Bomba de calor Frenette: estrutura e princípio de funcionamento + é possível montá-la você mesmo?

Os amantes de fazer artesanato sempre encontrarão uso para sua própria força, paciência e materiais descartados. Com componentes praticamente gratuitos, eles podem facilmente montar um item extremamente útil para o lar.

Por exemplo, poderão fazer uma eficiente bomba de calor Frenett com as próprias mãos, sem gastar nada. Mas aumentarão seu acervo de conhecimento e repertório de habilidades, e isso é inestimável, não é mesmo?

As informações apresentadas ajudarão a entender o princípio de funcionamento do aparelho. Com nossa ajuda, você poderá decidir sobre o projeto e aprender como o modelo é fabricado. Instruções claras para a produção deste tipo de bomba de calor darão uma ajuda eficaz aos artesãos domésticos independentes.

Fornecemos recomendações práticas para a fabricação de um dispositivo caseiro produtivo e dicas para a operação deste equipamento.

Princípio de funcionamento do dispositivo

Para aqueles que já lidaram com questões de aquecimento economicamente viável, o nome 'bomba de calor' é bem conhecido. Especialmente em combinação com termos como 'terra-água', 'água-água', ou 'ar-água' e etc.

Tal bomba de calor com o dispositivo Frenett não tem praticamente nada em comum. Exceto pelo nome e pelo resultado final na forma de energia térmica, que é usada para aquecimento.

As bombas de calor que funcionam com o princípio de Carnot são muito populares tanto como uma forma economicamente viável de organizar o aquecimento quanto como um sistema ecologicamente seguro.

O funcionamento de tal conjunto de dispositivos está relacionado ao acúmulo de energia de baixo potencial contida nos recursos naturais (solo, água, ar) e sua transformação em energia térmica de alto potencial.

A invenção de Evgeny Frenett é projetada e funciona de maneira completamente diferente.

O princípio de funcionamento deste dispositivo baseia-se no uso de energia térmica gerada pelo atrito. A estrutura consiste em superfícies metálicas dispostas não rentes umas às outras, mas a uma certa distância. O espaço entre elas é preenchido com líquido.

As peças do dispositivo giram umas em relação às outras por meio de um motor elétrico, e o líquido dentro do invólucro, em contato com os elementos rotativos, aquece.

O calor gerado pode ser usado para aquecer o fluido de transferência. Algumas fontes recomendam usar esse líquido diretamente no sistema de aquecimento. Na maioria das vezes, um radiador comum é conectado à bomba Frenetta caseira.

Como fluido de transferência do sistema de aquecimento, os especialistas recomendam veementemente o uso de óleo, e não água.

Durante a operação da bomba, esse líquido tende a aquecer muito intensamente. A água nessas condições pode simplesmente ferver. O vapor quente em um espaço fechado cria pressão excessiva, o que geralmente causa ruptura dos tubos ou do invólucro. Usar óleo nessa situação é muito mais seguro, pois seu ponto de ebulição é significativamente mais alto.

Para fabricar a bomba de calor Frenetta, você precisará de um motor, um radiador, alguns tubos, uma comporta de disco de aço, discos de aço, uma haste de metal ou plástico, um cilindro de metal e um conjunto de porcas (+).

Há uma opinião de que a eficiência desse gerador de calor ultrapassa 100% e pode até chegar a 1000%. Do ponto de vista da física e da matemática, essa afirmação não é totalmente correta.

A eficiência reflete as perdas de energia gastas não no aquecimento, mas propriamente no funcionamento do aparelho. Na verdade, as afirmações fenomenais sobre a eficiência incrivelmente alta da bomba Frenetta refletem sua eficácia, que é realmente impressionante. O consumo de eletricidade para operar o aparelho é insignificante, mas a quantidade de calor resultante é bastante perceptível.

Aquecer o fluido de transferência às mesmas temperaturas com um elemento de aquecimento, por exemplo, exigiria uma quantidade significativamente maior de eletricidade, talvez dezenas de vezes mais. Um aquecedor doméstico, com esse consumo de eletricidade, nem sequer aqueceria.

Por que todos os ambientes residenciais e industriais não são equipados com esses aparelhos? As razões podem ser variadas.

Em primeiro lugar, a água é um fluido de transferência mais simples e conveniente do que o óleo. Ela não aquece a temperaturas tão altas, e é mais fácil lidar com as consequências de vazamentos de água do que limpar óleo derramado.

Em segundo lugar, no momento da invenção da bomba de Frenette, o sistema de aquecimento central já existia e funcionava com sucesso. Sua desmontagem para substituição por geradores térmicos seria muito cara e causaria muitos inconvenientes, portanto, ninguém sequer considerou seriamente essa opção. Como se costuma dizer, o melhor é inimigo do bom.

Recomendações para uso do aparelho

Vale notar que existem variações da bomba de Eugênio Frenette que utilizam água como fluido de transferência de calor. Mas geralmente são grandes modelos industriais, usados em empresas especializadas.

O funcionamento de tais dispositivos é rigorosamente controlado por instrumentos especiais. É praticamente impossível garantir um nível de segurança semelhante em condições domésticas.

Diagrama geral do gerador térmico industrial desenvolvido por cientistas de Khabarovsk: 1 — tanque; 2 — tubo de entrada; 3 — tubo de saída; 4 — aquecedor de água; 5 — eixo do rolamento. A água é usada como fluido de transferência de calor.

A versão mais popular da bomba de Frenette, que utiliza água em vez de óleo como fluido de transferência de calor, é o dispositivo desenvolvido por cientistas de Khabarovsk: Natalya Ivanovna Nazyrova, Mikhail Pavlovich Leonov e Alexander Vasilyevich Siarg. Nesta construção em forma de cogumelo, a água é especialmente levada à ebulição e transformada em vapor.

Em seguida, a força reativa do vapor é usada para aumentar a velocidade de deslocamento do fluido de transferência de calor através dos canais da bomba para 135 m/min. Como resultado, o gasto de energia para mover o fluido de transferência de calor é mínimo, e o rendimento na forma de energia térmica é muito alto.

No entanto, essa unidade deve ser extremamente robusta, e seu funcionamento deve ser constantemente monitorado para evitar acidentes.

O que fazer se a bomba de Frenette for usada para aquecer uma grande sala ou uma casa inteira? A água é o fluido de transferência de calor tradicional, e a maioria dos sistemas de aquecimento é projetada para ele. Além disso, encher todo o sistema de aquecimento com óleo líquido adequado pode ser caro.

Essa questão é resolvida de forma muito simples. É necessário construir adicionalmente um trocador de calor comum, no qual o óleo aquecido aquecerá a água que circula pelo sistema de aquecimento. Uma certa quantidade de calor será perdida, mas o efeito geral permanecerá bastante perceptível.

A bomba de calor Frenette pode ser usada com sucesso em combinação com sistemas de piso aquecido a água. Mas em vez de água, é necessário encher os tubos com óleo líquido.

Uma ideia interessante pode ser o uso da bomba de Frenette em combinação com sistema de piso aquecido. O fluido de transferência de calor é então conduzido através de tubos plásticos estreitos colocados em uma camada de concreto.

Esse sistema de aquecimento funciona da mesma forma que um piso aquecido a água comum. Naturalmente, este tipo de projeto só pode ser implementado em uma casa particular, pois para edifícios altos de vários andares é permitido usar exclusivamente piso aquecido elétrico.

Uma maneira prática e conveniente de usar esse dispositivo – aquecer um pequeno ambiente: garagem, galpão, oficina, etc. A bomba de Frenette permite resolver de forma eficiente e rápida o problema de aquecimento autônomo nesses locais.

Os custos de eletricidade para seu funcionamento são baixos em comparação com o efeito térmico obtido, e construir tal unidade não é difícil com os materiais mais simples.

Opções de construção da bomba Frenett

Eugênio Frenette não apenas inventou o dispositivo que leva seu nome, mas também o aprimorou várias vezes, criando cada vez mais versões novas e mais eficientes do aparelho.

Na primeira bomba, que o inventor patenteou em 1977, foram usados apenas dois cilindros:

• externo – cilindro oco de maior diâmetro e em estado estático
• interno – o diâmetro do recipiente é ligeiramente menor que as dimensões da cavidade do cilindro externo.

No espaço estreito resultante entre as paredes dos dois cilindros, o inventor despejou óleo líquido. Naturalmente, a parte da estrutura onde esse fluido térmico líquido estava localizada foi cuidadosamente selada para evitar vazamentos de óleo.

Este é o esquema da primeira versão da bomba de calor de Frenette. O eixo rotativo está posicionado horizontalmente, o fluido térmico está colocado no espaço estreito entre os dois cilindros de trabalho (+).

O cilindro interno é conectado ao eixo do motor elétrico de modo a garantir sua rotação rápida em relação ao cilindro grande estacionário. Na extremidade oposta da estrutura, foi colocado um ventilador com hélice.

Durante a operação, o óleo aquecia e transferia calor para o ar ao redor do dispositivo. O ventilador permitia espalhar rapidamente o ar aquecido por todo o volume do ambiente.

Como essa estrutura aquecia bastante, para uso conveniente e seguro, ela foi escondida em um invólucro protetor. Naturalmente, foram feitos orifícios no invólucro para circulação de ar.

Um complemento útil à estrutura foi um termostato, com o qual o funcionamento da bomba de Frenette podia ser automatizado até certo ponto.

O eixo central neste modelo de bomba de calor está posicionado verticalmente. O motor fica na parte inferior, em seguida são instalados os cilindros encaixados um dentro do outro, e na parte superior fica o ventilador. Mais tarde, surgiu um modelo com eixo central horizontal.

O modelo da bomba de calor Frenette com eixo rotativo horizontalmente orientado foi utilizado juntamente com um radiador de aquecimento, dentro do qual circulava óleo aquecido (+)

Foi precisamente este dispositivo que foi usado pela primeira vez em combinação não com um ventilador, mas com um radiador de aquecimento. O motor está colocado lateralmente, e o eixo do rotor passa através do tambor rotativo e sai para o exterior.

Neste tipo de dispositivo, não há ventilador. O fluido térmico da bomba é transportado através de tubos para o radiador. Da mesma forma, o óleo aquecido pode ser direcionado para outro trocador de calor ou diretamente para os tubos de aquecimento.

Posteriormente, o design da bomba de calor Frenette foi significativamente alterado. O eixo do rotor permaneceu na posição horizontal, mas a parte interna foi feita de dois tambores rotativos e um impulsor colocado entre eles. Como fluido térmico, o óleo líquido é novamente usado aqui.

Nesta variante da bomba de calor Frenette, dois cilindros giram lado a lado, separados por um impulsor de construção especial feito de metal muito resistente (+)

Quando esta estrutura gira, o óleo é adicionalmente aquecido, pois passa por orifícios especiais feitos no impulsor e, em seguida, penetra na cavidade estreita entre as paredes do corpo da bomba e seu rotor. Assim, a eficiência da bomba Frenette foi significativamente melhorada.

Nas bordas do impulsor da bomba de calor Frenette, existem pequenos orifícios. O fluido térmico aquece rápida e eficientemente ao passar por eles (+)

No entanto, vale ressaltar que este tipo de bomba não é muito adequado para fabricação caseira. Primeiramente, será necessário encontrar desenhos confiáveis ou calcular o design por conta própria, o que só é possível para um engenheiro experiente.

Em seguida, será necessário encontrar um impulsor especial com orifícios de tamanho adequado. Este elemento da bomba de calor trabalha sob cargas elevadas, por isso deve ser feito de materiais muito resistentes.

Fabricação independente do dispositivo

A revisão das variantes do dispositivo da bomba Frenette permite compreender que os princípios de seu funcionamento, com maior ou menor eficiência, podem ser utilizados em construções de diferentes tipos e formas. A ideia principal permanece a mesma: um espaço estreito entre elementos metálicos, preenchido com óleo, e a rotação através de um motor elétrico.

O diagrama mostra uma variante da bomba de calor Frenette, que geralmente é usada para fabricação caseira do dispositivo. A base da construção – discos metálicos separados por porcas (+)

Em casa, a bomba Frenette geralmente é fabricada, consistindo em uma série de placas metálicas separadas por um espaço estreito.

Para fabricar tal dispositivo, é necessário preparar os materiais necessários:

• cilindro oco de metal;
• conjunto de discos de aço idênticos com orifício central;
• conjunto de porcas com altura de 6 mm;
• haste de aço rosqueada:
• motor elétrico com eixo alongado;
• rolamento;
• tubos de conexão.

As dimensões da bomba podem ser maiores ou menores. Mas a distância entre os discos deve ser mantida exatamente – 6 mm. Porcas padrão são usadas como separadores, e a haste de aço é o centro da estrutura.

Sua espessura deve corresponder ao diâmetro da porca. Se não houver uma haste rosqueada disponível, será necessário cortar a rosca.

Os discos metálicos para a bomba de calor Frenette devem ser ligeiramente menores que o diâmetro do corpo cilíndrico, para garantir rotação livre e aquecimento mais eficiente do fluido térmico.

Obviamente, o orifício nos discos também deve ser tal que eles possam ser colocados livremente no eixo central. O diâmetro externo dos discos deve ser alguns milímetros menor que o corpo. Se não houver elementos prontos disponíveis, os discos são cortados manualmente a partir de chapa metálica ou este trabalho é confiado a um torneiro.

Os discos de aço para a bomba de calor Frenette podem ser cortados em casa, se houver equipamento adequado disponível.

O corpo cilíndrico pode ser feito a partir de um recipiente metálico velho de configuração adequada ou soldado em metal. Um pedaço de tubo metálico largo também serve.

As paredes são soldadas às extremidades do cilindro. O corpo deve ser hermético para que o óleo não vaze. Nas extremidades superior e inferior do corpo, devem ser feitos furos adicionais: para a entrada e saída dos tubos de aquecimento que levam ao radiador.

Naturalmente, todos os pontos de conexão dos tubos devem ser vedados. Para conexões rosqueadas, são usados selantes especiais: fita FUM, linho, etc. Se for decidido usar tubos de polipropileno, serão necessários acessórios especiais e, possivelmente, um ferro de soldar para a instalação desses tubos.

Para o funcionamento da bomba Frenette, um motor elétrico de alto desempenho não é necessário. Um dispositivo retirado de um eletrodoméstico velho ou quebrado, como um ventilador comum, serve.

A função principal do motor elétrico é girar o eixo. A rotação excessivamente rápida pode causar mau funcionamento do dispositivo. Quanto mais rápido a estrutura gira, mais o fluido de transferência de calor se aquece.

Um motor pequeno para girar o eixo da bomba de calor de Frenette pode ser retirado de um eletrodoméstico danificado ou comprado em uma loja.

Para que a haste gire livremente, é necessário um rolamento adequado de tamanhos padrão. Quando todos os elementos estiverem preparados, pode-se iniciar a montagem do dispositivo. Primeiro, na parte inferior interna do corpo, é instalado o eixo central com o rolamento. Em seguida, uma porca separadora é rosqueada no eixo, depois um disco é colocado, novamente uma porca, novamente um disco, etc.

Os discos e porcas são alternados até que o corpo seja preenchido até o topo. Ainda na fase de preparação, podem ser feitos cálculos preliminares sobre a quantidade necessária de discos e porcas.

Deve-se adicionar a espessura do disco à espessura da porca (6 mm). Dividir a altura do corpo por esse valor. O número resultante fornecerá informações sobre a quantidade necessária de pares "porca+disco". A última a ser instalada é a porca.

Depois que o corpo é preenchido com esses elementos móveis, ele é preenchido com óleo líquido. O tipo de óleo não importa; pode-se usar óleo mineral, de algodão, de colza ou qualquer outro óleo que suporte bem o aquecimento e não solidifique. Em seguida, a estrutura é coberta com a tampa superior e soldada cuidadosamente.

Neste ponto, os tubos do radiador geralmente já estão conectados às tampas. Para facilitar a instalação e manutenção futuras do dispositivo, podem ser instaladas duas válvulas de corte nos tubos. Agora, o eixo da bomba de calor deve ser conectado ao eixo do motor.

O sistema é ligado à rede elétrica, verificam-se possíveis vazamentos e avaliam-se as características de funcionamento do dispositivo.

A bomba de calor de Frenette feita por você mesmo pode ser conectada a um radiador comum de ferro fundido ou bimetálico, que proporcionará o efeito de aquecimento necessário.

Se tudo for feito corretamente, o eixo com os discos começará a girar, aquecendo o óleo dentro do dispositivo. O fluido de transferência de calor quente se moverá através da abertura superior pelo tubo até o radiador de aquecimento. O óleo resfriado retornará ao corpo da bomba de calor pelo tubo inferior para ser reaquecido.

Para automatizar o funcionamento do sistema, pode-se usar um relé especial com sensor de temperatura, que detecta o aquecimento do corpo da bomba de calor e desliga ou liga o motor conforme necessário. Isso evitará o superaquecimento do sistema, a quebra do motor elétrico e, no geral, aumentará a vida útil do dispositivo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Uma variante interessante da bomba de Frenette é apresentada neste vídeo:

Infelizmente, a bomba Frenetta não obteve amplo reconhecimento no setor de aquecimento. Esse dispositivo de fabricação industrial para uso doméstico é difícil de encontrar em lojas de eletrodomésticos. No entanto, muitos artesãos populares utilizaram com sucesso os trabalhos desse cientista e os aplicaram em suas casas, saunas, garagens etc.

Talvez você seja o tal artesão que conseguiu concretizar a ideia de Frenetta? Por favor, compartilhe sua experiência – deixe comentários no artigo e adicione fotos de seus trabalhos. O formulário de contato está abaixo.