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Ar-condicionado, bombas de calor e bombas para piscinas


Uma das coisas que mais surpreende as pessoas que lidam com piscinas pela primeira vez e precisam aquecê-las e o modo como é feito o aquecimento delas.

A pessoa tende a pensar que a piscina é aquecida por um enorme aquecedor a gás ou então por resistências elétricas tal como um chuveiro elétrico. Aquecer a gás uma piscina é viável em termos financeiros o que não ocorre com o uso de resistências elétricas

Na verdade, grande parte das piscinas é aquecida com equipamentos que seguem o mesmo princípio de um ar-condicionado comum. São as chamadas bombas de calor (popularmente chamam-nas de bombas de piscina).

Todo ar-condicionado é uma bomba de calor, só que ao invés de aquecer, refrigera. Por isso muitas instalações de bombas de piscina usam compressores de ares-condicionados.

Utilizam-se bombas de calor em aquecimento de água de piscinas devido à grande eficiência energética que apresentam, em comparação com outros meios como resistências ou gás. Por exemplo, para aquecer uma mesma quantidade de água gasta-se com uma bomba de calor apenas 20% do que seria gasto com resistências elétricas.

A física por trás de uma bomba de calor / bomba de piscina

Assim como temos unidades para medirmos energia elétrica e energia mecânica, temos também unidades para medirmos energia térmica.

Para medição da energia térmica são usadas a Caloria e o BTU (Unidade Térmica Inglesa). Existe uma relação definida entre as unidades de calor e as outras unidades de energia. Como exemplo, 1 quilowatt-hora (kwh) é igual a 3.413 BTU. A energia elétrica pode ser convertida diretamente em calor. Um quilowatt-hora consumido numa resistência, fornece 3.413 BTU.

Contudo, na prática o calor não pode ser convertido diretamente em energia elétrica. Numa usina geradora de eletricidade, por exemplo, o calor é usado para produzir vapor e este por sua vez é usado para acionar a turbina geradora. Um quilowatt-hora de energia elétrica, evidentemente, não pode ser obtido de 3.413 BTU de calor, porque a caldeira e a turbina geradora não são totalmente eficientes.

No caso de um sistema de refrigeração, 1 quilowatt-hora fornecido a um motor poderá produzir mais do que 3.413. BTU de refrigeração. Dando um exemplo, uma unidade condensadora de 1 HP com um consumo de 1 quilowatt, poderá ter uma capacidade de 10.000 BTU/hora. Aparentemente, parece que a unidade condensadora tem uma eficiência de quase 300%. Isto naturalmente não é verdadeiro.

Na realidade, em um sistema de refrigeração, a energia elétrica não é diretamente convertida em calor. Ao contrário, o sistema de refrigeração atua como uma bomba de calor de alto rendimento elevando, simplesmente, unidades de calor, de um nível de temperatura (evaporador), para uma temperatura mais elevada (condensador) e por conseguinte uma pequena quantidade de energia elétrica fornecida ao sistema é capaz de mover uma grande quantidade de energia térmica..

O compressor é exatamente o responsável por fazer esse processo: recebe um gás relativamente frio, superaquecido, vindo do evaporador, aumenta sua pressão e por conseguinte eleva também a sua temperatura. Na saída do compressor teremos um gás superaquecido, com uma temperatura e pressão bem maiores do que na entrada dele. Esse processo ocorre em um ciclo fechado, com o aumento e diminuição de temperatura e pressão sucessivamente, permitindo ao equipamento ir retirando calor de um ambiente e passá-lo para outro. O nome técnico é ciclo termodinâmico.

Por isso muitas piscinas são aquecidas por bombas de calor cujo funcionamento é idêntico ao de um ar-condicionado invertido.

O princípio de funcionamento da bomba de calor não é recente. Sua origem está na determinação por Carnot, em 1824, dos conceitos de ciclo e reversibilidade e pela conceituação teórica, depois, de Lorde Kelvin, que definiu que um gás pode comportar-se ciclicamente, expandindo-se e contraindo-se, recebendo e expulsando calor.

Os sistemas mais modernos de condicionamento de ar permitem, ao mesmo tempo, refrigerar um ambiente e produzir calor para esquentar a água de uma construção. A tendência é que cada vez mais os chillers industriais venham com essas funcionalidades embutidas.

esquema de funcionamento  de uma bomba de calor em uma residência

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