manual bomba de calor - dem.isep.ipp.pt · j) utilize a bc única e exclusivamente para o fim a que...
TRANSCRIPT
MANUAL
BOMBA DE CALOR
Outubro de 2016
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 2 de 16
Índice
1. Introdução ..................................................................................................................... 3
2. Regras de segurança gerais de utilização do LAVAC ................................................... 4
3. Regras de segurança específicas na utilização da instalação experimental ................. 5
3.1. Obrigatoriedades na utilização da instalação experimental .................................... 6
3.2. Perigos na utilização da instalação experimental ................................................... 6
4. Procedimentos experimentais ....................................................................................... 7
4.1. Experiência nº1...................................................................................................... 7
4.1.1. Objetivos da experiência ................................................................................ 7
4.1.2. Descrição da instalação .................................................................................. 7
4.1.3. Lista da instrumentação ................................................................................ 14
4.1.4. Procedimento experimental .......................................................................... 14
4.1.5. Bibliografia .................................................................................................... 14
Anexos .............................................................................................................................. 15
Lista de Figuras
Figura 1 – Vista completa dos componentes da instalação .................................................. 8 Figura 2 – Painel Solar Termodinâmico. .............................................................................. 9 Figura 3 – Esquema do termoacumulador ........................................................................... 9 Figura 4 – Bloco Termodinâmico ....................................................................................... 10 Figura 5 – Grupo de segurança. ........................................................................................ 11 Figura 6 – Localização do vaso de expansão. ................................................................... 11 Figura 7 – Válvula redutora de pressão. ............................................................................ 12
Lista de Tabelas
Tabela 1 – Lista dos pontos de medição. ........................................................................... 13
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 3 de 16
1. Introdução
A Instalação da Bomba de Calor localiza-se na Casa Inteligente, tendo como principais
vetores orientadores, a realização de ensaios de cálculo de eficiência de instalações de
aquecimento de águas sanitárias (AQS).
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 4 de 16
2. Regras de segurança gerais de utilização do LAVAC
a) Não é permitida a entrada de alimentos e outros objetos impróprios na EA;
b) Não é permitido o registo de imagem ou áudio sem autorização prévia do Diretor da
EA;
c) É obrigatória a utilização do equipamento de proteção padrão, de acordo com o
indicado na tabela 2 do anexo I do Regulamento das Estruturas de Apoio do
Departamento de Engenharia Mecânica;
d) É obrigatória a utilização do equipamento de proteção adicional requerido por
determinados equipamentos, de acordo com o indicado no respetivo procedimento e
na sinalética do equipamento;
e) Não é permitido o uso de determinado vestuário e outros adereços que ponham em
risco a integridade física dos utilizadores ou a de terceiros, de acordo com o indicado
na tabela 3 do anexo I do Regulamento das Estruturas de Apoio do Departamento
de Engenharia Mecânica;
f) É obrigatório o cumprimento das proibições adicionais aplicadas a determinados
equipamentos, de acordo com o indicado no respetivo procedimento;
g) É obrigatória a leitura dos procedimentos dos equipamentos antes da execução dos
respetivos trabalhos;
h) É obrigatório respeitar a sinalização de segurança afixada junto ao espaço de
trabalho;
i) É obrigatório respeitar as áreas de segurança delimitadas e manter livres os locais
de passagem;
j) Todos os meios disponíveis devem ser usados corretamente, e mantidos limpos e
organizados após a sua utilização;
k) Todas as anomalias detetadas devem ser imediatamente reportadas ao Docente
e/ou Pessoal Técnico da EA;
l) Podem ser impostas restrições de acesso a utilizadores que não cumpram estas
regras.
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 5 de 16
3. Regras de segurança específicas na utilização da instalação experimental
a) Antes de iniciar qualquer trabalho no laboratório, deve ler as instruções fornecidas para cada aparelho.
b) Não deverá realizar a experiência sozinho.
c) Antes de iniciar o funcionamento da instalação deverá tomar conhecimento do modo de paragem em caso de emergência.
d) A Bomba de Calor (BC) só deverá funcionar se o termoacumulador tiver abastecido de água.
e) A BC só deverá funcionar se contiver a carga adequada de fluido frigorigéneo.
f) A BC serve apenas para o aquecimento de água potável nos limites indicados de aplicação de temperatura.
g) Ao trabalhar na BC esta deve-se encontrar sempre sem tensão elétrica.
h) Antes de executar as medições experimentais, deve saber exatamente quais os resultados experimentais que lhe interessam para realizar os trabalhos, e como os vai obter.
i) Deverá ser cuidadoso quando utiliza a BC.
j) Utilize a BC única e exclusivamente para o fim a que se destinam.
k) Não exceda as condições máximas de operação da BC especificadas nos catálogos: temperatura, pressão, velocidade, etc.
l) Se verificar algo de anormal na utilização da BC, não hesite em comunicar ao diretor/técnico do laboratório.
m) Certifique-se que desligou a BC da fonte de tensão quando acabou o seu trabalho.
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 6 de 16
3.1. Obrigatoriedades na utilização da instalação experimental
Obrigatório o uso de bata;
Obrigatório o uso de protetores auditivos;
Obrigatório desligar a alimentação elétrica no final do procedimento experimental.
3.2. Perigos na utilização da instalação experimental
Não estão identificados perigos específicos na utilização da instalação
experimental.
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 7 de 16
4. Procedimentos experimentais
4.1. Experiência nº1
4.1.1. Objetivos da experiência
a. Determinação do coeficiente de desempenho de Carnot da bomba de calor.
b. Determinação do ciclo de compressão real no diagrama P-h.
c. Determinação do coeficiente de desempenho real da bomba de calor
utilizando o diagrama P-h.
d. Estudar o efeito da variação da temperatura ambiente exterior no valor do
coeficiente de desempenho real.
e. Determinação da incerteza do valor do coeficiente de desempenho real.
4.1.2. Descrição da instalação
A instalação é constituída pelos seguintes componentes:
Painel solar Termodinâmico
Termoacumulador
Bloco Termodinâmico
Fluido frigorigéneo R134A
Grupo de Segurança
Vaso de expansão
Válvula Redutora de pressão
Aquisição de dados
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 8 de 16
Figura 1 – Vista completa dos componentes da instalação
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 9 de 16
4.1.2.1. Painel Solar Termodinâmico
O painel solar é uma placa do tipo roll-bond fabricado em alumínio prensado de duplo
canalete com oxidação anódica pós-prensagem que lhe confere uma apresentação de cor
negra.
O painel tem as dimensões 2000mm x 800mm x 20mm.
As ligações do painel são em tubo de cobre com diâmetro interior de 1/4”.
Figura 2 – Painel Solar Termodinâmico.
4.1.2.2. Termoacumulador
O termoacumulador de água quente é vertical assente sobre o solo. A cuba é fabricada
em aço inox. O isolamento térmico de 35 – 45 mm de espessura. Sendo o seu revestimento
exterior em poliestireno de alto impacto.
Figura 3 – Esquema do termoacumulador
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 10 de 16
4.1.2.3. Bloco Termodinâmico
Denomina-se Bloco Termodinâmico ao componente que transfere a Energia captada
pelo painel solar em Calor transferido à água.
É assente numa estrutura em aço inox: onde se destaca: o compressor, permutador,
válvula de expansão, termostáto, pressostáto e resistência eléctrica.
A parte frontal do bloco possui dois tubos( Linha de aspiração e Linha de líquido),
destinados à ligação ao painel solar.
O bloco termodinâmico é acoplado ao termoacumulador através de 12 parafusos M10.
Figura 4 – Bloco Termodinâmico
4.1.2.4. Fluido frigorigéneo R134a
O R134a é um refrigerante HFC, e como tal, não é prejudicial à camada do ozono.
Têm uma grande estabilidade térmica e química, uma baixa toxidade, não é inflamável e é
compatível com a maioria dos materiais.
Podemos encontrar o diagrama Ph do fluido em anexo.
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 11 de 16
4.1.2.5. Grupo de segurança
O grupo de segurança permite que o sistema esteja protegido para situações de,
anomalias na alimentação de água fria, retorno de água quente, esvaziamento do
termoacumulador, pressões elevadas. É uma válvula de corpo em latão cromado, de acordo
com as normas europeias ISO 1487. A válvula está calibrada para actuar a 7 bar.
Figura 5 – Grupo de segurança.
4.1.2.6. Vaso de expansão
O vaso de expansão é um dispositivo destinado a compensar o aumento do volume
de água provocado pela subida da temperatura.
Figura 6 – Localização do vaso de expansão.
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 12 de 16
4.1.2.7. Válvula redutora de pressão
A válvula redutora de pressão deve ser sempre instalada a montante do grupo de
segurança, preparada para actuar em situações para as quais a pressão da rede seja
superior a 3 bar. Esta válvula faz-se acompanhar de um manómetro.
Figura 7 – Válvula redutora de pressão.
Características:
Corpo em latão cromado;
Pressão máx. a montante: 16 bar;
Pressão a jusante: 1-6 bar;
Temperatura Max. de funcionamento: 65ºC
Manómetro: 0-10 bar
Orifício roscado 3/4” (entrada e saída)
4.1.2.8. Aquisição de dados
Para a aquisição dos dados da temperatura é utilizado um DATA LOGGER com software
dedicado no PC com as seguintes características:
Marca: DELTA-T Devices
Modelo: DL2e Data Logger
Este equipamento permite adquirir até um máximo de 64 sinais de vários tipos de sondas
diferentes.
As temperaturas são adquiridas através de termopares do tipo T
As entradas do DATA LOGGER estão atribuídas conforme é possível ver na tabela seguinte:
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 13 de 16
Tabela 1 – Lista dos pontos de medição.
Nº Designação Sigla Unidade de medida
Nº de identificação datalogger
1 Temperatura de entrada da água no acumulador
TAE °C 2
2 Temperatura de água no acumulador 1
TAC1 °C 3
3 Temperatura de água no acumulador 2
TAC2 °C 4
4 Temperatura de água no acumulador 3
TAC3 °C 5
5 Temperatura de saída da água no acumulador
TAS °C 6
6 Registador de temperatura MCE kWh -
7 Pressão do fluido frigorigéneo à saída do compressor
Pcond kPa -
8 Pressão do fluido frigorigéneo à entrada do compressor
PEV kPa -
9 Temperatura ar ambiente interior
Tamb °C 7
10 Temperatura ar ambiente exterior
Text °C 8
11 Temperatura de entrada do fluido frigorigéneo no evaporador
Tent EV ext °C 9
12 Temperatura de saída do fluido frigorigéneo no evaporador
Tsaída EV ext °C 10
13 Temperatura evaporador 1 TEV1 °C 11
14 Temperatura evaporador 2 TEV2 °C 12
15 Temperatura evaporador 3 TEV3 °C 13
16 Temperatura evaporador 4 TEV4 °C 14
17 Temperatura evaporador 5 TEV5 °C 15
18 Temperatura evaporador 6 TEV6 °C 16
19 Temepratura do fluido frigorigéneo no troço de tubagem entre evaporador e compressor
TEV/COMP °C 17
20 Temperatura do fluido frigorigéneo à entrada do condensador
Tcond/ent °C 18
21 Temperatura do fluido frigorigéneo à saída do condensador
Tcond/sai °C 19
22 Temperatura do fluido frigorigéneo à entrada da válvula expansora
Tent/valv °C 20
23 Temperatura do fluido frigorigéneo à saída da válvula expansora
Tsai/valv °C 21
24 Temperatura do fluido frigorigéneo à entrada do compressor
Tcomp/ent °C 22
25 Temperatura do fluido frigorigéneo à saída do compressor
Tcomp/sai °C 23
26 Radiação solar (Piranómetro) Rsolar W/m2 24
27 Contador de água (caudalímetro)
Caudal água m3/h -
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 14 de 16
4.1.3. Lista da instrumentação
Registador de Energia FLUKE 1730
Analisador de refrigeração TESTO 557-2
Contador de Entalpia Schlumberger THERMIFLU
Piranómetro KIPP & ZONEN CMP 3
Datalogger DELTA-T DEVICES DL2e
Termpares tipo K e J
4.1.4. Procedimento experimental
Ligar a Bomba de Calor na tomada elétrica.
Aguardar que a bomba de calor atinja o ponto normal de funcionamento (no caso
de o compressor da BC não trabalhar abrir torneira de água que se encontra na banheira
da instalação sanitária da Casa Inteligente).
Registar os valores das grandezas físicas que não são guardadas no datalogger
(o período de recolha e amostragem dependem dos objetivos da experiência).
Após o ensaio descarregar os valores das grandezas físicas registadas no
datalogger.
Desligar a Bomba de Calor na tomada elétrica.
4.1.5. Bibliografia
Fluid MechanicsFrank M. White, 7th EditionCopyright 2011, McGraw-Hill,
ISBN: 9780071311212.
Fichas técnicas dos instrumentos de medição.
Mecânica dos FluidosFundamentos e Aplicações, 1a EdiçãoYunus A. Çengel
and John M. CimbalaCopyright 2008, McGraw-Hill, ISBN: 9788586804588.
Bomba de Calor
Manual_BC_v01_24102016 Página 15 de 16
Anexos
Diagrama P-h R134a.
