Sistemas de Refrigeração por Absorção

Refrigeração por Absorção Me André Chiconi Rialto Sistemas de Refrigeração por Absorção Outra forma de refrigeração que se torna economicamente atraente quando existe uma fonte de energia térmica acessível a uma temperatura de 100 C a 200 C é a refrigeração por absorção Alguns exemplos de fontes de energia térmica acessível incluem a energia geotérmica a energia solar e o calor rejeitado pelas usinas de cogeração ou de instalações de vapor para processos e até mesmo o gás natural quando ele está disponível a um preço baixo Sistemas de Refrigeração por Absorção Como o nome implica os sistemas de refrigeração por absorção envolvem a absorção de um refrigerante por um meio de transporte O sistema de refrigeração por absorção mais utilizado é o sistema de amônia e água no qual a amônia NH3 serve como o refrigerante e a água H2O serve como o meio de transporte Outros sistemas de refrigeração por absorção incluem os sistemas de águabrometo de lítio e águacloreto de lítio nos quais a água serve como refrigerante Sistemas de Refrigeração por Absorção Esse sistema se parece muito com o sistema por compressão de vapor exceto que o compressor foi substituído por um mecanismo complexo de absorção que consiste em um absorvedor uma bomba um gerador um regenerador uma válvula e um retificador Sistemas de Refrigeração por Absorção O vapor de amônia sai do evaporador e entra no absorvedor onde ele se dissolve e reage com a água para formar o NH3 H2O A solução líquida NH3 H2O que é rica em NH3 é bombeada para o gerador O vapor que é rico em NH3 passa através de um retificador que separa a água e o leva de volta ao gerador Sistemas de Refrigeração por Absorção O vapor de NH3 puro a alta pressão continua sua jornada através do restante do ciclo A solução quente de NH3 H2O que é fraca em NH3 passa através de um regenerador onde transfere parte do calor para a solução rica que sai da bomba e é estrangulada até a pressão do absorvedor Sistemas de Refrigeração por Absorção Comparados aos sistemas por compressão de vapor os sistemas de refrigeração por absorção têm uma grande vantagem comprimese um líquido em vez do vapor Os sistemas de refrigeração por absorção são muito mais caros do que os sistemas de refrigeração por compressão de vapor Eles são mais complexos e ocupam mais espaço são menos eficientes e exigem torres de resfriamento maiores para rejeitar o calor dissipado além de sua manutenção ser mais difícil uma vez que são menos comuns Os sistemas de refrigeração por absorção devem ser considerados apenas quando o custo unitário da energia térmica é baixo e foi planejado para permanecer assim em relação à eletricidade Sistemas de Refrigeração por Absorção A COP dos sistemas de refrigeração por absorção é definido por O COP geral pode ser calculador por 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 𝑆𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑗𝑎𝑑𝑎 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠á𝑟𝑖𝑎 𝑄𝐿 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝑊𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎𝑒𝑛𝑡 𝑄𝐿 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 𝑄𝐿 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝜂𝑡𝑟𝑒𝑣𝐶𝑂𝑃𝑅𝑟𝑒𝑣 1 𝑇0 𝑇𝑆 𝑇𝐿 𝑇0 𝑇𝐿 Exemplo 1 O calor é fornecido para um sistema de refrigeração por absorção de um poço geotérmico a 130 C a uma taxa de 5 105 kJh O ambiente está a 25 C e o espaço refrigerado é mantido a 30 C Determine a taxa máxima com a qual esse sistema pode remover calor do espaço refrigerado Exemplo 1 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 1 273 25 273 130 273 30 273 25 273 30 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 1 𝑇0 𝑇𝑆 𝑇𝐿 𝑇0 𝑇𝐿 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 115 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 𝑄𝐿𝑚á𝑥 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝑄𝐿𝑚á𝑥 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 𝑄𝐿𝑚á𝑥 5115 𝑄𝐿𝑚á𝑥 575 105𝑘𝐽ℎ Exemplo 2 Um refrigerador reversível por absorção consiste em uma máquina térmica reversível e um refrigerador reversível O sistema remove calor de um espaço resfriado a 15 C a uma taxa de 70 kW O refrigerador opera em um ambiente a 25 C Considerando que o calor é fornecido ao ciclo por vapor saturado e condensado a 150 C determine a a taxa com a qual o vapor se condensa e b a entrada de potência no refrigerador reversível c Considerando que o COP de um resfriador chiller real por absorção nos mesmos limites de temperatura tem um COP de 08 determine a eficiência da segunda lei da termodinâmica para esse resfriador Exemplo 2 a a taxa com a qual o vapor se condensa 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 1 𝑇0 𝑇𝑆 𝑇𝐿 𝑇0 𝑇𝐿 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 1 273 25 273 150 273 15 273 25 273 15 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 1906 Exemplo 2 a a taxa com a qual o vapor se condensa 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 𝑄𝐿 𝑄𝑔𝑒𝑟 1906 70 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝑄𝑔𝑒𝑟 3673 𝑘𝑊 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝑚 ℎ𝑓𝑣 𝑚 𝑄𝑔𝑒𝑟 ℎ𝑓𝑣 Exemplo 2 ℎ𝑙𝑣 21138 𝑘𝐽𝑘𝑔 Exemplo 2 a a taxa com a qual o vapor se condensa 𝑚 3673 21138 𝑚 00174𝑘𝑔𝑠 𝑚 𝑄𝑔𝑒𝑟 ℎ𝑓𝑣 Exemplo 2 b a entrada de potência no refrigerador reversível 𝑊 𝜂𝑡𝑟𝑒𝑣𝑄𝑔𝑒𝑟 1 𝑇0 𝑇𝑆 𝑄𝑔𝑒𝑟 𝑊 𝜂𝑡𝑟𝑒𝑣𝑄𝑔𝑒𝑟 1 273 25 273 1503673 𝑊 𝜂𝑡𝑟𝑒𝑣𝑄𝑔𝑒𝑟 1085 𝑘𝐽𝑘𝑔 Exemplo 2 c Considerando que o COP de um resfriador chiller real por absorção nos mesmos limites de temperatura tem um COP de 08 determine a eficiência da segunda lei da termodinâmica para esse resfriador 𝜂𝐼𝐼 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑡𝑢𝑎𝑙 𝐶𝑂𝑃𝑎𝑏𝑠𝑟𝑒𝑣 𝜂𝐼𝐼 08 1906 𝜂𝐼𝐼 04197 Exemplo 3 Um sistema de refrigeração por absorção recebe calor de uma fonte a 120 C e mantém o espaço refrigerado a 0 C Considerando que a temperatura do ambiente é 25 C qual é o COP máximo que esse sistema de absorção pode ter Exemplo 3 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 1 𝑇0 𝑇𝑆 𝑇𝐿 𝑇0 𝑇𝐿 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 1 273 25 273 120 273 273 25 273 𝐶𝑂𝑃𝑟𝑒𝑣𝑚á𝑥 264