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1 Resultados obtidos nas medições. Os dados na sequência representam dois ensaios de aquecimento da água no reservatório de 200 litros de duas formas distintas. No primeiro aquecimento se faz o ensaio do Boiler original com resistência elétrica e da BC (Bomba de Calor), ambos de forma estacionária sem circulação de água e sem consumo de água. No segundo aquecimento se faz o ensaio do Boiler original com resistência elétrica e da BC, ambos com circulação interna de água mas sem consumo de água. Isso possibilita eliminar a estratificação de temperaturas dentro do reservatório. Para todos os casos são utilizados os mesmos equipamentos de medição e controle, a fim de garantir a veracidade do ensaio. 1. Os resultados na sequência representam o ensaio de aquecimento da água de forma estática (sem consumo e sem circulação de água). 1.1 Taxa de aquecimento da água. Ao avaliar o funcionamento da BC se deve levar em conta a velocidade em que a água é aquecida, o que se chama de recuperação de calor. É preciso que o dispositivo de aquecimento possibilite o reaquecimento dá água em velocidade suficiente para consumos consecutivos. Figura 1. Boiler original com resistência elétrica. Nota-se o aumento da temperatura em 31,8 C em um tempo de 2,5 horas, taxa de 12,7 C/h.

2 Figura 2. Bomba de Calor com aumento da temperatura em 29,6 C em um tempo de 1,5 horas, taxa de 19,7 C/h. Ao comparar as Figuras 1 e 2 se percebe que a taxa de aumento de temperatura com uso de BC é maior, o que indica que a água é aquecida mais rapidamente com esse sistema. 1.2 Potências ativa, aparente e reativa no aquecimento da água. Três potências podem ser medidas em circuitos de alimentação residenciais e prediais, são as potência aparente dada em Watt (W), potência ativa dada em Volt Ampere (VA) e potência reativa dada em Volt Ampere reativo (Var). A potência reativa não tem significado físico quanto ao consumo de energia, sendo assim, seu valor pode ser desconsiderado nas análises da BC. As potências aparente e ativa representam valores de consumo de energia onde para a resistência elétrica ambas tem valor próximo, por ser uma carga resistiva. Já para a BC apresentam valores diferentes em função da carga indutiva. Assim, no caso da BC, se devem fazer duas considerações ao analisar as potências, consumo com potência aparente, de valor maior, e o consumo com potência ativa. A diferença entre os valores da potência aparente e ativa é dada pelo chamado fator de potência (FP). O FP tem valor mínimo estabelecido pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) que para o caso de residências é de 0,92.

3 Figura 3. Boiler original com resistência elétrica. Potências consumidas durante o período do ensaio, potência aparente (azul) W, potência ativa (vermelha) VA e potência reativa (verde) 350 VAr. Figura 4. Bomba de calor. Potências consumidas durante o período do ensaio, potência aparente (azul) W, potência ativa (vermelha) VA e potência reativa (verde) 900 VAr. Comparando as Figura 3 e 4 se observa que as potências ativa para a resistência elétrica (Boiler original) é da ordem de VA, enquanto a consumida pela BC é da ordem de VA. Assim a BC tem uma potência de trabalho menor que a do Boiler original. Se pode concluir que o pico de consumo se reduz, já que a potência de trabalho diminui. Se analisarmos o Selo PROCEL emitido pelo INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), referente chuveiros elétricos edição 02/2013 (http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/chuveiro.pdf em 11/09/ :30), se observa que o chuveiro comercial de menor potência aparente é de 3000 W enquanto a potência aparente da BC é de W. Caso seja observada aplicação dos chuveiros para região sul, daquele

4 Selo, o chuveiro de menor potência tem potência aparente indicada de W. Assim se observa que a BC tem potência de consumo muito inferior ao dos chuveiros comerciais. Isso indica uma redução do pico de consumo de energia. Figura 5. Bomba de calor. FP durante o ensaio varia de 0,81 a 0,84. Quando observada a Figura 5 se nota um valor bastante baixo do FP, se comparado ao mínimo estabelecido pela ANEEL. A ANEEL estabelece o mínimo em 0,92 enquanto a BC apresenta, valores de 0,81 a 0,84. Esses valores podem ser parcialmente melhorados com a adição de um capacitor de correção de FP. De qualquer forma deve ser feita uma análise sobre o consumo mensal total da residência, pois o FP não é levado em conta sobre um pequeno intervalo de tempo de consumo e sim, sobre o consumo mensal de todos equipamentos instalados na residência. Como não se pode estabelecer o valor total mensal de uma residência, pois muda muito em função da ocupação, nem mesmo é escopo desse trabalho, não se faz uma maior avaliação desse parâmetro. 1.3 Energias ativa e aparente consumidas no aquecimento da água. A potência de consumo é o indicativo da redução ou não do pico de energia consumida, mas não garante que o consumo diminua. Isso se deve pelo fato da redução da potência poder levar a um consumo durante um tempo maior, como no caso dos equipamentos com reservatórios térmicos. O Boiler e a BC trabalham com esses reservatórios térmicos, onde a energia é armazenada na água aquecida. Assim se faz necessário avaliar a energia consumida no período do ensaio. As Figuras 6 e 7 mostram as curvas das energias consumidas.

5 Figura 6. Boiler original com resistência elétrica. Energias consumidas durante o período, energia aparente (azul) VArh e energia ativa (vermelha) Wh. Figura 7. Bomba de calor. Energias consumidas durante o período, energia aparente (azul) VArh e energia ativa (vermelha) Wh. Quando analisadas as Figuras 6 e 7 se observa que no período do ensaio, a BC apresentou um consumo de energia menor que a resistência elétrica do Boiler. Enquanto a resistência consumiu Volt Ampere hora (VArh) e Watt hora (Wh) a BC consumiu apenas VArh e Wh. Assim se comprova que o consumo de energia, consequentemente o custo mensal para aquecimento da água é bastante reduzido com o uso da BC. Se a avaliação for conduzida em função da energia consumida por 1 C de água aquecida se obtêm para a resistência os valores de 151,4 VArh/ C e 145,8 Wh/ C e para BC os valores de 94,3

6 VArh/ C e 78,6 Wh/ C. Da mesma forma há o indicativo de que a BC tem consumo muito inferior, da ordem de 1,6 vezes menos energia consumida. 2. Os resultados na sequência representam um ensaio de aquecimento da água com circulação interna para reduzir a estratificação de temperaturas (sem consumo e sem circulação de água). 2.1 Taxa de aquecimento da água. Ao avaliar o funcionamento da BC se deve levar em conta a velocidade em que a água é aquecida, o que se chama de recuperação de calor. É preciso que o dispositivo de aquecimento possibilite o reaquecimento dá água em velocidade suficiente para consumos consecutivos. Figura 8. Boiler original com resistência elétrica. Aumento da temperatura em 31,9 C em um tempo de 4 horas, taxa de 8,0 C/h.

7 Figura 9. Bomba de calor. Aumento da temperatura em 31,4 C em um tempo de 3 horas, taxa de 10,5 C/h. Ao comparar as Figuras 8 e 9 se percebe que a taxa de aumento de temperatura com uso de BC é maior, o que indica que a água é aquecida mais rapidamente com esse sistema. 2.2 Potências ativa, aparente e reativa no aquecimento da água. Figura 10. Boiler original com resistência elétrica. Potências consumidas durante o período, potência aparente (azul) W, potência ativa (vermelha) VA e potência reativa (verde) 350 VAr.

8 Figura 11. Bomba de calor. Potências consumidas durante o período, potência aparente (azul) W, potência ativa (vermelha) VA e potência reativa (verde) 880 VAr. Comparando as Figura 10 e 11 se observa que as potências ativa para a resistência elétrica (Boiler original) é da ordem de VA, enquanto a consumida pela BC é da ordem de VA. Assim a BC tem uma potência de trabalho menor que a do Boiler original. Se pode concluir que o pico de consumo se reduz, já que a potência de trabalho diminui. Se analisarmos o Selo PROCEL emitido pelo INMETRO, se observa que o chuveiro comercial de menor potência aparente é de W enquanto a potência aparente da BC é de W. Caso seja observada aplicação dos chuveiros para região sul, daquele selo, o chuveiro de menor potência tem potência aparente indicada de W. Assim se observa que a BC tem potência de consumo muito inferior ao dos chuveiros comerciais. Isso indica uma redução do pico de consumo de energia. Quando observada a Figura 12 se nota um valor bastante baixo do FP, se comparado ao mínio estabelecido pela ANEEL, 0,92.

9 Figura 12. Bomba de calor. FP durante o ensaio varia de 0,80 a 0, Energias ativa e aparente consumidas no aquecimento da água. Figura 13. Boiler original com resistência elétrica. Energias consumidas durante o período, energia aparente (azul) VArh e energia ativa (vermelha) Wh.

10 Figura 14. Bomba de calor. Energias consumidas durante o período, energia aparente (azul) VArh e energia ativa (vermelha) Wh. Quando analisadas as Figuras 13 e 14 se observa que no período do ensaio, a BC apresentou um consumo de energia menor que a resistência elétrica do Boiler. Enquanto a resistência consumiu VArh e 7029 Wh a BC consumiu VArh e 4234 Wh. Assim se comprova que o consumo de energia, consequentemente o custo mensal para aquecimento da água é bastante reduzido com o uso da BC. Se a avaliação for conduzida em função da energia consumida por 1 C de água aquecida se obtém para a resistência os valores de 228,8 VArh/ C e 220,3 Wh/ C e para BC os valores de 163,2 VArh/ C e 134,8 Wh/ C. Da mesma forma há o indicativo de que a BC tem consumo muito inferior, da ordem de 1,6 vezes menos energia consumida. 2.4 O ciclo por compressão de vapor refrigeração. Para avaliar o funcionamento do ciclo de compressão de vapor da BC, a fim de observar se existem possíveis problemas construtivos, se faz a montagem do diagrama de Mollier em três pontos distintos, início do ensaio (14:50 horas) ao meio do ensaio (16:20 horas) e ao final (17:50 horas). A Figura 15 mostra o diagrama de Mollier com a simulação nas três situações. Na análise dos dados coletados também foi observado a diferença entre a temperatura de condensação e a água quente que é de 4,7 C, ao final do ensaio. O que está dentro dos valores práticos da literatura.

11 Figura 15. Bomba de calor. Diagrama de Mollier com três ciclos de compressão de vapor representado a BC em instantes diferentes durante o ensaio. Os ciclos representados mostram que a BC funciona dentro dos parâmetros normais para em ensaio transiente, embora se possam fazer pequenas alterações na carga (quantidade) do fluido refrigerante no sistema. Observando de forma geral todos os dados aqui expostos, se pode concluir que a BC aquece a água mais rapidamente que o Boiler original, com resistência elétrica, apresenta potência de consumo menor, o que indica menor pico de energia elétrica e tem menor consumo de energia, o que garante um custo mensal menor, se considerado o aquecimento de água. Adicionalmente, se comparada com os chuveiros comerciais a BC apresenta potência consumida bem inferior, o que garante a redução do pico de energia devido ao aquecimento de água.

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