Estudo e otimização de bombas de calor transcríticas usando CO2

Abstract

Grande parte dos sistemas usados atualmente para aquecimento de águas domésticas utilizam fluidos operantes sintéticos para efetuar as trocas de calor necessárias, nomeadamente as bombas de calor. O grande problema é o elevado impacto ambiental que esses fluidos possuem quando libertados para a atmosfera, causando o chamado “aquecimento global”. A substituição por fluidos operantes naturais reduz drasticamente esse impacto e o CO2 é um dos fluidos que em melhor posição se encontra para tal. A mudança de fluido operante acarreta algumas modificações no ciclo termodinâmico, pois é essencial garantir igualmente a boa performance dos sistemas. Neste trabalho é efetuada a modelação pormenorizada de todos os permutadores de calor presentes numa bomba de calor transcrítica usando CO2 como fluido operante, bem como adicionados todos os componentes essenciais ao correto funcionamento, de maneira a poder simular o seu comportamento face às diversas condições de operação e condições exteriores ao próprio sistema. São analisados todos os resultados obtidos e é selecionada a melhor solução, bem como discutidas as condições a evitar.

Most of the systems currently used for domestic water heating use synthetic working fluids to perform the necessary heat exchanges, particularly heat pumps. The major problem concerning the use of these fluids is the high environmental impact arising from their release into the atmosphere, leading to an increase in "global warming". Their replacement by a natural working fluid drastically reduces this impact and CO2 is one of the fluids best suited for this replacement. The substitution in the working fluid imposes some modifications in the thermodynamic cycle, since it is essential to ensure a good performance of the systems. In this study the detailed modeling of all the heat exchangers present in a transcritical heat pump is performed using CO2 as the working fluid and all the essential components for the correct system operation are added in order to simulate the system performance for different operating and external conditions. All the obtained results are analyzed with the best solution being selected and the conditions to avoid being discussed.