ciclo absorcao - jun-07

EMC-604: SISTEMAS DE CONVERSÃO DE ENERGIA

Corpo docente:– Prof. Dr. Marco Antonio Soares de Paiva

CICLOS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO COMPRESSÃO X CICLO ABSORÇÃO

Figura 2.1. Comparação entre os ciclos de refrigeração por compressão de vapor e por absorção. No caso apesentado, a energia elétrica é obtida de uma central termoelétrica (Ashrae Handbook, 2001).

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

• Coeficiente de eficácia do ciclo de absorção:

Ciclo de Carnot

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO - Ex. 17-3

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO - Ex. 17-3

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO

Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado

CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO

30°C

40°C

100°C

90°C

90°C

5°C

10°C

5°C

40°C40°C

25°C

MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE SIMPLES EFEITO DE QUEIMA INDIRETA

CICLO DE ABSORÇÃO DE SIMPLES EFEITO

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

CICLO DE ABSORÇÃO DE SIMPLES EFEITO

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

CICLO DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO DE QUEIMA INDIRETA

Figura 3.15. ”Chiller” com água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima indireta.

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO DE QUEIMA DIRETA

Figura 3.16. ”Chiller” com água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima direta.

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

CHILLER POR COMPRESSÃO DE VAPOR

Figura 2.3. ”Chiller” elétrico com compressor alternativo de vários cilindros.

Fonte: Relatório IPT

CHILLER A ABSORÇÃO – QUEIMA DIRETA COM GÁS NATURAL

Figura 2.4. Fotografia de um “chiller” a absorção de fabricação da Broad (China). Em vermelho, o queimador a gás (catálogo Broad em CD).

Fonte: Relatório IPT

CAPACIDADE DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO

Tabela 5.1. Relação de capacidades das máquinas de absorção fabricadas pela Broad.

Máquina BroadCapacidade nominal

(kW)Capacidade nominal

(TR)174 49233 66291 83349 99465 132582 165756 215872 248989 2811163 3311454 4131745 4962035 5792326 6612908 8273489 9924652 13235815 1653

Fonte: Relatório IPT

CAPACIDADE DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO

Tabela 5.2. Relação de capacidades das máquinas de absorção fabricadas pela Carrier.

Máquina CarrierCapacidade nominal

(kW)Capacidade nominal

(TR)351,69 100422,028 120527,535 150633,042 180738,549 210844,056 240984,732 280

1160,577 3301266,084 3601406,76 400

1582,605 4501758,45 500

1969,464 5602110,14 600

2215,647 6302321,154 660

Fonte: Relatório IPT

COEFICIENTE DE EFICÁCIA

COP CHILLER A ABSORÇÃOCOM QUEIMA DE GÁS NATURALCOP CHILLER ELÉTRICO

[ ][ ]

resfel

cp

Q kWCOP

W kW=

[ ][ ] [ ]

resfabs

GN

Q kWCOP

m kg/s PCI kJ/kg=

Fonte: Relatório IPT

COP REAL CICLO DE ABSORÇÃO

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

CICLO ABSORÇÃO: COP x Tcond

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO

Tabela 3.5. Características típicas de um sistema água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima indireta

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO

Tabela 3.6. Características típicas de um sistema água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima direta

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

CICLO DE ABSORÇÃO DE QUEIMA INDIRETA: COP x Tagua quente

Figura 3.17. Influência da temperatura de entrada da água no COP e na capacidade de máquina de absorção.

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

NÚMERO DE MÁQUINAS INSTALADAS NOS EUA

Figura 3.1. Número de patentes americanas depositadas ao longo dos anos.

Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”

NÚMERO DE MÁQUINAS INSTALADAS NOS EUA

Figura 3.24. Evolução de máquinas vendidas (aparentemente nos E.U.A., nota dos autores deste relatório).

NÚMERO DE MÁQUINAS INSTALADAS NOS EUA E NO JAPÃO

Figura 3.37. Participação no mercado entre EUA e Japão por unidades vendidas ao longo dos anos (Garland & Adcock, 1996).

ESTRATÉGIACHILLER ELÉTRICO X CHILLER ABSORÇÃO

Figura 2.8. Comparação entre “chiller” elétrico e “chiller” a absorção na Holanda (Hondeman, 2000).

ESTRATÉGIACHILLER ELÉTRICO X CHILLER ABSORÇÃO

Figura 2.9. Reprodução de tabela comparativa de COPel e COPabs (Rafferty, 1998).

VARIAÇÃO AO LONGO DO DIA DO CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICA EM REGIÃO DOS EUA

Figura 3.30. Variação ao longo do dia do custo da energia elétrica e da carga de resfriamento.

Custo chillers

Figura 2.10. Custo de “chillers” a absorção e elétricos.

Fonte: Relatório IPT

CUSTO DE CHILLER A ABSORÇÃO DE QUEIMA DIRETA

Custo de chiller de absorção em função da capacidadeCUSTO FINAL ESTIMATIVO PARA CLIENTE

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

800.000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Capacidade (TR)

Cus

to (U

S$)

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

Cus

to e

spec

ífico

(US$

/TR

)

Figura 2.13. Custo de “chiller” de absorção de dois fabricantes tradicionais. Os custos são estimativos, e são valores finais, que incluem os impostos e demais tarifas normalmente incidentes.

Fonte: Relatório IPT

Custo da energia elétrica

Custo da energia elétrica em função do fator de carga,do número de horas de operação e tipo de tarifa

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Fator de carga

Cus

to u

nitá

rio (

R$

/ kW

h )

A4, conv., 320 h

As, conv., 200 h

A3, conv., 320 h

As, conv., 320 h

Linhas e símbolos: 320 h /mêsSó símbolos: 200 h/mês

Figura 2.11. Influência do fator de carga no custo unitário da energia elétrica convencional.

Fonte: Relatório IPT

VANTAGEM COMPARATIVA DE CHILLER A ABSORÇÃO COM QUEIMA DE GN

Redução de custo operacional só no chiller - chiller de 500 TRFator de carga - linha cheia: 0,4 / símbolos: 0,6

-400.000

-300.000

-200.000

-100.000

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Custo efetivo do gás (R$/Nm3) (com impostos)

Econ

omia

anu

al (

R$ )

As convencional

A4 convencional

A3 convencional

Figura 2.12. Influência do preço do gás natural na economia monetária anual com “chiller” a absorção devido somente ao insumo energético, para uma máquina com potência de 500 TR.

Fonte: Relatório IPT

CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICAEletropaulo

Tabela 6.1. Tarifa de custo da energia elétrica fornecida pela AES-Eletropaulo, para tipos de tarifa horosazonal e convencional (jan, 2006). Custos anteriores à aplicação de impostos.

As AS A3a A3a A4 A4 A1 A1 A2 A2

Dem

anda

R

$/kW

Con

sum

o R

$/M

Wh

Dem

anda

R

$/kW

Con

sum

o R

$/M

Wh

Dem

anda

R

$/kW

Con

sum

o R

$/M

Wh

Dem

anda

R

$/kW

Con

sum

o R

$/M

Wh

Dem

anda

R

$/kW

Con

sum

o R

$/M

Wh

31,92 175,27 13,87 162,36 21,63 167,48Ponta Seca 33,69 251,94 24,58 238,23 32,24 240,76 18,3 207,11Ponta Úmida 33,69 227,47 24,58 215,04 32,24 217,37 18,3 186,52FPS 14,07 138,42 6,65 131,05 9,16 132,25 3,12 125,26FPU 14,07 123,28 6,65 116,76 9,16 117,82 3,12 112,55Ultrapassagem PS ou PU 101,06 73,74 96,72 54,9

Ultrapassagem FPS ou FPU 42,24 19,94 27,48 9,38

Ponta Seca 14,07 871,96 6,65 692,85 9,16 833,27Ponta Úmida 14,07 847,55 6,65 669,66 9,16 809,9FPS 14,07 138,42 6,65 131,05 9,16 132,25FPU 14,07 123,28 6,65 116,76 9,16 117,82Ultrapassagem PS ou PU 42,21 19,95 27,48

Ultrapassagem FPS ou FPU

Classe

Convencional

Hor

o-sa

zona

l

Tarifa Azul

Tarifa Verde

Fonte: Eletropaulo

CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICAEletropaulo

Fonte: Eletropaulo

CUSTO GÁS NATURAL

Tabela 6.2. Custo do gás natural. Tabela para o setor comercial para janeiro de 2006.

Classe m³/mês Fixo - R$/mês

Variável - R$/m³

Fixo - R$/mês

Variável - R$/m³

1 0 - 0 19,37 0 22,01 02 0,01 a 50,00 m³ 19,37 2,339127 22,01 2,6580993 50,01 a 150,00 m³ 31,48 2,096996 35,77 2,382954 150,01 a 500,00 m³ 55,68 1,936588 63,27 2,2006685 500,01 a 2.000,00 m³ 127,11 1,793692 144,44 2,0382866 2.000,01 a 3.500,00 m³ 585,95 1,564308 665,85 1,7776237 3.500,01 a 50.000,00 m³ 2.197,34 1,104258 2.496,98 1,2548398 Acima de 50.000,00 m³ 5.829,31 1,031619 6.624,22 1,172294

Valores sem ICMS Valores com ICMS

Fonte: Comgás

EVOLUÇÃO DA EFICIÊNCIA DE CHILLERS ELÉTRICOS COM COMPRESSOR CENTRÍFUGO

Figura 7.5. Evolução do EER (“energy efficiency ratio” – EER = 3,51/COP kW/TR) com o tempo. Ano 2000: “chiller” novo – COP de 6,6; ano 1970: “chiller” com 30 anos de uso) – COP de 4.

Fonte: Relatório IPT

CHILLER ELÉTRICO x CHILLER ABSORÇÃOCOP x % da carga (fator de carga)

Figura 7.6. Variação relativa do EER em função da carga do equipamento para compressor centrífugo, de parafuso e para “chiller” a absorção..

Fonte: Relatório IPT

INSTALAÇÃO COM CHILLER ELÉTRICO

Figura 7.2. Centrífugas 1 e 2

Fonte: Relatório IPT

CHILLER ELÉTRICOCOP x Fator de carga

COP x fator de carga - Prédio Cidade1Máquinas 1 e 2

COP = 1,2787Ln(FC) + 4,5244R2 = 0,8931

0

1

2

3

4

5

6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Fator de carga

COP

Figura 7.4. COP (coeficiente de eficácia) medido nos “chillers” e curva de interpolação.

Fonte: Relatório IPT

ESTUDO DE VIABILIDADEChiller elétrico x chiller a absorção a GN

Figura 7.16. Reprodução de planilha Microsoft Excel. Resultados do estudo de viabilidade. Fonte: Relatório IPT

ESTUDO DE VIABILIDADEChiller elétrico x chiller a absorção a GN

Figura 7.18. Reprodução de planilha Microsoft Excel. Resultados do estudo de viabilidade

Fonte: Relatório IPT

GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM CICLO COMBINADO PARA PRODUÇÃO DE FRIO

Figura 3.34. Sistemas combinando “chiller” a absorção com “chiller” por compressão de vapor acionado por turbina a gás ou motor a gás.