MANUAL BOMBA DE CALOR

MANUAL BOMBA DE CALOR Outubro de 2016

Índice 1. Introdução... 3 2. Regras de segurança gerais de utilização do LAVAC... 4 3. Regras de segurança específicas na utilização da instalação experimental... 5 3.1. Obrigatoriedades na utilização da instalação experimental... 6 3.2. Perigos na utilização da instalação experimental... 6 4. Procedimentos experimentais... 7 4.1. Experiência nº1... 7 4.1.1. Objetivos da experiência... 7 4.1.2. Descrição da instalação... 7 4.1.3. Lista da instrumentação... 14 4.1.4. Procedimento experimental... 14 4.1.5. Bibliografia... 14 Anexos... 15 Lista de Figuras Figura 1 Vista completa dos componentes da instalação... 8 Figura 2 Painel Solar Termodinâmico.... 9 Figura 3 Esquema do termoacumulador... 9 Figura 4 Bloco Termodinâmico... 10 Figura 5 Grupo de segurança.... 11 Figura 6 Localização do vaso de expansão.... 11 Figura 7 Válvula redutora de pressão.... 12 Lista de Tabelas Tabela 1 Lista dos pontos de medição.... 13 Manual_BC_v01_24102016 Página 2 de 16

1. Introdução A Instalação da Bomba de Calor localiza-se na Casa Inteligente, tendo como principais vetores orientadores, a realização de ensaios de cálculo de eficiência de instalações de aquecimento de águas sanitárias (AQS). Manual_BC_v01_24102016 Página 3 de 16

2. Regras de segurança gerais de utilização do LAVAC a) Não é permitida a entrada de alimentos e outros objetos impróprios na EA; b) Não é permitido o registo de imagem ou áudio sem autorização prévia do Diretor da EA; c) É obrigatória a utilização do equipamento de proteção padrão, de acordo com o indicado na tabela 2 do anexo I do Regulamento das Estruturas de Apoio do Departamento de Engenharia Mecânica; d) É obrigatória a utilização do equipamento de proteção adicional requerido por determinados equipamentos, de acordo com o indicado no respetivo procedimento e na sinalética do equipamento; e) Não é permitido o uso de determinado vestuário e outros adereços que ponham em risco a integridade física dos utilizadores ou a de terceiros, de acordo com o indicado na tabela 3 do anexo I do Regulamento das Estruturas de Apoio do Departamento de Engenharia Mecânica; f) É obrigatório o cumprimento das proibições adicionais aplicadas a determinados equipamentos, de acordo com o indicado no respetivo procedimento; g) É obrigatória a leitura dos procedimentos dos equipamentos antes da execução dos respetivos trabalhos; h) É obrigatório respeitar a sinalização de segurança afixada junto ao espaço de trabalho; i) É obrigatório respeitar as áreas de segurança delimitadas e manter livres os locais de passagem; j) Todos os meios disponíveis devem ser usados corretamente, e mantidos limpos e organizados após a sua utilização; k) Todas as anomalias detetadas devem ser imediatamente reportadas ao Docente e/ou Pessoal Técnico da EA; l) Podem ser impostas restrições de acesso a utilizadores que não cumpram estas regras. Manual_BC_v01_24102016 Página 4 de 16

3. Regras de segurança específicas na utilização da instalação experimental a) Antes de iniciar qualquer trabalho no laboratório, deve ler as instruções fornecidas para cada aparelho. b) Não deverá realizar a experiência sozinho. c) Antes de iniciar o funcionamento da instalação deverá tomar conhecimento do modo de paragem em caso de emergência. d) A Bomba de Calor (BC) só deverá funcionar se o termoacumulador tiver abastecido de água. e) A BC só deverá funcionar se contiver a carga adequada de fluido frigorigéneo. f) A BC serve apenas para o aquecimento de água potável nos limites indicados de aplicação de temperatura. g) Ao trabalhar na BC esta deve-se encontrar sempre sem tensão elétrica. h) Antes de executar as medições experimentais, deve saber exatamente quais os resultados experimentais que lhe interessam para realizar os trabalhos, e como os vai obter. i) Deverá ser cuidadoso quando utiliza a BC. j) Utilize a BC única e exclusivamente para o fim a que se destinam. k) Não exceda as condições máximas de operação da BC especificadas nos catálogos: temperatura, pressão, velocidade, etc. l) Se verificar algo de anormal na utilização da BC, não hesite em comunicar ao diretor/técnico do laboratório. m) Certifique-se que desligou a BC da fonte de tensão quando acabou o seu trabalho. Manual_BC_v01_24102016 Página 5 de 16

3.1. Obrigatoriedades na utilização da instalação experimental Obrigatório o uso de bata; Obrigatório o uso de protetores auditivos; Obrigatório desligar a alimentação elétrica no final do procedimento experimental. 3.2. Perigos na utilização da instalação experimental Não estão identificados perigos específicos na utilização da instalação experimental. Manual_BC_v01_24102016 Página 6 de 16

4. Procedimentos experimentais 4.1. Experiência nº1 4.1.1. Objetivos da experiência a. Determinação do coeficiente de desempenho de Carnot da bomba de calor. b. Determinação do ciclo de compressão real no diagrama P-h. c. Determinação do coeficiente de desempenho real da bomba de calor utilizando o diagrama P-h. d. Estudar o efeito da variação da temperatura ambiente exterior no valor do coeficiente de desempenho real. e. Determinação da incerteza do valor do coeficiente de desempenho real. 4.1.2. Descrição da instalação A instalação é constituída pelos seguintes componentes: Painel solar Termodinâmico Termoacumulador Bloco Termodinâmico Fluido frigorigéneo R134A Grupo de Segurança Vaso de expansão Válvula Redutora de pressão Aquisição de dados Manual_BC_v01_24102016 Página 7 de 16

Figura 1 Vista completa dos componentes da instalação Manual_BC_v01_24102016 Página 8 de 16

4.1.2.1. Painel Solar Termodinâmico O painel solar é uma placa do tipo roll-bond fabricado em alumínio prensado de duplo canalete com oxidação anódica pós-prensagem que lhe confere uma apresentação de cor negra. O painel tem as dimensões 2000mm x 800mm x 20mm. As ligações do painel são em tubo de cobre com diâmetro interior de 1/4. Figura 2 Painel Solar Termodinâmico. 4.1.2.2. Termoacumulador O termoacumulador de água quente é vertical assente sobre o solo. A cuba é fabricada em aço inox. O isolamento térmico de 35 45 mm de espessura. Sendo o seu revestimento exterior em poliestireno de alto impacto. Figura 3 Esquema do termoacumulador Manual_BC_v01_24102016 Página 9 de 16

4.1.2.3. Bloco Termodinâmico Denomina-se Bloco Termodinâmico ao componente que transfere a Energia captada pelo painel solar em Calor transferido à água. É assente numa estrutura em aço inox: onde se destaca: o compressor, permutador, válvula de expansão, termostáto, pressostáto e resistência eléctrica. A parte frontal do bloco possui dois tubos( Linha de aspiração e Linha de líquido), destinados à ligação ao painel solar. O bloco termodinâmico é acoplado ao termoacumulador através de 12 parafusos M10. Figura 4 Bloco Termodinâmico 4.1.2.4. Fluido frigorigéneo R134a O R134a é um refrigerante HFC, e como tal, não é prejudicial à camada do ozono. Têm uma grande estabilidade térmica e química, uma baixa toxidade, não é inflamável e é compatível com a maioria dos materiais. Podemos encontrar o diagrama Ph do fluido em anexo. Manual_BC_v01_24102016 Página 10 de 16

4.1.2.5. Grupo de segurança O grupo de segurança permite que o sistema esteja protegido para situações de, anomalias na alimentação de água fria, retorno de água quente, esvaziamento do termoacumulador, pressões elevadas. É uma válvula de corpo em latão cromado, de acordo com as normas europeias ISO 1487. A válvula está calibrada para actuar a 7 bar. 4.1.2.6. Vaso de expansão Figura 5 Grupo de segurança. O vaso de expansão é um dispositivo destinado a compensar o aumento do volume de água provocado pela subida da temperatura. Figura 6 Localização do vaso de expansão. Manual_BC_v01_24102016 Página 11 de 16

4.1.2.7. Válvula redutora de pressão A válvula redutora de pressão deve ser sempre instalada a montante do grupo de segurança, preparada para actuar em situações para as quais a pressão da rede seja superior a 3 bar. Esta válvula faz-se acompanhar de um manómetro. Figura 7 Válvula redutora de pressão. Características: Corpo em latão cromado; Pressão máx. a montante: 16 bar; Pressão a jusante: 1-6 bar; Temperatura Max. de funcionamento: 65ºC Manómetro: 0-10 bar Orifício roscado 3/4 (entrada e saída) 4.1.2.8. Aquisição de dados Para a aquisição dos dados da temperatura é utilizado um DATA LOGGER com software dedicado no PC com as seguintes características: Marca: DELTA-T Devices Modelo: DL2e Data Logger Este equipamento permite adquirir até um máximo de 64 sinais de vários tipos de sondas diferentes. As temperaturas são adquiridas através de termopares do tipo T As entradas do DATA LOGGER estão atribuídas conforme é possível ver na tabela seguinte: Manual_BC_v01_24102016 Página 12 de 16

Tabela 1 Lista dos pontos de medição. Nº Designação Sigla Unidade de medida Nº de identificação datalogger 1 Temperatura de entrada da TAE C 2 água no acumulador 2 Temperatura de água no TAC1 C 3 acumulador 1 3 Temperatura de água no TAC2 C 4 acumulador 2 4 Temperatura de água no TAC3 C 5 acumulador 3 5 Temperatura de saída da água TAS C 6 no acumulador 6 Registador de temperatura MCE kwh - 7 Pressão do fluido frigorigéneo Pcond kpa - à saída do compressor 8 Pressão do fluido frigorigéneo PEV kpa - à entrada do compressor 9 Temperatura ar ambiente Tamb C 7 interior 10 Temperatura ar ambiente Text C 8 exterior 11 Temperatura de entrada do fluido frigorigéneo no evaporador Tent EV ext C 9 12 Temperatura de saída do fluido Tsaída EV ext C 10 frigorigéneo no evaporador 13 Temperatura evaporador 1 TEV1 C 11 14 Temperatura evaporador 2 TEV2 C 12 15 Temperatura evaporador 3 TEV3 C 13 16 Temperatura evaporador 4 TEV4 C 14 17 Temperatura evaporador 5 TEV5 C 15 18 Temperatura evaporador 6 TEV6 C 16 19 Temepratura do fluido frigorigéneo no troço de tubagem entre evaporador e compressor 20 Temperatura do fluido frigorigéneo à entrada do condensador 21 Temperatura do fluido frigorigéneo à saída do condensador 22 Temperatura do fluido frigorigéneo à entrada da válvula expansora 23 Temperatura do fluido frigorigéneo à saída da válvula expansora 24 Temperatura do fluido frigorigéneo à entrada do compressor 25 Temperatura do fluido frigorigéneo à saída do compressor TEV/COMP C 17 Tcond/ent C 18 Tcond/sai C 19 Tent/valv C 20 Tsai/valv C 21 Tcomp/ent C 22 Tcomp/sai C 23 26 Radiação solar (Piranómetro) Rsolar W/m 2 24 27 Contador de água Caudal água m 3 /h - (caudalímetro) Manual_BC_v01_24102016 Página 13 de 16

4.1.3. Lista da instrumentação Registador de Energia FLUKE 1730 Analisador de refrigeração TESTO 557-2 Contador de Entalpia Schlumberger THERMIFLU Piranómetro KIPP & ZONEN CMP 3 Datalogger DELTA-T DEVICES DL2e Termpares tipo K e J 4.1.4. Procedimento experimental Ligar a Bomba de Calor na tomada elétrica. Aguardar que a bomba de calor atinja o ponto normal de funcionamento (no caso de o compressor da BC não trabalhar abrir torneira de água que se encontra na banheira da instalação sanitária da Casa Inteligente). Registar os valores das grandezas físicas que não são guardadas no datalogger (o período de recolha e amostragem dependem dos objetivos da experiência). Após o ensaio descarregar os valores das grandezas físicas registadas no datalogger. Desligar a Bomba de Calor na tomada elétrica. 4.1.5. Bibliografia Fluid Mechanics Frank M. White, 7th Edition Copyright 2011, McGraw-Hill, ISBN: 9780071311212. Fichas técnicas dos instrumentos de medição. Mecânica dos Fluidos Fundamentos e Aplicações, 1a Edição Yunus A. Çengel and John M. Cimbala Copyright 2008, McGraw-Hill, ISBN: 9788586804588. Manual_BC_v01_24102016 Página 14 de 16

Anexos Diagrama P-h R134a. Manual_BC_v01_24102016 Página 15 de 16