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Bombas de calor

2019-04-19T21:08:26Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e liberta-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:
[[Ficheiro:Equação 1.png|centro]]

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Grafico.png|commoldura|centro|Figura 3 - Variação do COPh com a diferença de temperatura de condensação e de evaporação <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):
[[Ficheiro:Equação 2.png|centro]]
Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Equação 3.png|centro]]

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial.
[[Ficheiro:Gráfico 3.png|commoldura|centro|Figura 4- Relação entre a pressão e temperatura para cada refrigerante <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.

'''<big>Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)</big>'''

A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.

'''<big>Bombas de calor de fonte de água (WSHP)</big>'''

Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.

'''<big>Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)</big>'''

Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

== Referências ==
[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Bombas de calor

2019-04-19T13:54:04Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:
[[Ficheiro:Equação 1.png|centro]]

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Grafico.png|commoldura|centro|Figura 3 - Variação do COPh com a diferença de temperatura de condensação e de evaporação <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):
[[Ficheiro:Equação 2.png|centro]]
Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Equação 3.png|centro]]

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial.
[[Ficheiro:Gráfico 3.png|commoldura|centro|Figura 4- Relação entre a pressão e temperatura para cada refrigerante <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.

'''<big>Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)</big>'''

A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.

'''<big>Bombas de calor de fonte de água (WSHP)</big>'''

Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.

'''<big>Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)</big>'''

Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

== Referências ==
[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Bombas de calor

2019-04-19T13:51:37Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:
[[Ficheiro:Equação 1.png|centro]]

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Grafico.png|commoldura|centro|Figura 3 - Variação do COPh com a diferença de temperatura de condensação e de evaporação <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):
[[Ficheiro:Equação 2.png|centro]]
Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Equação 3.png|centro]]

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial.
[[Ficheiro:Gráfico 3.png|commoldura|centro|Figura 4- Relação entre a pressão e temperatura para cada refrigerante <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.

'''<big>Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)</big>'''

A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.

'''<big>Bombas de calor de fonte de água (WSHP)</big>'''

Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.

'''<big>Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)</big>'''

Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

== Bibliografia ==

Bombas de calor

2019-04-19T13:48:15Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:
[[Ficheiro:Equação 1.png|centro]]

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Grafico.png|commoldura|centro|Figura 3 - Variação do COPh com a diferença de temperatura de condensação e de evaporação <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):
[[Ficheiro:Equação 2.png|centro]]
Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Equação 3.png|centro]]

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial.
[[Ficheiro:Gráfico 3.png|commoldura|centro|Figura 4- Relação entre a pressão e temperatura para cada refrigerante <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Gráfico 3.png

2019-04-19T13:47:37Z

AdrianaMoreira:

gráfico

Bombas de calor

2019-04-19T13:40:10Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:
[[Ficheiro:Equação 1.png|centro]]

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Grafico.png|commoldura|centro|Figura 3 - Variação do COPh com a diferença de temperatura de condensação e de evaporação <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):
[[Ficheiro:Equação 2.png|centro]]
Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Equação 3.png|centro]]

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Equação 3.png

2019-04-19T13:40:02Z

AdrianaMoreira:

equação 3

Ficheiro:Equação 2.png

2019-04-19T13:38:50Z

AdrianaMoreira:

equação 2

Bombas de calor

2019-04-19T13:33:08Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:
[[Ficheiro:Equação 1.png|centro]]

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.
[[Ficheiro:Grafico.png|commoldura|centro|Figura 3 - Variação do COPh com a diferença de temperatura de condensação e de evaporação <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.]]

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Grafico.png

2019-04-19T13:32:02Z

AdrianaMoreira:

gráfico

Bombas de calor

2019-04-19T13:27:00Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:
[[Ficheiro:Equação 1.png|centro]]

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Equação 1.png

2019-04-19T13:26:48Z

AdrianaMoreira:

equação

Bombas de calor

2019-04-19T13:10:01Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T13:08:18Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Th.jpg|commoldura|centro|Figura 2- Princípio de funcionamento de uma Bomba de Calor<ref>https://airfreshener.club/quotes/and-heat-air-conditioning-combined-units.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Th.jpg

2019-04-19T13:07:38Z

AdrianaMoreira:

Princípio de funcionamento de uma Bomba de calor

Bombas de calor

2019-04-19T13:05:13Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Bg3.png|commoldura|centro|Figura 2- Princípio de funcionamento de uma Bomba de Calor<ref>https://dokumen.tips/documents/humidifikasi-56645c6ae6a1f.html</ref>.]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Bg3.png

2019-04-19T13:04:40Z

AdrianaMoreira:

Princípio de funcionamento de uma Bomba de Calor

Bombas de calor

2019-04-19T13:02:26Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Transferir (1).png|commoldura|centro|Figura 2- Princípio de funcionamento de uma Bomba de Calor<ref>https://dokumen.tips/documents/humidifikasi-56645c6ae6a1f.html</ref>. ]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Transferir (1).png

2019-04-19T13:01:30Z

AdrianaMoreira:

Princípio de funcionamento de uma Bomba de Calor

Bombas de calor

2019-04-19T12:58:49Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.
[[Ficheiro:Transferir.png|commoldura|centro|Figura 2- Princípio de funcionamento de uma Bomba de Calor<ref>https://dokumen.tips/documents/humidifikasi-56645c6ae6a1f.html</ref>.]]

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Transferir.png

2019-04-19T12:57:19Z

AdrianaMoreira:

Pricípio de Funcionamento de uma Bomba de Calor

Bombas de calor

2019-04-19T12:49:02Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref> http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref> Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref> http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:46:58Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor<ref>[2] http://www.directindustry.de/prod/grasso-international/product-17563-1713481.html</ref>. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:45:09Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor. ]] Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:44:40Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição == [[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor. ]]
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:43:53Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente. [[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor. ]]
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:43:18Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>. [[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|direita|Figura 1 - Bomba de Calor. ]]

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:42:35Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

[[Ficheiro:17563-13739517.jpg|alt=Bomba de Calor|commoldura|centro|Figura 1 - Bomba de Calor. ]]

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:17563-13739517.jpg

2019-04-19T12:40:51Z

AdrianaMoreira:

Bomba de Calor

Bombas de calor

2019-04-19T12:36:58Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

[[Ficheiro:Grasso-FX-P-chiller-r tcm25-29648.jpg|alt=Bomba de Calor|centro|nenhuma|Figura 1 - Bomba de Calor.]]

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:35:56Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

[[Ficheiro:Grasso-FX-P-chiller-r tcm25-29648.jpg|alt=Bomba de Calor|centro|miniaturadaimagem|Figura 1 - Bomba de Calor.]]

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:34:47Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

[[Ficheiro:Grasso-FX-P-chiller-r tcm25-29648.jpg|alt=Bomba de Calor|centro|commoldura|Figura 1 - Bomba de Calor.]]

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:Grasso-FX-P-chiller-r tcm25-29648.jpg

2019-04-19T12:29:55Z

AdrianaMoreira:

Bomba de calor

Ficheiro:GEA-Grasso-FX-P-Heat-pump 1200x675px NEU tcm11-18925 (1).jpg

2019-04-19T12:27:12Z

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Bombas de calor

2019-04-19T12:24:50Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-19T12:21:47Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

[[Ficheiro:GEA-Grasso-FX-P-Heat-pump 1200x675px NEU tcm11-18925 (1).jpg|centro|Bomba de calor ]]
== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Ficheiro:GEA-Grasso-FX-P-Heat-pump 1200x675px NEU tcm11-18925 (1).jpg

2019-04-19T12:21:05Z

AdrianaMoreira:

Bomba de Calor

Bombas de calor

2019-04-17T20:48:43Z

AdrianaMoreira:

Trabalho realizado por: Adriana Moreira e Daniela Moreira, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T20:46:38Z

AdrianaMoreira:

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

== Tipos de Refrigerantes ==

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>. .

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.

== Classificação das bombas de calor ==

De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)<ref>[6]https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/ </ref>.
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.

== Aplicações ==

As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) <ref>[7]Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3, Issue 1 (2016). </ref>.
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T19:42:08Z

AdrianaMoreira:

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

== Eficiência das bombas de calor ==

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc <ref>[5] http://industrialheatpumps.nl/nl/</ref>.

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% <ref>[5]http://industrialheatpumps.nl/nl/ </ref>.

Tipos de Refrigerantes

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC [5].

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.
Classificação das bombas de calor
De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)[6].
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.
Aplicações
As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) [7].
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T19:39:09Z

AdrianaMoreira:

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

'''<big>Eficiência das bombas de calor</big>'''

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc.[5

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% [5].

Tipos de Refrigerantes

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC [5].

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.
Classificação das bombas de calor
De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)[6].
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.
Aplicações
As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) [7].
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T19:36:48Z

AdrianaMoreira:

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1]https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0 </ref>.
<gallery>
Exemplo1.jpg|Legenda1

</gallery>

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

'''<big>Eficiência das bombas de calor</big>'''

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc.[5

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% [5].

Tipos de Refrigerantes

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC [5].

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.
Classificação das bombas de calor
De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)[6].
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.
Aplicações
As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) [7].
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T19:34:39Z

AdrianaMoreira:

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1] https://www.britannica.com/technology/heat-pump</ref>.
<gallery>
Exemplo1.jpg|Legenda1

</gallery>

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

'''<big>Eficiência das bombas de calor</big>'''

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc.[5

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% [5].

Tipos de Refrigerantes

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC [5].

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.
Classificação das bombas de calor
De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)[6].
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.
Aplicações
As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) [7].
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T19:28:21Z

AdrianaMoreira:

== Definição ==
Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1] https://www.britannica.com/technology/heat-pump</ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

'''<big>Eficiência das bombas de calor</big>'''

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc.[5

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% [5].

Tipos de Refrigerantes

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC [5].

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.
Classificação das bombas de calor
De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)[6].
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.
Aplicações
As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) [7].
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T19:27:32Z

AdrianaMoreira:

Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de [https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor calor] de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1] https://www.britannica.com/technology/heat-pump</ref>.

== Princípio de Funcionamento ==

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

'''<big>Eficiência das bombas de calor</big>'''

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc.[5

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% [5].

Tipos de Refrigerantes

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC [5].

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.
Classificação das bombas de calor
De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)[6].
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.
Aplicações
As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) [7].
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.

Bombas de calor

2019-04-17T19:11:56Z

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Uma bomba de calor é um equipamento que absorve calor de uma fonte de calor de temperatura relativamente baixa e libera-o para um meio mais quente.
As Bombas de calor (Figura 1) são projetadas para mover a energia térmica na direção oposta do fluxo de calor espontâneo, transferindo calor de uma temperatura baixa para um meio de temperatura mais alta. A potência externa usada pela bomba de calor é para realizar o trabalho de transferir energia do meio frio para o meio quente e não para gerar diretamente aquecimento ou arrefecimento. As bombas de calor são constituídas por um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante<ref>[1] https://www.britannica.com/technology/heat-pump</ref>.

 
'''<big>'''Princípio de Funcionamento'''</big>'''

A transferência de calor ocorre no sentido de altas temperaturas para baixas temperaturas, sem a necessidade de dispositivos externos. Pelo contrário, para que ocorra a transferência de calor de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais elevada, requer dispositivos especiais que operam num ciclo termodinâmico, designado por refrigeração<ref>[3] Carvalho,Duarte Anabela, high efficiency ground source heat pump systems for sustainable building space conditioning, Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia. Coimbra ( 2015).</ref>.
Assim, para realizar essa transferência de energia, o refrigerador recebe energia externa na forma de trabalho ou calor do ambiente. O ciclo de refrigeração mais utilizado é o ciclo de refrigeração por compressão a vapor (Figura 2), que envolve quatro componentes principais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.
No ciclo de refrigeração por compressão a vapor, o refrigerante entra no compressor como um gás e é comprimido até a pressão do condensador. O gás deixa o compressor a uma temperatura relativamente alta e quando chega ao condensador este arrefece e condensando à medida que passa pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor para o meio circundante. De seguida, o refrigerante entra numa válvula de expansão, onde a pressão e temperatura diminuem drasticamente devido ao efeito de estrangulamento. O refrigerante de baixa temperatura entra então no evaporador, onde é evaporado, absorvendo o calor do espaço refrigerado. O ciclo é concluído quando o refrigerante sai do evaporador e entra novamente no compressor. <ref>[4]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf</ref>
O objetivo de uma bomba de calor passa por manter um espaço aquecido a uma temperatura alta. Isso é conseguido absorvendo calor de uma fonte de baixa temperatura, como água, terra ou ar frio no inverno, e fornecendo este calor para o meio de alta temperatura.

<big>Eficiência das bombas de calor</big>

Eficiência das bombas de calor é medida pelo coeficiente de desempenho, o COP. Este, é definido pela relação entre o calor total fornecido pela bomba de calor e quantidade de eletricidade necessária para acionar a bomba de calor. Quanto maior o valor de COP maior é a eficiência da bomba. No entanto, sabe-se que a maior parte da energia elétrica necessária para acionar o compressor é libertada para o líquido refrigerante na forma de calor. Assim, há maior disponibilidade de calor no condensador do que o calor extraído no evaporador.
A definição de COP, para uma bomba de calor, é normalmente expressa em COPh:

O COPh, depende de vários fatores, entre eles destaca-se a diferença de temperatura entre a condensação e a evaporação, ou seja, quando a temperatura de evaporação é elevada leva a um aumento no COPh, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa o valor do COPh é menor. Logo, quanto menor a diferença de temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o COPh (Figura 3) e, por conseguinte, menor é eficiência. Outros fatores que influenciam a eficiência é o tipo de refrigerante utilizado, o controlo do sistema, a eficiência de equipamentos periféricos como ventiladores, bombas, etc.[5

O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de Carnot (Equação 2):

Esta eficiência é descrita para um ciclo de compressão ideal e depende da temperatura de condensação e de evaporação. Contudo, na prática, tal não é possível, uma vez que existem fatores/parâmetros que influenciam negativamente a eficiência. Assim o COPh real é dado pelo produto da eficiência de Carnot e pela eficiência do sistema (Equação 3). Sendo que, a eficiência do sistema varia entre 50% e 70% [5].

Tipos de Refrigerantes

A escolha do refrigerante é dependente da aplicação final. Existem vários critério de seleção, tais como: a gama de temperaturas ( acima de uma determinada temperatura o refrigerante atinge uma temperatura supercrítica, isto é, a fase fluida e gasosa não se conseguem distinguir), a pressão (alguns refrigerantes sujeitos a elevadas temperaturas levam ao aumento da pressão o que inviabiliza o funcionamento da bomba de calor, a baixas pressões faz aumentar o volume de varrimento, logo implicam maiores custos de investimento – Figura 4) , a eficiência energética da bomba de calor, o ciclo de termodinâmico de cada refrigerante e o tamanho da instalação industrial

Os refrigerantes podem ser de dois tipos, naturais ou sintéticos. Dentro dos naturais, destacam-se o butano (R600), o isobutano (R600a), a Amónia (R717), o C02 (R744) e a água (R718). O butano e o isobutano são usados para bombas de calor com temperaturas superiores a 80ºC e para instalações de refrigeração. A amónia é o refrigerante natural mais usado em instalações industriais de grande escala, tendo como vantagens: a sua alta eficiência, não contribui para o efeito de estufa e ainda, pode fornecer calor a uma temperatura até 90 ºC. Relativamente ao refrigerante CO2, este muitas vezes é combinado com amónia de maneira a diminuir o consumo de amónia no sistema. A água é o refrigerante que pode ser facilmente adquirido, não causando danos significativos ao meio ambiente e pode ser usada a temperaturas superiores a 100ºC [5].

Os refrigerante sintéticos mais comumente usados são: os hidrofluorocarbonetos ( R134a, R407c eR410a). Estes tipos de refrigerantes tem a particularidade, comparativamente com os refrigerantes sintéticos, de contribuírem negativamente para o efeito de estufa. O R407C e o R410A são aplicados em sistemas de bomba de calor de médio e pequeno porte, enquanto que o R134A é usado em sistema de bomba de calor de médio ou grande porte.
Classificação das bombas de calor
De acordo com o fluido usado para a transferência de calor (HPs) da fonte fria para a bomba de calor, e da bomba de calor para a fonte quente, podem haver 3 tipos: bombas de calor de fonte de ar (ASHP), bombas de calor de fonte de água (WSHP) e bombas de calor de fonte no solo (GSHP)[6].
Bombas de calor de fonte de ar (ASHP)
A fonte de calor deste tipo de bombas é o ar externo, sendo estas divididas em HPs ar para ar e HPs ar para água, de acordo com o fluido de transferência de calor utilizado para a distribuição de energia (água ou ar). Estas são as mais usadas a nível industrial e funcionam de forma mais eficiente em climas moderados.
Bombas de calor de fonte de água (WSHP)
Neste tipo de bombas a água é a fonte de calor onde ocorre a dissipação do calor através desta. A água é o elemento mais abundante no planeta Terra, logo é facilmente extraída de lagos, lagoas, riachos, poços ou águas subterrâneas. Este tipo de bombas esta subdivido em dois grupos: os HPs água para ar que utilizam o ar para transmitir calor a partir do espaço condicionado e os HPs água para água, estes usam água como fonte de calor e afundam para o aquecimento e arrefecimento.
Bombas de calor de fonte no solo (GSHP)
Este tipo de bombas de calor aproveitam a energia térmica armazenada no subsolo. As temperaturas do solo são relativamente constantes, oferecendo desta forma uma operação mais eficiente. No entanto, a instalação deste tipo de bombas requer mais custos associados devido à necessidade de escavação e instalações de tubulação subterrânea.
Aplicações
As bombas de calor são usadas no mercado e na indústria. Relativamente ao mercado estas são usadas em restaurantes, hotéis, hospitais, entre outros. Dependendo do fim do seu uso, isto é, para arrefecer (ar condicionado e arrefecimento de águas potável) ou para aquecer (aquecimento de água de banho, saneamento) [7].
Na indústria as bombas de calor são usadas essencialmente em processos de secagem, lavagem, aquecimento de água do processo com calor residual de um sistema de refrigeração, na pauteurização e muitas outras aplicações.