projecto de uma bomba de calor

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  • 5/22/2018 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