projecto de uma bomba de calor

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Projecto de uma Bomba de Calor com aproveitamento de

Energia Solar

Richworld Renewables

Ricardo Ferreira

Relatrio do projecto final do MIEM

Orientador na Richworld Renewables: Eng. Fernando Ferreira

Orientador na FEUP: Prof. Clito Afonso

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica

Julho de 2010

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Resumo

As bombas de calor so equipamentos que permitem a movimentao de calor de forma

eficiente em sentido contrrio ao natural. Estas mquinas podem ser utilizadas para suprir as

necessidades de climatizao e de aquecimento de guas sanitrias de um domiclio. A fontede energia renovvel mais utilizada neste tipo de aplicaes o solar trmico, pelo que a

associao das duas compatvel e natural. Com este trabalho aspira projectar-se um sistema

deste gnero.

A reviso bibliogrfica pretende ser uma recapitulao dos conceitos tericos e,

simultaneamente, uma recolha de argumentos e prticas que permitam um correcto fabrico

deste tipo de equipamentos.

Define-se concretamente o objectivo da mquina a projectar e dimensionam-se

componentes para um prottipo. Realiza-se uma simulao numrica e modelao a trs

dimenses dos componentes seleccionados. Discutem-se as opes tomadas, avaliam-se as

perspectivas futuras e apresentam-se os argumentos que levaram impossibilidade de

construo do prottipo.

Conclui-se que o sucesso deste projecto passa pela utilizao do ciclo de compresso de

vapor e uma construo do tiposplit. A integrao solar dever ser efectuada no acumulador e

o controlo dever privilegiar esta forma energtica.

H ainda espao para delinear as prximas tarefas.

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Abstract

Heat pumps are equipments that promote efficient heat flux from low to high

temperature sources. These machines can be used to meet air conditioning and domestic hot

water needs. The most common renewable energy source used for this type of application issolar thermal energy, so the association between both comes natural. This work aims to

develop a system of this kind.

During the revision of the theoretical concepts, there was also a gathering of arguments

and practical techniques to help the construction of such equipment.

A clear definition of the project is prepared as well as the sizing of different components

for a prototype. A numeric simulation was run and a three dimensional representation

presented. We then discuss the options taken, assess the future perspectives and present the

arguments that led to the impossibility of building the prototype

We conclude that the success of the project depends on the utilization of the single stage

vapor compression cycle and split construction. Solar integration must be made in the

accumulator and the controller should prioritize this source of energy.

Finally, the next tasks are delineated.

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Agradecimentos

empresa Richworld Renewables e, em especial, ao seu administrador Dr. Pedro

Correia de Carvalho pela inigualvel oportunidade que me proporcionou com este estgio e

respectiva bolsa. Ao meu orientador interno, Eng. Fernando Ferreira, que foi muitas vezes oelo de ligao entre a teoria e a prtica, com a certeza que os seus conhecimentos na rea

foram indispensveis para a concretizao deste trabalho. Ao Eng. Delfim Valente pelo apoio

constante e formao de todos os mbitos. Aos restantes colegas que, embora no tendo tido

participao directa no presente trabalho, ajudaram em grande parte da formao que obtive

com este estgio.

Ao Professor Clito Afonso, meu orientador na Faculdade, pelo apoio prestado em todas

as etapas da tese. A sua ajuda, limitada pelo facto de me encontrar a maior parte do tempo na

empresa, foi de uma exactido sem igual.

Aos meus colegas de curso pelo apoio em todo os momentos de formao que agora se

agregam neste trabalho. Em especial aos amigos Joo Almeida e Hugo Sousa, agradeo a

pacincia e boa disposio com que enfrentaram todos os momentos.

Aos amigos em geral pelos momentos de descontraco que me proporcionam, pois sem

estes seria mais difcil trabalhar.

famlia e namorada pela formao, apoio incondicional e tudo mais.

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ndice

RESUMO .....................................................................................................................................III

ABSTRACT ...................................................................................................................................VAGRADECIMENTOS ...................................................................................................................VII

NDICE ........................................................................................................................................IX

NDICE DE FIGURAS .....................................................................................................................XI

NDICE DE TABELAS .................................................................................................................XIII

NOMENCLATURA ......................................................................................................................XV

1.INTRODUO........................................................................................................................... 1

1.1.ASPECTOS GERAIS.............................................................................................................. 1

1.2.AEMPRESA RICHWORLD RENEWABLES.............................................................................. 2

1.3.ENQUADRAMENTO DA TESE............................................................................................... 3

1.4.OBJECTIVOS....................................................................................................................... 4

2.REVISO BIBLIOGRFICA......................................................................................................... 5

2.1.INTRODUO TERICA....................................................................................................... 5

2.1.1. Ciclo frigorfico de Carnot ......................................................................................... 6

2.1.2. Ciclo de compresso de vapor .................................................................................... 7

2.1.3. Outras consideraes sobre sistemas de refrigerao ............................................... 11

2.2.PRINCIPAIS CONSTITUINTES DO CICLO DE COMPRESSO DE VAPOR................................... 11

2.2.1. Fludo frigorfico ...................................................................................................... 11

2.2.2. Compressores ........................................................................................................... 14

2.2.3. Sistemas de expanso ............................................................................................... 17

2.2.4. Permutadores de Calor ............................................................................................. 22

2.3.MONTAGEM DE UM SISTEMA FRIGORFICO........................................................................ 28

2.4.ESTADO DA ARTE............................................................................................................. 31

2.4.1. Classificao ............................................................................................................. 31

2.4.2. Performances ............................................................................................................ 32

2.4.3. Breve perspectiva histrica ....................................................................................... 35

2.4.4. Mercado .................................................................................................................... 35

2.4.5. Estudo econmico..................................................................................................... 37

2.4.6. Impacto Ambiental ................................................................................................... 39

2.4.7. Estudo Exergtico ..................................................................................................... 40

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2.5.FONTES