Por Felipe Pizatto
Não é nenhuma novidade que a água congela
quando a temperatura fica abaixo dos 0 ºC, também sabemos que em vários lugares
no mundo a temperatura no inverno fica muito abaixo disso. Então como a água
não congela dentro das tubulações nos países mais frios?
Representação de uma tubulação congelada
Fonte: Home Comfort Experts
Frost Depth
Quando as
temperaturas ficam abaixo de 0º Celsius alguns reservatórios de água e rios
podem congelar e interromper o abastecimento. De forma a resolver esse problema
as estações de tratamento de água realizam o tratamento em ambientes internos
onde a água é aquecida a uma temperatura entre 1 e 3 graus Celsius, e então é
distribuída.
Mas para entender como a água não congela nas tubulações de
distribuição de água, é necessário entender um outro conceito, a frost depth (que pode ser traduzido como
profundidade de congelamento). A frost
depth é uma profundidade em relação a superfície na qual o solo está
congelado, já abaixo dessa profundidade a temperatura do solo é maior que 0º
Celsius.
Para não
ocorrer o congelamento da água que está nas tubulações, elas são construídas
abaixo dessa profundidade, que pode ser calculada utilizando algumas variáveis
como: densidade do solo, umidade do solo, condutibilidade térmica do solo,
inércia térmica, calor latente, índices de congelamento e descongelamento e
índices de congelamento do ar e superfície.
Mapa das linhas de congelamento nos Estados
Unidos
Fonte: Hammerpedia
Mais aplicações
O conceito
da profundidade de congelamento e sua determinação são mais utilizados em
países com temperaturas muito baixas e afetam algumas áreas da Engenharia
Civil. Os tubos de distribuição de água são instalados abaixo da profundidade
de congelamento para evitar esse problema, porém em alguns casos onde não é
possível fazer a instalação em tais profundidades outra solução adotada é o
aquecimento dos tubos e/ou isolamento térmicos dos mesmos. Porém são soluções
mais caras, já que contam com um custo adicional, por isso são utilizadas
apenas em casos onde não há a possibilidade de se realizar escavações mais
profundas, seja por conflito com serviços públicos ou leito rochoso mais raso.
Além do
problema em tubulações, o congelamento da água pode afetar outros elementos da
Engenharia Civil, como as fundações. Isso está relacionado com outro fenômeno
causado pelo congelamento da água o frost
heave (elevação de congelamento). O frost
heave é a elevação do solo causada pela expansão da água presente no mesmo
durante o congelamento. Tal elevação poderia danificar a estrutura das
edificações, para evitar esse problema as fundações são construídas abaixo
dessa profundidade.
Representação do Frost Heave
Fonte: FineHomebuilding
Congelamento de solo no Brasil
Até agora
foi falado bastante em congelamento do solo em outros países, mas esse fenômeno
também ocorre no Brasil. No nosso país o congelamento ocorre com frequência e
intensidade muito menores que em outros países e tem um impacto muito menor na
vida das pessoas.
No país o
fenômeno acontece principalmente no sul do Brasil, especialmente na serra do
mar e ocorre em poucos dias no ano. Apesar de não afetar a distribuição de água
ou fundações como em países mais frios, o congelamento da água contribui com o
intemperismo do solo e das rochas. Esse processo se dá pelo ciclo de
congelamento e descongelamento da água infiltrada, que quando congela no
interior da rocha, gera tensões e provoca a ruptura da mesma.
Referências
Calculation of Frost Depth. Disponível em: https://www.pavementinteractive.org/reference-desk/design/design-parameters/calculation-of-frost-depth/. Acesso em: 01/10/2019
Frozen water lines. Disponível em: https://www.calgary.ca/UEP/Water/Pages/Drinking-water/Water-quality/Frozen-water-lines.aspx. Acesso em: 01/10/2019
