Para determinar o período de retorno financeiro resultante do investimento associado à instalação do equipamento necessário para o funcionamento do sistema com a metodologia de aproveitamento de calor, foram considerados os componentes da tabela 4.17 e respectivos preços.
Devido ao consumo da água não ser por impulso (isto é, o consumo de AQS não é imediato), é necessário ter em consideração a utilização de um depósito para o armazenamento da água pré-aquecida pelo arrefecedor de vapor. Neste modelo, foi determinada a procura máxima diária de 8 387 litros, sendo considerado para armazenamento da água pré-aquecida, um depósito de 4 000 litros, com as características da tabela 4.16, adequado para AQS.
Tabela 4.16 -Características do depósito para AQS Vulcano MVV 4000-RB
Capacidade [l] 4 000
Dimensões [mm] 2 310Ø × 1 910
Isolamento em espuma rígida de poliuretano [mm] 80
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Tabela 4.17 - Preços dos componentes do sistema de aproveitamento de calor
Preço [€] Componente
3 069,00 Arrefecedor de vapor - Doucette Industries, Inc, DC20 6 042,00 Deposito para água pré-aquecida - Vulcano MVV 4000-RB 563,00 Bomba de circulação - Lowara ecocirc XLplus 25-40 6,08 Sensores
1 000,00 Instalação + Tubagens + Isolamentos + Válvulas
10 680,08 Total
O tempo de retorno financeiro vai depender do sistema convencional de aquecimento de AQS instalado no edifício. Na realização da análise financeira, foi observado que os custos energéticos associados ao consumo de energia para aquecimento de AQS dependem da fonte de energia utilizada e da eficiência dos equipamentos. Considerando assim os equipamentos com a eficiência da tabela 4.14 e os preços de referência da tabela 4.15, foi determinado o tempo de retorno financeiro, associado à utilização de cada equipamento.
Tabela 4.18 - Tempo de retorno financeiro associado aos sistemas convencionais de aquecimento de AQS
Sistema de aquecimento de AQS instalado Tempo de retorno financeiro [meses]
Caldeira a gás natural 14,8
Termoacumulador 7,2
Caldeira a gás propano 8,2
Caldeira a gasóleo de aquecimento 12,0
O tempo de retorno financeiro maior, está associado ao sistema com caldeira a gás natural. O baixo preço do gás, associado a elevada eficiência das caldeiras actuais, faz com que a caldeira de gás natural tenha o menor custo associado ao aquecimento de água e portanto, o tempo de retorno financeiro maior, correspondente a 1,3 anos.
Qualquer que seja o sistema de aquecimento convencional de AQS utilizado no edifício, a consequente implementação desta metodologia de aproveitamento de calor, faz com que seja um projecto para aumento da eficiência global do edifício, muito viável. O pouco equipamento necessário á recuperação do calor, associado ao potencial de redução energética associado, fazem com que esta solução seja amortizada num curto período de tempo e permita poupar entre 8 666 €/ano e 17 872 €/ano em custos energéticos.
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5 Conclusões
Através da identificação e caracterização das potenciais fontes de calor residual em sistemas de refrigeração, foi possível analisar quais as metodologias existentes, para aproveitamento deste calor rejeitado pelos sistemas de refrigeração assim como os processos e aplicações com potencialidades de utilização deste calor residual.
Através do modelo construído nesta dissertação, juntamente com os vários casos de estudo descritos que promovem e divulgam o aumento de eficiência energética, através da implementação de metodologias de aproveitamento de calor rejeitado nos sistemas de refrigeração, foi possível demonstrar a possibilidade significativa para aumento da mesma. Assim sendo, a opção de aproveitamento do calor residual em determinados edifícios e indústrias é uma opção muito viável, reduzindo não só os custos e o consumo energético, mas também o impacto ambiental associado às emissões de outras fontes de energia de produção de calor.
A análise dos factores que permitem avaliar a viabilidade de um projecto de implementação de uma solução deste tipo, para aumento da eficiência global, permitiu identificar que os melhores resultados das potencialidades energéticas são obtidos em sistemas de grande potência frigorífica. Estes sistemas têm uma quantidade de calor libertado para o meio ambiente consideravelmente elevada e significativa, podendo ser aproveitada em sistemas de refrigeração industriais e comerciais.
Os edifícios com grandes potencialidades de aumento da eficiência energética ao implementar uma metodologia de calor, são principalmente os que utilizam sistemas centralizados de produção de frio com potências frigoríficas superiores a 50kW e simultaneamente processos industriais com procura de calor de baixa temperatura. O preço dos equipamentos necessários, assim como as temperaturas e potências requeridas para o aproveitamento de calor, inviabiliza o seu uso em pequenos equipamentos domésticos
Os resultados da simulação do sistema de refrigeração nesta dissertação, permitiram a identificação das potências e temperaturas das fontes de rejeição de calor pelo sistema. Foi demonstrada a oportunidade de utilização deste calor para pré-aquecimento de AQS e simultaneamente proporcionar aquecimento ambiente, no mesmo edifício. Ao utilizar parte do calor residual para pré-aquecimento de AQS, foi possível aumentar a eficiência global do sistema de refrigeração em 18,6 % com uma redução de 76,8 % de energia associada ao processo de AQS.
Na tentativa da redução de toda a energia associada ao aquecimento de AQS no edifício, foi realizada uma simulação com o objectivo de obter uma temperatura de condensação maior. Os resultados comprovaram que esta solução permite, com mais potência disponível, a obtenção de água quente com valores superiores de temperatura. Devido à pressão de condensação maior existe uma consequente diminuição da eficiência do sistema de refrigeração, não compensando assim energeticamente o aumento de eficiência global do processo associado ao aproveitamento
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de calor. Assim sendo é mais eficiente trabalhar com um valor de temperatura de condensação o mais baixo possível.
Foram identificadas outras vantagens associadas à implementação da metodologia de aproveitamento neste sistema, tais como, a redução em 14 % da carga térmica no condensador arrefecido a ar, possibilitando a diminuição do consumo energético dos ventiladores.
A possibilidade de integração do sistema de aproveitamento de calor com outros processos, os resultados significativos na redução do consumo energético, o pouco equipamento adicional e rapidez de retorno financeiro (máximo de 15 meses), neste sistema de refrigeração, permitem concluir que esta é uma boa medida de implementação para aumento da eficiência global e do impacto ambiental associados ao consumo energético do edifício.
Uma das conclusões a tirar, proveniente do projecto de implementação de uma metodologia de aproveitamento de calor construído nesta dissertação, é a possibilidade de avaliar em qualquer sistema de refrigeração, as potencialidades energéticas e viabilidade de aproveitamento deste calor residual para utilização noutros processos, através de simulação.
Assim sendo, o modelo que foi construído, pode ser utilizado como padrão para análise de outros sistemas de refrigeração e previsão dos custos associados à implementação de uma metodologia para aproveitamento de calor, em edifícios que necessitem de um sistema de refrigeração e simultaneamente, processos com procura de calor de baixa temperatura.
Tendo como linha de orientação o tema desta dissertação, sugere-se para trabalhos futuros, a possibilidade de fazer a análise das quebras de pressão consequentes da implementação de um arrefecedor de vapor no sistema de refrigeração. Poderá ainda ser efectuado o estudo de sistemas de refrigeração com condensador arrefecido a água, para assim realizar a análise da redução de custos consequentes da eliminação de uma da torre de refrigeração, ao integrar com um processo que utilize toda a água do condensador.
Sugere-se no âmbito da optimização do aproveitamento de calor com recurso a um arrefecedor de vapor como o utilizado no modelo desta dissertação, o recurso a simulação numérica, de modo a determinar qual o fluido frigorigéneo e condições do sistema que permitem uma temperatura de descarga superior, assim como o fluido frigorigéneo que permite uma percentagem maior de calor disponível em estado de vapor sobreaquecido, tendo como objectivo uma maior quantidade de calor para aproveitamento, a uma temperatura superior.
Relativamente ao aumento da eficiência energética, poderá ser efectuado um estudo que combine outras medidas de eficiência energética aplicáveis a sistemas de refrigeração, com a solução estudada nesta dissertação, de modo a tornar o sistema de refrigeração o mais eficiente possível.
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