Este trabalho apresenta um modelo para a análise de viabilidade técnico-econômica e a otimização da configuração operacional de bombas de calor convencionais utilizadas para aquecimento de água em processos industriais. O modelo é constituído por dois componentes: o submodelo de desempenho e dimensionamento e o de custos. Através do primeiro, elaborado a partir da simulação do ciclo ideal de compressão de vapor, do desvio do ciclo real e do equacionamento termodinâmico de transferência de calor, são determinados os parâmetros operacionais e de desempenho do sistema e as características dimensionais de seus principais componentes. Com o segundo submodelo são estimados os custos de aquisição dos principais componentes da bomba de calor, através de regressões em termos dos parâmetros dimensionais, e é calculada a economia obtida pela redução líquida no consumo de energia atualmente utilizada para aquecimento da água. Para avaliação da viabilidade econômica e seleção da configuração operacional da bomba de calor, adota-se como figura de mérito básica o valor presente líquido e, alternativamente, o tempo de retorno. A seleção é feita através de otimização cíclicas nas direções dos eixos coordenados, utilizando nestas buscas lineares o algoritmo de ajuste quadrático por 3 pontos ou o de Fibonacci. O modelo é aplicado a dois processos industriais, ficando evidenciada sua utilidade para a avaliação da viabilidade técnico-econômica do emprego de bombas de calor, a otimização da configuração operacional e a análise de sensibilidade da solução ótima com relação aos principais parâmetros do processo.

This study presents a model for the technical and economic feasibility analysis, and the operational optimization of conventional heat pumps used for water heating in industrial processes. The model is made up by two sub-models. The firstone built up from the simulation of Rankine reverse cycle, the real cycle deviations, and the termodynamics and heat transfer equations, enables the calculation of the system operational and performance parameters, and the estimation of the size characteristics of its main components. With the second submodel, the acquisition costs of the heat pump components are calculated by means of regression functions of its size parameters, and the economy obtained from the net reduction in energy consumption for water heating is estimated. For evaluating the economic feasibility and selecting the operation pattern of the heat pump, one assumes the net present value as the basic investment criteria, and alternatively the discounted payback is used. The selection is done by means of cyclic coordinate optimizations, using the three point quadratic fitting or the Fibonacci algorithm for line search. The model is Applied to two industrial processes making evidente its usefulness for the evaluation of technical and economic feasibility of the use of heat pumps, the optimization of its operational pattern, and the sensitivity analysis of the optimal solution with respect to the principal process parameters.