Sustentabilidade
Autor: Blog de 1ª da 2ª | Publicado: 2012-06-22T23:12:00-04:00


Banho sustentável
FEM desenvolve sistema ‘limpo’ e economicamente viável para substituir chuveiro elétrico em prédios

O chuveiro elétrico é um dos vilões do 
consumo de energia nas residências brasileiras. Como agravante, o seu 
uso coincide, principalmente, com os horários de pico da utilização de 
eletricidade no país. Quatro pesquisas conduzidas na graduação e 
pós-graduação da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp têm 
resultado em um sistema energético para aquecimento de água para banho 
que pode substituir o equipamento popularizado no Brasil na década de 
1930. A diferença é que o sistema projetado possui ótima eficiência 
energética, além de ser ecologicamente correto e viável do ponto de 
vista econômico.

Trata-se de uma 
bomba de calor para aquecer a água do banho, desenvolvida com base em 
metodologia computacional. O sistema seria utilizado, especialmente, em 
prédios, onde a aplicação da energia solar se torna inviável devido à 
falta de espaço nos telhados para comportar a quantidade suficiente de 
coletores para abastecer todos os moradores.

“A
 geladeira residencial é um exemplo típico de bomba de calor, só que com
 efeito inverso ao que buscamos”, exemplifica o professor José Ricardo 
Figueiredo, do Departamento de Energia da FEM. O docente coordena os 
estudos, que são desenvolvidos na Unicamp no âmbito de linha da pesquisa
 “Simulação de sistemas termo-fluido-mecânicos”. “O sistema permite a 
transferência de calor de um espaço mais frio para outro mais aquecido, 
necessitando apenas de um complemento energético na forma da 
eletricidade consumida por um compressor. No caso da geladeira 
residencial, o espaço mais frio é o interior do próprio eletrodoméstico,
 e o espaço mais quente é o ambiente externo, que recebe calor através 
daquele conjunto de tubos pretos que existem atrás do aparelho, 
denominado condensador. Na geladeira, interessa o efeito de 
resfriamento. No nosso caso, interessa o efeito de aquecimento no 
condensador”, explica.

Sob
 orientação do docente, o engenheiro Obed Alexander Córdova Lobatón 
concluiu, em mestrado apresentado em fevereiro último, que a bomba de 
calor aquece a água pela metade do custo de um chuveiro elétrico. 
Enquanto o dispêndio do sistema proposto é de 0,145R$/kWh 
(reais/quilowatt hora), o do chuveiro elétrico chega a 0,32R$/kWh. Obed 
Lobatón estimou para os cálculos os custos de investimento inicial e de 
operação por um período de 15 anos, tempo estimado para a vida útil da 
bomba de calor projetada. O pesquisador contou com bolsa de estudo 
concedida pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior (Capes).

“Por um lado temos 
uma redução do consumo de energia elétrica, que é evidente. Mas, em 
contrapartida, o investimento inicial na bomba de calor é maior. A 
dificuldade da popularização das bombas de calor é justamente essa. O 
trabalho do Obed envolveu estudos sobre a parte técnica e econômica. As 
equações da termodinâmica e da transferência de calor foram acopladas às
 equações econômicas para definir o custo global do projeto – custo 
inicial mais o custo de operação de 15 anos. A novidade foi tornar o 
projeto viável não somente tecnicamente, mas também economicamente, para
 enfrentar o problema da popularização da bomba de calor”, avaliou o 
docente.

Além disso, de acordo com 
Figueiredo, o sistema consome cerca de quatro vezes menos energia do que
 o chuveiro elétrico, como demostrou artigo do seu orientado na 
graduação, o aluno Bruno Fagundes Flora. O trabalho de Flora foi 
publicado em 2010, em conferência internacional, durante evento da 
Federação Internacional de Controle Automático, realizado em Portugal. O
 aluno recebeu apoio financeiro por meio do Fundo de Apoio ao Ensino, à 
Pesquisa e à Extensão (Faepex) da Unicamp.

Outra
 contribuição importante para o desenvolvimento do sistema foi dada pelo
 também aluno de graduação Luís Sérgio Wilke Mühlen, que iniciou o 
projeto detalhado de dois componentes fundamentais da bomba de calor: o 
evaporador e o condensador (trocadores de calor). A partir deste estudo,
 o engenheiro Obed Lobatón fez uma análise térmica e econômica, que 
permitiu reduzir custos de investimento e de operação por meio do 
desenho e dimensionamento de cada um dos trocadores. Foi utilizada a 
metodologia SQP (Programação Quadrática Sequencial) por meio do software
 MatLab®.

Acessível, mas ineficiente

Apesar
 de acessível, o chuveiro elétrico é um equipamento com enorme 
irreversibilidade termodinâmica, implicando em um alto gasto energético.
 Praticamente um kW elétrico é gasto para produzir um kW térmico. No 
Brasil, cerca de 80% dos domicílios utilizam a energia elétrica como 
fonte de aquecimento de água para banho, segundo dados do Sistema de 
Informação de Posses e Hábitos de Uso de Aparelhos Elétricos (Sinpha), 
da Eletrobrás. O aquecimento de água para banho e para uso doméstico 
corresponde a 10% de toda a energia elétrica consumida no país, conforme
 os indicadores do Sinpha, utilizados na pesquisa de Lobatón.

“Os
 sistemas de bombas de calor para aquecimento de água tornam-se 
imperativos no momento em que os custos de energia continuam crescendo 
no mercado mundial. É indispensável buscar, sistematicamente, mecanismos
 sustentáveis, para fornecer às pessoas os serviços energéticos de que 
necessitam a custos acessíveis”, defendeu, por e-mail, o engenheiro Obed
 Lobatón, que após a defesa do mestrado na Unicamp, voltou ao Peru, sua 
terra natal, para trabalhar em uma companhia energética do país.

Em
 certo momento, na década de 1990, a Companhia Paulista de Luz e Força 
(CPFL) chegou a considerar a viabilidade das bombas de calor como forma 
de reduzir o consumo residencial, lembrou o professor da FEM. “A CPFL , 
quando era estatal, chegou a pensar em financiar bombas de calor para as
 pessoas reduzirem o consumo, porque um chuveiro elétrico consome muita 
energia. E o custo inicial de você aumentar 5 kW na rede elétrica é 
muito alto. Mas a ideia foi abandonada”, lamentou Figueiredo.

Princípio

Funcionando
 com base em um dos fundamentos da termodinâmica, a bomba de calor é uma
 máquina que extrai calor de uma fonte térmica e transfere esta energia 
para outra fonte, de maior temperatura e em diferente proporção. 
Geladeiras, freezers, aparelhos de ar condicionados são exemplos de 
bombas de calor presentes no dia a dia. O princípio de funcionamento 
deste sistema provém do postulado do engenheiro francês Nicolas Léonard 
Sadi Carnot&nbsp;(1796-1832) e da concepção teórica posterior de Lord Kelvin 
(1824-1907). Conforme José Figueiredo, as tecnologias das bombas de 
calor são amplamente utilizadas, principalmente para fins industriais, 
devido ao custo dos equipamentos, que são importados.



Reservatório acoplado

otimiza funcionamento

Os
 estudos envolvendo a bomba de calor na FEM incluem também o 
desenvolvimento de um reservatório acoplado para otimizar ainda mais o 
funcionamento do sistema. Este reservatório está sendo elaborado pelo 
engenheiro Bruno Gimenez Fernandes. O trabalho de Gimenez aprimora a 
simulação da bomba de calor desenvolvida por Obed Lobatón, incluindo as 
perdas de carga internas à máquina.

O
 reservatório acoplado à bomba de calor permitirá, segundo o orientador 
José Figueiredo, um armazenamento de calor, de modo que o sistema possa 
trabalhar em horário distinto do de consumo. “Isso pode funcionar muito 
bem, por exemplo, com os casos de tarifa elétrica diferenciada. Pode-se 
usar a bomba de calor no momento de tarifa baixa e usar o calor gerado a
 qualquer outro momento. Essa é uma alternativa para diminuir o pico de 
energia elétrica, que para o chuveiro coincide fortemente com o pico de 
consumo no geral”, propõe.

No futuro,
 as pesquisas devem ganhar um novo fôlego com a modelação de uma bomba 
de duplo efeito, anima-se Figueiredo. “São quatro pesquisas com 
possibilidade de continuação, quando incluirmos a bomba de duplo efeito.
 Seria o uso de uma única máquina para produzir frio e calor. Em um 
prédio residencial, você pode usar o calor para o chuveiro e o frio para
 o condicionamento de ambiente. É uma questão de estudar e verificar a 
viabilidade de uma máquina só ou duas. Temos que pesquisar, modelar, 
simular…”, suscita o docente.■ Publicações

ArtigoFlora,
 B. F., Figueiredo, J. R. Heat pump for heating water for domestic 
purposes using a varying speed in 
Conferência&nbsp;sobre&nbsp;Metodologias&nbsp;e&nbsp;Tecnologia de&nbsp;Controle&nbsp;para 
a&nbsp;Eficiência Energética, promovida pela International Federation of 
Automatic Control (IFAC), Portugal, 2010.

Dissertação:
 “Otimização térmica e econômica de bomba de calor para aquecimento de 
água, utilizando programação quadrática sequencial e simulação através 
do método de Substituição-Newton Raphson”Autor: Obed Alexander Córdova LobatónOrientador: José Ricardo FigueiredoUnidade: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM)Financiamento: Capes



Fonte: Jornal da Unicamp