Tipos de sistemas de aquecimento que utilizam boiler: a gás, solar, elétrico e biomassa

Tipos de sistemas de aquecimento que utilizam boiler: a gás, solar, elétrico e biomassa

O que é um boiler?

O boiler é um equipamento essencial para o aquecimento e armazenamento de água em edificações residenciais, comerciais e industriais. Utilizando diferentes fontes de energia — como gás, eletricidade e solar —, ele permite o fornecimento contínuo de água quente para diversas finalidades, desde conforto térmico em banhos e torneiras até processos industriais que exigem temperaturas controladas.

Ao contrário de sistemas instantâneos de aquecimento como aquecedores de passagem e torneiras elétricas, por exemplo, o boiler atua como um reservatório térmico, garantindo a disponibilidade de água quente sob demanda. Seu funcionamento é regulado por um termostato, que mantém a temperatura da água dentro de um intervalo pré-determinado, proporcionando eficiência energética e reduzindo oscilações na distribuição.

Neste artigo, exploramos os diferentes tipos de sistemas de aquecimento que utilizam boilers, suas aplicações e os critérios para escolher a melhor solução para cada tipo de edificação.

Construção do boiler

De modo geral, os boilers são compostos por elementos que variam de acordo com seu recurso energético, que vamos tratar neste tópico.

• Tanque de armazenamento:   Onde a água aquecida é mantida até o momento de uso. O tanque é projetado para resistir à pressão e às temperaturas elevadas, sendo fabricado com materiais como aço inoxidável ou cobre. Podendo ter dimensões em escala industrial, com grandes caldeiras para o aquecimento de toda água, ou, pequenos cilindros para aquecimento de água de uma residência.

• Fonte de Calor: Pode ser um queimador, como gás natural (GN) ou gás liquefeito de petróleo (GLP); resistências elétricas ou coletores solares. A escolha da fonte de calor depende da disponibilidade de energia e das necessidades de cada projeto.

• Trocador de Calor: Responsável por transferir o calor da fonte de energia para a água.

• Termostato: Controla a temperatura da água, desligando o sistema quando atinge o nível desejado. Isso garante economia de energia e evita o superaquecimento.

• Válvulas de Segurança: As válvulas de pressão, como as válvulas de alívio, são componentes essenciais para a segurança de um boiler. Um modelo comum é a válvula do tipo mola e cabeçote móvel, que utiliza uma mola para manter o sistema fechado, abrindo apenas quando a pressão excede o limite seguro. A presença dessas válvulas é crucial para assegurar o funcionamento estável e duradouro do boiler.

• Pressurizador: Se a pressão da rede for baixa, um pressurizador pode ser necessário, especialmente para sistemas de alta pressão.

• Sistema de Circulação: Composto por bombas e tubulações que transportam água quente ou vapor para os pontos de uso. A circulação pode ser natural (por convecção) ou forçada (por meio de bombas).

• Exaustão: Para sistemas com combustíveis fósseis a combustão exige um sistema de dutos e chaminé para exaustão de gases provenientes da queima.
  

Funcionamento do boiler

O funcionamento de um boiler pode ser dividido em 5 etapas principais:

• Entrada de Água:
  O processo inicia com a entrada de água no boiler, que pode ser fria ou quente. A água pode ser proveniente da rede de abastecimento, de um reservatório auxiliar ou de um sistema de aquecimento, sendo direcionada para o tanque de armazenamento por meio de tubulações. A qualidade da água é um fator essencial, pois impurezas ou minerais podem causar incrustações e reduzir a eficiência e a vida útil do sistema.

• Aquecimento da Água:
  Dentro do boiler, a água pode ser aquecida ou apenas ter sua temperatura mantida, em casos em que a água de entrada já esteja quente por meio de uma das fontes de calor disponíveis, como queimadores a gás, resistências elétricas ou coletores solares. De acordo com a NBR 5626-2020, a temperatura da água em sistemas de armazenamento e distribuição de água quente deve ser definida com base nas necessidades dos usuários e nos usos específicos. Além disso, é fundamental que os materiais e componentes do boiler sejam compatíveis com as temperaturas máximas previstas, especialmente para processos que exijam desinfecção térmica.

• Armazenamento da Água Quente:
  Após o aquecimento, a água quente é armazenada no tanque do boiler, que conta com isolamento térmico projetado para manter a temperatura da água e minimizar perdas de calor. E seguindo a mesma NBR 5626, é essencial isolamento térmico em superfícies expostas de componentes de armazenagem e distribuição do sistema água quente, para evitar acidentes com queimaduras.

• Distribuição da Água Quente:
  Quando um ponto de consumo (como um chuveiro, torneira ou sistema de aquecimento central) é acionado, a água quente é distribuída por meio de tubulações de forma imediata, enquanto a entrada de água fria ou quente garante a reposição contínua do volume.

• Controle de Segurança e Eficiência:
  Para garantir um funcionamento seguro e eficiente, os boilers possuem dispositivos como válvulas de alívio de pressão, que evitam o superaquecimento ou pressão excessiva no sistema. Além disso, termostatos e sensores garantem que a temperatura e o fluxo de água sejam controlados com precisão, maximizando a eficiência energética.
  

Tipos de boiler

Existem diversos tipos de boilers, cada um com características específicas que os tornam adequados para diferentes aplicações. Os principais são:

Boiler a Gás

Como mencionado anteriormente, no caso de um boiler a gás, o processo de aquecimento é realizado por meio de um queimador que utiliza gás natural ou GLP (gás liquefeito de petróleo). A chama fica acesa constantemente e o termostato regula a sua intensidade. Dessa forma, quando a temperatura da água dentro do boiler fica abaixo da que foi programada, a chama aumenta até alcançar a temperatura correta.

Vantagens:

• Aquecimento rápido e eficiente.
• Custo operacional geralmente menor do que o boiler elétrico.
• Capacidade de atender grandes demandas de água quente.

Desvantagens:

• Requer infraestrutura para fornecimento de gás e ventilação adequada.
• Pode exigir maior investimento inicial devido à necessidade de tubulação de gás.

Boiler Solar

Já no caso de um boiler solar, o aquecimento da água é feito por meio de painéis solares instalados geralmente no telhado. Em dias nublados ou à noite, um sistema auxiliar (como resistências elétricas) pode ser acionado para garantir o suprimento de água quente.

Vantagens:

• Economia de energia a longo prazo.
• Sustentável e ecologicamente correto.
• Pode ser integrado a outros sistemas de aquecimento.

Desvantagens:

• Investimento inicial elevado.
• Dependente da incidência solar, exigindo sistema de apoio térmico em condições climáticas desfavoráveis.

Boiler a biomassa

No caso de um boiler a biomassa, o aquecimento da água é realizado por meio da queima de materiais orgânicos, como lenha, pellets, cascas ou outros resíduos vegetais. O calor gerado é transferido para um fluido térmico, que circula por tubos dentro da caldeira, normalmente sendo a água. O fluido térmico aquecido é então utilizado para aquecer ambientes, fornecer água quente ou alimentar processos industriais. 

Vantagens:

• Alta eficiência para processos industriais.
• Baixo custo de operação quando há disponibilidade de biomassa.

Desvantagens:

• Manutenção alta.
• Necessário limpezas frequentes.

Boiler Elétrico

Já no caso de um boiler elétrico, o aquecimento da água é feito por meio de resistências elétricas instaladas dentro do tanque. A água fria entra no tanque e é aquecida diretamente pelas resistências, que convertem energia elétrica em calor.

Vantagens:

●      Fácil instalação e manutenção sem necessidade de dutos de gás ou exaustão.

●      Pode ser utilizado em locais sem rede de gás.

●      Ser posicionado em locais internos sem preocupação de exaustão.

Desvantagens:

●      Consumo elevado de energia elétrica.

●      O tempo de aquecimento pode ser mais longo dependendo da capacidade do reservatório.

Cada tipo de boiler possui vantagens e limitações que devem ser consideradas conforme as particularidades de cada projeto, como demanda e a infraestrutura disponível. A escolha adequada impacta diretamente o conforto térmico, a eficiência energética e os custos operacionais da edificação.

Razões para a instalação de um boiler

O principal benefício do boiler é a capacidade de fornecer água quente de forma contínua e simultânea para múltiplos pontos de uso, garantindo conforto e praticidade no dia a dia. Além de distribuir uniformemente a água aquecida, modelos como o boiler solar reduzem o consumo de energia elétrica ao substituir chuveiros e aquecedores elétricos em residências e estabelecimentos comerciais.

Além disso, eles são projetados para serem duráveis e resistentes, tornando-se um investimento vantajoso a longo prazo. Sua versatilidade permite o uso tanto para banho quanto para aquecimento de piscinas, oferecendo uma solução completa para o conforto térmico em qualquer estação do ano.

Benefícios do boiler em diferentes tipos de construção

O uso de boilers em diferentes tipos de construção traz diversos benefícios ao fornecer água quente. Em empreendimentos, residenciais e hotéis, eles oferecem o conforto ao usuário para o uso contínuo de chuveiros, torneiras e serviço de lavanderia com água quente e até mesmo sistemas de piso aquecido, que aumentam o conforto térmico dos ambientes em regiões frias. Além disso, modelos a gás ou solares ajudam a reduzir custos com energia elétrica, trazendo mais economia.

No setor industrial, o boiler ou caldeira à biomassa se destaca como uma solução econômica. Ele garante eficiência operacional ao fornecer grandes volumes de água quente ou vapor para processos produtivos, como limpeza de equipamentos, esterilização e aquecimento de matérias-primas.

No setor comercial, o boiler desempenha um papel fundamental na melhoria da experiência do cliente e na eficiência operacional do negócio. Restaurantes, academias e salões de beleza, por exemplo, dependem de um fornecimento constante de água quente para garantir a qualidade de seus serviços e o conforto tanto dos clientes quanto dos colaboradores.

Como identificar a melhor opção de boiler

• Disponibilidade de Energia: Se não houver gás encanado disponível na região, as opções viáveis se restringem ao boiler elétrico ou solar. Já para locais com fornecimento de gás, boilers a gás podem ser uma alternativa viável.

• Custo Operacional: O gás costuma ter um custo operacional menor do que a eletricidade, mas isso depende da infraestrutura e das tarifas locais. A energia solar, apesar do investimento inicial mais alto, pode proporcionar economia a longo prazo.

• Demanda de Água Quente: Para grandes demandas, como em hotéis, edifícios comerciais ou residências com muitos apartamentos, os sistemas a gás ou solar são mais adequados. Em residências menores, com menor necessidade de água quente, o boiler elétrico pode ser suficiente e prático.

• Espaço Disponível: O boiler solar requer espaço no telhado (como será demonstrado no próximo tópico), para a instalação dos coletores solares. É importante verificar se o telhado tem a orientação e o espaço adequados para maximizar a captação de energia solar. No caso de boilers elétricos ou a gás, é preciso avaliar o espaço disponível na área de serviço ou no local onde será instalado, garantindo que haja espaço suficiente para a unidade e fácil acesso para manutenção.
  

Estudo de caso: análise de um projeto da BFS Engenharia que contou com a solução de boiler 

A BFS Engenharia conta com diversos projetos bem-sucedidos envolvendo boilers elétricos, solares e a gás. Neste estudo de caso, analisaremos a aplicação de um sistema de aquecimento com boiler solar em uma chácara de grande porte no estado de Santa Catarina. O empreendimento, que recebe um alto fluxo de visitantes e está localizado em uma área isolada, exigiu uma solução eficiente e sustentável para garantir o fornecimento contínuo de água quente.

O projeto foi concebido em BIM e teve o sistema dimensionado para atender à alta demanda de água quente de maneira eficiente e sustentável. Foram utilizados coletores solares de alta performance, estrategicamente posicionados para garantir a máxima captação de energia solar ao longo do dia. A água aquecida é armazenada em um boiler de alta pressão com capacidade de 1000 L, garantindo suprimento constante para a demanda de água em vários momentos.

Para garantir a circulação eficiente da água aquecida, o sistema conta com uma bomba de recirculação, evitando desperdícios de água fria e assegurando conforto imediato para os usuários. O controle dessa recirculação é feito de forma inteligente, otimizando o consumo de energia elétrica.

Além disso, o sistema possui um pressurizador com inversor de frequência, que mantém a pressão constante em todas as saídas de água. O projeto também considera a segurança e manutenção, utilizando válvulas de segurança e um vaso de expansão, protegendo as tubulações contra dilatações térmicas.

Como resultado, viabilizamos um sistema de aquecimento solar robusto, sustentável e altamente eficiente, ideal para uma residência de grande porte com alta demanda de água quente. Esse projeto é mais um exemplo da integração entre a inteligência em projetos e a inovação que reflete o nosso compromisso em transformar desafios em soluções assertivas que atendem e superam as expectativas.

Conclusão

A escolha do boiler ideal depende das necessidades específicas de cada edificação e da infraestrutura disponível, garantindo eficiência, economia e conforto térmico. Seja para aplicações residenciais, comerciais ou industriais, contar com uma equipe técnica com amplo know-how e expertise no mercado é fundamental para atender às demandas específicas de cada negócio e otimizar o desempenho dos sistemas de aquecimento, refletindo no custo de implementação, operação e manutenção para o empreendedor. Com um planejamento criterioso e a adoção das melhores soluções, o boiler pode se tornar um investimento estratégico, proporcionando um fornecimento contínuo de água quente, reduzindo custos operacionais e aumentando a sustentabilidade das edificações.

Se você quer garantir a melhor escolha para o seu projeto e otimizar os custos do seu sistema de aquecimento, a nossa equipe técnica está pronta para ajudá-lo a definir a solução ideal, considerando as particularidades do seu negócio para proporcionarmos mais eficiência, economia e conforto térmico. A BFS Engenharia é especializada no desenvolvimento de projetos complementares para edificações residenciais, comerciais, industriais e instituições de ensino e saúde. Com uma equipe multidisciplinar e atuação em todo o território nacional, somos referência em soluções integradas de engenharia que garantem eficiência, segurança e economia para os empreendimentos.

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Conteúdo desenvolvido por Lourival Santos Piovezam, estudante de Engenharia Mecatrônica e estagiário da Equipe Mecânica na BFS Engenharia.