Soluções e aplicações de bombas de calor

No Brasil, o potencial para a adoção de bombas de calor é vasto e ainda largamente inexplorado, especialmente no setor industrial

O setor de Aquecimento, Ventilação, Ar-Condicionado e Refrigeração (AVACR) encontra-se em um momento de transformação, impulsionado por uma demanda crescente por soluções que aliem alta performance à responsabilidade ambiental. As preocupações globais com as mudanças climáticas e a busca incessante por uma matriz energética mais limpa direcionam a inovação tecnológica, com o mercado se voltando para sistemas que não apenas minimizem o consumo de energia, mas também reduzam significativamente as emissões de carbono.

Nesse cenário dinâmico, as bombas de calor emergem como uma tecnologia central, destacando-se por sua capacidade de otimizar o uso da energia e oferecer soluções versáteis para aquecimento, resfriamento e até mesmo desumidificação. A característica intrínseca de transferir calor de forma eficiente, em vez de gerá-lo a partir da queima de combustíveis, posiciona as bombas de calor como um pilar fundamental para a transição energética global.

No Brasil, o potencial para a adoção de bombas de calor é vasto e ainda largamente inexplorado, especialmente no setor industrial. Dados revelam que quase 80% do consumo de energia industrial no país é de natureza térmica.¹ Essa elevada demanda por calor, tradicionalmente atendida por métodos que frequentemente dependem de combustíveis fósseis, representa uma oportunidade significativa para a eletrificação de processos. A subutilização de bombas de calor em aplicações industriais, apesar de seus evidentes benefícios econômicos e ambientais, aponta para um mercado com um imenso espaço para crescimento e desenvolvimento por empresas nacionais. A eletrificação desse consumo térmico dominante, especialmente quando alimentada pela crescente matriz elétrica renovável brasileira, oferece um caminho direto e poderoso para a descarbonização industrial. Isso não só proporciona redução de custos operacionais e de emissões para as empresas, mas também posiciona o Brasil como um potencial fornecedor global de produtos de baixo carbono, transformando a eficiência energética em uma estratégia nacional de transição.

No Brasil as principais utilizações de bombas de calor são para o aquecimento de piscinas e spas, atendendo a temperaturas entre 27°C e 40°C. No aquecimento de água para banho, cozinha e limpeza, as bombas de calor atingem temperaturas entre 40°C e 70°C. Em processos industriais, o aquecimento de água atinge temperaturas que vão de 40°C a 120°C. Finalmente, quando utilizadas para a desumidificação, as bombas de calor transitam entre5°C e 40°C.

Aplicação em sistemas de AVACR

Com a utilização de bombas de calor do tipo água-água, por exemplo, é possível reutilizar o rejeito de calor da rede de água gelada que seria descartado pelo chiller e utilizar esse calor para o aquecimento de água para piscina, banho ou processo. Nessa situação, a carga do chiller será reduzida uma vez que a bomba de calor está aproveitando parte desse calor para o aquecimento.

A bomba de calor pode operar tanto no aquecimento quanto no resfriamento em conjunto com outros sistemas de AVACR. Graças a sua versatilidade e eficiência, a bomba de calor pode resfriar o ar para sua desumidificação e, na sequência, reaquecer o ar para ser introduzido na rede climatizada, já na temperatura adequada.Este processo realizado pela bomba de calor é muito eficiente, pois utiliza tanto o lado de aquecimento quanto o lado de resfriamento do ciclo de refrigeração.

Utilizar uma bomba de calor para reaproveitar o calor que seria rejeitado no chiller é uma estratégia altamente eficiente para a recuperação de energia. O chiller, ao resfriar um ambiente ou processo, precisa rejeitaro calor para o ambiente externo através de seu condensador. Uma bomba de calor pode ser utilizada para capturar esse calor antes dele chegar ao chiller e transferir esse calor para outras aplicações como aquecimento de água para conforto, piscina ou processos industriais.

Nesse caso, a bomba de calor produz simultaneamente uma parcela de água quente e uma parcela de água gelada, chegando a uma performance de até 10 kWh produzidos para 1 kWh consumido de energia elétrica.Importante verificar sempre se a demanda de climatização será maior que a demanda de água quente ao longo de todo o ano, principalmente no inverno. Outro fator importante éintegrar este novo sistema aos sistemas existentes, dada a necessidade de infraestrutura para essa aplicação. A elaboração de um projeto detalhado desde a fase de dimensionamento até a fase do projeto executivo é primordial para o correto funcionamento e desempenho do novo sistema.

Eficiência real de uma bomba de calor

A eficiência de uma bomba de calor é determinada pelo COP (Coeficiente de Performance) que é arelação entre a energia térmica fornecida pela bomba de calor e a energia elétrica consumida na operação. Um COP de 6, por exemplo, significa que para cada 1 unidade de energia elétrica consumida (1kWh), a bomba de calor fornece 6 unidades de energia térmica (6 kWh_t).

O COP depende das condições de operação da bomba de calor, como temperatura ambiente, umidade relativa, gás refrigerante, temperatura da fonte de calor e temperatura do fluido a ser aquecido. O valor do COP será maior sempre que a temperatura da fonte de calor (ar ambiente, água gelada, fluido de processo) estiver próxima da temperatura do fluido a ser aquecido (piscina, água de banho, cozinha, processo etc.). Podemos dizer que uma bomba de calor para aquecimento de piscina terá um COP na faixa de 6 a 12,enquanto uma bomba de calor para aquecimento de água a 80°C terá um COP entre 2 e 3.

Bombas de calor que utilizam compressores de velocidade variável podem operar com COP maior em função do consumo baixo de energia e baixa demanda de aquecimento.Aqui destaco a necessidade de certificação das bombas de calor vistoque hoje cada fabricante/importador declara a capacidade e eficiência do equipamento em condições diversas de operação. Seu aumento significativo no mercado brasileiro, tanto de produtos nacionais quanto de produtos importados requer cada vez mais uma legislação e acompanhamento de órgãos que possam comprovar a eficiência destes produtos.