Comparação de diferentes fontes energéticas de aquecimento de água em tipologias distintas de edificação, aplicando a tecnologia BIM.

CENTRO TECNOLÓGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

Jéssica Schveitzer Köerich

COMPARAÇÃO DE DIFERENTES FONTES ENERGÉTICAS DE

AQUECIMENTO DE ÁGUA EM TIPOLOGIAS DISTINTAS DE EDIFICAÇÃO,

APLICANDO A TECNOLOGIA BIM.

Florianópolis

2020

Jéssica Schveitzer Köerich

COMPARAÇÃO DE DIFERENTES FONTES ENERGÉTICAS DE AQUECIMENTO

DE ÁGUA EM TIPOLOGIAS DISTINTAS DE EDIFICAÇÃO, APLICANDO A

TECNOLOGIA BIM.

Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em

Engenharia

Sanitária

e

Ambiental

do

Centro

Tecnológico da Universidade Federal de Santa Catarina

como requisito para a obtenção do título de Bacharel em

Engenharia Sanitária e Ambiental.

Orientador: Prof. Ramon Lucas Dalsasso, Dr

Florianópolis

2020

Jéssica Schveitzer Köerich

COMPARAÇÃO DE DIFERENTES FONTES ENERGÉTICAS DE AQUECIMENTO

DE ÁGUA EM TIPOLOGIAS DISTINTAS DE EDIFICAÇÃO, APLICANDO A

TECNOLOGIA BIM.

Este Trabalho Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção do Título de

―Engenheira Sanitarista e Ambiental‖ e aprovado em sua forma final pelo Curso de

Engenharia Sanitária e Ambiental.

Florianópolis, 04 de Dezembro de 2020.

________________________

Profª. Maria Elisa Magri, Drª.

Coordenadora do Curso

Banca Examinadora:

________________________

Prof. Ramon Lucas Dalsasso, Dr.

Orientador

Instituição UFSC

________________________

Prof. Bruno Segalla Pizzolatti, Dr.

Avaliador 1

Instituição UFSC

________________________

Natália Julia Guarezi, Engª.

Avaliador 2

AGRADECIMENTOS

A Deus por sempre me ouvir nos momentos difíceis e por me abençoar a cada dia.

Aos meus pais que serem me deram suporte durante os meus estudos.

Aos professores do departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental por todos os

ensinamentos, especialmente ao Professor Dr. Ramon Lucas Dalsasso que me orientou neste

trabalho com muita disponibilidade e paciência.

Às minhas amigas, em especial Adila, Amanda, Isadora, Ivana, Natália, Thaiane e às

minhas amigas da época do IFSC que diariamente me trazem alegria e sempre me forneceram

uma palavra de conforto e motivação durante a realização deste trabalho.

Ao Professor Dr. Diego José Nogueira por todos os ensinamentos referentes à área

científica durante minha bolsa de iniciação científica no Laboratório de Toxicologia

Ambiental (LABTOX).

À Engenheira Natália Guarezi e ao Professor Dr. Bruno Segalla Pizzolatti por

aceitarem fazer parte da banca avaliadora.

RESUMO

Em 2019, o setor residencial consumiu 10,3% de toda a energia do Brasil, expandindo 3,5%

em relação ao ano anterior. Com o aumento desse consumo surge uma preocupação

econômica e ambiental ocasionada pela utilização de energia elétrica. O Brasil utiliza a fonte

hídrica como principal oferta interna de energia elétrica que, apesar de ser renovável, ocasiona

grandes impactos principalmente na fase de implantação. Sabe-se que o chuveiro é um dos

maiores consumidores de eletricidade e, a partir disso, surge à necessidade de avaliar a

aplicabilidade de outras fontes energéticas para o aquecimento de água. Diante do mercado

competitivo, quanto mais rápido e fácil essa avaliação for realizada, melhor será a satisfação

do contratante e consequentemente, maior a credibilidade do projetista. Deste modo, o

objetivo do trabalho foi analisar qual fonte energética, dentre as mais utilizadas em SC

(elétrica, solar e gás), é a mais indicada para diferentes tipologias de edificação (multifamiliar

e unifamiliar) em relação à viabilidade técnico-econômica e ambiental. As análises se

iniciaram com a elaboração dos projetos no software QiBuilder a partir de um modelo IFC

(Industry Foundation Classes) da arquitetura. Nos projetos efetuou-se o dimensionamento

hidráulico e, a partir disso, estimou-se o custo de operação. A partir dos projetos finalizados

em modelo IFC, pode-se extrair as informações do quantitativo e obter o custo de instalação

no software QiVisus. O custo de reposição também foi considerado e teve seu período

determinado com base em referências bibliográficas. Possuindo todos os custos (total),

obteve-se a viabilidade econômica através de índices como VPL, TIR e PBD no período de 20

anos. A viabilidade ambiental, por sua vez, foi analisada através da emissão de CO2 obtida

pela energia consumida (kWh) anualmente. O sistema de aquecimento solar foi o único viável

economicamente para o edifício multifamiliar, apesar de não ter um retorno do investimento

em 20 anos, e ambientalmente para as duas edificações. O seu custo total foi 48,16% menor

do que o do GLP e 32% menor do que o do elétrico para o edifício multifamiliar e 22,84%

menor do que o do GLP e 39,32% menor do que o do elétrico para o edifício unifamiliar.

Porém, como ele não supre tomada a demanda anual, o contratante precisa optar entre o

sistema solar com fonte auxiliar elétrica ou somente o sistema de aquecimento elétrico. O

sistema com fonte auxiliar elétrica seria optado de acordo com a viabilidade ambiental e o

elétrico de acordo com a viabilidade econômica. O GLP não foi viável economicamente

(VPL<0) é o que mais gera CO2 de acordo com as análises do presente trabalho, necessitando

do plantio anual de 181 árvores para o edifício multifamiliar e de 17 árvores para o

unifamiliar de modo a reduzir o dano ambiental.

Palavras-chave: Aquecimento de água. Projetos em BIM. Fontes energéticas. Avaliação

ABSTRACT

In 2019, the residential sector consumed 10.3% of all energy in Brazil, 3.5% more than the

previous year. With the increase of consumption comes an economic and environmental

concern caused by the use of electricity. Brazil uses water source as the main internal supply

of electric energy. Although it is renewable, it causes major impacts especially in the

implementation phase. The shower is one of the biggest consumers of electricity, hence the

need to evaluate applicability of other energy sources for heating water. Since the market is

competitive, the faster and easier this evaluation is carried out, the better the client's

satisfaction will be. And consequently the greater the credibility of the designer. Thus, the

objective of this study was to analyse which energy source, among the most used in SC

(electric, solar and gas), is the most suitable for different building types (multi-family and

single-family building) regarding technical-economic and environmental feasibility. The

analyses started with the elaboration of the designs in QiBuilder software based on an IFC

model (Industry Foundation Classes) of the architecture. In the designs, first we performed the

hydraulic dimensioning. Then, based on it, we estimated the operating cost. Using IFC model

responses we extracted the quantitative information and obtained the installation costs

applying QiVisus software. The replacement cost was also considered and we determined its

period based on bibliographic references. Having all costs (total), we obtained economic

viability through indexes such as NPV, IRR and DPP over the period of 20 years. We

analysed he environmental feasibility through CO

emission obtained by the energy consumed

(kWh) annually. The solar heating system was the only economically viable for the

multi-family building, despite not having a return on investment in 20 years, and environmentally

viable for both buildings. For the multi-family building, its total cost was 48.16% lower than

that of LPG and 32% lower than that of the electric. For the single-family building, it was

39.32% less than that of the LPG and 22.84% less than that of the electric. However, as it

does not meet the annual demand, the client must choose between the solar system with an

auxiliary electric source or only the electric heating system. The system with electric auxiliary

source would be chosen according to the environmental viability and the electric one

according to the economic viability. This is because LPG was not economically viable

(NPV<0) and it generates more CO

according to the analysis of this work. Using it would

require planting 181 trees annually for multi-family building and 17 trees for single-family in

order to reduce environmental damage.

Keywords: Water heating. BIM projects. Energy sources. Economic evaluation. CO

emission.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Participação das fontes no consumo residencial ... 21

Figura 2 – Fontes renováveis na matriz energética ... 22

Figura 3 – Repartição das demais energias renováveis (7%) ... 23

Figura 4 – Circuito elétrico equivalente do chuveiro ... 25

Figura 5 – Esquema do aquecimento de água no chuveiro ... 25

Figura 6 – Chuveiro elétrico com chaves de ajuste (A) e Resistência elétrica com

seletor (chave) mecânico (B). ... 26

Figura 7 – Chuveiro eletrônico com haste para troca de temperatura. ... 26

Figura 8 – Circuito de um gradador. ... 27

Figura 9 – Torneira elétrica (A) e aquecedor versátil utilizado em pias de cozinha ou

lavatório (B). ... 28

Figura 10 – Esquema de um reservatório térmico elétrico ... 28

Figura 11 – Sistema de energia solar térmico direto (A) e indireto (B). ... 30

Figura 12 – Sistema de energia solar térmico passivo (A) e ativo (B). ... 30

Figura 13 – Esquema de um coletor plano com cobertura. ... 31

Figura 14 – Coletor plano sem cobertura. ... 32

Figura 15 – Coletor a vácuo. ... 33

Figura 16 – Esquema de funcionamento do coletor a vácuo. ... 33

Figura 17 – Esquema de circulação da água fria e quente no sistema. ... 35

Figura 18 – Esquema de instalação do sistema de circulação passivo. ... 35

Figura 19 – Inclinação do coletor solar e tubulação para o sistema de circulação

passivo. ... 36

Figura 20 – Esquema de instalação do sistema de circulação ativo. ... 37

Figura 21 – Esquema de funcionamento do aquecedor instantâneo (passagem). ... 39

Figura 22 – Esquema de funcionamento do aquecedor de acumulação. ... 40

Figura 23 – Fluxograma da metodologia aplicada. ... 44

Figura 24 – Modelo 3D e planta dos dormitórios do edifício unifamiliar ... 45

Figura 25 – Modelo 3D e planta dos dormitórios do edifício multifamiliar ... 46

Figura 26 – Edifício multifamiliar com coletores solares ... 60

Figura 27 – Distância entre a parte inferior do reservatório térmico e o coletor solar

para o edifício multifamiliar ... 61

Figura 29 – Distância entre a parte inferior do reservatório térmico e o coletor solar

para o edifício unifamiliar ... 62

Figura 30 – Colisão do reservatório térmico com o telhado no edifício unifamiliar . 63

Figura 31 – Custo de instalação total para os edifícios multifamiliares e unifamiliares

de acordo com cada sistema de aquecimento. ... 66

Figura 32 – Custo operacional (consumo energia final) de acordo com cada cenário

de aquecimento de água ... 71

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Vazões e Pesos utilizados para dimensionamento... 49

Tabela 2 – Faixas de consumo de água e suas respectivas tarifas ... 54

Tabela 3 – Temperatura média mensal para a cidade de Florianópolis ... 57

Tabela 4 – Irradiação solar média mensal para a cidade de Florianópolis ... 57

Tabela 5 – Dados do consumo de água quente ... 59

Tabela 6 – Custos de instalação para o edifício multifamiliar ... 64

Tabela 7 – Custos de instalação para o edifício unifamiliar... 65

Tabela 8 – Consumo de energia elétrica do edifício multifamiliar ... 67

Tabela 9 – Consumo de energia elétrica do edifício unifamiliar ... 67

Tabela 10 – Consumo de energia final do aquecedor de passagem do edifício

multifamiliar ... 68

Tabela 11 – Consumo de energia final do aquecedor de passagem do edifício

unifamiliar ... 68

Tabela 12 – Consumo de energia final da fonte auxiliar para o coletor solar do

edifício multifamiliar ... 69

Tabela 13 – Consumo de energia final da fonte auxiliar para o coletor solar do

edifício unifamiliar ... 70

Tabela 14 – Consumo de água quente do edifício multifamiliar para os cenários de

aquecimento elétrico e solar/solar+elétrico ... 71

Tabela 15 – Consumo de água quente do edifício unifamiliar para os cenários de

aquecimento elétrico e solar/solar+elétrico ... 72

Tabela 16 – Consumo de água quente do edifício multifamiliar para o cenário de

aquecimento por GLP ... 72

Tabela 17 – Consumo de água quente do edifício unifamiliar para o cenário de

aquecimento por GLP ... 72

Tabela 18 – Consumo per capita do edifício multifamiliar e unifamiliar ... 73

Tabela 19 – Custo total no período de 20 anos para o edifício multifamiliar ... 74

Tabela 20 – Custo total no período de 20 anos para o edifício unifamiliar ... 75

Tabela 21 – Tabela resumo da análise econômica do edifício multifamiliar. ... 76

Tabela 22 – Tabela resumo da análise econômica do edifício unifamiliar ... 76

Tabela 23 – Emissão de CO

-eq de acordo com cada sistema de aquecimento. ... 77

Tabela 25 - Custo de execução - cenário elétrico para o edifício multifamiliar. ... 100

Tabela 26 - Custo de material – cenário GLP para o edifício multifamiliar. ... 105

Tabela 27 - Custo de execução – cenário GLP para o edifício multifamiliar. ... 120

Tabela 28 - Custo de material – cenário Solar/Solar+elétrico para o edifício

multifamiliar. ... 126

Tabela 29 – Custo de execução – cenário Solar/Solar+elétrico para o edifício

multifamiliar. ... 140

Tabela 30 – Custo de material – cenário elétrico para o edifício unifamiliar. ... 145

Tabela 31 – Custo de execução – cenário elétrico para o edifício unifamiliar. ... 151

Tabela 32 – Custo de material – cenário GLP para o edifício unifamiliar. ... 154

Tabela 33 – Custo de execução – cenário GLP para o edifício unifamiliar. ... 161

Tabela 34 – Custo de material – cenário solar/solar+elétrico para o edifício

unifamiliar. ... 164

Tabela 35 – Custo de execução – cenário solar/solar+elétrico para o edifício

unifamiliar. ... 172

Tabela 36 – Custos de reposição para edifício multifamiliar ... 175

Tabela 37 – Custos de reposição para edifício unifamiliar. ... 176

Tabela 38 – Análise econômica para sistema de aquecimento por GLP – edifício

multifamiliar ... 177

Tabela 39 – Análise econômica para sistema de aquecimento solar – edifício

multifamiliar. ... 178

Tabela 40 – Análise econômica para sistema de aquecimento solar com fonte auxiliar

elétrica – edifício multifamiliar. ... 179

Tabela 41 – Análise econômica para sistema de aquecimento por GLP – edifício

unifamiliar. ... 180

Tabela 42 – Análise econômica para sistema de aquecimento solar – edifício

unifamiliar. ... 181

Tabela 43 – Análise econômica para sistema de aquecimento solar com fonte auxiliar

elétrica – edifício unifamiliar. ... 182

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

BCF BIM Collaboration Format

BDI Benefícios e Despesas Indiretas

BIM Building Information Modeling

CO2 Dióxido de Carbono

GEE Gases do Efeito Estufa

GLP Gás Liquefeito do Petróleo

GN Gás Natural

H

O Monóxido de dihidrogênio

IFC Industry Foundation Classes

IN003 Carga de Incêndio

IN007 Sistema Hidráulico Preventivo

IPCA Índice de Preços ao Consumidor Amplo

MH

Metano

MMA Ministério do Meio Ambiente

NBR Norma Técnica Brasileira

PBD PayBack Descontado

PMEE Produção média Mensal de Energia Específica

RTI Reserva Técnica de Incêndio

SINAPI Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil

TIR Taxa Interna de Retorno

TMA Taxa Mínima de Atratividade

VPL Valor Presente Líquido

SUMÁRIO

1

INTRODUÇÃO ... 17

1.1

OBJETIVOS ... 19

1.1.1

Objetivo Geral ... 19

1.1.2

Objetivos Específicos ... 19

2

DESENVOLVIMENTO ... 20

2.1

TECNOLOGIA BIM ... 20

2.2

CONSUMO RESIDENCIAL DE ENERGIA ... 21

2.3

SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA ... 23

2.3.1

Elétrico ... 23

2.3.1.1

Aquecedor instantâneo ... 24

2.3.1.2

Aquecedor de acumulação ... 28

2.3.1.3

Considerações para o projeto hidráulico ... 29

2.3.2

Solar ... 29

2.3.2.1

Coletor Solar ... 31

2.3.2.2

Reservatório Térmico ... 34

2.3.2.3

Considerações para o projeto hidráulico ... 35

2.3.3

Gás ... 37

2.3.3.1

Aquecedor instantâneo ... 38

2.3.3.2

Aquecedor de acumulação ... 39

2.3.3.3

Considerações para o projeto hidráulico ... 40

2.3.4

Vantagens e desvantagens das fontes energéticas ... 41

2.4

EMISSÃO DE CO

... 42

2.5

VIABILIDADE ECONÔMICA ... 43

3

MATERIAIS E MÉTODOS ... 44

3.2

CENÁRIOS ... 46

3.3

DIMENSIONAMENTO ... 47

3.3.1

Reservatório de água fria ... 47

3.3.2

Tubos de água quente e fria ... 48

3.3.3

Pontos de utilização de água quente ... 49

3.3.4

Sistema de aquecimento solar ... 49

3.3.4.1

Consumo diário de água quente ... 49

3.3.4.2

Reservatório térmico ... 50

3.3.4.3

Coletor solar ... 50

3.3.5

Sistema de aquecimento por GLP ... 52

3.3.5.1

Aquecedor de passagem a gás ... 52

3.4

CUSTOS ... 52

3.4.1

Custos de instalação ... 52

3.4.2

Custos de operação ... 53

3.4.3

Custo total... 54

3.5

ANÁLISE ECONÔMICA ... 54

3.6

ANÁLISE AMBIENTAL ... 56

4

RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 57

4.1

LOCALIZAÇÃO ... 57

4.2

DIMENSIONAMENTO ... 58

4.2.1

Reservatório de água fria ... 58

4.2.2

Sistema de aquecimento solar térmico ... 58

4.2.2.1

Consumo diário de água quente ... 58

4.2.2.2

Reservatório térmico ... 59

4.2.2.3

Coletor solar ... 59

4.2.3

Sistema de aquecimento por GLP ... 63

4.3

CUSTOS ... 64

4.3.1

Custos de instalação ... 64

4.3.2

Custos de operação ... 66

4.3.2.1

Consumo de energia final ... 66

4.3.2.2

Consumo de água quente ... 71

4.3.2.3

Consumo per capita de acordo com cada cenário ... 73

4.3.3

Custo total... 74

4.4

ANÁLISE ECONÔMICA ... 76

4.5

ANÁLISE AMBIENTAL ... 77

5

CONCLUSÕES ... 78

REFERÊNCIAS ... 80

APÊNDICE A – Custos de instalação ... 88

APÊNDICE B – Custos de reposição ... 175

1 INTRODUÇÃO

Em 2019, o setor residencial consumiu 10,3% de toda a energia do Brasil.

Expandindo 3,5% em relação ao ano anterior, o setor foi o que mais contribuiu para a

progressão de 1,3% do consumo final de eletricidade (BRASIL, 2020). Algum dos motivos

que estão diretamente relacionados com esse aumento no setor residencial é o avanço

tecnológico, que acaba barateando eletrodomésticos na medida em que equipamentos mais

modernos são fabricados e que acabam, consequentemente, facilitando a aquisição e o

consumo da população.

Em contrapartida ao aumento do consumismo, surge uma preocupação econômica e

ambiental ocasionada pela utilização de energia elétrica. O Brasil utiliza a fonte hídrica como

principal oferta interna de energia elétrica (BRASIL, 2020), que apesar de ser uma fonte

renovável, ocasiona grandes impactos ambientais principalmente na fase de implantação

(AGOSTINHO; JÚLIO; BORGHETTI, 1992; LEMOS DA COSTA et al., 2019). Além dos

impactos ambientais, as hidrelétricas tendem a sofrer com períodos de estiagem, ocasionando

redução nos seus níveis de armazenamento.

De acordo com Ibrahim et al. (2014), o aquecimento de água é um grande

consumidor de energia no mundo. A par disso, outras fontes energéticas devem ser exploradas

e utilizadas para o aquecimento de modo que o seu consumo passe a ser algo mais econômico

e de menor dano ambiental. As principais fontes energéticas para o aquecimento residencial

de água (chuveiro ou torneiras) em Santa Catarina de acordo com a pesquisa de posse e

hábitos de uso de equipamentos elétricos na classe residencial (ELETROBRAS, 2019), são

elétrica, solar e gás, englobando 97,92%, 1,76% e 0,80% de domicílios, respectivamente.

A energia solar é uma fonte renovável de baixo impacto ambiental que se divide em

térmica e fotovoltaica. A energia solar térmica é destinada ao aquecimento de fluídos

enquanto a energia solar fotovoltaica é destinada à geração de eletricidade. A energia solar

térmica, foco deste estudo, é um dos sistemas mais populares dentre os disponíveis para a

energia solar devido à sua viabilidade econômica e tecnológica (ISLAM; SUMATHY;

KHAN, 2013).

Em relação ao gás, o aquecimento da água pode ser comumente proveniente do gás

natural (GN) ou do gás liquefeito do petróleo (GLP). O presente trabalho abordará apenas o

GLP pois ele está cada vez mais sendo utilizado devido ao seu elevado rendimento, elevado

poder calorífico, facilidade de operação e ausência de toxidez quando comparado com outros

combustíveis

(MACINTYRE, 1990). Além disso, a cidade de Florianópolis possui uma rede

de distribuição de GN restrita às áreas próximas do centro da cidade (SCGAS, 2007). Em

relação ao funcionando nos aquecedores, o calor que aquece a água é produzido a partir de

uma centelha que ocasiona a combustão do gás com o ar atmosférico (RAIMO, 2007).

Diante das fontes energéticas disponíveis, é essencial que o projetista avalie qual ou

quais são mais vantajosas no âmbito ambiental e econômico para serem aplicadas para o

aquecimento da água de uma edificação. Diante do mercado competitivo, quanto mais rápido

e fácil essa avaliação for realizada, melhor será a satisfação do contratante e

consequentemente, maior a credibilidade do projetista. O processo de análise é facilitado com

a utilização de softwares BIM (Building Information Modeling). Em resumo, a utilização

dessa modelagem digital aumenta o nível de confiabilidade e de produtividade dos projetos e

facilita no controle das obras.

Neste trabalho, realizou-se uma avaliação técnico-econômica de diferentes fontes

energéticas (elétrica, GLP e solar) para o aquecimento de água em duas tipologias de

edificações de modo a verificar qual é a mais vantajosa para cada tipologia. Para isso,

utilizou-se o auxílio do software Revit 2020 para o projeto arquitetônico, QiBuilder 2021 para

o projeto hidráulico e QiVisus para o orçamento. A comunicação entre ambos os softwares foi

através do formato de dados IFC (Industry Foundation Classes). Além disso, foi realizada

uma análise econômica e estimada a emissão de CO

para algumas fontes energéticas (GLP e

solar).

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo Geral

O objetivo geral deste trabalho é comparar no âmbito técnico-econômico e ambiental

diferentes fontes de energia para aquecimento de água em diferentes tipologias de edificação.

1.1.2 Objetivos Específicos

1. Avaliar técnica e economicamente a melhor opção energética em duas tipologias distintas

de edificação, utilizando recursos da tecnologia BIM.

2. Avaliar o impacto ambiental em função da fonte energética utilizada para o aquecimento de

água nas edificações

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 TECNOLOGIA BIM

Os projetos em BIM podem ser considerados uma nova evolução do CAD, pois

integram a modelagem 3D ao gerenciamento do ciclo de vida de um projeto de edificação

(COELHO; NOVAES, 2008). De acordo com o Brasil (2019), a propagação do BIM irá

aumentar PIB do setor da construção civil em 28,9% até 2028, reduzindo em 9,7% os custos

da construção e aumentando em 10% a produtividade.

A tecnologia BIM surge para aumentar a confiabilidade de projetos, uma vez que

traz as informações precisas sobre a quantidade de materiais e possibilita a compatibilização

com outras disciplinas, ou seja, quando há uma colisão entre disciplinas é possível refazer o

projeto antes de constatar a colisão na obra, o que geraria custos provenientes de materiais e

de mão-de-obra.

Outro fator importante do BIM é a produtividade, que aumenta, por exemplo, através

do compartilhamento de informações (notas BCF - BIM Collaboration Format) para outros

projetistas. Além disso, segundo Florio (2007), a produtividade também aumenta com a

atualização instantânea da alteração de modelos paramétricos presentes nos elementos

construtivos em BIM.

Atualmente alguns fatores que travam a implementação do BIM no Brasil são a falta

de capacitação dos projetistas e a dificuldade de mudar a maneira que as informações do

projeto chegam ao canteiro de obras. Porém, os projetos em BIM facilitam a leitura de

informações, pois possuem modelagem 3D e a capacidade de unificar projetos de diferentes

especialidades (hidrossanitário, elétrico, gás, etc.). Além disso, o projeto (com todas as

informações do edifício) pode ser visualizado em realidade aumentada através de um software

para dispositivo móvel, onde as informações dos projetos podem ser atualizadas pelo

projetista e acompanhadas na obra em tempo real, facilitando a mobilidade no canteiro e

possuindo um baixo custo de investimento em longo prazo (ANDRADE; ASSIS;

BROCHARDT, 2015).

A par da relevância do BIM, o Governo Federal lançou a Estratégia BIM BR,

instituída pelo Decreto nº 9.377, de 17 de maio de 2018, que tem como finalidade a

disseminação do BIM no Brasil. A estratégia está dividida em três partes, sendo a primeira

considerada a partir de janeiro de 2021, onde será exigido o BIM na elaboração dos modelos

de arquitetura e de engenharia (estrutura, hidráulica, aquecimento, ventilação, ar condicionado

e elétrica) na detecção de interferências e na revisão dos modelos (arquitetura e de

engenharia), na extração de quantitativos e na geração de documentação gráfica (BRASIL,

2018).

2.2 CONSUMO RESIDENCIAL DE ENERGIA

Comparado ao ano de 2018, no ano de 2019 houve um aumento de 0,8% no consumo

residencial de energia. Dentre as fontes disponíveis, a eletricidade foi a que apresentou maior

crescimento 3,5%. A eletricidade, por sua vez, é proveniente principalmente da fonte hídrica,

cerca de 64,9% (BRASIL, 2020).

Conforme Figura 1, observa-se que a eletricidade é a principal fonte para o consumo

residencial de energia, seguida pelo carvão vegetal, GLP e GN, respectivamente. Cabe

ressaltar também que a eletricidade é a única fonte que se mantém visualmente em maior

crescimento no ano de 2018 para 2019.

Figura 1 – Participação das fontes no consumo residencial

Fonte: Brasil (2020).

Em relação ao consumo residencial de energia elétrica, sabe-se que o chuveiro

elétrico é um dos maiores consumidores e que são muito utilizados para o aquecimento de

água para banho (ELETROBRAS, 2007; GILI et al., 2012). A par disso, outras fontes

energéticas devem ser exploradas e utilizadas para o aquecimento da água de modo a ser algo

mais econômico para o consumidor e de menor dano ambiental.

Além das principais fontes energéticas destinadas ao consumo residencial, a matriz

energética brasileira apresenta outras fontes que podem ser analisadas para a aplicação no

aquecimento residencial de água. Conforme Figura 2, dentro da matriz energética brasileira

46,1% das fontes são renováveis. Comparado ao ano anterior, houve um crescimento devido

ao aumento da geração hidráulica e eólica e aumento da oferta da biomassa da cana e

biodiesel (BRASIL, 2020).

Figura 2 – Fontes renováveis na matriz energética

Fonte: Brasil (2020).

Ressalta-se também que dentro do grupo de energias renováveis, 18% destinam-se à

biomassa da cana, 12% à hidráulica, 8,7% à lenha e carvão vegetal e 7% destinam-se às

energias representadas na Figura 3. Nessa repartição a fonte que mais cresceu no ano de 2019

em relação ao ano de 2018 foi a energia solar, cerca de 92,2%.

Figura 3 – Repartição das demais energias renováveis (7%)

Fonte: Brasil (2020).

2.3 SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA

O primeiro aquecedor doméstico de água foi inventado em 1868 por Benjamin

Waddy Maughan, um pintor Britânico. Limitado ao aquecimento de água para banheiras, o

equipamento não era seguro, pois não possuía um sistema para liberação dos gases de

combustão. Em 1890 a empresa Junkers patenteou um equipamento aquecedor de líquidos

denominado calorímetro. Assim como a invenção de Benjamim, o equipamento era apenas

para um ponto de utilização, porém possuía chaminé para a liberação dos gases de combustão

(RODRIGUES, 2012).

A partir disso, especificamente no final do século XX, houve uma grande

disponibilidade de novos produtos e ideias no mercado (MONTU, 2016). Com todas as

variedades disponíveis, é fundamental que o consumidor tenha algum auxílio técnico para

determinar qual delas escolher para a sua residência.

2.3.1 Elétrico

A energia elétrica para aquecimento é proveniente do efeito Joule ocasionado pelo

aquecimento de um resistor na passagem de corrente elétrica. Logo, quando imerso em água,

o resistor transfere o seu calor para o fluido através do contato com o mesmo (RAIMO, 2007).

O sistema de aquecimento de água por energia elétrica pode ser instantâneo

(chuveiro, por exemplo) ou de acumulação (boiler, por exemplo). Ressalta-se que o chuveiro

é o aquecedor elétrico mais utilizado no Brasil, seguido pelo boiler (MONTU, 2016). A

principal diferença entre os dois tipos de aquecedores citados é a potência. Enquanto um

chuveiro, por exemplo, possui potência entre 5000 a 7000W, um boiler possui uma potência

entre 1000 a 2000W (SINDIGÁS, 2013).

A potência (P) é a energia dissipada pelo resistor sob forma de calor, representada

pela unidade de medida watts.

P = R*I² (1)

em que R é a resistência (ohms) e I é a corrente (ampères).

Em locais onde a temperatura costuma ser menor, o chuveiro precisa de mais

potência para aquecer a água. Por exemplo, a linha Bella Ducha 4T Ultra do fabricante

Lorezentti possui uma potência mínima de 4800W e uma máxima de 6800W (LORENZETTI,

2020a). Nesse caso, o modelo com a potência menor pode ser utilizado em uma localidade

com o clima mais quente, como a região Norte do Brasil, e o de 6800W pode ser utilizado em

uma localidade com clima mais ameno, como a região Sul do Brasil.

A determinação da potência é diretamente influenciada pela resistência, conforme

Equação 1. Ou seja, quanto menor a resistência, maior a corrente e consequentemente maior é

a potência que será dissipada, fazendo com a água fique mais quente (GILI et al., 2012).

2.3.1.1 Aquecedor instantâneo

No aquecimento instantâneo a água é aquecida simultaneamente quando passa pelo

aquecedor. Normalmente, os mais conhecidos são chuveiros elétricos, e aquecedores

automáticos instantâneos de água quente, utilizado em pias, por exemplo (MACINTYRE,

1990).

Os chuveiros elétricos foram introduzidos na década 30 no Brasil e hoje é muito

normal encontra-los nas residências para aquecer a água (SINDIGÁS, 2013; GILI et al.,

2012). O circuito elétrico para este chuveiro é representado na Figura 4.

Figura 4 – Circuito elétrico equivalente do chuveiro

Fonte: GILI et al. (2012)

Em resumo do funcionamento, a corrente elétrica passa no circuito quando o

diafragma (membrana de borracha) sobe em função da água acumulada e aciona dispositivos

elétricos na parte superior do chuveiro, conforme esquema representado na Figura 5

(BERNARDO, 2014). O aquecimento ocorre durante a passagem da água fria nos resistores

(LANDULFO, 2016).

Figura 5 – Esquema do aquecimento de água no chuveiro

Fonte: Landulfo (2016)

O ajuste da temperatura no chuveiro elétrico pode ser realizado pelo controle da

vazão ou pela chave de ajuste. Normalmente, os chuveiros possuem de 2 a 4 chaves de ajuste

(NASPOLINI; RÜTHER, 2012), que ficam na parte superior do chuveiro, conforme Figura

6.A. As chaves servem para selecionar o caminho que será feito pela corrente elétrica de

acordo com uma resistência do chuveiro, por isso a temperatura é diretamente afetada (Figura

6.B).

Figura 6 – Chuveiro elétrico com chaves de ajuste (A) e Resistência elétrica com

seletor (chave) mecânico (B).

Fonte: (A) Lorenzetti (2020a); (B) GILI et al. (2012)

As principais dificuldades da chave manual é que a troca de temperatura deve ser

feita com o chuveiro desligado, em dias muito frios a vazão deve ser diminuída para alcançar

uma temperatura maior, ocasiona picos de consumo de eletricidade quando utilizado em

grande escala e pessoas baixas possuem dificuldade para alterar a temperatura. Em

contrapartida, é fácil de instalar e tem um baixo custo de implantação (SINDIGÁS, 2013;

GILI et al., 2012).

O chuveiro eletrônico surgiu a partir da necessidade de ter mais conforto, pois para

esse chuveiro a resistência é alterada sem chave mecânica e com variações contínuas, não

sendo necessário diminuir a vazão para obter temperaturas maiores (GILI et al., 2012) e

possuindo, na maioria das vezes, uma haste para auxiliar na troca de temperatura, conforme

Figura 7.

Figura 7 – Chuveiro eletrônico com haste para troca de temperatura.

Em relação ao acionamento elétrico, o chuveiro eletrônico, assim como o chuveiro

elétrico, é acionado por um diafragma (PANDOLFO, 2016). A variação da resistência é

realizada através de um gradador, formado por dois tiristores conectados em antiparalelo,

conforme Figura 8 (GILI et al., 2012).

Figura 8 – Circuito de um gradador.

Fonte: GILI et al. (2012)

Sobre o chuveiro híbrido, ele possui bastante importância devido a sua economia de

consumo de energia. Basicamente, ele funciona como o chuveiro eletrônico, porém, a

resistência elétrica é desativada quando um sensor de temperatura identifica a entrada de água

quente na temperatura pré-definida pelo usuário, proveniente de fontes alternativas, como o

reservatório térmico, por exemplo (SILVA; OLIVEIRA, 2018).

Em relação aos demais aquecedores automáticos instantâneos elétricos, o princípio

de funcionamento é o mesmo para chuveiros elétricos (LANDULFO, 2016). Alguns exemplos

que podem ser citados são torneiras elétricas (Figura 9.A) e aquecedor versátil (Figura 9.B).

Figura 9 – Torneira elétrica (A) e aquecedor versátil utilizado em pias de cozinha ou

lavatório (B).

Fonte: (A) Lorenzetti (2020c); (B) Lorenzetti (2020d)

2.3.1.2 Aquecedor de acumulação

O aquecedor de acumulação elétrico, também conhecido como boiler, tem como

objetivo fornecer calor para um volume de água armazenada através de uma resistência

elétrica. O volume mantém-se aquecido devido ao material isolante que envolve a capsula

interna. Os materiais do aquecedor de acumulação assim como a localização da resistência

encontram-se na Figura 10 (SINDIGÁS, 2013; MONTU, 2016).

Figura 10 – Esquema de um reservatório térmico elétrico

Fonte: Adaptado de Montu (2016).

O aquecedor de acumulação possui um termostato para controlar a temperatura

pré-estabelecida e também pode possuir um timer, dispositivo que desliga o equipamento em

determinados horários do dia, economizando o consumo de energia em horários que o

equipamento não é utilizado (SINDIGÁS, 2013).

2.3.1.3 Considerações para o projeto hidráulico

De acordo com a NBR 5626 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2020a), a pressão dinâmica da água no ponto de utilização não pode ser inferior

a 1mca. Todos os modelos para chuveiro apresentados no tópico 2.2.1.1 necessitam de no

mínimo 1mca de coluna de água até o ponto de instalação.

O aquecedor versátil e torneira elétrica normalmente necessitam de uma pressão

dinâmica maior do que 1mca. Os modelos apresentados no tópico 2.2.1.1 necessitam de no

mínimo 2 mca de coluna de água até o ponto de instalação.

A instalação do boiler elétrico deve ter seu nível superior abaixo do nível inferior de

tomada d’água do reservatório de água fria, assim como é recomendado para o reservatório

termossolar de acordo com a NBR 15569 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2020b).

2.3.2 Solar

De modo geral, a energia solar térmica é obtida através da radiação solar que é

interceptada por coletores solares. Após absorver os raios, os coletores transferem esse calor

para ser utilizado no aquecimento de água (MICHAELIDES, 2012). O sistema de energia

solar térmica pode ser classificado em direto quando a água é aquecida diretamente no coletor

(Figura 11.A), e indireto (Figura 11.B), quando o fluído de transferência de calor é aquecido

no coletor (ISLAM; SUMATHY; KHAN, 2013). De acordo com Wang et al. (2015), o

sistema indireto é mais indicado para regiões com baixas temperaturas.

Figura 11 – Sistema de energia solar térmico direto (A) e indireto (B).

Fonte: Adaptado de Wang et al. (2015)

Em relação ao sistema de circulação do fluído, classificam-se em passivo (Figura

12.A) quando há circulação natural com termossifão, ou ativo (Figura 12.B), quando há

circulação forçada com bomba (ISLAM; SUMATHY; KHAN, 2013). O sistema de circulação

passivo é o mais utilizado para aplicação doméstica (OGUEKE; ANYANWU;

EKECHUKWU, 2009; MICHAELIDES, 2012), enquanto que o ativo pode ser utilizado em

grandes edifícios, devido ao sistema de bombeamento. Cabe ressaltar que o sistema ativo

possui um custo operacional maior do que o passivo, pois depende de energia elétrica e de

profissionais capacitados para operá-lo (WANG et al., 2015).

Figura 12 – Sistema de energia solar térmico passivo (A) e ativo (B).

Fonte: Adaptado de Wang et al. (2015)

2.3.2.1 Coletor Solar

De acordo com a NBR 15569 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2020b), o coletor solar é um dispositivo que tem a função de converter a energia

solar em energia térmica. Tanto a radiação solar direta quanto a difusa são capturadas, ou seja,

o sistema pode operar mesmo nos dias nublados (MICHAELIDES, 2012). Em 2015, no

Brasil, foram produzidos 1.402.431 m² de painéis solares para aquecimento de água (DASOL,

2016).

Os tipos de coletores existentes variam conforme a temperatura de aquecimento

desejada. Em edifícios, podem ser encontrados coletores planos com cobertura, sem cobertura

e coletores a vácuo.

Os coletores planos possuem a irradiância uniforme em toda superfície. Os coletores

planos com cobertura (Figura 13) são destinados a aquecer a água para uma temperatura com

fim de uso sanitário (COMGÁS; ABRINSTAL, 2011), como o banho, por exemplo.

Figura 13 – Esquema de um coletor plano com cobertura.

Fonte: Comgás e Abrinstal (2011)

Conforme detalhado na Figura 13, o coletor plano com cobertura possui os seguintes

elementos:



Cobertura: Normalmente feita de vidro ou de materiais poliméricos, a

cobertura transparente permite a passagem da radiação solar de baixo

comprimento de onda e retém grande parte da radiação emitida pela

placa

absorvedora

(COMGÁS;

ABRINSTAL,

2011;

vidro, por exemplo, impede a dissipação do calor para o exterior e

eleva a temperatura na placa absorvedora (MACINTYRE, 1990).

Além disso, a cobertura representa uma proteção mecânica sobre a

placa absorvedora (COMGÁS; ABRINSTAL, 2011).



Placa absorvedora: Normalmente consiste em uma chapa de cobre ou

alumínio pintada de preto (MACINTYRE, 1990), cuja função é

converter energia radiante em energia térmica. Para transferir a

energia térmica para o fluído da tubulação, é realizado o processo de

condução e convecção (ROSA, 2012).



Isolante térmico: material aplicado para reduzir as perdas de calor

entre a placa absorvedora e a caixa (COMGÁS; ABRINSTAL, 2011).

Lã de vidro, lã de rocha e espuma de poliuretano são alguns exemplos

de materiais isolantes que podem ser utilizados (ROSA, 2012).



Caixa: estrutura do coletor cuja função é a proteção mecânica de todos

os componentes. Pode ser fabricada de alumínio, aço ou material

polimérico (ROSA, 2012), sendo todos impermeáveis.



Tubulação: tubulação por onde passa o fluído a ser aquecido.

Normalmente é produzida de um material bom condutor de calor

(metálicos como cobre, inox, etc), devido ao processo de transferência

de energia da placa absorvedora para o fluído (COMGÁS;

ABRINSTAL, 2011).

Os coletores planos sem cobertura (Figura 14), por sua vez, não possuem o elemento

cobertura como o próprio nome relata. Nesse caso, a dissipação do calor não é impedida e a

incidência da radiação solar ocorre diretamente na placa absorvedora, o que ocasiona um

aquecimento de água para uma temperatura menor do que o coletor plano com cobertura. A

par disso, podem ser utilizados para aquecimentos de piscinas, por exemplo (COMGÁS;

ABRINSTAL, 2011).

Figura 14 – Coletor plano sem cobertura.

Por fim, os coletores a vácuo (Figura 15) possuem vácuo entre o absorvedor e a

cobertura de modo a diminuir a perda térmica por convecção. Como a perda térmica diminui,

consegue-se o aquecimento da água para temperaturas maiores do que os outros coletores

mencionados (COMGÁS; ABRINSTAL, 2011).

Figura 15 – Coletor a vácuo.

Fonte: Comgás e Abrinstal (2011)

Os coletores a vácuo não são planos e sim, tubulares (Figura 15 e 16). Normalmente

feito de vidro, o tubo concêntrico armazena internamente o fluido de trabalho. Entre o meio

externo e o interno, está o isolamento a vácuo. O cabeçote, no qual o fluido passa depois de

passar pelos coletores, pode ser de aço, alumínio ou cobre, incluindo revestimento de isolante

térmico (ROSA, 2012).

Figura 16 – Esquema de funcionamento do coletor a vácuo.

Segundo pesquisa realizada em 2015 no mercado de aquecimento solar brasileiro, os

coletores com cobertura representaram 54,7% da produção média do ano, seguidos por

coletores sem cobertura, 43,5%, e coletores de tubo a vácuo, 1,5%. Além disso, dentre os três

tipos de coletores, somente o coletor de tubo a vácuo apresentou crescimento na produção

(DASOL, 2016).

2.3.2.2 Reservatório Térmico

Ao aplicar o sistema de coletor solar sabe-se que existirão dias nublados em que não

haverá insolação suficiente para o aquecimento da água. Além disso, no período noturno do

dia não há insolação. A par disso, é necessário armazenar a água previamente aquecida nos

períodos de insolação em um reservatório térmico. De acordo com a NBR 15569/2020

(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2020b), o reservatório térmico

possui a função de acumular a energia térmica na forma de água aquecida.

O reservatório térmico normalmente é feito de aço inoxidável ou aço vitrificado com

revestimento em epóxi (COMGÁS; ABRINSTAL, 2011) e é dividido comercialmente entre

reservatório de baixa pressão (até 5mca) e alta pressão (até 40mca ou com pressurizador). A

pressão é definida através da altura (metros) entre a caixa d’água até o local onde o

reservatório térmico será instalado (HELIOTECK, 2020).

Conforme já mencionado, o sistema de circulação passivo é o mais utilizado para

aplicação doméstica, no qual há circulação natural com termossifão. Ao utilizar o termossifão,

a circulação dentro do reservatório ocorre devido à diferença de densidade entre a água quente

e a água fria (Figura 17). Ou seja, a água fria, que é a mais densa, eleva a água quente,

realizando assim a circulação natural do fluido (QUINTEROS, 2001).

O reservatório térmico pode receber energia auxiliar elétrica nos dias em que não há

insolação suficiente para o aquecimento da água. Nesse caso, o aquecimento ocorre através de

uma resistência elétrica que é comandada por um termostato (QUINTEROS, 2001).

Figura 17 – Esquema de circulação da água fria e quente no sistema.

Fonte: Electrotools (2016)

2.3.2.3 Considerações para o projeto hidráulico

As principais informações para projeto que a NBR 15569/2020 traz a respeito das

instalações dos sistemas de circulação ativo e passivo são informadas neste tópico.

O sistema de circulação passivo deve possuir os componentes esquematizados na

Figura 18 para o seu correto funcionamento. Cabe ressaltar que o reservatório termossolar

deve ter seu nível superior abaixo do nível inferior de tomada d’água do reservatório de água

fria (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2020b).

Figura 18 – Esquema de instalação do sistema de circulação passivo.

Além disso, os parâmetros representados na Figura 19 devem ser considerados. O

parâmetro h refere-se à altura mínima entre a parte superior do coletor e a parte inferior do

reservatório. Esse valor normalmente é obtido através do manual técnico do sistema, porém,

na ausência do mesmo, utiliza-se o valor mínimo de 20cm para evitar o fluxo reverso. Os

outros dois parâmetros representados, β e α, referem-se ao ângulo de inclinação do coletor em

relação ao plano horizontal e o ângulo de inclinação da tubulação de retorno em relação ao

plano horizontal, respectivamente (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2020b).

Figura 19 – Inclinação do coletor solar e tubulação para o sistema de circulação

passivo.

Fonte: Associação brasileira de normas técnicas (2020b).

O sistema de circulação ativo, por sua vez, deve possuir os componentes

esquematizados na Figura 20 para o seu correto funcionamento.

Figura 20 – Esquema de instalação do sistema de circulação ativo.

Fonte: Associação brasileira de normas técnicas (2020b).

Tanto para o sistema ativo quanto para o passivo, recomenda-se que os coletores

solares sejam instalados para o norte geográfico com desvio máximo de 30º desta direção.

Além disso, recomenda-se que o ângulo de inclinação β seja igual ao da latitude do local de

instalação acrescido de 10º (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS,

2020b).

2.3.3 Gás

O aquecimento da água pode ser proveniente do gás liquefeito do petróleo (GLP)

através do calor que é produzido a partir de uma centelha, ocasionando a combustão do gás

com o ar atmosférico (RAIMO, 2007). O GLP é inodoro, porém, costuma-se adicionar um

aditivo chamado Mercaptano para que seja identificado em casos de vazamentos (MYUNG et

al., 1997). Além do cuidado com explosões, deve-se tomar o cuidado com a exposição ao gás,

pois pode causar asfixia por hipóxia (FUKUNAGA et al., 1996).

O GLP é obtido a partir do petróleo e na sua composição destacam-se o propano com

algum butano, propileno, butileno e outros hidrocarbonetos. Ele é armazenado sob pressão em

recipientes de aço para mantêlo no estado líquido. Seu ponto de ebulição é de 44,14ºC a

-0,15ºC

(DEMIRBAS, 2002). Ou seja, na temperatura ambiente ele muda do estado líquido

para gasoso, devido às condições atmosféricas.

De acordo com a NBR 15526 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2012), o poder calorífico inferior (PCI) do GLP é de 24000 kcal/m³. O poder

calorífico, após a combustão, mensura a capacidade do gás de gerar energia. Quanto maior o

poder calorífico maior é a densidade, tornando o gás mais instável e perigoso (OLIVEIRA;

SHINOHARA, 2014).

Assim como o sistema elétrico de aquecimento de água, o sistema a gás de

aquecimento de água é classificado em aquecedor instantâneo e de acumulação (SINDIGÁS,

2013).

2.3.3.1 Aquecedor instantâneo

O aquecedor instantâneo, quando comparado ao de acumulação, requer menos

espaço e é mais flexível em relação ao local a ser instalado (SINDIGÁS, 2013). Além disso,

há menos perda de energia térmica pois o abastecimento dos pontos de utilização é mais

próximo do aquecedor (MONTU, 2016).

Em relação ao funcionamento, o equipamento possui um diafragma que, na

passagem da água fria, abre a válvula de alimentação e aciona um interruptor elétrico, que é

alimentado pela eletricidade da rede ou uma bateria instalada no equipamento. Após a ligação

do interruptor, a centelha necessária para a inflamação do gás é gerada no interior da câmara

de combustão devido a pulsos de alta tensão emitidos pela central de comando. O

acionamento da chama (combustão) acontece sempre que houver fluxo de água e finaliza

quando há a interrupção do mesmo. O calor gerado na combustão aquece uma serpentina, que

tem como objetivo, aquecer a água (Figura 21). Por fim, a liberação dos gases de combustão é

feita por uma chaminé, presente nos aquecedores mais comuns (LANDULFO,2016;

SINDIGÁS, 2013).

Figura 21 – Esquema de funcionamento do aquecedor instantâneo (passagem).

Fonte: Comgás e Abrinstal (2011)

2.3.3.2 Aquecedor de acumulação

O princípio de funcionamento é o mesmo de um aquecedor de acumulação

alimentado pelo sistema elétrico. O aquecedor é normalmente feito de aço e, para evitar

perdas para o ambiente, possui isolante térmico (COMGÁS; ABRINSTAL, 2011).

Os aquecedores de acumulação são classificados em direto ou indireto. No sistema

direto a fonte de calor entra em contato com a superfície que está em contato com a água a ser

aquecida (Figura 22). Em contrapartida, no sistema indireto a fonte de calor aquece um fluído

intermediário que transfere calor para a água a ser aquecida (COMGÁS; ABRINSTAL,

2011).

Figura 22 – Esquema de funcionamento do aquecedor de acumulação.

Fonte: Comgás e Abrinstal (2011)

A entrada e a saída da água são estrategicamente posicionadas devido à diferença de

densidade durante o aquecimento. Dentre os critérios de dimensionamento é importante

considerar o tempo de recuperação, prevendo o caso em que a água seria completamente

consumida (SINDIGÁS, 2013).

De acordo com Sindigas (2013), os aquecedores de acumulação podem ainda serem

instalados em conjuntos com os instantâneos em situações que requerem maior potência.

2.3.3.3 Considerações para o projeto hidráulico

Uma pressão mínima de 5 a 20 mca (0,5 a 2,0 bar) é exigida na entrada do aquecedor

de passagem para garantir o seu correto funcionamento em relação aos dispositivos de

controle e segurança (SINDIGÁS, 2013).

De acordo com a NBR 13103 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS

TÉCNICAS, 2020c), o somatório das potências nominais de um aparelho a gás de um

ambiente deve ser no máximo de 75 kW (64488 kcal/h). Ambiente interno de permanência

prolongada não pode receber aparelhos a gás em seu interior, exceto dos tipos c1, c3 e c5.

Recomenda-se instalação de registro de bloqueio na entrada (água fria) e saída (água

quente). Recomenda-se também a instalação do centro do aquecedor a uma altura de 1,70m a

partir do nível do piso (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2020c).

Em relação à ventilação, a área do local de instalação deve ter ventilação inferior

mínima de 200cm² e superior mínima de 600 cm² e todos os gases provenientes dos aparelhos

devem ser conduzidos para fora do ambiente através do auxílio da chaminé (MONTU, 2016).

2.3.4 Vantagens e desvantagens das fontes energéticas

Conforme mencionado já mencionado neste trabalho, a maior quantidade de energia

elétrica produzida no Brasil é proveniente de hidrelétricas, ou seja, de fonte hídrica renovável.

As principais vantagens, neste caso, envolvem o menor custo de operação quando comparado

com outras fontes, baixa emissão de gases de efeito estufa, fornecimento de empregos

temporários e na presença de reservatórios, facilita o transporte fluvial e disponibiliza água

para irrigação. Dentre as desvantagens, destacam-se a destruição de vegetação ciliar devido

aos reservatórios, modificação na cultura e na paisagem local, deslocamento da população

ribeirinha, assoreamento dos rios e exigência de licenciamento ambiental por questões

burocráticas (SILVA; SHAYANI; OLIVEIRA, 2018; DOS SANTOS et al., 2015).

As principais vantagens da energia solar térmica, além de ser proveniente de uma

fonte renovável, são: não polui o ar, é autossuficiente, silenciosa e é uma fonte alternativa de

energia que, na ausência do sol, pode ser complementada pela energia elétrica (CREDER,

2006). Além disso, energias alternativas aumentam a oferta de empregos, principalmente na

área de montagem e instalação em residências (ISLAM; SUMATHY; KHAN, 2013). Em

contrapartida, o sistema pode ser desvantajoso economicamente se não houver uma análise

em longo prazo, já que a aquisição do sistema normalmente possui um elevado custo, e não é

tecnicamente viável de ser aplicado em locais que possuem baixa incidência solar.

O gás GLP, por sua vez, é a única fonte não renovável presente neste trabalho. Como

desvantagens destacam-se a água contaminada descartada em grandes ambientes receptores

provenientes do processo de produção do petróleo (para manter condições de pressão para

migração do petróleo até a superfície) (GURGEL et al., 2013), em longo prazo a

auto-suficiência na produção de petróleo não é garantida pois a relação entre as reservas provadas e

a produção atual é da ordem de vinte anos (GOLDEMBERG; LUCON, 2007). Outro

potencial de dano ambiental do GLP são as áreas de armazenamento, principalmente em casos

de vendas irregulares onde o licenciamento ambiental não foi realizado (JERONIMO;

BEZERRA, 2012). Dentre as vantagens destacam-se o alto alcance, não possui resíduos

tóxicos, praticidade na distribuição, pois não é necessário gasodutos, possui tamanhos

variados de botijões e cilindros que atendem consumidores distintos e tem alto poder

calorífico (ULTRAGAZ, 2018).

2.4 EMISSÃO DE CO2

De acordo com Braga et al. (2005), o CO2 (dióxido de carbono) é um gás presente na

atmosfera que é responsável por nutrir as plantas juntamente com a luz solar e o vapor de

água, processo conhecido como fotossíntese. O processo inverso da fotossíntese é a queima

(respiração), ou seja, ele libera CO

, além de H

O e energia. A combinação desses dois

processos (fotossíntese e respiração) completa um ciclo do carbono, uma vez que ele é

liberado para a atmosfera à mesma taxa a que é sintetizado pelos produtores.

A partir da revolução industrial o processo de queima passou a ser muito maior do

que o processo de assimilação das plantas e oceanos devido às atividades antrópicas como,

por exemplo, uso de combustíveis fósseis e agricultura. Logo, surgiu a preocupação devido ao

aumento do efeito estufa e o consequente aquecimento global. De acordo com o MMA

(2020), o CO2 é o gás mais abundante dentre os gases do efeito estufa (GEE) e é utilizado

como referência para classificar o poder do aquecimento global dos demais GEE.

O aquecimento global, por sua vez, é ocasionado devido ao bloqueio dos GEE à

radiação terrestre, que possui maiores comprimentos de onda do que a energia vinda do sol

(MMA, 2020). Esse bloqueio faz com que os gases aumentem a temperatura da atmosfera,

podendo interferir no aumento dos níveis dos oceanos, intensificação do processo de

desertificação e de acesso a água potável (CAMIOTO, 2013).

A par da importância de monitorar o CO2, a Empresa de Pesquisa Energética

monitora a emissão na produção de energia elétrica. No ano de 2019 a emissão foi de 90 kg

CO2-eq/MWh, um valor menor que o ano de 2017, 116,6 kg CO2-eq/MWh (BRASIL, 2020).

Como a principal fonte de energia elétrica no Brasil é a hídrica, sabe-se que as

hidroelétricas podem lançar uma quantidade de CO

tanto quanto usinas termoelétricas que

queimam o carvão. Uma das principais fontes de emissão nas hidroelétricas é a decomposição

acima da água das árvores nos reservatórios, liberando MH

e CO

. Além disso, com a morte

das árvores perde-se o potencial de absorção de CO

das mesmas (FEARNSIDE, 2019).

Para que este número de GEE seja ainda menor no decorrer dos anos é necessário

adotar medidas como a utilização de fontes alternativas de energia que emitem menos ou que

não emitem, como por exemplo, a energia solar.

2.5 VIABILIDADE ECONÔMICA

De acordo com a Pesquisa de Posse e Hábitos de Uso de Equipamentos Elétricos na

Classe Residencial em Santa Catarina (ELETROBRAS, 2019), a maioria entrevistados

conhece ou já ouviu falar sobre o sistema de aquecimento solar de água para banho, cerca de

70,88%. A pesquisa também relata que 33,72% dos entrevistados mudariam o sistema de

aquecimento de água de banho para solar, 45,60% não mudariam e 14,82% mudariam

dependendo do custo. Em relação ao aquecimento a gás de água para banho 64,80%

conhecem o sistema e somente 26,29% mudariam o sistema de aquecimento para gás, 52,74%

não mudariam e 12,58% mudariam dependendo do custo.

Além disso, com o avanço de tecnologias e de pesquisas científicas, a tendência é

que os sistemas de baixo custo sejam desenvolvidos, principalmente em relação ao sistema de

aquecimento solar (APPEL, 2019; OLIVEIRA, 2019).

Raimo (2007) analisou custos de investimentos, operação e manutenção para 3

tipologias de edificação, considerando aquecimento elétrico, a gás e solar. A soma dos custos

apresentados foi denominada de custo total. Por fim, o custo total em função do nível de

consumo foi menor para o GLP quando comparado ao GN e ao sistema elétrico.

Sangoi (2015), por sua vez, analisou o custo de instalação, operação e global

(instalação, reposição durante vida útil, operação) de edifícios multifamiliares e unifamiliares

no período de 20 anos considerando aquecimento elétrico, a gás e solar com fonte auxiliar.

Para todos os casos analisados o chuveiro elétrico possuiu a instalação mais econômica e em

relação ao custo global, ele foi mais econômico somente para edifícios multifamiliares.

Edifícios unifamiliares possuíam a combinação do sistema solar com o chuveiro elétrico

como sendo o menor custo global devido ao menor custo de operação.

Montu (2016) analisou o custo da tubulação, aparelho, operação durante 1 mês e o

custo total durante 1 e 2 anos considerando aquecimento elétrico, a gás e solar. O chuveiro

elétrico foi o mais econômico para todos os custos analisados, isso pode ser justificado se

considerar que a taxa de vazão do chuveiro elétrico é menor do que os demais sistemas. A par

disso, com o objetivo de obter uma maior vazão, uma maior disponibilidade de pontos de

água quente e minimizar o sistema de distribuição de energia, o sistema solar com reforço

elétrico foi o mais indicado. Além disso, se for considerar apenas a energia consumida e não o

consumo de água, o sistema solar gasta menos de 40% do gasto com o chuveiro elétrico.

Considerando que os preços do consumo de energia e de água variam de acordo com

cada localidade, assim como as tipologias das edificações, é necessário avaliar pontualmente

o sistema mais econômico para cada projeto. Além dos diferenciais citados, o trabalho irá

considerar o custo exato de instalação, tendo em vista que todos os cenários foram projetados

e orçados em BIM.

Os principais índices utilizados para determinar a viabilidade econômica são: Valor

Presente Líquido (VPL), Payback descontado (PBD) e Taxa Interna de Retorno (TIR).

Segundo Hochheim (2003), o VPL é uma forma de verificar se o projeto será viável (VPL≥0)

ou não (VPL<0). O PBD mede o tempo necessário para recuperar o capital investido e a TIR

expressa a rentabilidade de um projeto.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste trabalho foram analisados custos, características de aplicação e análise de

impacto ambiental proveniente dos gases do efeito estufa para diferentes fontes energéticas de

aquecimento de água em tipologias distintas de edificação. A metodologia seguirá o

fluxograma mostrado abaixo.

Fonte: Elaborado pela autora.