Bomba de calor –

Ar-condicionado, bombas de calor e bombas para piscinas

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
Esquema de funcionamento de uma bomba de calor em uma residência

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