REFRIGERAOPORABSORO

Elaboradopor:

AlanSbravatiRA970137

AndrFleurySguerraSilvaRA970238

1.INTRODUO

Consideraeseconmicaseambientais trouxeramumnovo interessenos refrigeradoresalimentados por uma fonte de calor. Um esforo considervel de pesquisa tem sidoinvestidonoestudodesistemasderefrigeraodessetiponosltimosanos.Essessistemaspodemutilizarfontesdeenergiarenovveis,taiscomogasesquentesexpelidosporoutrossistemas,oumesmoenergiasolar.Emsituaesespeciais,ondeapreservaodoambiente prioridade, a refrigerao solar uma alternativa na conservao de alimentos esuprimentomdico.Quandoa refrigerao temdeser fornecidademaneira ininterrupta,tornasenecessrioestabelecerumafontedeenergiasuplementar,talcomoumqueimadorags,aindaassimseapresentandocomoumaboaalternativa,jqueparaaenergiatrmicaso necessrias fontes bem menos nobres do que para a energia eltrica, sendo esta aprincipalvantagemdosistema.

1.1.Notahistrica

OfrancsFerdinandCamiinventouosistemadeabsoroetirouumapatentenosEstados

Unidosem1860.OprimeirousodosistemanosEstadosUnidosfoiprovavelmentefeitopelosEstadosConfederadosduranteaGuerraCivilpara suprimentodegelonaturalquehaviasidocortadopelonorte.

1.2.Aspectosgeraisdosistema

O ciclode absoro similar emcertos aspectos ao ciclode compressodevapor.Umcicloderefrigeraoiroperarcomocondensador,avlvuladeexpansoeoevaporador,se o vapor de baixa presso do evaporador puder ser transformado em vapor de altapressoeentregueaocondensador.0sistemadecompressodevaporusaumcompressorparaesta tarefa.Osistemadeabsoroprimeiroabsorvevapordebaixapressoemumlquido absorvente apropriado. Incorporado no processo de absoro h a converso devaporemlquido,desdequeesseprocessosimilaraodecondensao,ocalorprecisaserrejeitado durante o processo. O passo seguinte elevar a presso do lquido com umabomba,eopassofinalliberarovapordolquidoabsorventeporadiodecalor.

Ociclodecompressodevapordescritocomoumciclooperadoa trabalhoporqueaelevaodapressodorefrigeranteconseguidaporumcompressorquerequertrabalho.Ociclodeabsoro,poroutrolado,referidocomociclooperadoacalorporqueamaiorpartedocustodeoperaoassociadacomofornecimentodecalorqueliberaovapordolquidodealtapresso.Naverdadeexisteanecessidadedealgumtrabalhoparaacionarabombanociclodeabsoro,masaquantidadedetrabalhoparaumadadaquantidadederefrigeraomnima,comparadacomaquelaqueserianecessrianociclodecompressodevapor.

2.Ociclodeabsoro

O ciclo de absoro bsico mostrado na figura 2. O condensador e evaporador somostrados na figura 1, e a operao de compresso proporcionada pela montagemapresentadanametadedodiagramaesquerda.

No evaporador h vapor de refrigerante de baixa presso. Este absorvido por umasoluo no absorvedor.Caso, a temperatura desta soluo se eleve a absoro de vaporpoderia cessar. Para evitar isto, o absorvedor resfriado por gua ou ar. A soluo noabsorvedorditaconcentrada,poiscontmgrandequantidadederefrigerante.Umabombaeleva a presso eleva a presso da soluo concentrada e faz com que esta entre no

gerador.Nogerador,ocorreaadiodecalor(fontequeforneatemperaturaselevadas),fazendo com que o refrigerante volte ao estado de vapor. Este vapor est em elevadastemperaturaepresso.

Asoluolquida,queagoratembaixaconcentraoderefrigerante,retornaaoabsorvedorporvlvularedutoradepresso.Oobjetivodapresenadestavlvulamanteradiferenadepressoentreoabsorvedoreogerador.Noevaporadorhpassagemdeguafria,queresfriaovaporecondensaorefrigerante.Orefrigerantevaiparaoevaporadoratravsdeuma vlvula de expanso.No evaporador ocorre a passagem de um fluido que serresfriado(trocadecalorcomorefrigerante).Estefluidofornecercaloraorefrigerantequeevaporar(estembaixapresso).Esteoefeitoderefrigerao.

Fig.1Mtodosparaaumentodapressodovapor

Os fluxos de calor de e para os quatro trocadores de calor componentes do ciclo deabsoroocorremda seguinte forma: o calor de uma fonte de alta temperatura entra nogerador,enquantoqueocalorabaixatemperaturadasubstnciaqueestsendorefrigeradaentranoevaporador.A rejeiodecalordocicloocorrenoabsorvedorecondensadoratemperaturastaisqueocalorpossaserrejeitadoparaaatmosfera.

Fig.2Aunidadedeabsorobsica

2.1.Tiposdesistemasdeabsoro

Sistemas de absoro so baseados em combinaes de substncias que possuempropriedadesnousuais:Umasubstnciairabsorveraoutraseminteraoqumicaentreelas.Aabsoroiracontecerquandoumadessasestiveremumatemperaturamaisbaixaeaseparaoquandoestaestivernumatemperaturamaisalta.Seessasubstnciaforumslidooprocessoserchamadodeadsorso,seelaforlquida,absoro.

Sistemasdeabsorosoclassificadoscomo:

Sistemasintermitentes

Sistemascontnuos

Estessistemaspossuemvriasaplicaes,soelas:

DomsticaVeculosHotisIndustrialCondicionamentodear.

Tambmpodemserclassificadosquantoasuafontedecalor:

QueroseneGsnaturalVaporEnergiaeltricaEnergiasolar.

2.2Princpiosdosistemadeadsorso

Sistemas de adsorso em slidos se baseiam nos princpios descobertos em 1824 pelocientista britnico Michael Faraday em seus experimentos ele estudou a liquefao daamnia. Naquele tempo os cientista acreditavam que a amnia era um gs "fixo". Eraconsideradoimpossveltransformlaemslidooulquido.

Eleexpsvapordeamniaaump,cloretodeprata.Quandoocloretodeprataabsorveutodo o vapor, ele forneceu calor. Isto resultou na formao de um lquido. Contudo,quando o calor foi removido, ele percebeu que o lquido comeou a "ferver". Eleevaporava, retirando calor do ambiente. Nos dias de hoje, os sistemas de adsorso seutilizamdessemesmofenmeno.

3.Princpiosdesistemasdeabsorointermitente

Para locais que no tem gs ou eletricidade como fonte de energia, os ciclos derefrigerao conhecido como super fex e true code so convenientes.O ciclo usado nosistema de absoro intermitente similar ao princpio de Faraday, mas tem algumaspropriedadesdiferentes.

Nafigura3,aamniamisturadacomguaemumtanquevedadoougerador.Emseguidaum queimador a querosene o aquece. O calor vindo do queimador retira a amnia damisturanaformadevapor.Estevaporforadopracimaporumabombaatravsdeumcondensador.Ocondensadorficaimersoemumtanquedeguanoaltodorefrigerador.

A gua contida no tanque refrigera o vapor de amnia contido no condensador que secondensaaumapressoalta.Estaamnialquidafluiatravsdeumcanoparaumtanque(nafigura:"liquidreceiver").Apartirdaelapassaparaoevaporador,queimersoemsalmoura.Otanqueisoladotermicamente.

O processo continua por um curto espao de tempo at que o querosene acabe. Oabsorvedor esfria at a temperatura do sistema, entretanto a amnia evapora emtemperaturas mais baixas no evaporador, isto ocorre porque como o gerador esfria eletende a reabsorver o vapor de amnia. Portanto isso reduz a presso e permite que aamnia lquidanoevaporadorentreemebulioaumatemperaturabaixa.Estaebuliocausaoefeitoderefrigeraodesejado.

Fig.3Sistemadeabsorointermitente

4.Princpiosdosistemadeabsorocontnua

O sistema mais geralmente construdo utiliza gua, amnia e hidrognio. Quando osistemarefrigeracontinuamentechamadodesistemadeabsorocontnua.Umcicloderefrigeraocontnuaoperaautomaticamenteatravsdousodecontroladoresautomticos.

Muitasempresaspossuemvariaesdosistemabsico.Noentantooprincpiodeoperaosempreomesmo.Oqueimadoracesoeseucalorfornecidoparaogerador(Fig.41).Vapordeamniaseparadodasoluo,entofluiparacimaatravsdotubocoador(Fig.42).Essasoluolevadaparacimaatatingiroseparador(Fig.43).

A maior parte da soluo lquida depositada no fundo do separador e flui para o

absorvedor.Ovapordeamniaestcomumadensidademenor,assimelesobeatravsdeumtubo(Fig.44)atocondensador.Entoaamniacondensadacainoevaporador.

Fig.4Sistemadeabsorocontnua.

Agrandequantidadedehidrogniopresentenoevaporadorpermitequeaamniaevapore.Istoocorreaumabaixapressoeumabaixatemperatura(princpiodeDalton).Duranteaevaporaoaamniaretiracalordocompartimentoderefrigerao.Estevapordeamniasemisturacomohidrognioqueestavanoevaporador.

Entoafracasoluodeamniafluiporgravidadepelooseparador,em3.Eladesceparao topo do absorvedor (Nota :Uma soluo "fraca" possui pouco vapor de amniaabsorvido. Uma soluo forte possui uma grande quantidade de vapor de amniadissolvido). Na parte superior do absorvedor, a soluo encontra a mistura de gshidrognioevapordeamniavindadoevaporador.Afracaerazoavelmentefriasoluoabsorveovapordeamnia.Ogshidrognioficalivrevistoquenosemisturacoma

gua. Como o hidrognio tambm possui uma densidade pequena ele sobe at a partesuperiordoabsorvedor,dalieleretornaparaoevaporador.

O absorvedor possui aberturas para troca de calor como ar.O resfriamento da soluofraca ajuda a reabsoro de gs amnia da mistura gs hidrogniovapor de amnia.Quandoaguaabsorvevapordeamniaumaquantidadeconsiderveldecalorliberado.Asaberturasdeventilaoremovemessecalorpermitindoquearefrigeraocontinue.Amisturalquidadeguaeamniavoltaparaogeradoreociclorecomea.

5.Sistemasdeabsorocontnuascombomba

Ossistemasderefrigeraoporabsorocontnuoscombomba,fig.5,geralmenteutilizamamnia como refrigerante.Eles usamuma soluo aquosa de amnia como absorvedor.Qualquer trocador de calor pode ser usado, entretanto osmais comuns so gs natural,vaporouGLP,tambmpodendoutilizarcalorresidualdealgumafonte.

Osistemaopera sobduaspresses.Aaltapressoentre1484kPae2174kPa.Abaixapresso entre 380kPa e 518kPa. As partes de alta e baixa presso so separadas porvlvulasdeestrangulamento,umabombaououtrosequipamentosdecontrole.Osistemaoperacional pode ser dividido em quatro partes sendo elas gerador, condensador,evaporadoreabsorvedor.

Ogeradoraquecidoporumqueimadorverticalocalorfazo lquidofervereaamniaque estava dissolvida evaporar. O vapor sobe atravs de um tubo para o condensadorventilado.Nocondensadorremovidocalordovaporparaoar,condensandoovaporqueentoatuacomorefrigerante.Olquidorefrigerantepassaagoraaumaaltapressoparaoevaporador.Noevaporadorguacarregandocalordareaaserresfriadapassaatravsdetubos.Ocalordaguanostubostransferidoparaorefrigerante,queevapora.Aguanostubosqueestavamabaiatemperaturaretornaparaareaaserresfriadapodendoabsorvercalordessarea.Orefrigerantequeevaporanoevaporadordesceparaoabsorvedor.Daliorefrigerante lquido ento bombeado de volta para a soluo no gerador, repetindo oprocesso.

Fig.5Sistemadeabsorocontnuoutilizandoumabombaparamantera

diferenadepressointerna

6.Ciclodeabsorocomtrocadordecalor

O exame do ciclo de absoro e das temperaturas de operao mostrados na figura 6,revelaqueasoluonoponto1deixaoabsorvedoraumatemperaturade30Ceprecisaseraquecidaa100Cnogerador.Similarmenteasoluonopontodoisdeixaogeradora100Ceprecisaserresfriadaat30Cnoabsorvedor.Umdosmaiorescustosdeoperaodossistemaestnocaloradicionadonogeradorqg,erealisticamentehaveralgumcustoassociadocomaremoodecalordoabsorvedorqa.Umaadiolgicaaociclosimplesadeum trocadordecalorcomomostradona figura6para transferircalorentreasduascorrentesdesolues.Estetrocadordecaloraqueceasoluofriadoabsorvedoremseucaminhoparaogeradoreesfriaasoluoqueretornadogeradorparaoabsorvedor.

Fig.6Sistemadeabsorocomtrocadordecalor

7.Sistemadeduploefeito

O sistema de duplo efeitomostrado esquematicamente na Fig. 1714 uma unidade deabsorodeLiBrcomaeficinciamelhorada.Oaspectomaisimportantequedistingueosistemadeduplo efeito queeste incorporaumsegundogerador, gerador II, queusaovapordaguaquecondensaogerador1paraproverseuabastecimentodecalor.HatrsnveisdiferentesdepressoemcadavasomostradonaFig.1714,eumvapordepressomdia(daordemde1000kpa)supridoaogerador1emvezdovapordebaixapresso(aproximadamente120kl>a) fornecido aogerador emumaunidadedenico estgio.Asoluo deLiBr do gerador 1 passa atravs de um trocador de calor, onde ela transferecalorsoluofracadeLiBrqueescoaemdireoaogerador1.AsoluoquepassaparaogeradorIIaquecidaalipelovapordeguacondensantequefoidesviadodogeradorI.Emseguidaasoluopassaporumarestrioquereduzsuapressoparaaqueladovaso2.Emseguidareduodepresso,partedaguadasoluoexpandidasubitamentesevaporizando, para em seguida se liqefazer no condensador. A unidade de absoro deduplo efeito opera comCDEsmaiores do que as de simples estgio comomostrado nafigura7daprximapgina

Fig.7CDEabsdeunidadesdeabsorodesimplesestgioededuploefeito

8.CoeficientedeEficciadeumCiclodeAbsoroIdeal

OcoeficientedeeficciadociclodeabsoroCDEabsdefinido

Emcertos aspectos a aplicaodo termoCDEparaos sistemasde absorono felizporqueoseuvalorapreciavelmentemenorqueosdosciclosdecompressodevapor(0,6versus 3, por exemplo). O valor comparativamente baixo do CDEabs no deve serconsideradoprejudicial para os ciclos de absoro, porque osCDEsdos dois ciclos sodefinidosdiferentemente.OCDEdociclodecompressodevaporarelaodataxaderefrigeraopelapotncianaformadetrabalhofornecidaparaoperarociclo.Energianaformadetrabalhonormalmentemuitomaisvaliosaecaraqueenergianaformadecalor.

Uma compreenso adicional da distino das eficcias dos ciclos de absoro ecompressodevaporpodeseroferecidapeloexercciodedeterminaroCDEdociclodeabsoroideal.AFig.9sugerecomorealizarestaanlise,porqueosprocessosnosblocosdaesquerdaconsistemdeumciclodepotnciaquedesenvolveotrabalhonecessriopararealizaracompressodovapordoevaporadorparaocondensadornocicloderefrigerao.EstesdoisciclossomostradosesquematicamentenaFig.9.Ociclodepotncia recebeenergianaformadecalorqgaumatemperaturaabsolutaT,entregaalgumaenergiaWnaformadetrabalhoparaocicloderefrigeraoerejeitaumaquantidadedeenergiaqanaformadecalor temperaturaTa.Ocicloderefrigeraorecebeo trabalhoWecomeletransfere calor qe temperatura de refrigerao de Tr para a temperatura Ta, onde aquantidadeqcrejeitada.

O ciclo ideal operando com processos termodinamicamente reversveis entre duastemperaturas um ciclo de Carnot, que aparece como um retngulo no diagramatemperaturaentropia.ParaociclodepotnciadoladoesquerdodaFig.9

Fig.9Cicloderefrigeraooperadoacalorcomocombinaodeum

ciclodepotnciaeumderefrigerao

9. Combinao com Sistema de Compresso de Vapor emSistemasOperadoscomVapor

Algumasinstalaesderesfriamentodeguadegrandescapacidadesusamcomofontedeenergiavapordealtapressoemumsistemaquecombinasistemadecompressodevaporeumsistemadeabsoro.ComomostradonaFig.1716,ovapordealtapressoprimeirose expande pela turbina, que fornece potncia para acionar o compressor do sistema decompressodevapor.Ovapordedescargadaturbinapassaparaogeradordosistemadeabsoro.Aguaaseresfriadapassaemsrieatravsdosevaporadoresdasduasunidadesderefrigerao.Estacombinaosemelhanteaotipodeusinadegeraodeenergiaemque parte da energia do vapor de alta presso usada para gerar energia eltrica e acondensaodovaporusadoparafornecerenergiaparaalgumprocessooucalefao.

Fig.10Sistemacombinadodeabsoroecompressodevapor

10.SistemaguaAmnia

EstetrabalhotemseconcentradoataquiemsistemasqueusamLiBrcomoabsorventeegua como refrigerante. Outros pares de substancias podem tambm funcionar comoabsorvente e refrigerante como, por exemplo, gua como absorvente e amnia comorefrigerante.Esta combinao chamada guaamnia foi usada em sistemas de absoro

anosantesdacombinaoLiBrguatomarsepopular.Osistemaguaamnia,mostradoesquematicamente na Fig.11, consiste em todos os componentes previamente descritos:gerador, absorvedor, condensador, evaporador e trocador de calor da soluo,mais umretificadoreumanalisador.Anecessidadedelesocasionadapelofatodequeovaporderefrigeranteliberadonogerador(aamnia)contmtambmvapordegua.Quandoessaguaseencaminhaaoevaporadorelevaatemperaturaalireinante.Pararemoveromximodevaporde guapossvel, ovapor retiradodogeradorprimeiro flui emcontracorrenteparaasoluoqueentranoretificador.Emseguidaasoluopassaatravsdoanalisador,queumtrocadordecalorresfriadoaguaquecondensaalgumlquidoricoemgua,oqualdrenadodevoltaaoretificador.Umapequenaquantidadedevapordeguaescapaaoanalisadoredevefinalmentepassarcomoliquidodoevaporadorparaoabsorvedor.

Fig.11Sistemadeabsoroguaamnia

Em seguida apresentase uma comparao entre os sistemas guaamnia e LiBrguadoistemCDEabscomparveis.Osistemaguaamniacapazdeatingirtemperaturasdeevaporaoabaixode00C,pormosistemaLiBrgualimitadoemunidadescomerciaisa temperaturas no inferiores de 30C. O sistema guaamnia tem a desvantagem derequerercomponentesextraseavantagemdeoperarapressesacimadaatmosfrica.O

sistema LiBrgua opera a presses abaixo da atmosfrica, resultando em infiltraesinevitveisdearnosistema,queprecisaserpurgadoperiodicamente.InibidoresespeciaisprecisamserincorporadosaossistemasLiBrguapararetardarcorroso

11.ConfiguraodeUnidadesdeAbsoroComerciais

A construo de uma instalao de absoro comercial tira proveito do fato de que ocondensadoreogeradoroperammesmapressoecombinamestescomponentesemummesmo vaso. Similarmente, desde que o evaporador e o absorvedor operam mesmapresso, estes componentes tambm podem ser instalados em um mesmo vaso, comomostradonaFig.12.Novasodealtapressoovapordeguadogeradorderivaparaocondensador,onde liqefeito, enquantoquenovasodebaixapressoovapordegualiberadonoevaporadorescoaparabaixoparaoabsorvedor.

Fig.12Umarranjodecomponentesemumaunidadedeabsorocomercial

Paraaumentarataxadetransfernciadecalornoevaporadorumabombaderecirculaopulveriza a gua a ser evaporada sobre os tubos do evaporador para resfriar a gua dacargaderefrigerao.Notesequeaguageladaqueserveacargaderefrigeraoumcircuito separado da gua que serve como refrigerante na unidade de absoro. Amanutenodecircuitosseparadosdeguaajudaamanterumamaiorpurezanaunidadedeabsoroepermiteaguaqueserveacargaderefrigeraooperarapressesacimadaatmosfera.UmoutroaspectomostradonaFig.12queaguada torrede resfriamentopassaemsriepeloabsorvedorecondensador,extraindocalordeambososcomponentes.

Fig.13Unidadederefrigeraoporabsorocomercial

NafotografiadaunidadedeabsorodaFig.13osvasosdealtaebaixapressespodemserdistinguidos.possvel tambmcombinar todosos componentes emumnicovasocomumseparadorinternoentreascmarasdealtaebaixapresses.

Estafiguramostraumdostiposdeconstruopossveisparaunidadesderefrigeraoporabsoro,sendoqueestaumaunidadequejfoicomercializada.

12. O Papel de Unidades de Absoro na Prtica deRefrigerao

Ossistemasdeabsoropassarampormuitosaltosebaixos.FoipredecessordosistemadecompressodevapornoSculoXIXeossistemasguaamniatinhamgrandeaplicaoemrefrigeradoresdomsticosegrandesinstalaesindustriais,comoindstriasqumicasedeprocessos.OsistemaLiBrguafoicomercializadonosanos40e50comoresfriadoresde gua para ar condicionadode grandes edifcios.Eles eramenergizados por vapor ougua quente gerados em caldeiras a leo e gs natural. Nos anos 70 a substituio decombustodiretadeleoegsnaturalafetouaaplicaodeunidadesdeabsoro,masaomesmotempoabriuoutrasoportunidades,comoautilizaodecalorderivadodecoletoressolaresparaenergizarunidadesdeabsoro.Tambmemfunodoaumentocrescentedocustodaenergia,ocalordebaixonveldetemperatura(nafaixade90a1100C),queeraanteriormente rejeitadoparaaatmosferaem instalaesqumicasedeprocesso,agorafreqentemente usado para operar sistemas de absoro que fornece refrigeraonecessriaemalgumoutropontodafbrica.Acombinaodesistemasdeabsorocomsistemasdecompressodevapor,descritanaSeo8,umaoutraaplicaodeunidadesdeabsoroquepermaneceatrativa.

13.Concluso

Sistemasderefrigeraoporabsoroapresentamsecomoalternativaparaossistemasdecompressodevaporsendoquepossuemcomovantagemautilizaodeenergiatrmica,quemenosnobre,substituindoumapartedaenergiaeltricanecessriaparaobtenodoefeitodesejado.Comoestaenergiatrmicapodeserdequalquerfonte,comoporexemplocalorresidual,energiasolar,queimadecombustveis,etc.,osistemapodesetornarmaisinteressante na medida em que a energia eltrica encarecer. Ou ento para sistemascentraisdecondicionamento,ondeautilizaodeenergiaeltricaalta.

Na Unicamp existe um sistema construdo que utiliza soluo guaamnia. Ele utilizacalor residual da caldeira da lavanderia do Hospital da Unicamp para o aquecimentonecessrio no gerador, desta forma, comparandose com um sistema de compresso devaporparaamesmautilizao,consomecercade10%daenergiaeltricaconsumidaporeste. Existe ainda um projeto em andamento para a construo de um sistema de arcondicionadoquetenhacomonicafontedeenergiaaenergiasolar,paraissoutilizaroprocessodeabsorocomsoluodeguabrometodeltio.

14.BibliografiaUtilizada

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W.F.Stoecker,J.W.JonesRefrigeraoeArCondicionado,traduodeJ.M.SaizJabardo[et.al.],ed.McGrawHillLtda1985

Althouse,Turnquist,BraccianoModernRefrigerationandAirConditioning,TheGoodheartWillcoxCompany,Inc.,1996

"ASHRAEHandbook,FundamentalsVolume",Atlanta,Ga.,1981

"ASHRAEHandbook,EquipmentVolume",Atlanta,Ga.,1981