Introdução: Os blocos de construção da bomba de calor

Uma bomba de calor é constituída por quatro componentes principais, que trabalham em ciclo:

1. Evaporador (permutador de calor para captação de calor)
2. Compressor (coração do sistema)
3. Condensador (permutador de calor para cedência de calor)
4. Válvula de expansão (redução de pressão)

A estes junta‑se o fluido frigorigéneo, que circula por todos os componentes. Neste artigo analisamos cada componente em detalhe.

Nota para Portugal:
O princípio de funcionamento descrito é válido para bombas de calor ar‑água, solo‑água ou água‑água utilizadas em edifícios em Portugal, quer em moradias unifamiliares, quer em edifícios de serviços, de acordo com o quadro regulamentar do SCE – Sistema de Certificação Energética dos Edifícios e com o REH – Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (Decreto‑Lei n.º 101‑D/2020).

O permutador de calor: ceder e receber calor

Sem o permutador de calor, a climatização moderna (aquecimento e arrefecimento) seria praticamente impensável. Este componente cumpre a função central de captação e cedência de calor.

Princípio de funcionamento

Num permutador de calor, a energia térmica é transferida entre dois meios, sem que estes entrem em contacto direto.

Importante: O calor flui sempre do “mais quente” para o “mais frio” – é o segundo princípio da Termodinâmica em ação.

A transferência de calor ocorre principalmente por:

• Condução: transferência de calor através dos materiais
• Convecção: transporte de calor por meios em escoamento

Exemplos do dia a dia

Encontramos permutadores de calor em muitos equipamentos correntes:

Equipamento	Captação de calor	Cedência de calor
Radiador de automóvel	Água de refrigeração quente	Ar que passa no radiador
Frigorífico	Interior do frigorífico	Parte traseira (grelha)
Bomba de calor	Ambiente (ar/solo/água)	Água de aquecimento

Tipos de permutadores de calor

Permutador de tubos

Constituição:

• Um tubo com um fluido em circulação
• Um espaço envolvente com outro fluido
• O calor é transferido através da parede do tubo

Vantagens:

Os permutadores de tubos destacam‑se sobretudo pela simplicidade:

Vantagem	Explicação
Construção simples	Poucos componentes
Robusto	Pouco sensível a variações de pressão
Fácil manutenção	Limpeza relativamente simples
Custo reduzido	Fabrico económico

Desvantagens:

A simplicidade traz também algumas limitações:

Desvantagem	Explicação
Menor eficiência	Menor área de transferência
Maior necessidade de espaço	Requer mais volume de instalação

Permutador de placas

Constituição:

• Várias placas com pequenos espaços intermédios
• Escoamento alternado do fluido quente e frio
• Escoamento em contracorrente para máxima eficiência

Vantagens:

A construção compacta oferece vantagens decisivas:

Vantagem	Explicação
Elevada eficiência	Grande área de superfície
Compacto	Pouco espaço de instalação
Modular	Possibilidade de adicionar placas

Desvantagens:

A maior complexidade também tem inconvenientes:

Desvantagem	Explicação
Custo mais elevado	Fabrico mais exigente
Sensível à pressão	Juntas mais críticas
Limpeza difícil	Muitos canais estreitos

Utilização em bombas de calor

Nas bombas de calor, utilizam‑se diferentes tipos de permutadores consoante a posição no circuito:

Posição	Designação	Tipo de permutador
Entrada	Evaporador	Tubo‑aleta ou placas
Saída	Condensador	Permutador de placas brasadas

Normas técnicas em Portugal
O dimensionamento térmico dos elementos de permuta e o cálculo de coeficientes de transmissão de calor (valores U) seguem as normas europeias, nomeadamente:

• EN 12831 (cálculo de cargas térmicas de aquecimento), aplicada em Portugal no âmbito do REH/RECS;
• EN ISO 6946 (cálculo de coeficientes de transmissão térmica de elementos de construção).
  Estas normas são referidas nos manuais de cálculo utilizados para o SCE e para o cumprimento do Decreto‑Lei n.º 101‑D/2020.

O compressor: o coração do sistema

Este componente é responsável pela compressão do fluido frigorigéneo. Com a compressão, a temperatura sobe para um nível utilizável para aquecimento.

Princípio de funcionamento

1. O fluido frigorigéneo gasoso é aspirado a partir do evaporador
2. O compressor comprime mecanicamente o gás
3. A pressão aumenta → a temperatura aumenta
4. O gás quente é encaminhado para o condensador

O compressor é a “bomba” propriamente dita da bomba de calor.

Constituição

Um compressor é constituído por:

• Unidade motriz: normalmente um motor elétrico
• Zona de compressão: elementos móveis (espirais, pistões, roletes, etc.)

Tipos de compressor

Compressor scroll (padrão em bombas de calor)

Princípio de funcionamento:

• Duas espirais (scrolls)
• Uma fixa, outra móvel
• O movimento excêntrico comprime o gás progressivamente

Vantagens:

Os compressores scroll tornaram‑se padrão por boas razões:

Vantagem	Explicação
Muito silencioso	Sem movimentos bruscos
Elevado rendimento	Compressão eficiente
Longa vida útil	Menor desgaste
Caudal estável	Funcionamento uniforme

Compressor inverter (moderno)

Combina o compressor scroll com um inversor de frequência:

• A velocidade do motor é variável
• A potência adapta‑se à carga térmica
• Evita arranques/paragens frequentes → menos desgaste

Vantagens:

A velocidade variável traz vantagens importantes:

Vantagem	Explicação
Eficiência energética	Só fornece a potência necessária
Baixo ruído	Sem picos de ruído de arranque
Maior durabilidade	Menores solicitações mecânicas
Controlo preciso	Temperatura mais estável

Outros tipos de compressor

Existem ainda outras configurações de compressores para aplicações específicas:

Tipo	Aplicação
Compressor alternativo (pistão)	Grandes instalações de frio
Compressor de rolo (rotativo)	Pequenos aparelhos de ar condicionado
Compressores centrífugos/turbo	Instalações industriais

Normas e requisitos em Portugal
As bombas de calor comercializadas em Portugal devem cumprir as normas europeias de produto, como a EN 14511 (condições de ensaio e desempenho) e a EN 14825 (desempenho sazonal – SCOP/SEER).
Para efeitos de certificação energética no SCE, o desempenho declarado (COP, SCOP) é utilizado nos cálculos regulamentares do REH/RECS.

A válvula de expansão: o contraponto do compressor

A válvula de expansão é o contraponto do compressor. Regula o retorno do fluido frigorigéneo do condensador para o evaporador.

Princípio de funcionamento

Depois da cedência de calor no condensador, o fluido frigorigéneo mantém:

• Pressão elevada
• Temperatura elevada

A válvula de expansão:

1. Reduz a pressão através de uma estrangulação controlada
2. Com a queda de pressão, a temperatura desce
3. O fluido frigorigéneo fica pronto para um novo ciclo no evaporador

Tipos de válvula

Válvulas de expansão não reguladas

• Construção simples
• Abertura fixa
• Utilizadas em sistemas simples (por exemplo, pequenos frigoríficos)

Válvulas de expansão reguladas

• Ajustam automaticamente o caudal
• Reagem à temperatura e à pressão
• Padrão em bombas de calor modernas

Graças à regulação, é possível ajustar com precisão a potência de aquecimento.

O fluido frigorigéneo: o “líquido mágico”

Sem as propriedades específicas dos fluidos frigorigéneos, as bombas de calor não poderiam funcionar.

O que torna um fluido frigorigéneo especial?

Os fluidos frigorigéneos têm propriedades físicas que os tornam ideais para este tipo de aplicação:

Propriedade	Importância
Baixo ponto de ebulição	Evapora a temperaturas relativamente baixas
Elevada capacidade calorífica	Consegue absorver muita energia térmica
Mudança de fase	Alterna de forma eficiente entre líquido e gás

Fluido frigorigéneo vs. fluido de arrefecimento

Atenção: Estes termos são muitas vezes confundidos, mas designam conceitos diferentes:

	Fluido frigorigéneo	Fluido de arrefecimento
Estado físico	Alterna (líquido ↔ gasoso)	Mantém‑se praticamente constante
Transferência de calor	Através da mudança de fase	Através do escoamento
Aplicação típica	Bombas de calor, AVAC	Arrefecimento de motores, circuitos hidráulicos

Fluidos frigorigéneos utilizados

Fluidos frigorigéneos naturais

Os fluidos naturais são, em geral, mais favoráveis ao ambiente, mas cada um tem características próprias:

Designação	Características
Propano (R290)	Baixo impacto climático, inflamável
CO₂ (R744)	Não inflamável, pressões de funcionamento elevadas
Amónia (R717)	Muito eficiente, tóxica (uso sobretudo industrial)

Fluidos frigorigéneos sintéticos

Os fluidos sintéticos estão a ser progressivamente substituídos por alternativas com menor impacto climático:

Designação	Situação
R410A	Ainda presente em muitas instalações existentes, em fase de eliminação gradual na UE
R32	Padrão atual em muitas bombas de calor residenciais
R1234yf	Fluido de nova geração com baixo GWP

Fluidos frigorigéneos proibidos ou em eliminação

Por motivos ambientais e de segurança, foram ou estão a ser proibidos:

• CFC (por ex. R11) – destruição da camada de ozono
• HCFC (por ex. R22) – forte efeito de estufa e impacto na camada de ozono
• Diversos HFC com elevado GWP, progressivamente restringidos pelo Regulamento (UE) dos gases fluorados (F‑gases)

GWP (Global Warming Potential): indicador do potencial de aquecimento global de uma substância em comparação com o CO₂.

Contexto legal em Portugal
A utilização, recuperação e manuseamento de fluidos frigorigéneos em Portugal está sujeita ao Regulamento (UE) relativo a gases fluorados e à legislação nacional associada. As empresas e técnicos que intervêm em bombas de calor devem possuir certificação F‑gases válida.

A interação de todos os componentes

        Evaporador (exterior)
              │
              │ Gás (frio)
              ↓
        Compressor ←── Energia elétrica
              │
              │ Gás (quente, alta pressão)
              ↓
        Condensador (interior)
              │
              │ Líquido (quente)
              ↓
        Válvula de expansão
              │
              │ Líquido (frio, baixa pressão)
              ↓
        Retorno ao evaporador

O fluxo de energia

1. Calor do ambiente (gratuito) → evaporador
2. Energia elétrica → compressor
3. Calor útil → sistema de aquecimento (radiadores, piso radiante, ventiloconvetores)

O aspeto decisivo: por cada 1 kWh de eletricidade consumida, a bomba de calor pode fornecer 3 a 5 kWh de calor útil, dependendo das condições de funcionamento (COP/SCOP).

Desempenho e regulamentação em Portugal

• O desempenho sazonal (SCOP) das bombas de calor é considerado no cálculo do desempenho energético dos edifícios no âmbito do SCE, em conformidade com o Decreto‑Lei n.º 101‑D/2020.
• As bombas de calor contribuem para o cumprimento dos requisitos mínimos de eficiência e para a quota de energias renováveis exigida em novos edifícios e grandes reabilitações.
• A instalação deve respeitar as boas práticas de projeto e execução previstas nas normas europeias de AVAC e nas regras técnicas aplicáveis (por exemplo, regras da APIRAC e boas práticas de projeto de sistemas de climatização).

Incentivos e enquadramento em Portugal

Embora este artigo seja focado na técnica, é relevante conhecer o enquadramento nacional para bombas de calor e eficiência energética:

• Regulamentação energética de edifícios:

  • Decreto‑Lei n.º 101‑D/2020 – estabelece o regime de desempenho energético dos edifícios (REH/RECS) e o SCE – Sistema de Certificação Energética.
  • Define requisitos mínimos de isolamento (valores U máximos para paredes, coberturas, pavimentos e vãos envidraçados) e de eficiência dos sistemas técnicos, incluindo bombas de calor.

• Certificação energética (SCE):

  • Todos os edifícios novos e os existentes sujeitos a transação ou arrendamento devem possuir Certificado Energético, emitido por perito qualificado da ADENE.
  • A classe energética (A+, A, B, …, G) reflete o desempenho global do edifício, incluindo a eficiência da bomba de calor e dos restantes sistemas.

• Rotulagem energética de equipamentos:

  • As bombas de calor e equipamentos de climatização vendidos em Portugal devem apresentar a etiqueta energética da UE, com classes de eficiência (A+++ a G), valores de SCOP/SEER e níveis de ruído, conforme os regulamentos europeus de rotulagem.

• Incentivos e apoios financeiros (programas recentes/típicos):

  • Programa de Apoio a Edifícios Mais Sustentáveis (gerido pelo Fundo Ambiental): apoios a particulares para substituição de sistemas de aquecimento ineficientes por bombas de calor, melhoria de isolamento térmico, janelas eficientes e instalação de sistemas solares térmicos e fotovoltaicos. Os apoios têm sido tipicamente de algumas centenas a alguns milhares de euros por habitação, dependendo das medidas e dos avisos em vigor.
  • Vale Eficiência: apoio dirigido a famílias economicamente vulneráveis para intervenções de melhoria da eficiência energética, incluindo instalação de bombas de calor e reforço de isolamento.
  • Incentivos ao autoconsumo fotovoltaico: apoios periódicos do Fundo Ambiental e regimes de autoconsumo com injeção na rede, que podem ser combinados com bombas de calor para reduzir o custo de funcionamento.

Em Portugal, estes programas substituem referências alemãs como “BAFA‑Förderung” ou “KfW”. As condições, montantes e prazos variam consoante o aviso de candidatura, pelo que é aconselhável consultar o Fundo Ambiental e a ADENE para informação atualizada.

Conclusão

Próximo passo: Indicadores e dimensionamento de bombas de calor

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Série completa de artigos “Bombas de calor”

1. O anti‑frigorífico: como funciona uma bomba de calor? – Fundamentos
2. Os componentes: permutador de calor, compressor e válvula de expansão – Está aqui
3. Indicadores e dimensionamento de bombas de calor – COP, SCOP e mais
4. Modos de funcionamento: monovalente, bivalente e híbrido – Modos de operação
5. Tipos de bomba de calor e a parceria ideal com sistemas solares – Ar‑água, solo‑água & solar

Fontes

• Ökoloco: Wärmetauscher
• Wolf: Wärmetauscher Wärmepumpe
• Heizung.de: Scrollverdichter
• Energie-Experten: Verdichter
• Heizung.de: Expansionsventil
• Wolf: Kältemittel Wärmepumpe