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Bomba de Calor por Absorção: Fundamentos e Aplicações

A bomba de calor por absorção transfere calor de uma fonte fria através de um fluido secundário. Descubra como funciona e quais são as diferenças em relação às tradicionais

A bomba de calor é um sistema térmico que permite aquecer e refrescar os ambientes de qualquer estrutura, além de produzir água quente sanitária necessária para as necessidades diárias, através da transferência de energia de um ambiente de baixa temperatura para um sistema a uma temperatura mais elevada.

Comparando com  outros sistemas tecnológicos, contribui para a redução do consumo de energia e para a sustentabilidade ambiental, resultando em economia financeira na conta de energia, também devido aos numerosos incentivos governamentais e econômicos.

Com base no tipo de funcionamento e no tipo de alimentação, existem diferentes tipos de bombas de calor disponíveis no mercado:

  • bombas de calor de compressão elétrica;
  • bombas de calor de compressão endotérmica;
  • bombas de calor por absorção;

Neste artigo, veremos em detalhes o funcionamento das bombas de calor por absorção, para entender suas características técnicas e em que se diferenciam das outras.

Como funciona uma bomba de calor por absorção?

As bombas de calor por absorção são dispositivos que aproveitam o princípio termodinâmico da absorção para transferir calor de uma fonte de baixa temperatura para uma fonte a uma temperatura mais elevada. Ao contrário das bombas de calor tradicionais que utilizam compressores mecânicos, as bombas de calor por absorção baseiam-se em reações químicas ou físicas para obter seu efeito de aquecimento ou arrefecimento.

O funcionamento de uma bomba de calor por absorção AHP (Absorption Heat Pump), que pode ser alimentada por qualquer fonte térmica, baseia-se em duas componentes, um refrigerante e um absorvente.

Essas dois componentes, combinadas, dão origem a um ciclo cujo trabalho mecânico é aproximadamente 1% da energia térmica introduzida no gerador.

Vamos analisar em detalhes todas as fases do ciclo de uma bomba de calor por absorção:

  1. tudo há inicio com um gerador, a fonte de energia primária que aumenta a temperatura da solução refrigerante-absorvente. Com o aumento da temperatura da solução, os dois componentes se separam e o refrigerante evapora ao longo da coluna de destilação;
  2. o vapor do fluido refrigerante passa então pelo retificador, onde se separa de qualquer resíduo de água e entra no trocador de calor, que geralmente é de tubos;
  3. neste trocador de calor de tubos ocorre a condensação do fluido refrigerante e, portanto, a transferência de calor para a água do sistema (fluido secundário). É nesta fase que ocorre o primeiro efeito útil da máquina, com o aquecimento de uma parte da água;
  4. em seguida, o refrigerante, após sair da seção de condensação, passa por uma série de expansores e por um trocador de calor tubo a tubo, onde a pressão e a temperatura diminuem progressivamente, de modo a atingir as condições ideais que permitirão ao fluido absorver calor do ar exterior;
  5. o refrigerante, em contato com o ar exterior, o resfria, retirando calor, e depois evapora;
  6. posteriormente, o refrigerante é superaquecido primeiro no trocador de calor e depois no pré-absorvedor, onde reage com a água, dando origem à absorção propriamente dita;
  7. a absorção é uma reação exotérmica (liberta energia) e, portanto, se parte dessa energia é utilizada para aquecer a solução água-refrigerante, o restante é transferido para o trocador de calor de tubos;
  8. nesta fase do ciclo, o trocador atua como absorvedor e permite transferir para o fluido térmico do sistema térmico uma quantidade considerável de energia térmica, que constitui o segundo efeito útil da máquina;
  9. a solução água-refrigerante, após sair do trocador, é enviada pela bomba da solução de volta ao gerador, passando novamente pelo pré-absorvedor e pelo retificador, onde ocorre uma fase de pré-aquecimento através da recuperação de calor do próprio ciclo. No gerador, o ciclo de refrigeração descrito acima recomeça.

Esquema de bomba de calor por absorção

Esquema de bomba de calor por absorção

Diferença entre uma bomba de calor por absorção e uma de compressão

A principal diferença entre uma bomba de calor por absorção e uma de compressão (elétrica ou a gás) reside nas fases de trabalho: uma bomba de calor por absorção é desprovida da fase de compressão, que é totalmente substituída por duas fases distintas: a geração e a absorção.

Como visto anteriormente, a primeira fase ocorre graças a um queimador, usado como fonte de energia primária, enquanto a segunda ocorre através de um líquido específico, geralmente água, chamado absorvente.

Além disso, a eficiência de uma bomba de calor por absorção, medida em GUE, Gas Utilization Efficiency, é maior respeito a de uma bomba de calor tradicional. Vejamos juntos as duas principais razões:

  1. o GUE, que resulta da relação entre a energia cedida ao ambiente e a energia fornecida ao queimador, é muito mais baixo respeito ao COP das bombas de calor tradicionais. Um GUE geralmente fica em torno de 1,5, em comparação com um COP que tem um valor em torno à 4;
  2. quando a temperatura externa é muito baixa, uma bomba de calor tradicional não funciona bem porque requer um trabalho maior para transferir calor de fora para dentro e, além disso, a umidade do ar frio tenderá a congelar as aletas da unidade externa. Isso não ocorre em uma bomba de calor por absorção: o ciclo termodinâmico em que opera não cria limites de funcionalidade para a máquina, mesmo em temperaturas externas baixas.

Globalmente, a alta eficiência de uma bomba de calor por absorção resulta em um preço mais alto no momento da compra; no entanto, é importante ressaltar que há, sem dúvida, um retorno de investimento, graças à economia de energia, em cerca de 4/5 anos.

Tipos de bombas de calor por absorção

No mercado de sistemas de climatização, comumente encontramos dois tipos de bombas de calor por absorção, a de chama direta ou a com alimentação indireta.

Uma bomba de calor de chama direta é alimentada pela chama gerada por um combustível como gás natural, GPL, biomassa, etc. e é usada principalmente em ambientes onde é necessária continuidade de serviço mesmo na ausência de alimentação elétrica.

Uma bomba de calor com alimentação indireta, por outro lado, tem como fonte térmica um fluido térmico (água quente ou superaquecida, vapores, produtos da combustão de motores endotérmicos) que é constantemente reutilizado no ciclo da máquina.

Também é importante lembrar que existem muitas Diretivas Europeias que promovem o uso de sistemas de climatização e produção de AQS eficientes do ponto de vista energético, com verificações originadas pelo desenvolvimento de projetos ecologicamente corretos.

As bombas de calor por absorção representam uma solução promissora para o aquecimento e resfriamento de edifícios, oferecendo benefícios significativos em termos de eficiência energética, redução de emissões e flexibilidade no uso de fontes de energia renovável.

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