Trabalho Trocador de Calor (Bomba de calor)

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Trocador de Calor
Trocador de Calor
 Trocador de calor é um equipamento que opera geralmente em
regime permanente e no qual um fluido escoa através de um tubo
ou sistema de tubos, onde calor é transferido do fluido ou para o
fluido. O fluido pode ser aquecido ou resfriado e pode ou não estar
em ebulição, passando de líquido para vapor, ou em
condensação, passando de vapor para líquido.
Classificação dos Trocadores de Calor
Classificação dos Trocadores de Calor
 Contato direto: Neste trocador, os dois fluidos se misturam e envolvem transferência de
massa além de transferência de calor.
 Contato indireto:
Transferência direta: Neste tipo, há um fluxo contínuo de calor do fluido quente ao frio
através de uma parede que os separa, não há mistura entre eles, pois cada corrente
permanece em passagens separados.
Tipo de armazenamento: Em um trocador de armazenamento, os ambos fluidos
percorrem alternativamente as mesmas passagens de troca de calor. Para aquecimento, o
fluido quente atravessa a superfície de transferência de calor e a energia térmica é
armazenada na matriz. Posteriormente, quando o fluido frio passa pelas mesmas
passagens, a matriz “libera” a energia térmica (em refrigeração o caso é inverso).
Trocador de Calor
Trocador de Calor
Bomba de Calor
Histórico
 Princípio de funcionamento descoberto por William Thomson (Lord
Kelvin) em 1852.
Histórico
 Tecnologia pouco conhecida e aplicada no Brasil, os primeiros
equipamentos datam do início da década de 80 (aquecimento de
piscina);
 Nos países de clima frio, verifica-se a larga aplicação de Bombas
de Calor na calefação de ambientes.
Definição
 Move o calor de um lugar para outro, tira o calor de um ambiente
quente e o transfere para um ambiente frio.
 São equipamentos que realizam trocas térmicas entre dois fluídos
com emprego de Trabalho externo, independente da temperatura
dos fluídos.
 Tipicamente chamado de ar-condicionado, que opera ao
contrário.
Classificação das Bombas de Calor
Classificação quanto ao sistema de aquecimento das Bombas:
 Bomba de Calor Reversível: Seu Sistema de aquecimento pode ser
revertido. Por exemplo, no inverno ela aquece o interior da
residência o no verão ela o esfria.
 Bomba de Calor Não Reversível: Faz a troca de calor em apenas
um sentido. Por exemplo, ele retira o calor do interior da residência
e transfere para o ambiente exterior.
Classificação das Bombas de Calor
Classificação quanto aos meios em que vão realizar a troca de calor:
 Bomba de Calor Ar/Ar
 Bomba de Calor Ar/Água
 Bomba de Calor Água/Água
 Bomba de Calor Geotérmica
Fontes de Calor
 O desempenho de uma bomba de calor está diretamente
relacionado com as características da fonte de calor empregada.
Uma fonte de calor ideal para bombas de calor tem uma
temperatura alta e estável, deve ser também disponível em
abundância, não ser corrosiva ou poluída e sua utilização
necessitar de poucos investimentos e ter um custo de utilização
baixo.
Tipos de Fontes de Calor
 Ar ambiente
 Ar de exaustão (ventilação)
 Lençóis d’água
 Solo
 Água de rios e lagos
 Água do mar
 Calor geotérmico (rochas)
 Água proveniente de processos 
industriais e efluentes
Funcionamento de uma Bomba de Calor
1. Fluido expande (válvula de
expansão), muda de estado (gás) e
diminui de temperatura.
2. O ar do ambiente transfere energia
térmica (calor) para o fluído resfriado
(no evaporador);
3. Fluido é então comprido
(compressor), muda de estado
(líquido), aumenta de temperatura,
e tem seu calor dissipado na água
da piscina por meio de um trocador
de calor;
Funcionamento de uma Bomba de Calor
Aplicações de Bombas de Calor
Aplicações de Bombas de Calor
Vantagens
 Utilizam energias renováveis
 Alta eficiência energética
 Reduz o consumo de energia
 Operação segura e confiável
 Baixo impacto arquitetônico (dimensões reduzidas)
 Possibilidade de associar, em um único equipamento, sistemas de
aquecimento e de ar-condicionado (redução de investimento)
Desvantagens
 Investimento inicial alto
 Desconhecimento da tecnologia (aplicabilidade) e dos resultados
já obtidos
 Falta de um mapeamento do potencial de aplicações e os
possíveis resultados de economia
Coeficiente de Performance (COP)
 É a relação entre o calor transferido (QH) e o trabalho aplicado
(W), e as temperaturas da fonte quente(Tq) e da fonte fria(Tf).
𝐶𝑂𝑃 =
𝑇𝑞
𝑇𝑞 − 𝑇𝑓
𝐶𝑂𝑃 =
𝑄𝐻
𝑊
Exercício 1
Propõe-se instalar uma bomba de calor para aquecer uma piscina,
num local onde a temperatura ambiente é de 26 OC e temperatura
desejada da água seja 82 OC. Qual é o rendimento térmico máximo
possível de operação da bomba ?
Exercício 2
A performance de uma bomba de calor piora (isto é, seu COP
diminui) com o decréscimo da temperatura da fonte de calor. Isto
torna o uso das bombas de calor bastante ineficiente em situações de
tempestades de neve e baixíssimas temperaturas. Considere uma
casa que deve ser aquecida e mantida a 20 OC por uma bomba de
calor durante o inverno. Qual é o máximo COP para esta bomba, se o
calor precisar ser retirado do ambiente externo a:
(a) 10 OC, (b) -5 OC e (c) a – 30 OC?
Referências Bibliográficas
 SONNTAG, Richard E.; BORGNAKKE, Claus. Introdução à
Termodinâmica para Engenharia. Rio de Janeiro: LTC, 2003.
 RIBEIRO, Gustavo S. Bombas de Calor. Disponível em: <
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAWbIAB/apresentacao-
bombas-calor>. Acesso em: 15 de maio. 2017.
 IRRAZABAL, Washington. Aula 23 – Trocadores de Calor. Disponível
em: < http://www.ufjf.br/washington_irrazabal/files/2014/05/Aula-
23_Trocadores-de-Calor.pdf >. Acesso em: 15 de maio. 2017.