Desenvolvimento e avaliação de uma bomba de calor usada no condicionamento de ar para secagem de alimentos

Uma bomba de calor composta por compressor alternativo acoplado a motor elétrico de 1,1 kW, condensador a ar, evaporador de expansão seca, refrigerante R22 e instrumentos de medição e controle foi conectada a um secador de bandejas. Ar ambiente era succionado através do evaporador, em seguida passava pelo condensador e era descarregado no secador. O desempenho termodinâmico da bomba de calor foi avaliado por ensaios nos quais se controlava previamente as condições do ar na entrada do evaporador (temperatura: 21, 25 e 30°C; umidade relativa, φ: 40, 64 e 92%). Os resultados indicaram a temperatura de evaporação (tev) do refrigerante como o parâmetro operacional de maior influência na viabilidade da bomba de calor como sistema alternativo de condicionamento de ar para secagem de alimentos. A economia do consumo de energia elétrica, em relação a um sistema que usa apenas resistências elétricas para sobreaquecer o ar até produzir o mesmo potencial de secagem, foi da ordem de 40% quando se usou ar úmido (φ > 90%) e tev ≤ 0°C. O coeficiente de desempenho, COP, efetivo de aquecimento variou entre 1,7 e 2,1. Uma análise exergética apontou o conjunto motor-compressor como o elemento de maior consumo de exergia. Foram realizados ensaios de secagem até 4-6% de umidade, com fatias de cebolas in natura ou já parcialmente desidratadas, e os resultados foram comparados com os obtidos simultaneamente em outro secador, idêntico, mas com aquecimento do ar ambiente por meio de resistências elétricas, ambos a 55°C. As curvas de secagem confirmaram o desempenho superior do sistema que usa bomba de calor, permitindo considerável redução no tempo de exposição e, em conseqüência, melhor manutenção da cor (avaliada por análise espectro-fotométrica) e uma economia no consumo de energia elétrica da ordem de 15 a 35%. Um programa computacional de simulação dos processos da bomba de calor, em regime permanente, elaborado em linguagem Fortran77, apresentou desvios médios entre 4,2 e 9,0% em relação a resultados experimentais. O modelo também foi utilizado para analisar a influência de parâmetros operacionais no estabelecimento da temperatura de evaporação do R22 e no desempenho do sistemaA heat pump made up of a reciprocating compressor driven by a 1.1 kW electric motor, an air condenser, a dry expansion evaporator, filled with R22 refrigerant fluid and fully instrumented was circuited to a tray dryer. Ambient air was sucked through the evaporator, flowed outside the condenser and was blown into the dryer. The thermodynamic performance of the heat pump was evaluated through several tests, keeping the entrance air under constant conditions (temperature: 21, 25 and 30°C; relative humidity, φ: 40, 64 and 92%). The results indicated that the evaporation temperature, tev, is the most influencing parameter on process efficiency. Energy savings, when compared to a system that uses only electric resistances to over heat the air in order to produce the same drying potencial, was of the order of 40%, when humid air (φ > 90%) and t ≤ 0°C were used. Values of the effective heating performance coefficient, COP, ranged from 1.7 to 2.1. An exergetic analysis pointed the motor-compressor as the element of the greatest exergy consumption. onion rings were used during drying tests in order to compare the results to data obtained from another dryer, identical to the first one, but using heated air coming from an electrical heater, both at 55°C. Drying curves confirmed the superior performance of the, heat pump system, allowing considerable process time reduction, implying on color maintenance (evaluated from spectrophotometrical analysis) and energy saving by amount of 15 to 35%, as compared to the second dryer. A computational program, for simulating the heat pump processes at steady state, using Fortran77 language, showed average deviations between 4.2 and 9.0% when compared to experimental results. The model was employed to analyze the influence of operational parameters on evaporation temperature values and on the system performanc