Como funciona uma bomba de calor?
Você já ouviu falar da bomba de calor? Sabe o que é esse equipamento? No artigo de hoje, vamos te ensinar como funciona uma bomba de calor. Então, vamos lá pessoal!
A bomba de calor é um equipamento mecânico que tem por finalidade realizar a transferência de calor de uma fonte fria para uma fonte quente.
As bombas de calor são projetadas para movimentar a energia térmica com sentido oposto ao fluxo de calor.
O princípio operacional de refrigeradores, condicionadores de ar e bombas de calor é o mesmo e é exatamente o inverso de um motor de aquecimento.
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Em geral, uma bomba de calor é um dispositivo que transfere energia térmica de uma fonte de calor para um “dissipador de calor”, mas, neste caso, a transferência ocorre na direção oposta da transferência espontânea de calor, absorvendo o calor de um espaço frio e liberando-o para um mais quente.
Ao realizar um trabalho externo, o calor é retirado de uma região de baixa temperatura (fonte de calor) e uma quantidade maior de calor é exaurida em uma temperatura mais alta (dissipador de calor).
O ciclo ou método termodinâmico mais utilizado para aquecimento, ar condicionado, geladeiras e bombas de calor é o ciclo de compressão de vapor .
Seu princípio de funcionamento se dá através da transferência de calor, utilizando a potência externa para fazer o transporte de energia de um meio frio para um meio quente.
Para realizar essa movimentação, as bombas de calor possuem um compressor, um condensador, uma válvula de expansão, um evaporador e um líquido refrigerante.
Para fazer essa movimentação de energia, o refrigerador precisa receber energia externa na forma de trabalho.
O ciclo de refrigeração por compressão a vapor é o ciclo mais usado quando se trata de ciclo de refrigeração, pois ele envolve os quatro principais equipamentos.
Neste ciclo, o líquido refrigerante entra como um gás no compressor, sendo comprimido até alcançar a pressão necessária para ser transferido ao condensador.
Quando essa pressão é alcançada, o gás deixa o compressor com sua temperatura moderadamente elevada, com o objetivo de resfriar o gás ao chegar no condensador.
Esse resfriamento faz com que o gás comece a condensar conforme vai passando pelas bobinas do condensador, rejeitando o calor e o enviando para um meio circundante.
O gás refrigerante sai do condensador e é encaminhado para a válvula de extensão. Quando chega a essa parte do ciclo, o efeito de estrangulamento causa a diminuição drástica da pressão e da temperatura.
O líquido refrigerante sai da válvula de expansão com a temperatura e a pressão baixa e é encaminhado para o evaporador, onde ocorre a sua evaporação. Para concluir o ciclo, o líquido refrigerante sai do evaporador, chegando novamente no compressor.
Veja na imagem abaixo um exemplo de bomba de calor.
Imagem de uma bomba de calor.
Fontes de energia
As bombas de calor podem utilizar diferentes fontes de energia. A melhor fonte de energia para cada caso depende das particularidades do local e da necessidade de calor, como:
- Ar: disponibilidade praticamente ilimitada, mínimos custos de investimento
- Solo: através de serpentina subterrânea, sonda terrestre ou acumulador de gelo, alta eficiência
- Água: eficiência especialmente elevada, entretanto, é importante estar atento à qualidade da água
- Calor residual: depende da disponibilidade, quantidade e nível da temperatura do calor residual
Coeficiente de rendimento
O coeficiente de rendimento COP (COP = Coefficient of Performance) é a relação de calor emitido e a potência absorvida. O coeficiente de rendimento anual é a média dos valores COP ocorridos durante um ano.
O coeficiente de rendimento serve para comparar bombas de calor em termos de eficiência, sendo que o valor COP apenas existe num dado momento de funcionamento e à temperaturas de funcionamento estabelecidas.
Para a planificação de uma instalação, o seu funcionamento deve ser observado durante todo o ano.
Para tal, é fixada a quantidade de calor emitida durante o ano relativamente ao trabalho elétrico realizado pela instalação da bomba de calor durante o mesmo intervalo de tempo.
Desta forma, quanto maior for o valor do COP, maior será a eficiência da bomba de calor.
No modo de aquecimento, as bombas de calor são três a quatro vezes mais eficazes no aquecimento (ou seja, podem ter COP = 4) do que simples aquecedores de resistência elétrica que usam a mesma quantidade de eletricidade.
O custo normalmente instalado para uma bomba de calor é cerca de 20 vezes maior do que para aquecedores de resistência.
No aquecimento, a bobina externa é um evaporador, enquanto a interna é um condensador. Já para o resfriamento , o fluxo é invertido e a bobina externa é um condensador, enquanto a interna é um evaporador.
O COP para o modo de resfriamento é menor que o modo de aquecimento, porque o trabalho realizado pelo compressor é utilizado apenas durante o modo de aquecimento.
Para aprender como economizar na conta de energia usando ar-condicionado, assista o vídeo abaixo!
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Sobre o autor
Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.
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