SIMULAÇÃO DE UMA BOMBA DE CALOR A CO2 COM EVAPORADOR TIPO COLETOR SOLAR DE PLACA PLANA

Resumo

Bombas de calor são sistemas de refrigeração cujo objetivo não é produzir resfriamento, mas sim aquecimento. Tais sistemas têm o desafio de se adaptar às novas exigências relativas aos impactos ambientais de seus fluidos de trabalho. Diversos países já adotam legislações que restringem o comércio e impõem um prazo definido para a extinção do uso de fluidos com alto impacto ambiental. O dióxido de carbono, um dos primeiros fluidos utilizados na refrigeração, tem sido reconsiderado por ser uma substância natural, possuir baixo potencial de efeito estufa e impacto nulo na camada de ozônio. Inserido neste contexto são apresentadas simulações com um modelo matemático global em regime permanente de uma bomba de calor utilizando dióxido de carbono como fluido de trabalho em ciclo transcrítico. O sistema conta com um trocador de calor (gas cooler) de passagem em contracorrente com a finalidade de aquecer água e com um coletor solar de placa plana como evaporador. No gas cooler é empregado um modelo discretizado na direção do escoamento e a pressão de alta para ótimo desempenho energético é obtida diretamente por equação algébrica. São apresentados resultados dos efeitos de variações de parâmetros operacionais do sistema como temperatura de evaporação e grau de superaquecimento sobre parâmetros de controle como rotação do compressor, abertura da expansão, carga de fluido e pressão de alta. A bomba de calor também é analisada quando submetida a fortes variações das demandas externas comumente encontradas em campo, como irradiância solar e temperatura da água na entrada do gas cooler. Os resultados obtidos são apresentados na forma de gráficos das tendências das principais variáveis operacionais do sistema.