aula 02 - absorcao

Máquinas Térmicas

Prof Ewandro J de Souza

Tema: Refrigeração por Absorção

1. Definição

2. Aplicações

3. Funcionamento

4. Rendimento

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Refrigeração por Absorção

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Contexto histórico e conceito

O francês Ferdinand Carré inventou o sistema de absorção e

tirou uma patente nos Estados Unidos em 1860.

O funcionamento da refrigeração por absorção se baseia no fato

de que os vapores de alguns fluidos frigorígenos são absorvidos a frio,

em grandes quantidades, por certos líquidos ou soluções salinas,

formando uma solução líquida (mistura).

Se esta solução líquida concentrada é aquecida, verifica-se uma

destilação fracionada na qual o vapor formado será rico de fluido

frigorígeno, podendo ser separado, retificado, condensado e

aproveitado para a produção de frio, como nas máquinas de

compressão mecânica.


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Adsorção e absorção

Uma substância irá absorver a outra sem interação química entre

elas.

A absorção irá acontecer quando uma dessas estiver em uma

temperatura mais baixa e a separação quando esta estiver numa

temperatura mais alta.

Se essa substância for um sólido o processo será chamado de

adsorsão, se ela for líquida, absorção.


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Adsorção

Sistemas de adsorção em sólidos se baseiam nos princípios

descobertos em 1824 pelo cientista britânico Michael Faraday em seus

experimentos ele estudou a liquefação da amônia.

Ele expôs vapor de amônia a um pó, cloreto de prata.

Quando o cloreto de prata absorveu todo o vapor, ele forneceu

calor. Isto resultou na formação de um líquido. Contudo, quando o

calor foi removido, ele percebeu que o líquido começou a "ferver". Ele

evaporava, retirando calor do ambiente.

Nos dias de hoje, os sistemas de adsorção se utilizam desse

mesmo fenômeno.


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Refrigeração por absorção

Princípio de funcionamento

O ciclo de compressão de vapor é descrito como um ciclo operado

a trabalho por que a elevação da pressão do refrigerante é

conseguida por um compressor que requer trabalho.

O ciclo de absorção é operado a calor porque a maior parte do

custo de operação é associada com o fornecimento de calor que

libera o vapor do líquido de alta pressão.


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Forma esquemática

Já conhecido


7 Sistema de geração de vapor

Forma esquemática – geração de vapor


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Funcionamento

No evaporador há vapor de refrigerante de baixa pressão,

que é absorvido por uma solução no absorvedor.

Caso a temperatura desta solução se eleve a absorção de

vapor poderia cessar. Para evitar isto, o absorvedor é

resfriado por água ou ar.

A solução no absorvedor é dita concentrada, pois contém

grande quantidade de refrigerante.


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Uma bomba eleva a pressão da solução concentrada e

faz com que esta entre no gerador.

No gerador ocorre a adição de calor fazendo com

que o refrigerante volte ao estado de vapor.

Este vapor está em elevadas temperatura e pressão.


Funcionamento

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A solução líquida, que agora tem baixa concentração

de refrigerante, retorna ao absorvedor por válvula

redutora de pressão.

O objetivo da presença desta válvula é manter a

diferença de pressão entre o absorvedor e o gerador.


Funcionamento

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No condensador há passagem de água fria, que resfria

o vapor e condensa o refrigerante.

O refrigerante vai para o evaporador através de uma

válvula de expansão.

No evaporador ocorre a passagem de um fluido que

será resfriado (troca de calor com o refrigerante).

Este é o efeito de refrigeração.


Funcionamento

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Lado esquerdo

Pressão mais baixa que

a ambiente.

O líquido refrigerante

evapora mesmo à

temperatura ambiente,

retirando energia do

meio “gerando o frio”.

O frio é capturado por

um fluido que se faz

passar pelo evaporador

http://renowatt.com.br/blog/wp-content/uploads/2010/11/Frio-Solar-Ciclo-de-Absorcao-Simplificado.jpg

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Lado direito

A solução concentrada é

injetada no evaporador onde

encontra o vapor de

refrigerante.

Faz-se passar um fluido em

temperatura ambiente para

resfriar o vapor e solução

concentrada, que por sua

afinidade se misturam

novamente tornando-se a

solução diluída inicial, que é

bombeada novamente ao

gerador

http://renowatt.com.br/blog/wp-content/uploads/2010/11/Frio-Solar-Ciclo-de-Absorcao-Simplificado.jpg

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• O refrigerante não é comprimido entre o condensador e o evaporador;

• O refrigerante é absorvido por uma substância secundária

(absorvente), formando uma solução líquida;

• Esta solução líquida é bombeada a uma alta pressão, requerendo

uma quantidade significativamente menor de trabalho.

Logo: sistemas de refrigeração por absorção necessitam de menor

potência de acionamento quando comparado com os sistemas de

compressão de vapor, visto até aqui.


Conclusões

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Vantagens

1. Sistemas de absorção necessitam de menor consumo de energia

elétrica que os sistemas de compressão de vapor;

2. São silenciosas e livres de vibração;

3. Calor recuperado pode ser utilizado como fonte energética (em

substituição ao compressor) em ciclos de absorção;

4. Não causam dano à camada de ozônio e podem ter menor impacto

no aquecimento global do que outras opções;

5. São economicamente atrativas quando os custos dos combustíveis

são substancialmente menores que os de energia elétrica, com o

custo do combustível de 12 a 20 % do custo da energia elétrica.


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Fontes de Calor

Querosene;

Gás natural;

Vapor;

Energia elétrica;

Energia solar.


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Pares Absorvente e Refrigerantes




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Composição das misturas

O estado termodinâmico de uma mistura não pode ser

determinado somente através da pressão e temperatura, como no

caso de substâncias puras. Existe a necessidade de se conhecer

uma outra propriedade: concentração, X.

As duas misturas de grande uso comercial são:

- em refrigeração, solução de amônia (refrigerante) + água

(absorvente).

- em ar condicionado, solução de brometo de lítio (absorvente) +

água (refrigerante).

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Sistemas de absorção intermitente



A amônia misturada com água em

um tanque vedado ou gerador. Em

seguida um queimador a querosene o

aquece.

O calor vindo do queimador retira a

amônia da mistura na forma de vapor.

Este vapor é forçado pra cima por uma

bomba através de um condensador.

O condensador fica imerso em um

tanque de água no alto do refrigerador.

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A água contida no tanque refrigera

o vapor de amônia contido no

condensador que se condensa a uma

pressão alta.

Esta amônia líquida flui através de

um cano para um tanque: "liquid

receiver").

A partir daí ela passa para o

evaporador, que é imerso em

salmoura.

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O processo continua por um curto

espaço de tempo até que o querosene

acabe. O absorvedor esfria até a

temperatura do sistema, entretanto a

amônia evapora em temperaturas mais

baixas no evaporador, isto ocorre

porque como o gerador esfria, ele

tende a reabsorver o vapor de amônia.

Portanto isso reduz a pressão e

permite que a amônia líquida no

evaporador entre em ebulição a uma

temperatura baixa: efeito de

refrigeração desejado.

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Sistemas de absorção contínuo



O sistema geralmente utiliza água,

amônia e hidrogênio.

A grande quantidade de hidrogênio no

evaporador permite que a amônia evapore:

↓ P e ↓ T –efeito de refrigeração.

Este vapor de amônia se mistura com o

hidrogênio que estava no evaporador.

Na parte superior do absorvedor, a

solução encontra a mistura de hidrogênio e

vapor de amônia. A fraca e razoavelmente

fria solução absorve o vapor de amônia.

O gás hidrogênio fica livre visto que não

se mistura com a água. Como o hidrogênio

também possui uma densidade pequena ele

sobe até a parte superior do absorvedor,

dali ele retorna para o evaporador.

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Sistemas de absorção contínuo



O absorvedor possui aberturas para

troca de calor com o ar. O resfriamento

da solução fraca ajuda a reabsorção de

gás amônia da mistura gás hidrogênio-

vapor de amônia.

Quando a água absorve vapor de

amônia uma quantidade considerável

de calor é liberado.

As aberturas de ventilação removem

esse calor permitindo que a

refrigeração continue.

A mistura líquida de água e amônia

volta para o gerador e o ciclo

recomeça.

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Sistemas de absorção contínuo com bomba



Geralmente utilizam amônia como refrigerante. Eles usam uma solução

aquosa de amônia como absorvedor.

Trocadores de calor mais comum: gás natural, vapor ou GLP, também

podendo utilizar calor residual de alguma fonte.

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Sistemas de absorção contínuo com bomba



O sistema opera sob duas pressões. A alta pressão é entre 1484kPa e

2174kPa. A baixa pressão é entre 380kPa e 518kPa. As partes de alta e baixa

pressão são separadas por válvulas de estrangulamento, uma bomba ou

outros equipamentos de controle.

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Sistemas de absorção - BrLi e água



Solução BrLi e água entra no

gerador, sendo aquecida liberando

vapor de água, que segue ao

condensador.

Após a redução da pressão da água,

esta segue para o evaporador, onde

irá retirar calor da água de processo

(água gelada do sistema de

condicionamento de ar).

O vapor de água de baixa pressão é

então absorvido pelo BrLi contido no

absorvedor.

No ciclo, o trabalho da bomba para a

circulação do fluido é muito pequeno,

uma vez que a bomba opera com

líquido de baixo volume específico.

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Simples Efeito – Fogo indireto (a vapor)


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Simples Efeito – Fogo indireto (a vapor)


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Duplo Efeito – Fogo indireto


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Duplo Efeito – fogo indireto

Os principais componentes são análogos ao sistema de simples efeito, excetuando-se o gerador primário, condensador, trocador de calor e trocador de calor de subresfriamento de condensado.


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Duplo Efeito – Fluxo em série

Toda a solução que deixa o absorvedor é enviada para uma bomba e em seguida passa, sequencialmente, pelo trocador de calor de baixa temperatura, tocador de calor de alta temperatura, gerador do primeiro estágio, gerador do segundo estágio, trocador de calor de baixa temperatura e absorvedor


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Duplo Efeito – Fluxo série-reverso

A solução que deixa o absorvedor é bombeada através do trocador de calor de baixa temperatura e em seguida enviada para o gerador do 2º estágio. Neste ponto a solução é dividida em dois fluxos: para o trocador de calor de baixa temperatura e depois para o absorvedor.

O outro fluxo passa sequencialmente por uma bomba, trocador de calor de alta temperatura, gerador do 1º estágio e trocador de calor de alta temperatura. Este fluxo reencontra a solução que sai do gerador de segundo estágio e ambos os fluxos passam pelo trocador de baixa temperatura, indo para o absorvedor.


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Duplo Efeito – Fluxo paralelo

A solução que deixa o absorvedor é bombeada através de partes adequadas do trocador de calor combinado de alta e baixa temperatura, sendo em seguida dividida em dois fluxos, um que vai para o gerador do primeiro estágio e outro que vai para o segundo estágio. Os dois fluxos retomam para as partes apropriadas do trocador de calor combinado, são misturadas e enviadas para o absorvedor


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Vantagens do Duplo Efeito

• consomem vapor a pressões moderadas, de 6,5 a 10 bar, ou

então líquidos com temperaturas de150 a 200ºC.

• coeficientes de eficácia típicos vão de1,1 a 1,2.

• produz uma capacidade de resfriamento de cerca de 50 a

80% superior à de um sistema de simples efeito, para um

mesmo consumo de energia.


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Vantagens do Duplo Efeito


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Duplo Efeito de Fogo Direto

Combustível – gás ou óleo

http://2.bp.blogspot.com/_CETERcYBhLY/ScUAHbL5vZI/AAAAAAAAAkE/wtEGsknbA-8/s1600-h/chiller+a+g%C3%A1s.jpg


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Duplo Efeito de Fogo Direto

Combustível – gás ou óleo


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Dados do Simples Efeito


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Dados do Duplo Efeito


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Dados do Duplo Efeito - Fogo Direto

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Exercício

Explique como funciona?



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Exercício



O vapor de amônia a baixa pressão, que deixa o evaporador, entra no absorvedor onde

é absorvido pela solução fraca de amônia.

A solução forte de amônia é então bombeada através de um trocador de calor ao

gerador (onde são mantidas uma alta pressão e uma alta temperatura).

O vapor de amônia se separa da solução e vai para o condensador, onde é

condensado, como no sistema de compressão de vapor, e então se dirige para a válvula de

expansão e para o evaporador, onde absorve calor do meio que ou refrigerante secundário.

A solução fraca de amônia retorna ao absorvedor através do trocador de calor.

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Análise termodinâmica em regime permanente

Considere o ciclo de BrLi e água



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Aplicações - industrial


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- Tecnologia de Refrigeração por absorção; - Sem compressor, sem partes moveis, completamente silencioso; - Utilizam gás R717 para a troca de calor; - O funcionamento se dá através de uma resistência elétrica de 75 watts; - O consumo de energia é linear, sem picos de partida; - A economia de energia chegará acima de 40%; - Com a temperatura ambiente de 25 graus, a temperatura interna pode atingir até 0°; - Luz de led interna; - Design Compacto; - Fácil Transporte.

Aplicações - residencial

http://teccontrol.com.br/teccontrol/components/com_virtuemart/shop_image/product/Minibar_TC_30_4d18da3027484.jpg


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Aplicações - comercial

aula 02 - absorcao

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