XVIII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica
SENDI 2008 - 06 a 10 de outubro
Olinda - Pernambuco - Brasil
Utilização de Bombas de Calor Associadas a Aquecimento Solar na Cidade dos Meninos
José Carlos Ayres de
Figueiredo
Professor Mauri Fortes
Antonio Carlos de Souza
Companhia Energética de
Minas Gerais
Consciente LTDA
Consciente LTDA
Autor 1 – [email protected]
Autor 2
Autor 3
Palavras-chave
Bomba
Calor
Solar
Resumo
O projeto foi executado na Cidade dos Meninos (Figura1), em Ribeirão das Neves, na Região
Metropolitana de Belo Horizonte que tem suas atenções voltadas para a promoção do menor carente,
priorizando o menor abandonado e de rua. O objetivo do projeto foi substituir 710 chuveiros elétricos
por bombas de calor associadas a placas de aquecimento solar responsáveis por cerca de 3.000 banhos
diários distribuídos em 100 casas e 3 alojamentos.
A instalação dos sistemas bomba de calor e aquecimento solar proporcionou uma economia de
220MWh/ano e diminuição de 480 KW de demanda no horário de ponta.
1. Introdução
O projeto iniciou-se com a solicitação dos responsáveis pela entidade, visando diminuir o consumo de
energia elétrica para banhos. Foi realizado um diagnostico energético levantando a Curva de Carga da
Cidade dos Meninos (Figura 2) e levantamentos arquitetônicos dos posicionamentos das casas e dos
vestiários.
O diagnostico mostrou um consumo de água quente para atender a aproximadamente 2600 alunos,
aproximadamente 3000 banhos por dia pois alguns alunos tomas mais de um banho pr dia, e devido a
disciplina existente na Cidade dos Meninos, onde muitas vezes as aulas terminam ao mesmo tempo,
ocorria uma coincidência muito grande nos horários de banho, ocasionando uma demanda, devido aos
banhos, próxima aos 650 kW (Figura 2).
Dois mil adolescentes moram e estudam na entidade e outros 400 estudam em regime semi-interno.
Além desses meninos, moram 112 mães remuneradas e 36 funcionários, totalizando 2.548 pessoas.
Estabeleceu-se como solução a instalação de bombas de calor associadas a sistemas de aquecimento
solar que economizam cerca de 85% da energia gasta nos banhos e retiram todo o consumo para banho
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do horário de ponta. As bombas de calor têm dispositivos que impedem seu funcionamento no horário
de ponta sem, no entanto, impedir o conforto do banho nesse horário.
Figura 1 – Vista Parcial da Cidade dos Meninos
Figura 2 – Curva de Carga da Cidade dos Meninos antes da implantação do Projeto
2. Desenvolvimento
Os processos que usam energia elétrica em aplicações que requerem baixas temperaturas são muito
ineficientes sob o ponto de vista da termodinâmica. Assim, processos que visam aquecer água para
banhos podem e devem ser substituídos por outros mais eficientes. Além das alternativas clássicas de
óleo, gás natural e outras, existem as opções de bombas de calor e coletores solares. Bombas de calor e
coletores podem e devem ser usados de forma acoplada sob condições meteorológicas brasileiras
A partir de estabelecida a solução de utilizar bombas de calor associadas a sistemas de aquecimento
solar foi, desenvolvido anteprojeto e projeto de posicionamento das bombas de calor e placas coletoras
e das modificações hidráulicas vizando facilitar a execução dos projetos pelos fabricantes de bombas
de calor e coletores solares para atender as casas e alojamentosda Cidade dos Meninos (Figura3).
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Figura 3 – Vista Geral da Cidade dos Meninos
As principais informações levantadas foram:
Anteprojeto:
•
•
•
•
•
•
Avaliação de projetos arquitetônico e hidráulico originais (quando disponíveis) para estudo de
viabilidade técnica e conformidade com os requisitos exigidos pela CEMIG;
Avaliação das condições meteorológicas do local da obra;
Estudo e desenvolvimento de planta de situação das casas que receberão os sistemas de
aquecimento com bomba de calor/solar;
Estudo/Orientação de locação dos componentes;
Estudo de sombreamento;
Orientação ao projetista eletricista e hidráulico, quando aplicável;
Projeto básico para execução do sistema de aquecimento
• Planta(s) e corte(s) locando coletores, reservatórios, barriletes, apoio dos suportes dos
coletores e hidráulica de interligação dos componentes do sistema de aquecimento;
• Interligação hidráulica entre caixa dágua fria, reservatório térmico e bomba de calor do
sistema de aquecimento;
• Detalhes da ligação das bombas, reservatórios e coletores;
• Detalhe dos suportes dos coletores, quando necessário;
• Detalhes típicos;
• Tabelas contendo informações dos componentes principais;
• Dimensionamento da interligação hidráulica do circuito coletores / reservatórios / bomba de
calor;
Projeto de distribuição hidráulica de água quente:
• Planta baixa com percurso hidráulico;
• Diagrama vertical de água quente;
• Isométrico da distribuição hidráulica;
• Detalhes de adaptações hidráulicas quando necessário;
Basicamente o Anteprojeto/Projeto definiu a instalação de 40 bombas de calor e 460 m2 de placas
coletoras, distribuídas conforme quadro a seguir, para substituir os 710 chuveiros
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Tabela 1
As bombas de calor foram desenvolvidas e testadas na Consciente LTDA (Figura 4) e fabricadas e
montadas em um galpão dos cursos profissionalizantes da Cidade dos Meninos (Figura 5) com
participação dos alunos.
Figura 4 – Teste das Bombas de Calor
Figura 5 – Fabricação das Bombas de Calor
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O projeto é baseado na associação de bombas de calor e placas de aquecimento solar .Os sistemas de
aquecimento solar são tecnologias bastante difundidas, já as bombas de calor são menos conhecidas.
Para melhor compreensão do projeto vamos então explicar de maneira bem resumida o funcionamento
de uma bomba de calor:
A Bomba de calor (Figura 6) é um sistema de refrigeração com função inverso ao da geladeira,
enquanto a geladeira extrai o calor de seu interior e joga no ambiente a bomba de calor absorve calor
do ambiente eo transfere para uma ambiente fechado que se queira aquecer.Neste projeto a bomba de
calor retira calor do ambiente e envia para um reservatório de água isolado termicamente. O sistema
pode aquecer água com eficiência superior à de chuveiros e boilers elétricos, consumindo menos
energia elétrica,pois ao invés de gerar calor ela transfere calor do ambiente para o reservatório
térmico.As bombas usadas neste projeto são capazes de gerar 3 kWh de energia térmica para cada 1
KWh de energia elétrica consumida para as temperaturas envolvidas, a relação 3/1 é chamada de
Coeficiente de Performance – COP.
Figura 6 – Esquema de uma Bomba de Calor
No evaporador o calor é absorvido do meio ambiente, o fluido refrigerante ao mudar de faze absorve
tem que absorver calor (Figura 7)
Figura 7 – Evaporador da Bomba de Calor
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Depois do evaporador o fluido em forama de vapor passa pelo compressor e é super aquecido. Alem
do calor gerado pelo compressão , no projeto aproveitou-se tambem o calor reytirado da carcaça do
compressor atraves de aletas feitas com tubos de cobre , com água que ciculando em seu interior
(Figura 8).
Figura 8 – Compressor da Bomba de Calor Bomba de Calor
O vapor super aquecido chega ao condensador , que esta colocado dentro do reservatório termico
(Figura 9), mudando de faze e pasaa por tubos capillarees que provocam expanção no fluido
refrigerante, preparando-o para retornas novamente ao evaporador fechando o ciclo.
Figura 9 – Condensador da Bomba de Calor
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Os sistemas de Bombas de Calor associadas a placas coletoras foram instalados na na Cidade dos
Meninos utilizando-se duas tecnologias. A primeira que foi utilizada nas casas utiliza para o sistema
solar a convecção livre, no qual a agua quente vai das placas para o reservatório por diferença de
dencidade não havento necessidade da utilização de bomba hidraulica. Os reservatóruios não são
pressurizados. Veja exemplo desta instalação na (Figura 10).
Figura 10 – Sistemas instalados nas casas
Nos alojamentos foram utilizados reservatórios pressrizados e a agua quente circula bombeada por
bombas. Veja Veja exemplo desta instalação na (Figura 11 e Figura12).
Figura 11 e 12 – Sistamas utilizados nos alojamentos
3. Conclusões
Este relatório refere-se a um projeto que envolveu o estudo e aplicação sistemas acoplados bombas de
calor- coletor solar para geração de água quente para residências e alojamentos.
A energia elétrica economizada é de 220 MWh/ano e a reduçaõ de demanda é de 480KW conforme
mostrado na (Figura 13) .
O custo do projeto foi de R$1.200.000,00 e relação custo beneficio RCB foi de 0,65
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Figura 13 Curva de Carga da Cidade dos Meninos após a implantação do Projeto
4. Referências bibliográficas e/ou bibliografia
Referências bibliográficas
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