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30 abr-15

Aproveitamento de condensado das Serpentinas


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No final do ano de 2014, o alerta foi enfático: São Paulo encontrava-se com sérios problemas de abastecimento de água.Projeções apontavam e apontam que, no ritmo atual, as represas secariam em cinco meses¹. Contudo, a tendência é que antes de atingir este cenário, mudanças sejam implementadas na distribuição e no consumo de água. Com isso, o fornecimento de água não se esgotará, mas o seu fornecimento deve ser reduzido para priorizar consumo humano.

Assim, é possível que a agricultura e a indústria sejam deixadas em segundo plano em uma eventual política de restrições no consumo. Diante desta conjuntura, várias alternativas começaram a ser analisadas para reduzir o consumo atual ou reaproveitar parte da água previamente consumida.

No caso dos sistemas de climatização, o consumidor de água mais representativo é a torre de resfriamento. Pode-se considerar como referência para o consumo de água nas torres: 1,5% a 2% da vazão total que circula nas torres²,³,4.

Quanto às serpentinas dos fancoils e dos evaporadores, percebe-se que um subproduto do resfriamento do ar é a água condensada, a qual é usualmente descartada para os ralos por meio de tubulações de drenos. Neste artigo será explicado como ocorrerá condensação de água e como aproveitá-la.

Ar e Umidade

O ar ambiente é um ar úmido, ou seja, é uma mistura de vapor d’água e dos gases que compõem o ar. Quando analisamos apenas o ar, sem nenhum vapor d’água o denominamos de ar seco.

Considera-se a umidade relativa para uma determinada temperatura e pressão como sendo a “pressão parcial do vapor d’água no ar úmido dividido pela pressão de saturação do vapor d’água puro”5. Ou seja, representa percentualmente a quantidade de vapor d’água que o ar pode manter em mistura gasosa. E assim, quanto maior a umidade relativa maior é a quantidade de vapor d’água presente no ar úmido para uma determinada temperatura².

Quanto menor a temperatura, menor será a capacidade máxima de vapor d’água no ar.

No caso do sistema de ar condicionado, supondo um dia úmido em São Paulo e no verão, por exemplo, a temperatura externa é de 27,8°C e a umidade relativa será de 71%6.

Quando o ar do ambiente externo escoa através da serpentina, ocorre a transferência de calor entre o ar quente e úmido e o ar da superfície da tubulação que contém fluido a baixa temperatura. O ar externo que estava inicialmente a 27,8°C tem sua temperatura reduzida para cerca de 12°C. Nesta mudança de temperatura, parte do vapor d’água existente no ar úmido se condensa na superfície da serpentina.

Como aproveitar o condensado das Serpentinas

O destino do condensado na maioria dos sistemas de ar condicionado é o descarte pelo ralo. Porém, o processo físico de condensação em questão produz água com menos impurezas do que a água “cinza” que hoje é reciclada em diversos prédios.

Assim, o espectro de possibilidades de utilização do condensado é mais amplo do que o da reciclagem de águas cinzas, e ainda dispensão emprego de processos físico-químicos antes de sua utilização final.

Entre as aplicações típicas para seu uso destacam-se7,8,9:

  1. • alimentação de Torres de Resfriamento;
  2. • irrigação;
  3. • água para limpeza de pisos;
  4. • utilização em fontes;
  5. • água de descarga de sanitários.

Para cada destino, será necessária uma infraestrutura específica para seu uso.

Para cada destino, será necessária uma infraestrutura específica para seu uso

A primeira opção é o uso como água de alimentação para as torres de resfriamento, se houver no prédio.

Como explicado anteriormente, quanto maior a umidade do local, maior será a quantidade de vapor d’água presente no ar úmido.

Assim, ambientes com elevado calor latente, ou seja, que produzam vapor d’água geram maior volume de condensado.Locais com grande concentração de pessoas, produção de vapor ou com atividades físicas intensas %2

Cidades quentes e úmidas possuem elevada quantidade de vapor d’água presente no ar do ambiente externo. Como por lei6,10 os ambientes climatizados devem prever taxas mínimas de renovação de ar, nestes locais, a serpentina produzirá maior quantidade de condensado do que locais com baixa umidade.

Ambientes que demandam elevada vazão de ar externo8 e que possuam umidade relativa maior do que no ambiente climatizado também são candidatos para captação de condensado. Alguns possíveis exemplos são laboratórios, salas especiais de tratamento de pacientes, ambientes industriais com insuflamento de 100% de ar externo ou sistemas dedicados para ar externo (DOAS).

Cases de sucesso no mundo

  1. 1. Local: Athens, Geógia, EUA11
    Construção: Laboratório
    Volume captado de condensado: +2.000.000 L em 8 meses.
  2. Local: San Antônio, EUA9
    Construção: Shopping
    Volume captado de condensado:
    163.500 L por mês.
  3. Local: Bahrein9
    Construção: Aeroporto
    Volume captado de condensado: 163.500 L por mês.
  4. Local: Ribeirão Preto, São Paulo12
    Construção: Restaurante
    Volume captado de condensado: 300 L por dia.
  5. Local: São Paulo, São Paulo12
    Construção: Restaurante
    Volume captado de condensado: 12.000 L por mês.

Soluções no Brasil

O Brasil é um país com grandes diferenças climáticas14, o que resulta em condições ambientais de temperatura e umidade distintas ao longo do território. Atualmente, os artigos e simulações para avaliação de captação de condensado estão praticamente restritos ao EUA, que possuem condições climáticas, em geral, diferentes das encontradas no Brasil.

Para contornar este problema, a ATMOS realizou simulação energética para um prédio de escritório de 1000 m² de área construída em algumas cidades brasileiras. O intuito foi averiguar o volume de água condensada que é possível obter em cada localidade do sistema de ar condicionado. As simulações foram realizadas para todas as 8760 horas do ano, considerando as características climáticas de cada lugar no software EnergyPlus.

Os principais parâmetros considerados para a simulação foram:

  1. • Paredes de alvenaria com 70% de área envidraçada na envoltória e vidro comum;
  2. • Escritório de alta densidade15
  3. • Dissipação de calor pela iluminação :12 W/m²
  4. • Dissipação de calor pelos equipamentos para escritório de elevada densidade conforme tabela 11 da referência16
  5. • água de descarga de sanitários.

Considerando que toda vazão de água condensada nas serpentinas seja captada, pode-se verificar o volume mensal para cada cidade pela figura 01.

Figura 01 – Volume mensal em litros condensado nas serpentinas

Como existem variações climáticas para cada uma das cidades simuladas, a capacidade de carga térmica dos equipamentos de
climatização também será diferente para o mesmo prédio considerado. Isso decorre não somente das variações de temperatura ao longo dos dias e meses, mas, principalmente, pelas diferenças de umidade entre as regiões brasileiras.E a consequência imediata é na quantidade de calor latente, a ser removido do ar externo a ser insuflado no ambiente interno10,15, e na capacidade do equipamento.

Concluiu-se com esta simulação que pode ser captado ao longo do ano no prédio em questão de 90.000 | em São Paulo até 195.000 | em Recife.

Portanto, para uma análise preliminar de economicidade em volume de água em um escritório, pode-se então considerar como valores médios ao ano:

  1. • 90 L/m² em São Paulo;
  2. • 107 L/m² em Florianópolis;
  3. • 145 L/m² no Rio de Janeiro;
  4. • 195 L/m² em Recife;

Análise técnico financeira

Para captação dos condensados provenientes da serpentina é necessária a instalação de uma rede de tubulação que permita o escoamento desta água desde a bandeja até o local de destino. O destino final pode ser a torre de resfriamento, numa fonte artificial de água (e.g. chafariz) ou o tanque de água cinza, frequentemente já existentes no empreendimento. Neste caso, o custo de implantação da solução se resume à tubulação de dreno.

Porém, se o sistema demandar a instalação de um tanque para armazenamento desta água, ou ainda uma bomba, os custos serão maiores e a viabilidade deverá ser revista.

Outro fator de impacto na avaliação financeira é o volume de água produzido, que representa diretamente a redução dos custos associados ao consumo de água.

Como existem muitas variáveis, o processo de análise técnico financeira é específico para cada empreendimento. Referências internacionais obtiveram payback simples variando de seis meses9,11, um ano7,8 a até 5,5 anos7, este último no caso de haver baixa produção de condensado e os custos por m³ de água e esgoto forem mais elevados.

Sustentabilidade

Soluções para redução do consumo de água no empreendimento podem oferecer de 1 a 7 pontos de crédito na metodologia LEED BD&C17. Considerando-se apenas a vazão de condensado captado na serpentina,não se consegue grande porcentagem de redução de consumo. Porém, este pode ser o diferencial para se obter ao menos 1 crédito para a referida metodologia de certificação.

Pelo PROCEL Edifica18, iniciativas que reduzam em até 40% o consumo de água recebem um ponto. Novamente, a captação do condensado pode ser importante para se alcançar a bonificação.

Conclusão

O atual cenário do país associado aos baixos níveis de reservas hídricas resulta em impactos diretos no aumento dos custos de fornecimento e tratamento de água para o usuário final.

Para auxiliar a tomada de decisão dos stakeholders, o volume captado de condensado obtido nas serpentinas representa uma iniciativa de redução de gastos operacionais do empreendimento, com prazos de paypack variando de excelentes à aceitável. Também se trata de uma solução reconhecida e valorizada pelas principais entidades nacionais e internacionais de prédios verdes e energeticamente eficientes.



Referências


  1. Folhapress. B.Izumino, C. Seabra, E.Fraga, F. Lobel, F. Mena e G. Vallone, R.Marthias,Pilker. disponívelem: http://www1.folha.uol.com.br/infograficos/2015/01/118572-20-respostas-sobre-a-crise-da-agua.shtml/ (acessado em 15 de abril de 2015);
  2. Manual de Torres de resfriamento de água –Alpina, 1978;
  3. Stanford III,Herbert W.; HVAC WaterChillersandCoolingTowers, Fundamentals, ApplicationandOperation, Marcel Dekker, INC, 2003;
  4. Trane Air Conditioning Manual, 2007;
  5. 2013 ASHRAE Handbook – Fundamentals; Chapter1- Psychrometrics;
  6. NBR 16401-1. “Instalações de Ar Condicionado – Sistemas Centrais e Unitários Parte 1: Projeto das Instalações.2008;
  7. Lawrence, T.; Perry, J. CapturingCondensate, High Performance Buildings , Fall 2010;
  8. Lawrence,T.; Perry, J.;Dempsey P.. CapturingCondensatebyRetrofittingAHUs, ASHRAE Journal, Janeiro 2010;
  9. Guz, K. CondensateWater Recovery, ASHRAE Journal, Junho 2005;
  10. Resolução ANVISA- RE nº 9, de 16 de janeiro de 2003 –D.O.U., Janeiro 2013;
  11. Federal Energy Management Program – FEMP. Air Handlercondensaterecoveryatthe Environmental ProtectionAngency’s Science andEcosystemSupportDivision; DOE/GO-102010-2930; Fevereiro 2010;
  12. Testa, F. Globo.com: restaurante poupa 300 litros de agua por dia com gotas de ar condicionado. Disponível em http://g1.globo.com/sp/ribeirao-preto-franca/noticia/2015/02/restaurante-poupa-300-litros-de-agua-por-dia-com-gotas-de-ar-condicionado.html/ (acessadoem 15 de abril de 2015);
  13. Ciclo Vivo: Restaurante em SP economiza 12 mil litros reaproveitando água do ar condicionado. Disponível em: http://ciclovivo.com.br/noticia/restaurante-em-sp-economiza-12-mil-litros-reaproveitando-agua-do-ar-condicionado/ (Acessado em 05 de novembro de 2014)
  14. NBR15220 – Desempenho térmico de edificações.Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiroe diretrizes construtivas para habitaçõesunifamiliares de interesse social
  15. NBR 16401-1. “Instalações de Ar Condicionado – Sistemas Centrais e Unitários Parte 3: Qualidade do ar Interior.2008.
  16. 2013 ASHRAE Handbook – Fundamentals; Chapter 18-Nonresidencialcoolingandheatingloadcalculations.
  17. LEED v4 for Building Design andConstruction (Outubro de 2014)
  18. RTQ-C – Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comercial, de Serviços e Públicos, Portaria nº 372 de 17 de Setembro de 2010.



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