Trabalho refrigeração por adsorção

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Trabalho refrigeração por adsorção

  1. 1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia. refrigeração por adsorção - principios de funcionamento e aplicações fluidos de refrigeração - propriedades e aplicações Aluno: Julhyvan Lisboa Barbosa julhyvan2012@gmail.com Orientador: Reginaldo Dias dos Santos trabalho técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de refrigeração mecânica, no curso Técnico em mecânica 2012, Instituto Federal de Goiás Prof. Msc. Reginaldo Dias dos Santos Luziânia agosto 2014
  2. 2. Introdução De uma forma mais específica, pode caracterizar a adsorção como a variação da concentração de uma substância em uma interface, sendo que o espaço de interface é uma medida arbitrária da região limite entre duas substâncias não-miscíveis. A adsorção é o fenômeno que acontece quando é colocado em contato um sólido com uma mistura de fluidos, e um dos fluidos preso à superfície de um sólido . Isto provoca um aumento da concentração do fluido não adsorvido. A adsorção se deve ao fato de que a superfície de qualquer sólido se encontra em estado de tensão ou de não saturação, que forma um verdadeiro campo residual de forças de superfície. Quando a concentração de uma substância aumenta em uma interface, ocorre o que chama-se de adsorção positiva; quando a concentração desta substância diminui na região de interface, tem-se uma adsorção negativa. Objetivo O objetivo deste trabalho consiste em definir os parâmetros de funcionamento do sistema de refrigeração por adsorção. Referencial teórico A adsorção é um processo espontâneo e reversível que ocorre quando a superfície de um sólido é exposta a um fluido, gás ou líquido, compreendendo a impregnação desse fluido na interface do sólido em contato com o fluido, conforme a Figura 1. Conceitos de adsorção: Adsorção - Acumulação de um fluido na interface de um sólido quando em contato com o mesmo; Adsorvente / Dessecante - O material sólido em que ocorre a adsorção; Adsorvato - Fluido no estado adsorvido; Adsorvível ou adsortivo- Substância em fase fluida em condição de ser adsorvida; Adsorção química - Processo de adsorção que envolve a formação de uma ligação química entre as substâncias;
  3. 3. Adsorção física - Processo de adsorção que não envolve a formação de uma ligação química Isoterma de adsorção - Quantidade de fluido adsorvido por uma superfície sólida em função da pressão de um fluido a uma determinada temperatura; a quantidade adsorvida aumenta com a concentração do fluido e decresce com o aumento da temperatura. Calor de adsorção A adsorção ocorre com a diminuição da energia na superfície de contato, pois as moléculas adsorvidas possuem menor grau de liberdade que a molécula fluida; a variação da entalpia é negativa, havendo liberação de energia no processo. A adsorção é um processo exotérmico e a quantidade de calor liberado depende do par adsorvente, além das condições de pressão do adsorvível e da temperatura; pode ser definido como a energia do adsorvível menos a energia do adsorvato. Mecanismo de adsorção O efeito da adsorção é provocado por forças que atuam entre os átomos e íons da superfície de um sólido e as moléculas de um fluido, dependendo do tipo dessas forças o mecanismo pode ser classificado como adsorção física ou adsorção química. Ativação dos adsorventes A capacidade de adsorção dos adsorventes é limitada, ficando o mesmo saturado quando os poros ficam preenchidos com os adsorbatos, esse efeito depende também da equalização da pressão do vapor adsorvido com a pressão de gás no fluxo superficial do adsorvente. Para que o dessecante seja reutilizado é necessário retirar o vapor de água retido dentro dos poros do mesmo. Sabemos que a capacidade de adsorção varia com a temperatura do leito poroso, quanto maior a temperatura menor é a capacidade de adsorção. Adsorventes e adsorvatos Para aplicações em refrigeração e ar condicionado o par deve ter algumas características que propiciem condições favoráveis ao processo. Adsorventes; alta capacidade de adsorção e de regeneração, boa condutividade térmica, baixo calor específico, estabilidade química em contato com o adsorvato, abundância e baixo custo. Adsorvatos; alto calor latente, pequenas dimensões moleculares, alta condutividade térmica, alta estabilidade térmica, baixa viscosidade, baixo calor específico, estabilidade química em contato com o adsorvente. A adsorção no condicionamento de ar A utilização do efeito de adsorção permite instalações de condicionamento de ar de duas maneiras distintas, uma que faz o tratamento direto do ar através da combinação de desumidificação do ar por dessecagem e resfriamento evaporativo, que é mais efetivo quanto menor for a umidade relativa, e outra através da construção de resfriadores de água de adsorção, que da mesma forma que os chillers convencionais faz o tratamento do ar de forma indireta, através de fancoils.
  4. 4. Princípio de funcionamento Os sistemas trabalham geralmente em ciclo aberto e são compostos basicamente de rotores dessecantes , rotores sensíveis , umidificadores, aquecedores e ventiladores. O resfriamento dessecante consiste na desumidificação do ar forçando-o a passar através de um material adsorvente onde o vapor de água ficará retido, e, a seguir fazer o resfriamento evaporativo desse ar, que está em condição favorável a essa transformação adiabática, antes de insuflá-lo no ambiente condicionado. Dependendo das condições climáticas podem ser necessárias algumas variantes na montagem e na quantidade dos rotores e demais componentes do equipamento. Veja Figura 2. Uma das variações para utilização em climas úmidos é representada na figura acima, onde o ar passa pela seguinte seqüência: 1 - O ar externo, úmido, passa pelo 1º rotor dessecante onde o ar é desumidificado e sua temperatura aumenta devido ao calor de adsorção; 2 - O ar, com pouca umidade e aquecido, passa então pelo 1º rotor sensível, onde é resfriado; 3 - Segue então para o 2º rotor dessecante de onde sai bastante seco e novamente aquecido; 4 - Atravessa então o 2º rotor sensível tendo a sua temperatura reduzida; 5 - Ao passar a seguir pelo 1º resfriador evaporativo o ar é umidificado e resfriado ainda mais; 6 - O ar é então insuflado no ambiente a condicionar, misturando-se ao ar ambiente onde sofre um aquecimento ao receber a carga térmica desse ambiente; 7 - Sai então do ambiente climatizado e passa pelo 2º resfriador evaporativo, onde é umidificado e resfriado; 8 - Ao passar pelo 2º rotor sensível, a seguir, fica pré-aquecido ao trocar calor com o ar em 4; 9 - A seguir passa pelo 1º aquecedor com fonte de calor externa e é aquecido; 10 - O ar, bastante aquecido, atravessa a parte regenerativa do 2º rotor dessecante, arrastando consigo o vapor de água ali retido; 11 - Após passar pelo 2º rotor o ar, quente e úmido, é expelido para o ambiente externo. 12 - Para alimentar o 1º rotor sensível com ar frio é captado ar externo, que ao sair desse rotor está pré-aquecido;
  5. 5. 13 - Esse ar passa então pelo 2º aquecedor com fonte de calor externa e é aquecido; 14 - O ar segue então para a parte regenerativa do 1º rotor dessecante, arrastando consigo o vapor de água ali retido; 15 - Após passar pelo 1º rotor o ar, quente e úmido, é expelido para o ambiente externo. A configuração do equipamento pode sofrer variações diversas, em função das condições do ambiente externo e das necessidades do ambiente interno, como o exemplo das figuras 5 e 6, abaixo, cujo sistema possui dois rotores, dois resfriadores evaporativos, um aquecedor e faz o reaproveitamento de parte do ar de retorno; a necessidade da colocação de mais componentes vai se evidenciar no estudo psicrométrico do ca Vantagens do condicionamento de ar com rotores dessecantes A adsorção proporciona a condição de baixa umidade na entrada do resfriador evaporativo, fazendo com que esse sistema passe a ser vantajoso em comparação com o sistema de compressão a vapor, pois o mesmo não controla a umidade do ambiente condicionado; A qualidade do ar interior é superior pois podemos trabalhar com controle de umidade e sem aumento da taxa de CO2 nem de outros componentes nocivos. . - Possibilita a utilização de fontes de energia sustentáveis com mais facilidade em comparação com o sistema de compressão a vapor; - Não agride a camada de ozônio nem colabora com o efeito estufa; - Menor custo de operação e manutenção; - Menor agressão aos componentes de acabamento civil dos ambientes condicionados, tais como carpetes, cortinas e papéis de parede Desvantagens do condicionamento de ar com rotores dessecantes -Custo inicial do equipamento muito elevado; - Menor efetividade em regiões com altos índices de umidade no ar; - Maior tempo de estabilização na operação, cerca de 30 minutos; - Ocupa muito espaço. Conclusão Esse trabalho descreveu os princípios da adsorção sólida e alguns dos principais sistemas de refrigeração por adsorção . Que tem a sua funçao de retirar calor do ambiente por meio de adsorção, ou seja diminuindo a umidade do local jogando-á para fora do ambiente e nesse prcesso causando a refrigeração do ár baixando a sua temperatura. Referencias bibliograficas http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfPVUAL/analise-sistema-climatizacao-por-adsorcao-tendo-como-fonte-energia- a-radiacao-solar-connepi

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