Consumo de gás do gasômetro para aquecimento: como calcular + dicas para minimizar

É amplamente conhecido que, para aquecimento de casas e dachas com ocupação permanente ou prolongada, os gasômetros estão encontrando uso cada vez mais difundido. É indiscutível também que uma grande parte do orçamento para aquecimento da casa é o custo do combustível. No nosso caso, é o gás liquefeito.

Portanto, o proprietário cuidadoso da casa deve saber como calcular corretamente o consumo de gás do gasômetro para aquecimento, ser capaz de prever os intervaos entre os reabastecimentos. Isso também é relevante porque a entrega de gás, como serviço de transporte, tem seu preço bastante significativo.

Nós, de forma acessível, ajudaremos você a calcular de forma independente o consumo de gás liquefeito para aquecimento da residência em sistemas de fornecimento de gás com gasômetro. Esses conhecimentos são relevantes ao projetar a construção de uma nova casa e planejar a reconstrução de um sistema de aquecimento existente. Cálculos realizados corretamente permitirão controlar o consumo de gás e reduzir os custos com ele.

Fatores que influenciam o consumo de gás

O gasômetro tem a forma de um reservatório volumétrico que é preenchido com gás liquefeito de petróleo (GLP). É uma mistura de dois gases — propano e butano.

Esquemas autônomos de aquecimento com retirada de gás do gasômetro e caldeira a gás no sistema tornaram-se uma alternativa moderna para aquecimento de casas a partir de caldeiras a combustível sólido ou diesel.

O armazenamento de gás precisamente em tais reservatórios, com seu ulterior uso para aquecimento da casa, pode ser condicionado pelos seguintes fatores:

• Ausência de possibilidade de conexão ao gasoduto principal ou alto custo dessa ligação;
• Problemas constantes e não resolvidos pelos serviços de gás com a pressão do gás no gasoduto central.

Para o funcionamento normal da maioria das caldeiras a gás, a pressão do gás no gasoduto deve ser de pelo menos 35 mbar. Essa norma muitas vezes não é cumprida nos gasodutos principais e é de apenas 8 a 22 mbar.

Para determinar o volume de gás liquefeito no reservatório, existem medidores de nível mecânicos ou sistemas de telemetria remota mais modernos. Esse equipamento pode ser fornecido junto com o reservatório ou adquirido separadamente. O consumo médio diário de gás também pode ser determinado pela diferença nas leituras do medidor de gás, se houver.

No entanto, cálculos matemáticos ajudarão a responder com mais precisão a pergunta sobre quanto gás no gasômetro será suficiente para aquecer a residência, qual é o seu consumo e como minimizar os custos. E isso apesar de, objetivamente, esse cálculo ter um caráter médio.

O combustível no fornecimento independente de gás a partir do gasômetro não é consumido apenas para aquecimento. Embora em volumes significativamente menores, também é gasto no aquecimento de água, no funcionamento do fogão a gás e em outras necessidades domésticas.

Deve-se considerar que os seguintes fatores influenciam o consumo de gás:

• clima da região e rosa dos ventos;
• metragem quadrada da casa, quantidade e grau de isolamento térmico de janelas e portas;
• material das paredes, telhado, fundação e grau de isolamento térmico;
• número de moradores e regime de permanência (permanente ou periódico);
• características técnicas da caldeira, uso de aparelhos a gás adicionais e equipamentos auxiliares;
• número de radiadores de aquecimento, presença de piso aquecido.

Essas e outras condições tornam o cálculo do consumo de combustível do gasômetro um valor relativo, baseado em indicadores médios.

Cálculo da potência da caldeira a gás

A maior parte do consumo de combustível é o aquecimento. Um parâmetro importante de qualquer casa ou apartamento que influencia o volume de gás gasto no aquecimento é o indicador de perda de calor. A função do aquecimento é justamente compensar corretamente essas perdas, criando condições para uma vida confortável.

Para calcular a necessidade de gás liquefeito, é necessário determinar a quantidade de perda de calor da casa ou a potência térmica necessária para o aquecimento completo. A potência nominal do sistema de aquecimento — a caldeira a gás — depende desse indicador.

Como referência para os cálculos, consideraremos uma casa localizada em uma região de clima médio, em boas condições e isolada de acordo com a tecnologia. A área da casa é de 80 m².

Os valores médios de perda de calor e a potência da caldeira podem ser determinados pela metragem quadrada da área.

A fórmula é:

Q = S × Pp /10, onde

Q — perda de calor calculada (kW);

S — área dos cômodos que são aquecidos (m²);

Pp — potência específica da caldeira a gás (kW/m²) — potência para cada 10 m².

A potência específica para aquecer uma área de 10 m² já está aproximadamente definida, considerando ajustes para regiões com climas diferentes. Para nossa casa de referência, localizada, por exemplo, na região de Moscou, Pp = 1,2 - 1,5 kW.

Considerando a área da casa de 80 m², a potência ideal do sistema de aquecimento terá o seguinte valor:

Q = 80 × 1,2 / 10 = 9,6 kW.

Apesar da simplicidade, esta fórmula reflete os resultados mais precisos.

Frequentemente, para facilitar os cálculos, o valor da potência específica é considerado como unidade. Com base nisso, a potência do sistema de aquecimento é calculada como 10 kW por 100 m² de área aquecida.

Como o sistema de fornecimento de gás da casa inclui não apenas aquecimento, mas também aquecimento de água e outros equipamentos, a potência da caldeira é determinada adicionando 20-25% de margem às perdas de calor calculadas.

A segunda opção, porém com maior margem de erro, é o cálculo das perdas de energia térmica do edifício com base na cubagem – volume dos ambientes aquecidos. Dependendo da zona climática, para aquecer um metro cúbico de ambiente com pé-direito de até 3 m, são alocados 30 a 40 W.

Cálculo do consumo de gás do gasômetro

O cálculo do consumo de aquecimento da mistura de gás do reservatório usada no sistema de aquecimento da casa tem suas peculiaridades e difere do cálculo do consumo de gás natural canalizado.

O volume previsto de consumo de gás é calculado pela fórmula:

V = Q / (q × η), onde

V — volume calculado de GLP, medido em m³/h;

Q — perdas térmicas calculadas;

q — o menor valor específico do poder calorífico do gás ou sua capacidade calorífica. Para propano-butano, este valor é de 46 MJ/kg ou 12,8 kW/kg;

η — eficiência do sistema de fornecimento de gás, expressa em valor absoluto em relação à unidade (eficiência/100). Dependendo das características da caldeira a gás, a eficiência pode variar de 86% – para as mais simples, a 96% – para unidades de condensação de alta tecnologia. Assim, o valor de η pode ser de 0,86 a 0,96.

Suponha que o sistema de aquecimento será equipado com uma caldeira de condensação moderna com eficiência de 96%.

Substituindo os valores que adotamos para o cálculo na fórmula original, obtemos o seguinte volume médio de gás consumido para aquecimento:

V = 9,6 / (12,8 × 0,96) = 9,6 / 12,288 = 0,78 kg/h.

Como a unidade de enchimento do GLP é considerada o litro, é necessário expressar o volume de propano-butano nesta unidade de medida. Para calcular a quantidade de litros na massa da mistura de hidrocarbonetos liquefeitos, é necessário dividir os quilogramas pela densidade.

A tabela mostra os valores da densidade de teste do gás liquefeito (em t/m³) em diferentes temperaturas médias diárias do ar e de acordo com a proporção de propano para butano expressa em porcentagem.

A física da transição do GLP do estado líquido para o vapor (operacional) é a seguinte: o propano ferve a -40 °C e acima, o butano ferve a partir de -3 °C. Consequentemente, uma mistura 50/50 começará a passar para a fase gasosa a partir de -20 °C.

Para latitudes médias e um reservatório subterrâneo, essas proporções são suficientes. Mas, para se proteger de problemas extras, o ideal em condições de inverno é usar uma mistura com pelo menos 70% de propano – 'gás de inverno'.

Tomando como densidade de cálculo do GLP igual a 0,572 t/m³  – mistura propano/butano 70/30 a -20 °C), é fácil calcular o consumo de gás em litros: 0,78 / 0,572 = 1,36 l/h.

O consumo diário com essa extração de gás na casa será: 1,36 × 24 ≈ 32,6 l, durante o mês – 32,6 × 30 = 978 l. Como o valor obtido foi calculado para o período mais frio, com uma correção para as condições climáticas, pode-se dividir pela metade: 978/2 = 489 l, em média por mês.

A duração da temporada de aquecimento é calculada a partir do momento em que a temperatura média diária externa não excede +8 graus Celsius por 5 dias consecutivos. Esse período termina na primavera, com um aquecimento estável.

Na região que tomamos como exemplo (arredores de Moscou), esse período dura em média 214 dias.

O consumo de gás para aquecimento ao longo do ano, no cálculo, será: 32,6/2 × 214 ≈ 3488 l.

Escolha do gasômetro ideal em termos de consumo

O reservatório de gás é um equipamento caro que é adquirido e instalado não para um único ano. Da sua escolha correta depende, em grande parte, não apenas a eficiência do sistema de aquecimento doméstico. O tipo e a forma do armazenamento de gás liquefeito podem indiretamente influenciar os custos de aquecimento.

Comparação de gasômetros de superfície e subterrâneos

O reservatório de gás acima do solo é uma opção mais barata para a gaseificação autônoma. Esses tanques geralmente são menores em volume e sua instalação não requer trabalhos de terraplanagem caros.

Mas, ao usar reservatórios de gás acima do solo para aquecimento no inverno, é necessário considerar que a evaporação da mistura propano-butano neste período será reduzida e podem ocorrer problemas com a pressão do gás.

Para um funcionamento mais eficiente e produtivo do reservatório de gás acima do solo, será necessário, no mínimo, equipá-lo com uma unidade de evaporação e isolar as paredes do tanque.

Reduzir o limite de temperatura para a transição do GLP para a fase gasosa do combustível pode ser feito, claro, aumentando o teor de propano na mistura. Mas isso acarretará custos adicionais, pois esse gás é mais caro que o butano.

Os reservatórios de gás subterrâneos são os armazenamentos mais populares para GLP.

Esse tanque enterrado em clima temperado não necessita de equipamento adicional para aquecimento e isolamento térmico

A profundidade de imersão do tanque deve ser tal que a camada de solo acima dele seja de pelo menos 0,6 m. Isso protegerá o reservatório contra congelamento e danos mecânicos.

Gasômetro vertical ou horizontal

Os gasômetros enterrados podem ser de dois tipos quanto à forma:

1. Verticais.
2. Horizontais.

Esses tanques diferem entre si não apenas na construção, mas também funcionalmente — pela área superficial da mistura liquefeita, chamada de 'espelho de evaporação'.

Os gasômetros horizontais possuem um 'espelho' maior. Devido a isso, a vaporização ocorre de forma mais intensa, com pressão suficiente para o funcionamento correto do sistema de aquecimento

Os reservatórios verticais são mais usados em sistemas de gás autônomos de casas ou chalés de pequena área, quando não é necessário aquecimento total no inverno.

Para o funcionamento eficiente e estável dos gasômetros verticais no inverno, é necessário o isolamento térmico do tanque ou o uso de aquecedores especiais, o que aumenta os custos totais do fornecimento de gás da casa.

Características do gasômetro móvel sobre reboque

Resolver o problema de aquecimento e criação de condições confortáveis no inverno em chalés de residência temporária, canteiros de obras, onde a instalação de um reservatório de gás fixo é inviável ou tecnicamente impossível, permite o gasômetro móvel.

É um tanque montado em reboque, com capacidade de 500-600 L. Quanto tempo durará um gasômetro com capacidade de 600 litros pode ser estimado tomando-se o padrão médio utilizado — 30-40 L de gás liquefeito por metro quadrado do ambiente.

Um cálculo aproximado mostra que uma casa isolada de 100 m² pode ser aquecida autonomamente por um gasômetro móvel durante um mês, mantendo uma temperatura confortável para habitação.

Deve-se entender que a operação de um gasômetro móvel, como um tanque do tipo de superfície, no inverno ou em regiões do norte exigirá isolamento térmico e aquecimento forçado do tanque. Por esta razão, o gasômetro sobre reboque não é uma opção de aquecimento totalmente aceitável.

Como selecionar o gasômetro pelo volume

Dos gasômetros subterrâneos típicos, os tanques com volumes de 2700 L e 4850 L são os mais adequados para casas de campo e chalés.

Ao escolher o tamanho do reservatório de gás, é necessário considerar os seguintes fatores:

1. Para residência permanente em uma casa com aquecimento autônomo, é aconselhável reabastecer o reservatório duas vezes por ano. Isso se deve à diferente concentração de butano e propano nas misturas destinadas ao uso no verão e no inverno.
2. O reservatório deve ser preenchido com fase liquefeita em 85%. O volume livre restante no armazenamento é uma almofada de vapor para o hidrocarboneto na fase de evaporação.

Portanto, ao calcular por quanto tempo o gás em um gasômetro com capacidade de 2700 litros ou em um armazenamento de gás de outros tamanhos pode durar, é necessário considerar que o volume total nominal do gasômetro e seu volume de reabastecimento não são a mesma coisa.

A tabela reflete as capacidades de reabastecimento dos gasômetros típicos do Eurostandard-2, em relação à área aquecida ideal e à potência das caldeiras.

Nosso cálculo dos valores médios de retirada de gás liquefeito do gasômetro e as normas geralmente aceitas permitem determinar a periodicidade de reabastecimento dos gasômetros. Com um consumo médio anual de 30 litros de gás por 1 m² de área aquecida, um reabastecimento de gás liquefeito com volume de 2295 litros em um reservatório de 2700 litros para uma casa de 100 m² será suficiente por 9 meses.

Pelo mesmo método, mas para uma casa de 150 m², calculamos por quanto tempo o GLP durará no sistema de aquecimento a partir de um gasômetro de 4850 l. Durante o ano, são consumidos 4500 l, portanto, um volume de reabastecimento de 4122 l será suficiente para aquecer a casa por 10 meses.

Pelos cálculos, percebe-se que o reabastecimento terá que ser feito duas vezes por ano. E isso é economicamente justificado pelo uso de GLP de "verão" e "inverno".

Dicas para economizar gás

É possível reduzir o consumo de gás do gasômetro realizando as seguintes medidas de economia de energia:

• isolamento de paredes, telhado, sótão, laje do porão;
• substituição de antigos blocos de janelas por vidros duplos modernos com perfil anticongelante;
• ajuste ideal dos parâmetros da caldeira;
• instalação de uma caldeira a gás condensante energeticamente eficiente para aquecimento;
• uso de um sistema de aquecimento coletor, que possui maior eficiência e capacidade de regular o fornecimento de refrigerante em cada dispositivo de aquecimento;
• equipar os radiadores de aquecimento com termostatos.

Um bom efeito na economia de gás é alcançado através da instalação de controladores que automatizam o processo de controle do fornecimento de calor.

O controlador, de acordo com as configurações definidas, controla automaticamente o aquecimento autônomo, o que permite minimizar significativamente o consumo de GLP do gasômetro e reduzir os custos de aquecimento em até 25%

Além disso, os controladores modernos são geralmente dispositivos inteligentes, com os quais é possível controlar remotamente a caldeira a partir de um telefone celular.

Uma alternativa econômica a esses dispositivos de controle remoto são os termostatos programáveis ou diários, que também permitem economizar energia.

Uma solução moderna para economizar gás de um armazenamento autônomo é o sistema «casa inteligente».

Juntamente com um grande conjunto de funções úteis que facilitam o dia a dia, a aplicação da tecnologia «casa inteligente» permite realizar o controle automático do clima.

A função de controle climático da casa pode ser instalada separadamente ou integrada ao conjunto geral de «utilidades».

Essas tecnologias permitem economizar gás para aquecimento ao longo do dia em ambientes separados. É possível configurar o sistema para funcionar em modo de aquecimento básico quando os moradores estiverem ausentes e, remotamente, antes de chegar em casa, ligar o aquecimento completo.

O principal problema da implementação do sistema de controle climático da «casa inteligente» é o custo relativamente alto e a necessidade de projeto antes da execução dos trabalhos de instalação do sistema de aquecimento.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Uma metodologia interessante para calcular o consumo de gás para aquecimento e dicas para reduzir os custos:

Conselho de um especialista sobre a escolha economicamente viável do volume do gasômetro:

9 dicas para reduzir o consumo de gás utilizado no aquecimento da casa:

É necessário entender que todos os cálculos que sugerimos aplicar ao usar gás do gasômetro são bastante condicionais. Nem mesmo um especialista conseguirá determinar e prever com exatidão a quantidade de gás liquefeito que será consumida em um período específico.

Mas a metodologia apresentada, baseada na prática de operação de sistemas de gás autônomos, fornece valores médios confiáveis de consumo de gás.

Esses cálculos e as dicas úteis apresentadas permitirão escolher corretamente o gasômetro ideal e planejar a periodicidade de seus reabastecimentos.

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