Isolamento de canos de água no solo: regras para isolamento térmico de ramais externos

A parte externa do sistema fixo de abastecimento de água em uma casa particular geralmente é colocada na profundidade do solo. Assim, ela não ocupa espaço no terreno e fica protegida de impactos mecânicos. No entanto, ela também precisa ser protegida das baixas temperaturas durante o período de geada. O que fazer para evitar a formação de tampões na tubulação no inverno?

Para um abastecimento de água ininterrupto no inverno, é necessário realizar o isolamento dos canos de água no solo. Contaremos como proteger os tubos enterrados no solo do congelamento. No artigo apresentado para conhecimento, são descritos detalhadamente os métodos comprovados na prática para resolver essa tarefa.

Regras para construção de canos de água subterrâneos

O congelamento do cano de água subterrâneo ocorre devido à temperatura do solo atingir valores negativos. Uma das formas de evitar o surgimento do problema é passar os tubos a uma profundidade onde as temperaturas negativas são inalcançáveis.

Caso este requisito não tenha sido cumprido, é necessário tomar outras medidas para resolver a tarefa de abastecimento contínuo de água.

Principais disposições dos documentos normativos

De acordo com a cláusula 11.40 do código de regras SP 31.13330.2012, a profundidade dos tubos instalados, contada até a parte inferior, deve ser 0,5 metro maior que a profundidade calculada de penetração da temperatura zero no solo. Isto é necessário para evitar a formação de tampões de gelo na tubulação e ruptura dos tubos nos locais de cristalização da água, que aumenta de volume ao congelar.

De acordo com a cláusula 11.41 das mesmas regras, a profundidade calculada deve ser estabelecida por observações de campo da isolinha de congelamento do solo, bem como pela experiência de operação de tubulações nesta região.

Essas informações podem ser fornecidas pelo centro hidrometeorológico ou por organizações de abastecimento de água. Na ausência de dados de campo, a profundidade deve ser determinada por cálculos de engenharia térmica.

Devido ao congelamento do encanamento, frequentemente ocorre a ruptura dos tubos. Se eles estiverem localizados no solo, sua substituição levará muito tempo.

De acordo com a cláusula 5.5.3 do código de regras SP 22.13330.2011, a profundidade normativa de congelamento sazonal do solo, na ausência de dados de observações de longo prazo, deve ser determinada com base em cálculos de engenharia térmica, conforme apresentados na figura abaixo.

Os valores da temperatura média mensal do ar por localidades das entidades constituintes da Federação Russa devem ser retirados da tabela 5.1 do código de regras SP 131.13330.2012.

O valor da profundidade normativa calculada de congelamento sazonal dos solos depende do seu tipo e das características climáticas do período frio para este território.

No caso de o valor obtido exceder 2,5 metros, bem como para regiões montanhosas com mudanças bruscas de relevo, condições climáticas ou geológicas de engenharia, a profundidade normativa de congelamento do solo deve ser determinada de acordo com as fórmulas do Apêndice “G” do código de regras SP 25.13330.2012.

A profundidade calculada de congelamento, de acordo com a cláusula 5.5.4 do código de regras SP 22.13330.2011, para regiões com valores médios anuais de temperatura não negativos, é determinada multiplicando o valor normativo por um fator de 1,1. Para territórios com valores negativos, esse valor é calculado de acordo com SP 25.13330.2012.

Proteção contra o efeito de baixas temperaturas

Nem sempre é possível instalar total ou parcialmente o sistema de abastecimento de água abaixo da isoterma zero. Às vezes, isso é impossível por razões técnicas, por exemplo, quando a saída do cano de água do poço está acima do limite da zona de congelamento do solo.

A profundidade do nível de congelamento é determinada de acordo com as especificidades climáticas da região onde o sistema de abastecimento de água é construído.

Para a região central, esse valor é de 1,0 – 1,3 m dependendo do tipo de solo. Em áreas com invernos rigorosos, a profundidade de instalação dos tubos, de acordo com as normas, será superior a 2,0 – 2,5 metros, o que é muito caro tanto na instalação quanto em caso de necessidade de reparo.

Em regiões com invernos frios e prolongados, a profundidade da vala para instalação do sistema de abastecimento de água pode ser superior a 2,0 – 2,5 metros, dependendo do tipo de solo onde a tubulação é instalada

Quando é impossível ou muito caro instalar o sistema de abastecimento de água em grande profundidade, outras medidas são aplicadas para garantir seu funcionamento ininterrupto. Elas podem ser divididas em duas categorias:

• Isolamento. Destina-se a reduzir a perda de calor do objeto por unidade de tempo. É realizado com materiais de baixa condutividade térmica.
• Aquecimento. Destina-se a aumentar a temperatura do objeto. Para realizar esse procedimento, é necessária uma fonte externa de energia térmica.

A escolha da opção de isolamento ou aquecimento do ramal externo do sistema de abastecimento de água depende das condições de operação, regime de temperatura, geometria do sistema, facilidade de execução, bem como da eficiência, custo e confiabilidade do método de resolução do problema.

Métodos de isolamento do abastecimento de água externo

Existem muitas formas de isolar o sistema de abastecimento de água externo instalado no solo. Se apenas água fria é fornecida, devido à pequena diferença de temperatura, a condutividade térmica dos materiais utilizados não é tão importante quanto sua durabilidade, resistência ou preço.

Para o abastecimento de água quente fornecido a uma casa de campo por uma rede centralizada, as rotas aéreas são isoladas. Devido à grande diferença de temperatura entre a água quente e o ambiente, grande atenção é dada à condutividade térmica do material

Aplicação de métodos simples

No caso de os tubos estarem instalados praticamente no limite da zona de congelamento, para eliminar a probabilidade de paralisação do fornecimento de água, podem ser realizadas ações elementares que não exigem grandes investimentos nem mão de obra qualificada.

Para as regiões sul, onde a profundidade do sistema de abastecimento de água é pequena, basta no outono escavar os tubos, cobri-los com material isolante ecológico e enterrar novamente a vala.

Para isolamento, podem-se usar folhas, palha, lascas ou serragem. Elas possuem baixa condutividade térmica, porém até o próximo inverno apodrecerão no solo, portanto esse procedimento deve ser repetido anualmente.

Se, de acordo com os cálculos, os tubos estiverem localizados um pouco acima do nível que garanta o não congelamento do sistema, então, em vez de aprofundar a canalização, pode-se resolver o problema elevando a isoterma zero.

Isso pode ser feito de duas maneiras:

• aumentar a espessura da camada de terra, adicionando terra por cima;
• usar a neve caída para o isolamento.

Em ambos os casos, o centro da faixa de adição de terra ou neve está localizado ao longo da canalização, e sua largura deve ser no mínimo duas vezes a profundidade de instalação dos tubos.

A neve é um bom isolante natural. Mesmo uma camada de 30 centímetros pode reduzir pela metade a profundidade de congelamento do solo.

A adição de terra alterará a paisagem da área próxima à casa, e o isolamento com resíduos vegetais e madeira ou neve deve ser feito constantemente. Portanto, para uma solução duradoura e confiável do problema de isolamento da canalização, são utilizados materiais especialmente desenvolvidos.

A canalização enterrada abaixo da linha de congelamento sazonal do solo na região é isolada apenas no trecho que passa pela camada de rochas que congelam no inverno. O isolamento térmico é instalado desde esse nível até a entrada do tubo na casa.

Se a canalização entra na casa através de um porão não aquecido, construído abaixo da profundidade de congelamento, então o isolamento é realizado dentro do porão. Nesse caso, é montada uma caixa de madeira ao redor do trecho da canalização, e o espaço entre ela e o tubo é preenchido com serragem ou lã de basalto.

Tipos e formas de materiais

Para o isolamento da canalização, são utilizados materiais na forma de cascas – formatos que seguem os contornos dos tubos e conexões do sistema. Eles são feitos de lã de basalto, lã de vidro, poliestireno expandido, poliestireno extrudado, poliuretano, vidro espumado.

No caso do uso de lã mineral e lã de vidro, uma condição obrigatória para a instalação subterrânea é a presença de uma cobertura folheada. Ela evita o molhamento do isolante, que praticamente destrói as propriedades isolantes do material. A cobertura pode ser substituída pelo envolvimento do tubo com isolamento de basalto e feltro asfáltico.

Devido à capacidade de absorver umidade sem impedimentos, não se utiliza isolamento térmico de lã em forma de placas cortadas ou mantos enrolados em fardos sem proteção externa impermeabilizante em instalações subterrâneas.

Uma exceção pode ser a instalação do tubo em calhas de concreto com preenchimento do espaço livre entre a calha e o tubo com argila expandida ou material similar.

A presença de uma junta construtiva em isolantes cilíndricos à base de lã de vidro permite instalar facilmente o produto em uma tubulação de água.

A casca de isolamento térmico consiste em blanks cilíndricos prontos, cujo diâmetro interno coincide com o diâmetro externo dos tubos. Os produtos, com comprimento de 60 cm a 2 metros, consistem em um tubo inteiriço com costura construtiva, se o material isolante for elástico, ou em várias (geralmente duas) seções. A principal vantagem do material seccional para isolamento é a facilidade de instalação do produto.

A conexão das metades da casca relativamente fina ocorre sobrepondo a borda de um elemento sobre o próximo para evitar a formação de áreas desprotegidas da tubulação. O deslocamento dos segmentos de metro geralmente é de 15-20 cm.

Se for necessário usar um isolante mais espesso, é melhor escolher uma casca com chanfro de montagem na borda da extremidade. A segunda opção para garantir juntas firmes é deslocar ligeiramente as partes da casca umas em relação às outras.

Para formar conexões fortes da casca e aumentar a rigidez da estrutura isolante térmica, recomenda-se deslocar ligeiramente as partes da casca umas em relação às outras.

Ao fixar as partes da casca, utiliza-se fita adesiva sanitária. A proteção das junções de derivações de tubos, curvas e outros componentes do sistema é feita com formas especiais.

Tinta isolante térmica e aspersão de poliuretano expandido

Uma das soluções adicionais para evitar o congelamento de uma tubulação externa de abastecimento de água localizada no solo é o isolamento térmico líquido ou pulverizado. Este método permite proteger de forma confiável, sem costuras ou pontes térmicas, áreas com geometria complexa, para as quais o uso de materiais padrão de isolamento é difícil.

O poliuretano tem consistência líquida e é aplicado nos objetos a serem isolados por pulverização. Possuindo um dos melhores índices de condutividade térmica, bem como uma série de outras propriedades positivas, este material apresenta uma desvantagem significativa: para sua aplicação é necessário equipamento especial.

O poliuretano é um dos melhores isolantes para tubulações de água subterrâneas. No entanto, sua pulverização é um processo tecnologicamente complexo que requer equipamentos caros, cumprimento de normas de segurança e habilidades profissionais.

Não é difícil encontrar empresas que realizam isolamento com poliuretano, pois ele é amplamente utilizado em diferentes objetos. No entanto, todos os fornecedores de serviços têm limitações quanto à área mínima de pulverização, portanto, dificilmente será possível encontrar uma opção de preço aceitável apenas para 10 ou 20 metros de tubulação.

Tinta especial de isolamento térmico para isolamento de tubos, similar ao poliuretano, pode ser aplicada por pulverização. É vendida em latas, portanto esse procedimento é fácil de realizar por conta própria. Também existe uma versão líquida, que permite pintar os elementos do encanamento com um pincel comum.

A tinta de isolamento térmico contém aditivos na forma de microesferas cerâmicas, espuma de vidro ou perlita. A condutividade térmica deste material é bastante baixa, porém, devido à fina camada de aplicação, ela sozinha pode não ser suficiente para resolver o problema de isolamento de uma seção do encanamento que atravessa a espessura de solos congelados.

Devido ao alto custo, a aplicação de uma camada espessa de tinta de isolamento térmico é cara. Portanto, seu uso para isolamento é justificado apenas em seções com geometria complexa ou em locais onde possam surgir pontes térmicas.

O uso de tinta de isolamento térmico é justificado tanto para seções externas quanto para seções localizadas em porão sem aquecimento ou no solo do sistema de abastecimento de água com geometria complexa.

No entanto, no caso de uso de tubos de aço, a aplicação de tinta em toda a extensão juntamente com outro isolante pode ser vantajosa por outro motivo. A presença de material poroso na composição resulta em alto índice de adesão, eliminando a possibilidade de formação de corrosão externa, o que é relevante para estruturas metálicas localizadas no solo.

Soluções complexas prontas

O problema do congelamento da ramificação externa do encanamento é bastante relevante. A demanda gera oferta e, portanto, no mercado existe um grande número de soluções integradas prontas na forma de tubos isolados termicamente e elementos de conexão. Eles consistem em tubulações envolvidas por isolante, que é revestido por uma camada rígida ou flexível.

Existem opções de solução pronta para isolamento de tubulações externas, tanto com um tubo quanto com dois tubos. Para o abastecimento comum de água fria, as melhores opções são as construções que contêm tubos plásticos. Elas são mais baratas que as metálicas e se destacam pela alta velocidade de instalação.

Tubos de PEAD isolados são fornecidos em bobinas de até 200 metros de comprimento. A instalação de sistemas de abastecimento de água com base neles pode ser realizada com um número mínimo de juntas.

Se for usado material corrugado como revestimento externo, é possível executar a tubulação sem usar conexões angulares. Isso é possível devido à facilidade de realizar curvas de pequeno raio em todas as partes do conjunto.

Existem soluções completas prontas para isolar sistemas de abastecimento de água. Estão disponíveis opções com um ou dois tubos de diferentes diâmetros.

Proteção do isolante contra fatores negativos

A proteção contra congelamento de uma tubulação de água enterrada tem suas particularidades. O material não deve perder total ou parcialmente suas propriedades de isolamento térmico sob a ação de fatores externos.

O reisolamento ou reparo das camadas externas exige trabalhos de terraplanagem caros e trabalhosos, portanto é necessário garantir imediatamente a integridade da estrutura de proteção.

Impacto destrutivo do solo e da água

A tubulação de água subterrânea sofre pressão do solo, portanto o material usado no isolamento pode ser comprimido. Isso pode aumentar significativamente sua condutividade térmica. Para evitar esse cenário, é necessário criar uma casca externa rígida usando tubos de diâmetro maior ou bandejas especiais.

A lã mineral é higroscópica e pode ser amassada com pouca pressão dos dedos, portanto a camada de solo compactará o material e ele perderá sua propriedade de baixa condutividade térmica.

No caso de uso de materiais higroscópicos como isolamento térmico de tubulações, é necessário evitar a possibilidade de influência da água subterrânea sobre eles, que está sempre presente no solo, independentemente do grau de saturação de água do solo.

Para proteger a lã mineral e a lã de vidro, são utilizados meios de proteção adicionais – tubos plásticos de tamanho maior que os de água, o que resolve simultaneamente o problema de amassamento do isolante.

Também é possível usar os seguintes materiais para criar uma camada de impermeabilização:

• folha de alumínio em rolo;
• fita adesiva armada (para encanamento);
• feltro asfáltico;
• filme de polietileno de alta densidade.

O poliestireno expandido e o poliestireno extrudado absorvem pouca umidade, mas com o tempo também se deterioram com constantes ciclos de congelamento. O vidro celular, o poliuretano e a tinta isolante térmica não sofrem amassamento nem ação da umidade.

Proteger objetos enterrados contra a umidade com feltro asfáltico é um método antigo, mas não o mais prático.

Solução para o problema de insetos e roedores

Outra causa de danos ao isolamento do cano de água são roedores e insetos. As formigas roem inúmeras passagens no isolante térmico, que é atraente para elas, e os ratos o usam para construir ninhos. Essas ações expõem partes dos tubos, afetando negativamente a qualidade do isolamento.

Nem insetos nem ratos conseguem danificar o poliuretano ou o vidro celular, mas se dão muito bem com a lã de basalto. Este material e similares para isolamento externo de tubos de água devem ser protegidos de roedores se estiverem a menos de 2 metros de profundidade. As formigas-de-terra não penetram abaixo de 1 metro, e as formigas-da-floresta constroem grandes formigueiros cuja parte acima do solo é impossível não notar.

Para proteção contra roedores, pode-se envolver o isolante com uma tela metálica de malha fina. Para impedir o acesso não só de ratos, mas também de formigas, é necessário envolver o material com folha de alumínio, fita adesiva armada ou usar tubos plásticos ou bandejas de qualquer formato como revestimento externo.

A casca de poliuretano ou vidro celular suporta a pressão do solo, a ação da umidade do solo e não pode ser danificada por roedores ou insetos.

Aquecimento de sistemas externos de abastecimento de água

Considerando qualquer sistema, o isolamento é apenas uma forma de aumentar o tempo que leva para sua temperatura cair até o valor do ambiente. Portanto, às vezes é necessário recorrer a outra opção para evitar o congelamento do cano de água: o aquecimento.

O aquecimento do cano de água ocorre por fontes externas de energia e existem várias formas de organizar esse processo.

Organização da circulação de água

A fonte mais simples de energia térmica adicional é a água cuja temperatura é mais alta do que a da seção isolada da tubulação. Se a água mais quente substitui constantemente a água resfriada, o sistema não congela. Por essa razão, funciona o método da “torneira entreaberta”, quando se organiza um movimento lento, mas constante, do líquido pelos canos.

Para o abastecimento de água fria de uma residência individual, é possível organizar a substituição periódica da água no ramal externo por água mais quente. No caso de fornecimento de uma rede principal, é necessário drenar frequentemente pequenas porções para garantir a reposição do líquido.

É racional para isso utilizar um recipiente especial localizado na casa, que também funciona como decantador, do qual posteriormente se retira água para as próprias necessidades.

A drenagem da água para evitar o congelamento pode ser feita quando ela não é necessária. Utilizá-la posteriormente será possível com um tanque de armazenamento.

Se o abastecimento for organizado a partir de poços, nos quais a temperatura da água costuma ser de 7 a 10 graus Celsius, é necessário ligar a bomba com mais frequência. Para armazenar água, também pode ser usado um tanque de acúmulo comum ou um hidroacumulador.

É possível, com o auxílio de um segundo tubo e uma torneira de três vias, organizar a circulação do líquido com drenagem de volta para o poço. De uma só vez, basta bombear 1,5 a 2 volumes do trecho da tubulação localizado no solo entre a boca do poço e a entrada da casa.

No caso de captação de água de poço, existe também a opção de drená-la por gravidade de volta após a parada da bomba. Este método não é aconselhável se houver elementos metálicos no sistema de abastecimento de água. A troca constante de líquido e ar leva à corrosão intensa da superfície interna dos tubos e à deterioração da qualidade da água.

Em sistemas de abastecimento de água autônomos baseados em poços, é necessário isolar a fonte de água, assim como isolar termicamente a própria tubulação. Recomendamos a leitura do artigo dedicado aos métodos de isolamento térmico de poços de captação de água.

Se existe a possibilidade de estagnação prolongada da água e, consequentemente, seu congelamento, apesar do isolamento, é necessário aplicar outros métodos de aquecimento.

Uso de cabo elétrico

Mais frequentemente, como fonte adicional de calor para uma tubulação de água individual localizada no solo, são usados cabos elétricos. Eles podem ser colocados tanto dentro do tubo que fornece água quanto em sua superfície externa. O princípio de aquecimento consiste na conversão de energia elétrica em energia térmica.

O cabo elétrico aquece os elementos da tubulação, cujo calor é transferido para a água. O isolamento externo impede a perda de calor para o solo.

Os cabos localizados dentro do sistema têm maior eficiência do que os externos devido ao aquecimento direto do líquido.

As desvantagens desta opção de posicionamento do cabo incluem:

• preço mais alto por metro linear devido à conformidade com requisitos ambientais;
• dificuldade e, por vezes, impossibilidade de passar por seções curvas da tubulação de água;
• recomendações insistentes de especialistas para realizar a conexão através de um dispositivo de corrente residual (DR), apesar dos certificados de conformidade com requisitos elevados de proteção elétrica.

A instalação de ambas as opções tem complexidade aproximadamente igual. O cabo que passa dentro do tubo é vendido em conjunto com uma luva terminal especial. Sua conexão é feita através de uma tê padrão. O cabo externo é fixado com fita adesiva de alumínio e, por cima, é obrigatório aplicar uma casca isolante para que a energia não se perca no solo.

Em conjunto com um cabo resistivo, que libera uma quantidade constante de calor, para economizar eletricidade é melhor usar um termostato para ligar e desligar automaticamente o aquecimento. Ao usar um cabo autorregulável, é necessário selecionar corretamente seus parâmetros; então, não há necessidade de usar um dispositivo de controle de temperatura.

Existem soluções completas prontas que, além do tubo de água, isolamento e casca rígida impermeável, possuem um cabo de aquecimento embutido. Esses kits reduzem significativamente o tempo de instalação do sistema, porém a compra de todos os elementos separadamente sairá muito mais barata.

Soluções prontas para canos de água subterrâneos podem conter um cabo de aquecimento, o que praticamente elimina a probabilidade de congelamento do sistema.

O cabo de aquecimento pode aquecer tanto uma parte do sistema quanto todo o trecho externo da tubulação, tornando desnecessária a instalação da linha abaixo do nível de congelamento sazonal do solo.

Aplicação de ar quente

Outra maneira eficaz de proteger o cano de água enterrado no solo contra o congelamento é aquecê-lo com ar quente vindo de casa. Existem duas opções – com circulação de ar natural e forçada, e para ambas é necessária a instalação de uma bandeja fechada adicional ou um tubo de diâmetro maior.

No caso de circulação natural do ar, coloca-se um tubo no encanamento e isola-se por fora. Ele tem saída para um ambiente aquecido e, portanto, ocorre uma circulação lenta do ar que envolve o sistema de abastecimento de água, transferindo-lhe calor do porão ou do primeiro andar da casa.

No segundo caso, ao longo de todo o comprimento do encanamento, fixam-se duas cantoneiras (perfis em forma de U) por onde o ar passa. Elas são envolvidas com isolante e cobertas por um tubo externo para evitar que o isolante e os perfis sejam comprimidos pelo solo.

No final do trecho aquecido, esses perfis são conectados, formando assim um sistema fechado com entrada e saída dentro do ambiente. O fornecimento de ar é forçado com o uso de um secador de cabelo.

Representação esquemática de uma estrutura isolada de encanamento subterrâneo no caso de seu aquecimento com ar quente vindo do ambiente interno. A variante com circulação forçada inclui o uso de um secador de cabelo que direciona o fluxo de ar para um dos perfis.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Colocação da tubulação no solo, do poço até a casa, com seu isolamento e o detalhe do congelamento próximo à fundação:

Vídeo #2. Isolamento do encanamento feito com tubo plástico e método de isolamento do joelho usando um cilindro de diâmetro maior:

Vídeo #3. Instruções detalhadas para fixação do cabo de aquecimento externo, considerando a correta passagem pelos elementos de fixação e torneiras:

Um isolamento ou aquecimento de qualidade do sistema de abastecimento de água localizado no subsolo garantirá seu fornecimento ininterrupto durante o inverno. No caso de negligência com as regras de instalação e proteção contra o frio, pode seguir-se um complicado procedimento de descongelamento e um reparo caro do encanamento.

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