Bombas de Calor como alternativa ao uso de combustíveis fósseis

Durante muito tempo os combustíveis fósseis foram a única forma de se obter a energia necessária para processos de aquecimento, principalmente quando uma grande quantidade de energia é necessária em um curto espaço de tempo e muitos processos industriais dependiam exclusivamente de sistemas de aquecimento baseados em combustíveis como óleo diesel, gás liquefeito de petróleo ou carvão mineral.

Seja na indústria alimentícia ou na fabricação e pintura de componentes, convencionou-se armazenar a energia na forma de combustível, como tanques de óleo ou centrais de gás.

Desde a década de 70 com a crise do petróleo, e considerando que operações de aquecimento sejam responsáveis por mais de 50% do consumo de combustíveis fósseis no mundo, está clara a importância de encontrar alternativas para esses processos.

Nesse contexto, surgem as bombas de calor. Operando com o ciclo de compressão de vapor, são equipamentos que convertem a energia elétrica em energia térmica por meio de um fluído refrigerante e um compressor mecânico. Enquanto sistemas convencionais de aquecimento conseguem transferir aproximadamente 85% da energia presente nos combustíveis para o processo, as bombas de calor conseguem transferir mais de 50% da energia elétrica injetada no processo.

Neste artigo, vamos explorar as vantagens das bombas de calor elétrica em comparação com o aquecimento convencional por meio de combustíveis fósseis e detalhar como o Coeficiente de performance (COP) impacta a eficiência energética das instalações, que podem esconder oportunidades de economia e sustentabilidade para organizações e pessoas.

Bomba de calor industrial. (FONTE: Oilon)

O que é o COP e por que ele importa

Imagine uma cabine de pintura de chapas metálicas. Para manter o ambiente interno na temperatura de 60°C, um ventilador capta o ar externo, passa-o por um trocador de calor que é aquecido por um queimador que consome gás liquefeito de petróleo (GLP) ou GN e então joga esse ar aquecido para dentro da cabine.

Exemplo de Cabines de Pintura. (Google Imagens)

Durante o processo de queima do combustível, uma parte do calor vai ser utilizado para aquecer a própria umidade presente no ar utilizado na queima, além dos demais componentes mecânicos, como as paredes do queimador e o tubulão, de modo que o calor que é efetivamente transferido para o processo é só uma parte da energia total disponível no combustível. É comum considerarmos a eficiência de sistemas térmicos desse tipo como próxima de 85%.

Quando falamos das bombas de calor elétricas, o ciclo de compressão a vapor muda completamente o jogo. Utiliza-se um fluído refrigerante com alto calor latente de vaporização, que absorve ou rejeita grandes quantidades de calor quando troca de estado físico de líquido para gasoso, aliado a um compressor mecânico e um sistema de condensador e evaporador para multiplicar a energia injetada no sistema. Ou seja, para cada kW de energia elétrica que o compressor consome para pressionar o fluído refrigerante, uma quantidade maior de energia é liberada na forma de calor.

Chamamos de Coeficiente de Performance (COP) a medida que indica o quão eficiente é esse processo. Por exemplo, um COP de 3 significa que para cada 1 kW de energia elétrica consumida pelo compressor, o condensador vai entregar 3 kW de calor.

O COP ainda pode variar por inúmeros motivos. Qual o fluído refrigerante que está sendo utilizado, as condições de operação do sistema e até as condições dos meios de troca que se relacionam com as bombas de calor (por vezes o próprio ar atmosférico)e, por tanto, as condições climáticas podem alterar o COP, contudo, ele ainda tende a ser muito superior aos sistemas de aquecimento convencionais, podendo chegar a 5 ou 6 em situações conservadoras.

Seja em grandes processos industriais de aquecimento ou em instalações bastante simples para aquecimento de piscinas em clubes ou hotéis, a vantagem energética é muito relevante.

Vantagens das bombas de calor elétricas

Economia de energia e redução de custos

Devido ao alto COP, o custo para geração do calor tende a ser reduzido com o uso das bombas de calor elétricas. É claro que o custo da energia elétrica e do combustível também está associado, mas como os combustíveis derivados de petróleo são mais sensíveis da choques de oferta e ao cenário do comércio global, a energia elétrica tende a apresentar resultados melhores. Principalmente considerando ainda a possibilidade de Micro Geração de Energia elétrica com painéis fotovoltaicos.

Não é incomum projetos de retrofit ou modernização de processos com tempo de payback de poucos meses.

Sustentabilidade ambiental e Conformidade

As bombas de calor não queimam combustíveis fósseis, e em países como o Brasil, onde a maior parte da energia gerada provém de fontes renováveis, isso representa uma redução nas emissões de gases de efeito estufa. Alguns mercados mais desenvolvidos, como a União Europeia já impõe regras de conformidade e não emissão de carbono para seus fornecedores. Essa pode não ser a realidade atualmente, mas no futuro, as industrias devem caminhar para a meta de carbono neutro.

Segurança e facilidade de instalação

Com o uso de combustíveis fósseis, a reserva de energia se dá pelo acúmulo de combustível, que requer cuidados especiais como distâncias de segurança e bacias de contenção, além disso, podem gerar vazamentos tóxicos que causam prejuízo a vida e ao patrimônio.

Tanque de óleo diesel com bacia de contenção

Já no caso das bombas de calor, esses efeitos são atenuados, sem riscos de explosões ou vazamentos tóxicos, além disso, essencialmente, apenas cabos de alimentação elétricos são necessários para as bombas de calor, sem a necessidade de reservatórios ou bacias de contenção.

Versatilidade

As bombas de calor são, essencialmente, sistemas de refrigeração inversos, e por isso, muitas vezes podem ser utilizadas para geração de frio. Em algumas situações, onde a geração de calor não é necessária durante todo o ano, isso pode ser uma vantagem em ternos de espaço de instalação e em capital imobilizado, gerando oportunidades adicionais.

Como a CST Engenharia pode ajudar

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