Projeto e análise experimental de uma bomba de calor utilizada para armazenamento térmico da eletricidade gerada por um sistema FV – gestão pelo lado da demanda

Abstract

As bombas de calor apontam uma nova tecnologia com grande potencial para diminuir o consumo de energia em diversos cenários. A utilização das bombas de calor sugere, por exemplo, uma alternativa para compensar produção e flutuações excessivas da geração fotovoltaica nas linhas de distribuição porque insere flexibilidade na geração pela sua inércia térmica. Assim, as unidades consumidoras equipadas com esses equipamentos podem efetivar a gestão pelo lado da demanda deslocando a carga dos momentos de alta geração FV (3h ao redor do meio dia) para uso térmico à noite. O objetivo desse trabalho foi o dimensionamento, construção e análise de uma bomba de calor utilizando um ar-condicionado Split comercial de 60.000 BTU/hr (17.574 W; 5TR) e uma unidade condensadora externa para o aquecimento de água. O sistema é dual porque mantém a função original de reduzir a temperatura ambiente e produz água quente. O sistema de climatização e bomba de calor, constituído por uma unidade Split convencional, tem paralelo ao condensador original um condensador tube in tube, para o aquecimento de água. O sistema dual foi testado aquecendo um volume de 500 litros a uma temperatura de aproximadamente 50ºC com a manutenção da temperatura do recinto em 23ºC, resultando um COP de 4,0. Também foi verificado que o sistema operando somente em modo climatização o COP resultante é de 4,0. O experimento quantificou o potencial de aproveitamento de calor residual de uma máquina de climatização comercial permitindo assim que a potência elétrica excedente do sistema FV, nas horas centrais do dia, (problema sintetizado pela “curva do pato”) pudesse ser mitigada gerando energia térmica e deslocando-a para uso a noite. Normalmente a “curva de pato” é mitigada, na rede de baixa tensão, com corte da geração ou com sistema de armazenamento a bateria, ambas não desejáveis pelo seu custo. Finalmente os dados experimentais obtidos foram utilizados para simular modificações possíveis nas variáveis do sistema que podem ser alteradas pelo operador da máquina ou de forma automática, desta forma pôde-se observar que o coeficiente de performance da bomba de calor pode ser melhorado diminuído a temperatura desejada no evaporador ou ainda alterando a vazão da água que passa pelo trocador de calor.