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2025-06-30 18:12:40 David Gonçalves: Added attachment(s): Bombas_de_Calor.md.
/dev/null .. Utilidades industriais/Equipamentos/Bombas_de_Calor.md
@@ 0,0 1,216 @@
+ **Bomba de Calor**
+
+ 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.
+
+ <img src="./Bombas de Calor/media/image1.png"
+ style="width:3.25in;height:1.82778in"
+ alt="https://scontent.fopo1-1.fna.fbcdn.net/v/t1.15752-9/53117677_305627930146790_3072006685955457024_n.png?_nc_cat=105&amp;_nc_ht=scontent.fopo1-1.fna&amp;oh=9013fd0f0bd832efa58afb4b197a2f80&amp;oe=5CE2D1F0" />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.<sup>\[2\]</sup>
+
+ Figura 1-Bomba de Calor.<sup>\[1\]</sup>
+
+ **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<sup>\[3\]</sup>.
+
+ 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. <sup>\[4\]</sup>
+
+ 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.
+
+ <img src="./Bombas de Calor/media/image2.png"
+ style="width:4.08333in;height:2.49306in" />
+
+ Figura 2- Ciclo termodinâmico de uma bomba de calor.<sup>\[4\]</sup>
+
+ **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
+ COP<sub>h</sub>:
+
+ $${COP}\_{h} = \frac{Q\_{useful\\heat}}{Q\_{electric}} \approx \frac{Q\_{waste\\heat}}{Q\_{electric}} + 1\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\(1)$$
+
+ <img src="./Bombas de Calor/media/image3.png"
+ style="width:4.34861in;height:2.61875in" alt="IMG_256" />O
+ COP<sub>h</sub>, 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
+ COP<sub>h</sub>, no entanto quando a temperatura de condensação é baixa
+ o valor do COP<sub>h</sub> é menor. Logo, quanto menor a diferença de
+ temperaturas entre a condensação e a evaporação, menor é o
+ COP<sub>h</sub> (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.<sup>\[5\]</sup>
+
+ Figura 3- Variação do COP<sub>h</sub> com a diferença de temperatura de
+ condensação e de evaporação. <sup>\[5\]</sup>
+
+ O cálculo da eficiência máxima teórica, é descrito pela eficiência de
+ *Carnot* (Equação 2)*:*
+
+ $${COP}\_{h,\\Carnot} = \frac{T\_{cond}}{T\_{cond} - T\_{evap}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\(2)$$
+
+ 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 COP<sub>h</sub> 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%
+ <sup>\[5\]</sup>.
+
+                     *C**O**P*<sub>*h*</sub> = *η*. *C**O**P*<sub>*h*, *C**a**r**n**o**t*</sub>                                                                  (3)
+
+ **Tipos de Refrigerantes**
+
+ <img src="./Bombas de Calor/media/image4.jpeg"
+ style="width:5.09375in;height:2.44653in"
+ alt="P-T Diagram refrigerants heat pump" />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.
+
+ Figura 4 -Relação entre a pressão e temperatura para cada
+ refrigerante<sup>\[5\]</sup>.
+
+ 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 C0<sub>2</sub> (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 CO<sub>2</sub>, 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 <sup>\[5\]</sup>.
+
+ 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)<sup>\[6\]</sup>.
+
+ **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) <sup>\[7\]</sup>.
+
+ 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.
+
+ \[1\] <https://www.britannica.com/technology/heat-pump>
+
+ \[2\]<https://www.gea.com/en/products/geafxp.jsp?fbclid=IwAR2qdacoi04nrkIGxKEAGuqwBV6zp_rjWIUYqLPPOJA4c8AJJ5B9gGAN-0>
+
+ \[3\] 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).
+
+ \[4\]<https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf>
+
+ \[5\] <http://industrialheatpumps.nl/nl/>
+
+ \[6\] <https://www.delcohvac.com/types-of-heat-pumps/>
+
+ \[7\] Gagneja1, Pundhir, Heat Pumps and Its Applications, Int’l Journal
+ of Advances in Chemical Engg., & Biological Sciences (IJACEBS) Vol. 3,
+ Issue 1 (2016).
+
+ Trabalho elaborado por:
+
+ Adriana Moreira
+
+ Daniela Moreira
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