Benefícios indiretos do aquecedor de água | Sistemas de Água Quente Doméstica

Os sistemas de água quente sanitária estão entre os aparelhos mais importantes e básicos exigidos pela sociedade moderna. Existem muitas configurações de sistema de AQS disponíveis, cada uma oferecendo características de desempenho exclusivas, e também existem várias fontes de calor. Independentemente da configuração do sistema, a eficiência energética é um aspecto importante a considerar: os aquecedores de maior eficiência têm um preço mais elevado, mas o custo adicional é recuperado muitas vezes durante a sua vida útil sob a forma de poupança de energia.

A tabela a seguir resume os tipos mais comuns de sistemas de água quente sanitária. Este artigo se concentrará no último tipo: serpentina sem tanque e aquecedores indiretos de água.

Quais são as configurações mais comuns do sistema AQS?

No que diz respeito ao aquecimento de água comercial (prédios de apartamentos, restaurantes, hotéis, etc.), 99% das vezes você verá uma das duas configurações comuns na sala da caldeira:

• A primeira é o que chamamos de configuração de aquecedor de água tipo tanque padrão. Contém um grande esquentador comercial ou vários esquentadores mais pequenos, dimensionados adequadamente para a respetiva aplicação.
• A segunda configuração típica é uma caldeira (água ou vapor) trabalhando em conjunto com um trocador de calor e um tanque de água quente, comumente chamada de sistema de aquecimento indireto de água quente. Neste sistema, a caldeira comercial fornece aquecimento ao ar do edifício, ao mesmo tempo que fornece água quente para as torneiras e luminárias do edifício através do permutador de calor. Os aquecedores de água indiretos funcionam com mais eficiência durante os meses frios, quando o sistema de aquecimento é usado regularmente; por outro lado, a caldeira de aquecimento ambiente é obrigada a funcionar em carga parcial sempre que seja necessária água quente durante os meses de verão.

Os sistemas indiretos de aquecimento de água podem ser alimentados por gás natural, óleo, propano ou eletricidade (qualquer fonte de calor utilizada pela caldeira de aquecimento ambiente). Um aquecedor de água indireto também pode complementar um coletor solar, fornecendo qualquer aquecimento adicional que não possa ser fornecido apenas com radiação solar. A eficiência dos termoacumuladores de combustão indireta depende principalmente de dois fatores: a eficácia do isolamento do tanque e a eficiência da caldeira à qual está ligado.

Princípio de funcionamento de aquecedores indiretos de água

Os aquecedores de água indiretos aproveitam uma caldeira de aquecimento ambiente que já está em funcionamento para manter o seu edifício aquecido. O reservatório indireto de água está localizado próximo à caldeira, conectado através de um circuito fechado de água que circula entre os dois equipamentos. Quando o tubo entra no tanque indireto de água, ele é torcido como uma bobina para maximizar a área de transferência de calor e depois volta para fora. Portanto, a água quente sai da caldeira, passa pelo tubo em espiral no tanque indireto e volta para a caldeira. Esse processo continua até que a água do tanque atinja a temperatura desejada e possa ser fornecida às instalações hidráulicas.

Subtipos de sistemas indiretos de aquecimento de água

Os sistemas indiretos de aquecimento de água podem ser classificados em três subtipos, dependendo de como lidam com a água que flui através deles.

• Os sistemas de tanques de armazenamento são semelhantes aos aquecedores de água convencionais no uso de tanques de água quente. No entanto, em vez de manter a temperatura do tanque elevada com uma fonte direta de calor, a água circula constantemente entre o tanque e o trocador de calor. Estes sistemas são mais adequados para aplicações onde são consumidos grandes volumes de água, mas onde a procura é intermitente.

• Os sistemas sem tanque são mais adequados para aplicações onde a demanda de água quente é constante durante longos períodos de tempo e não há necessidade de manter o tanque cheio. Como o tanque de armazenamento é eliminado, esta configuração do sistema é mais acessível, por isso deve ser considerada sempre que possível.

• Os sistemas híbridos sem tanque são adequados quando o mesmo edifício requer duas temperaturas de água diferentes para aplicações separadas. Um sistema de tanque de armazenamento pode ser usado para fornecer água a uma temperatura, enquanto a água do tanque é recirculada através do aquecedor sem tanque para fornecê-la a uma temperatura ainda mais alta.

Dimensionando um aquecedor de água indireto

Para dimensionar um aquecedor de água indireto, é importante determinar a demanda de água quente e como ela muda a cada hora. A procura total determina a capacidade necessária do aquecedor de água indireto, enquanto o comportamento horário determina se faz sentido utilizar múltiplas unidades. Se houver determinadas horas em que a procura de água quente for especialmente elevada, a capacidade total necessária do aquecedor poderá ser excessiva. Nestes casos, faz sentido utilizar um reservatório de água quente e abastecê-lo antes dos horários de pico, reduzindo assim a capacidade necessária do aquecedor. Em vez de usar um aquecedor grande e caro que funciona apenas nos horários de pico, faz mais sentido encher antecipadamente um tanque de armazenamento com água quente suficiente, usando unidades menores.

Fórmula de dimensionamento para entrada de calor

Para calcular a produção de calor de um aquecedor de água indireto, são necessários os seguintes dados:

• Temperatura necessária da água quente (°F)
• Temperatura da água de abastecimento (°F)
• Taxa de fluxo (gpm)

Assim que a data acima estiver disponível, a seguinte fórmula será usada:

• Produção de calor (BTU/h) = Aumento de temperatura (°F) x Taxa de fluxo (gpm) x Calor específico (BTU/gal°F)

Como exemplo, suponha os seguintes dados:

• Temperatura necessária = 140°F
• Temperatura de alimentação = 40°F
• Taxa de fluxo = 300 gpm
• Calor específico = 8,33 BTU/gal°F

Considerando os dados acima, o aporte térmico necessário para a água é:

• Saída de calor = 100°F x 300 gpm x 8,33 BTU/gal°F = 249.900 BTU/h

No entanto, este é o calor fornecido à água. Como nenhum sistema é perfeito, é necessário levar em conta a eficiência do aquecedor indireto de água. Assumindo uma eficiência do sistema de 80%,

• Entrada de calor = Saída de calor / eficiência = 249.900 BTU/h / 0,80
• Entrada de calor = 312.375 BTU/h

Dimensionando um tanque de expansão

O fornecimento de água fria ao aquecedor indireto pode conter uma válvula de retenção, uma válvula redutora de pressão ou um dispositivo de prevenção de refluxo, criando um “sistema fechado”. À medida que a água aquecida se expande, ela aumenta a pressão no sistema fechado, e isso pode fazer com que a válvula de alívio T&P (temperatura e pressão) vaze ou descarregue água. Para evitar isso, deve ser instalado um tanque de expansão na linha de abastecimento de água fria. Dimensione o tanque de expansão para 10% da capacidade do aquecedor de água ou de acordo com as recomendações do fabricante.

Benefícios indiretos do aquecedor de água

Se você já possui uma grande caldeira em operação, adicionar um aquecedor de água indireto para estabelecer um sistema combinado é uma opção viável a ser considerada.

1. Um tanque indireto é uma adição bastante barata.
2. Os tanques indiretos não requerem uma fonte adicional de combustível.
3. Os tanques indiretos tendem a durar mais do que os aquecedores de água a gás do tipo tanque padrão.

Os aquecedores de água convencionais sofrem uma deterioração mais rápida porque ficam expostos diretamente a uma chama no fundo do tanque. Além disso, eles também devem lidar com gases de combustão. A exposição frequente a altas temperaturas causa expansão e contração e estresse mecânico nas juntas soldadas. Eventualmente, as costuras soldadas começam a rachar e é aí que uma substituição é necessária.

Com um tanque indireto, o diferencial de temperatura é bem menor. A tubulação com água quente da caldeira aquece rapidamente a água do tanque indireto, enquanto a água do aquecedor tipo tanque padrão leva mais tempo para aquecer e fica exposta a temperaturas extremas mais drásticas. Com um tubo espiralado dentro de um tanque indireto, não há expansão térmica frequente, reduzindo como resultado o estresse mecânico no tanque. Menos estresse no tanque significa substituições menos frequentes e isso significa mais dinheiro que fica no seu bolso.

Pontos a considerar para aquecedores indiretos de água

Seja qual for o sistema de aquecimento de água que escolher, haverá sempre custos diferentes a considerar. Quando você opta por um sistema combinado, mesmo que a caldeira já esteja instalada em seu prédio, você deve assumir o custo de tubulações e bombas extras, mais a energia elétrica para o funcionamento dessas bombas, além do próprio tanque indireto. No entanto, após o investimento inicial, o sistema combinado deverá durar bastante tempo.

Os aquecedores de água indiretos também sofrem com a falta de redundância. Se a sua caldeira falhar, você perderá o aquecimento ambiente e a água quente sanitária. O funcionamento no verão também é muito ineficiente, uma vez que a caldeira não fornece aquecimento ambiente e deve funcionar apenas com uma fração da sua capacidade total. Idealmente, a caldeira deve poder funcionar com carga parcial durante o verão – certifique-se de que não está regulada para 100% de potência quando apenas está presente a carga de água quente sanitária.

Se gere um imóvel comercial e está a tentar decidir entre sistemas combinados ou separados para aquecimento ambiente e água quente sanitária, a nossa melhor recomendação é obter aconselhamento profissional. Somente um especialista pode analisar suas cargas de aquecimento com precisão, para ajudar a determinar qual configuração é mais adequada para sua aplicação.