ENGENHARIA DE PRODUÇÃO INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS Prof. Jorge Marques Aula 16 INSTALAÇÕES DE ÁGUA QUENTE Solar - dimensionamento Fontes Consultadas MACINTYRE, A. J. Instalações Hidráulicas Apostila prof. Enedir Ghisi - UFSC

Aquecimento com Energia Solar O uso da energia solar está se difundindo aos poucos pois apresenta as seguintes vantagens: a) Não é poluidora; b) É autossuficiente; c) É completamente silenciosa; d) É uma fonte alternativa de energia; e) Geralmente está disponível no local do consumo.

Aquecimento com Energia Solar O sistema de geração de água quente à base de energia solar se compõe de três elementos: a) Coletores de energia (placas coletoras); b) Acumulador de energia (reservatório de água quente); c) Rede de distribuição.

Aquecimento com Energia Solar Instalação dos coletores: Há três arranjos possíveis para os coletores: Em paralelo  aumenta o volume, mantém a temperatura Em série  aumenta a temperatura. Exige circulação forçada. Em série/paralelo  combinação dos dois anteriores.

Coletores em paralelo Aumento da capacidade volumétrica de água quente. Temperatura não sofre variação com aumento ou redução de coletores.

Coletores em série Há necessidade de bombeamento. A temperatura aumenta ao passar por cada coletor.

Coletores em série paralelo Combinação de ganhos de volume e temperatura

Esquema básico de instalação de coletores sem bombeamento

Dimensionamentos Os mesmos parâmetros da água fria são especificados para a distribuição de água quente: Pressão máxima: 400 KPa. Pressão dinâmica mínima: 5 KPa Velocidade máxima: 3 m/s Perdas de carga: mesma tabela da água fria para acessório, mas a perda unitária é levemente menor. Para tubos de cobre/cpvc  

Bombeamento de água quente Mesmos critérios de cálculo que para a água fria, porém, especial atenção deve ser dada à altura de sucção, pois, a água quente está mais propensa a evaporar e provocar o fenômeno da cavitação.

Cavitação Fenômeno decorrente da formação de bolhas na sucção e posterior colapso destas na região das pás da bomba. As bolhas são formadas quando a pressão de sucção atinge valores inferiores à pressão de vapor. Cavitação é a erosão dos componentes de um sistema hidráulico (rotores, tubulação de sucção), causados pelo colapso de pequenas bolhas de vapor do fluído, formadas nas zonas de baixa pressão contra a superfície destes componentes.

Mecanismo da cavitação

Pressões de vapor e densidades da água Temperatura (°C) Pressão de vapor Massa específica (kg/m³) kPa mca 15 1,71 0,17 999 20 2,34 0,24 998 25 3,17 0,32 997 30 4,25 0,43 996 35 5,63 0,57 994 40 7,38 0,75 992 45 9,52 0,97 990 50 12,27 1,25 968 55 15,67 1,60 986 60 19,84 2,02 983 65 24,92 2,54 981 70 31,08 978 75 38,47 3,92 975 80 47,28 4,82 972 85 57,73 5,88 969 90 70,05 7,14 965 95 84,49 8,61 962 100 101,33 10,33 958 105 120,80 12,31 955 110 143,33 14,61 951 115 169,19 17,25 947 120 198,79 20,26 943

NPSH É altura positiva líquida de sucção ( Net Positive Suction Head ), é a altura diretamente ligada ao estudo da cavitação. A determinação das condições de cavitação de uma instalação de bombeamento dependem do NPSH disponível (que depende da instalação) e o NPSH requerido (característico da bomba) Para que não ocorra cavitação deveremos ter : NPSHrequerido é fornecido pelo fabricante da bomba.

NPSHDISPONÍVEL É característico do sistema de bombeamento e definido. Corresponde à energia de entrada do fluido. Definido por: 𝐻 𝑏 = 10 mca = pressão atmosférica em altura manométrica ℎ 𝑎 = altura geométrica de aspiração (sucção). 𝐽 𝑎 = perda de carga na aspiração (sucção) ℎ 𝑣 = pressão de vapor, em altura manométrica.

Onde : Hb : pressão atmosférica absoluta (reservatório aberto) ha: altura estática de sucção Ja : perda de carga na sucção hv : pressão de vapor do líquido à temperatura de operação da instalação, em mca

Curva característica de NPSH Além da curva H x Q, os fabricantes fornecem as curvas de NPSHrequerido de suas bombas.

Isolamento das tubulações Tubulações de cpvc, pex e pp dispensam materiais isolantes, pois possuem baixos coeficientes de condução térmica, a não ser que seja as distâncias sejam relativamente longas e/ou estejam submetidos a correntes de ar frio. Tubulações metálicas são isoladas com materiais como lã de vidro, lã de rocha, cortiça, isopor etc.

Dilatação Térmica Devido à dilatação dos materiais com os quais são fabricados os tubos para condução de água quente, alguns cuidados devem ser tomados: Evitar a aderência da tubulação com a estrutura; A tubulação deve poder se expandir livremente; Em trechos longos e retilíneos deve-se usar cavaletes, liras ou juntas de dilatação especiais que permitam a dilatação.