**Bombas 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.  **Figura 1**-Bomba de Calor <sup>\[1\]</sup> 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> **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.  **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>: $${COP}\_{h} = \frac{Q\_{useful\\heat}}{Q\_{electric}} \approx \frac{Q\_{waste\\heat}}{Q\_{electric}} + 1\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\(1)$$  **Figura 3**- Variação do COP<sub>h</sub> com a diferença de temperatura de condensação e de evaporação <sup>\[5\]</sup> 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> 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**  **Figura 4** -Relação entre a pressão e temperatura para cada refrigerante <sup>\[5\]</sup> 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 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