Refrigeração por absorção

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Os sistemas de refrigeração por absorção de vapores são ciclos de refrigeração operados a calor, onde um fluido secundário ou absorvente na fase líquida é responsável por absorver o fluido primário ou refrigerante, na forma de vapor. Ciclos de refrigeração operados a calor são assim definidos, porque a energia responsável por operar o ciclo é majoritariamente térmica. Descoberta pelo escocês Nairn em 1777, a refrigeração por absorção tem por "pai" o francês Ferdinand Carré (1824-1900), que em 1859 patenteou a primeira máquina de absorção de funcionamento contínuo, usando o par amônia-água.

Água quente, vapor (baixa pressão e alta pressão) e gases de combustão, são algumas das fontes de calor utilizadas para operar equipamentos de absorção, cuja energia térmica pode ser obtida a partir dos seguintes meios:

  • Aproveitamento de rejeitos de calor de processos industriais e comerciais;
  • Cogeração;
  • Energia solar; e
  • Queima direta (biomassa, biodiesel, gás natural, biogás).

Ciclo básico de refrigeração por absorção[editar | editar código-fonte]

Fig. 1: Ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais.

O ciclo básico de refrigeração por absorção opera com dois níveis de pressão, estabelecidos pelas temperaturas de evaporação T_E e condensação T_C, respectivamente. A Figura 1 mostra um esquema de um ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais. Pela figura se pode observar que o ciclo contém dois circuitos, o circuito da solução e o circuito de refrigerante. As setas indicam o sentido de escoamento do refrigerante e da solução, e também o sentido do fluxo de calor entrando ou saindo do ciclo. No gerador, calor de uma fonte a alta de temperatura é adicionado ao ciclo a uma taxa  \dot q_G , fazendo com que parte do refrigerante vaporize à temperatura de geração T_G, e se separe da solução. Esse vapor de refrigerante segue para o condensador, onde o calor de condensação é removido do ciclo, por meio de água ou ar, a uma taxa  \dot q_C, fazendo com que o refrigerante retorne para a fase líquida à temperatura de condensação T_C. O refrigerante líquido, à alta pressão, passa por uma válvula de expansão - VEX, onde ocorre uma brusca queda de pressão associada com a evaporação de uma pequena parcela do refrigerante. Esse fenômeno, conhecido como expansão, faz cair a temperatura do refrigerante, que segue então para o evaporador. No evaporador, o refrigerante líquido, a uma baixa pressão e a uma baixa temperatura, retira calor do meio que se deseja resfriar a uma taxa  \dot q_E , retornando novamente para a fase de vapor à temperatura de evaporação T_E. No gerador, após a separação de parte do refrigerante, a solução remanescente torna-se uma solução fraca ou pobre em refrigerante. Essa solução pobre, a uma alta temperatura e a uma alta pressão, passa por uma válvula redutora de pressão - VRP, tem sua pressão reduzida ao nível da pressão de evaporação e segue para o absorvedor. No absorvedor, a solução absorve vapor de refrigerante oriundo do evaporador, tornando-se uma solução forte ou rica em refrigerante. O processo de absorção é exotérmico, e para que esse processo não sofra interrupção, o calor de absorção precisa ser removido do ciclo a uma taxa \dot q_A, de forma a manter constante a temperatura de absorção T_A. Uma bomba de recirculação de solução - BSC é responsável por, simultaneamente, elevar a pressão e retornar a solução rica para o gerador, garantindo assim a continuidade do ciclo. Vale destacar que o condensador e gerador estão submetidos à uma mesma pressão, pressão de alta do sistema, e por isso, em alguns equipamentos comerciais, são abrigados em um mesmo vaso. Da mesma forma, o evaporador e o absorvedor estão submetidos à mesma pressão, pressão de baixa do sistema, e eventualmente abrigados em um mesmo vaso.

Coeficiente de performance - COP[editar | editar código-fonte]

O coeficiente de performance - COP, também conhecido como coeficiente de eficácia, caracteriza o desempenho de um ciclo de refrigeração, relacionando o efeito desejado - refrigeração, com o que se paga por isso - energia consumida. No caso de um ciclo de refrigeração por absorção, o COP é definido como a relação entre a taxa de refrigeração e a taxa de calor adicionada ao gerador:

COP =\frac {\dot q_E}{\dot q_G}

A termodinâmica nos diz que um ciclo ideal é aquele em que todos os processo são reversíveis, ou seja, após terem ocorrido podem ser invertidos sem deixar vestígios no sistema e no meio. Também, define o ciclo de Carnot como sendo um ciclo ideal, de maior rendimento possível, operando entre dois reservatórios de temperatura constante. Tendo como base o conceito do ciclo de Carnot, o COP do ciclo ideal de absorção pode ser representado pelas temperaturas em jogo no sistema, sendo usual desconsiderar-se o trabalho de bombeamento.

COP =\frac { \ T_E( \ T_G - \ T_A)}{ \ T_G( \ T_A - \ T_E)}

Onde,

T_A - Temperatura de absorção, ou temperatura da solução no absorvedor;

T_E - Temperatura de evaporação, ou temperatura do refrigerante no evaporador;

T_G - Temperatura de geração, ou temperatura da solução no gerador.

Considera-se que a temperatura da solução no absorvedor é aproximadamente igual à temperatura do refrigerante no condensador ou temperatura de condensação T_C .

Classificação[editar | editar código-fonte]

Os sistemas de refrigeração por absorção podem ser classificados segundo os fluidos de trabalho empregados. São três as tecnologias comercialmente consagradas:

Os sistemas de refrigeração por absorção, utilizando a solução binária amônia-água, passaram a ser empregados comercialmente, a partir de 1859, com o intuito de produzir gêlo. Nesses sistemas, a água faz o papel do fluido secundário, ou seja, é responsável por absorver os vapores de amônia. Por utilizarem amônia como refrigerante, cuja temperatura de congelamento é de -77°C, tais sistemas são hoje normalmente empregados no campo da refrigeração, em grandes instalações industriais, que requeiram temperaturas inferiores a 0°C. Contudo, o uso da solução amônia-água se estendeu, a partir das décadas de 1960 e 1970, para equipamentos de ar condicionado de pequeno a médio porte (10 a 90 kW), com condensação a ar, no resfriamento e na calefação de instalações residenciais e comerciais.

O sistema de refrigeração por absorção utilizando amônia-água-hidrogênio, também conhecido como sistema por difusão, foi desenvolvido em 1920 pelos suecos Baltazar von Platen e Carl Munters. Tem como base o ciclo amônia-água, com a adição de hidrogênio para equalizar a pressão em todo o sistema. Empregado em refrigeradores residenciais e veiculares, o ciclo não possui bomba de recirculação de solução, fazendo com que esses equipamentos sejam extremamente silenciosos.

A utilização da absorção com solução de água-brometo de lítio, se deu a partir de 1946 com a disseminação do uso do condicionamento do ar para resfriamento e calefação de ambientes. Nesse sistema, a água desempenha o papel do refrigerante, enquanto uma solução de água-brometo de lítio é o agente absorvente. Por utilizar água como refrigerante, cuja temperatura de congelamento é 0°C, sua utilização é restrita a aplicações com alta temperatura de evaporação, ar condicionado por exemplo. Atualmente, instalações centrais de ar condicionado em grandes edifícios, utilizam equipamentos de absorção, com condensação a água, fabricados nas capacidades de 352 a 5.275 kW.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências[editar | editar código-fonte]

  • ALMÉN, Carl G. Gas absorption refrigerator technology. http://absreftec.com/. Acesso em: 14.06.2009.
  • COSTA, Ênnio Cruz da. Física industrial; refrigeração. Porto Alegre: PUC-EMMA,1976. v.2.
  • HEROLD, K. E.; RADERMACHER, R.; KLEIN, S. A. Absorption chillers and heat pumps. Boca Raton: CRC, 1996.
  • INTERNATIONAL INSTITUTE OF REFRIGERATION. A brief history of refrigeration. http://www.iifiir.org/en/doc/1037.pdf. Acesso em: 14.06.2009.
  • STOECKER, W. F.; JONES, J. W. Refrigeração e ar condicionado. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1985.
  • VAN WYLEN, G. J.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da termodinâmica clássica. São Paulo: Edgard Blücher, 1976.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]