupla. Duram
habitualmente um século e podem custar entre 500 e 1500 euros.
A primeira conclusão que se pode retirar desta classificação é a de que nem sempre as
mais caras sao as melhores
Ponto 14.1 - Alguns cuidados a ter com as salamandras
Devemos sempre tomar alguns cuidados de prevenção, portanto é preciso tomar
atenção a algumas regras.
Algumas dessas regras são:
A colocação da salamandra, e respectivas condutas, são dos elementos mais
importantes para o seu bom funcionamento. Se a conduta for estreita, estrangula a saída
de fumos e estes serão reenviados para a sala. Se a chaminé estiver próxima de um
elemento mais alto (casa ou árvore), poderá também provocar a reentrada de fumo.
nunca se deve apagar o fogo com água sob pena de fissurar o ferro fundido. No
caso de serem de chapa de aço, utilizar água para apagar o fogo leva a que se criem
pontos de ferrugem e um envelhecimento precoce dos materiais.
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Fig. 144 - Salamandras
14.1. Acessórios
Tubo flexível duplo
Pode ser de aço inox ou alumínio com parede interior e lisa e exterior enrugada
em aço inoxidável. Estes tubos resistem a uma temperatura superior a 550º. São
aplicáveis em fogões de sala e recuperadores de calor, e a sua funcionalidade é a
exaustão de fumos por combustão a gás, lenha, fuel, carvão, ar condicionado,
ventilação, etc.
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Estes tipos de tubo são de fácil aplicação, têm uma estanquecidade total aos
gases de combustão e às condensações, uma resistência elevada à acção corrosiva dos
gases, uma redução sensível aos fenómenos de condensação e é resistente ao fogo
(>1000º).
Fig. 145 – Tubo flexível duplo
Tubo flexível simples
Este tipo de tubo tem as mesmas características que o anterior, apenas a sua
aplicação não pode ser feito em fogões de sala e em recuperadores de calor.
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Fig. 146 – Tubo flexível simples
Fig. 147 – Aplicação de uma conduta de fumos em inox
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Tipos de tubos utilizados para as condutas
Exemplos de más aplicações
Fig 148 – Conduta de fumos demolida devido a fugas de fumo
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Fig. 149– Conduta de fumo de um recuperador, que estava mal conectada
Fig. 150 – Conduta de fumos já colocada, mas sem aplicação da vedação junto à placa
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Fig. 151 – Lã de rocha colocada na placa ao cimo de uma hotte (pano) sem a devida
protecção de alumínio
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Nesta figura abaixo representadas pode-se observar o perigo da libertação de pó
cancerígeno, pois este sai pela grelha junto com o ar quente.
Fig. 152 – Perigo da libertação de pó
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13.2. Tipos de chaminés para edifícios
Fig. 153 – Tipos de chaminés usadas na construção de um edifício
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Fig.154 Erros na colocação de salamandras
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Bibliografia
Sistema de climatização. [em linha]. disponível em: