Absorcao_H2O-libr_usp_jan2013_rev12

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Slides referentes ao mini-curso sobre sistemas de refrigeração por absorção água-brometo de lítio apresentado durante a 2a. Escola de Refrigeração da ABCM, na Escola Politénica da USP.

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Absorcao_H2O-libr_usp_jan2013_rev12

  1. 1. João Pimenta UnB, ENM, LaAR Membro ANPRAC, ABEMIUniversidade de BrasíliaFaculdade de TecnologiaDepartamento de Engenharia Mecânica Laboratório de Ar Condicionado e Refrigeração
  2. 2. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção Material desenvolvido pelo Prof. João Pimenta, para mini-curso durante a 2ª. Escola de Verão de Refrigeração: Ciclos de Absorção da ABCM, realizada pela Escola Politécnica da USP. Para fazer referência a este material, por favor utilize o seguinte : PIMENTA, João. Refrigeração por Absorção Água-Brometo de Lítio. Escola de Verão de Refrigeração, ABCM, Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas. Escola Politécnica da USP, 28-31 Janeiro 2013. 105 slides. Apresentação MS PowerPoint. Críticas, comentários, sugestões, etc. para pimenta@unb.br Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  3. 3. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção Conteúdo 1. Introdução 2. COP dos Ciclos por Absorção 3. Propriedades T-P-X de Soluções H2O-LiBr 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor 5. Cristalização 6. Equip. Comerciais de Refrigeração por Absorção 7. Controle de capacidade em ciclos por absorção 8. Ciclos de Duplo Efeito Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  4. 4. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1 INTRODUÇÃO Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  5. 5. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Discutiremos a tecnologia de produção de frio por ciclos por absorção água-brometo de lítio. Ciclos de refrigeração por compressão X absorção. Trabalho Calor Ciclo Efeito útil de Ciclo Efeito útil de Compressão refrigeração Absorção refrigeração Ciclos de refrigeração por absorção são ciclos movidos a calor. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  6. 6. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Refrigeração por Compressão Refrigeração por Absorção Trabalho Condensador Calor Ciclo Compressor Absorção Evaporador Efeito útil de refrigeração Efeito útil de refrigeração Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  7. 7. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Refrigeração por Compressão Refrigeração por Absorção Trabalho Condensador Condensador Calor Compressor ? Evaporador Evaporador Efeito útil de Efeito útil de refrigeração refrigeração Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  8. 8. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Refrigeração por Compressão Refrigeração por Absorção Trabalho Condensador Condensador Calor Geração Compressor Absorção Evaporador Evaporador Efeito útil de Efeito útil de refrigeração refrigeração Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  9. 9. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO A solução absorvente recebe calor, liberando o Refrigeração por Absorção vapor refrigerante. Condensador Calor Geração Absorção Evaporador O vapor refrigerante é absorvido por uma Efeito útil de solução absorvente. refrigeração Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  10. 10. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO A solução absorvente recebe calor, liberando o Refrigeração por Absorção vapor refrigerante. A concentração da Condensador solução aumenta! Calor Geração Absorção A concentração da solução diminui! Evaporador O vapor refrigerante é absorvido por uma Efeito útil de solução absorvente. refrigeração Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  11. 11. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO A solução absorvente recebe calor, liberando o Refrigeração por Absorção vapor refrigerante. A concentração da Condensador solução aumenta! Calor Geração Absorção A concentração da solução diminui! Evaporador O vapor refrigerante é absorvido por uma Efeito útil de solução absorvente. refrigeração Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  12. 12. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Refrigeração por Absorção CALOR Gerador Condensador Calor Geração Absorção Absorvedor Evaporador Refrigerante Efeito útil de Solução fraca refrigeração Solução forte Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  13. 13. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Refrigeração por Compressão Ciclo por Absorção CALOR Trabalho Condensador Gerador Condensador Compressor Evaporador Absorvedor Evaporador Efeito útil de Refrigerante refrigeração Solução fraca Solução forte Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  14. 14. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Calor de uma fonte externa promove a vaporização do fluido antes absorvido pela  QG solução. Vapor Alta pressão  QCD Gerador Condensador O líquido a baixa  WB Restrição para a queda pressão é circulado do absorvedor, elevando de pressão e retorno da sua pressão até a do solução ao absorvedor. gerador. Vapor Baixa  QEV pressão Absorvedor Evaporador O Vapor de baixa pressão é absorvido por uma solução liquida.  QABS Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  15. 15. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Vantagens das unidades operando por absorção : • Não usam fluidos que degradem o meio ambiente; • Fluido refrigerante  Água TRANE: Absorption Water Chillers (TRC011EN.PPT) Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  16. 16. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Vantagens das unidades operando por absorção : • Dispensam cuidados com o uso de lubrificantes; • Permitem aplicações de recuperação térmica. Na refrigeração por absorção é possível manter temperaturas de evaporação de 10 ºC até -60 ºC com uma variedade de ciclos e fluidos. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  17. 17. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Desenvolvimento Histórico Michael Faraday Experimento de liquefação da amônia 1824 Ferdinand Carré Invenção e patente de uma máquina de 1860 absorção água-amônia Guerra Civil USA Uso pelos confederados (Sul) para suprir o uso Ano-ano do gelo natural, cortado pelo Norte. Thomas Edison Primeira usina de geração de eletricidade. 1882 Crise energética Elevação custo combustíveis fósseis. Baixos 1973 COP’s dos ciclos por absorção. Final século XX Interesse renovado pelos ciclos por absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  18. 18. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Quanto à forma como o calor é fornecido, as máquinas de refrigeração por absorção podem ser de queima direta, ou de queima Indireta. Queima direta: Calor é gerado na própria máquina de absorção, pela combustão de gás, óleo, etc., em queimadores acoplados ao equipamento. Queima indireta: Calor fornecido resulta de processos externo à máquina de absorção – aproveitamento térmico. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  19. 19. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Chiller de queima direta (Broad). Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  20. 20. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Nas máquinas de queima indireta por sua vez, diferentes soluções podem ser consideradas: • Vapor de caldeiras de produção direta; de caldeiras de recuperação; de turbinas a vapor; • Gases de exaustão de turbinas a gás; • Fluido térmico aquecido; calor residual de processos arrefecimento de motores de combustão coletores solares • etc. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  21. 21. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Exemplos (HEB CHP System) …includes a Capstone microturbine that supplies up to 60 kW of power to the store. The 500-550°F exhaust from the turbine is use to drive a Broad single-effect absorption chiller…capable of supplying 18 tons of cooling output. files.harc.edu/Sites/GulfCoastCHP/CaseStudies/HEBSanAntonioTX.pdf Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  22. 22. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 1. INTRODUÇÃO Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  23. 23. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2 COP de Ciclos por Absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  24. 24. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Em um ciclo por absorção, a ação externa necessária relaciona-se ao fornecimento de calor. Logo, efeito útil  QEV COPABS    ação necessária QG 0,7 < COPABS <1,2  aprox. 5 x menor que o de ciclos por compressão. Tal aspecto porém não deve ser visto como absolutamente negativo já que calor e trabalho são formas distintas de energia. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  25. 25. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Ashrae Handbook Refrigeraton 2002, Chapter 41 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  26. 26. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Motor térmico x Refrigerador TH TH  QH Motor Térmico W W Refrigerador  QEV TL TL Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  27. 27. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Motor térmico x Refrigerador: Rendimento de Carnot TH THTCD  QH Motor Térmico W W Refrigerador  QEV TL TL→ TEV  QG TH  QEV TEV    W TH  TL W  TCD  TEV Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  28. 28. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Motor térmico x Refrigerador: Rendimento de Carnot TH TG THTCD TAMB Motor Térmico W W Refrigerador TLTABS e TCDTAMB TL→ TEV TG Temperatura TAMB TEV Entropia Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  29. 29. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Acoplando estes ciclos, determinamos a equação para o COP de um ciclo por absorção. TH TG THTCD TAMB  QH W W  QEV TLTABS e TCDTAMB  QEV TL→ TEV COPABS   QG  QG     TH   WTG  QG QEV  TEV   WTEV  QEV W T T TG  TAMB W  TCD  TEV TAMB  TEV H L Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  30. 30. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Acoplando estes ciclos, determinamos a equação para o COP de um ciclo por absorção. TG TAMB  QH W W  QEV TAMB  QEV TEV COPABS   QG     WTG QG  QEV  WTEV TG  TL  WTEV T  TAMB TAMB  TEV COPABS   G TAMB  TEV  WTG Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  31. 31. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Assim,  QEV  WTEV TG  TAMB COPABS     QG TAMB  TEV  WTG TEV TG  TAMB  COPABS  TG TAMB  TEV  Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  32. 32. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Vejamos um exemplo simples, onde calculamos o COP de Carnot... Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  33. 33. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Exemplo de Cálculo 1 COP de Carnot para um sistema de refrigeração (ideal) operado a calor proveniente de uma fonte a 100 ºC, mantendo temperatura de refrigeração de 5 ºC e rejeitando calor para o ambiente a 30 ºC. Vapor d’água Gerador Condensador 100 ºC 30 ºC Absorvedor Vapor d’água Evaporador 30 ºC 5 ºC * Stoecker e Jones, Refrigeração e Ar condicionado. Capitulo 17, Exemplo 17.1 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  34. 34. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Exemplo de Cálculo 1 COP de Carnot para um sistema de refrigeração (ideal) operado a calor proveniente de uma fonte a 100 ºC, mantendo temperatura de refrigeração de 5 ºC e rejeitando calor para o ambiente a 30 ºC. TEV TG  TAMB  TEV = 5 ºC = 278,15 K COPABS  TG = 100 ºC = 373,15 K TG TAMB  TEV  TAMB = 30 ºC 278,15100  30 COPABS  373,1530  5 COPABS  2,09 COP ideal > COP que seria obtido de um ciclo real de refrigeração por absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  35. 35. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Influência das Temperaturas de Operação Tev=-20oC Tev=0oC Tev=5oC 12,0 TEV TG  TAMB  10,0 COPABS  COP ideal (Tamb=15 oC) 8,0 TG TAMB  TEV  6,0 4,0 2,0 COPABS ↑ quando TG↑; 0,0 0 50 100 150 200 250 COPABS ↑ quando TEV↑; Temperatura no Gerador, TG [oC] Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  36. 36. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 2. COP dos Ciclos por Absorção Influência das Temperaturas de Operação TAMB = 15 oC TAMB = 20 oC TAMB = 30 oC Tev=-20oC Tev=0oC Tev=5oC Tev=-20oC Tev=0oC Tev=5oC Tev=-20oC Tev=0C Tev=5oC 12,0 12,0 12,0 10,0 10,0 10,0 COP ideal (Tamb=15 oC) COP ideal (Tamb=20 oC) COP ideal (Tamb=30 oC) 8,0 8,0 8,0 6,0 6,0 6,0 4,0 4,0 4,0 2,0 2,0 2,0 0,0 0,0 0,0 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 Temperatura no Gerador, TG [oC] Temperatura no Gerador, TG [oC] Temperatura no Gerador, TG [oC] TEV TG  TAMB  COPABS  COPABS ↓ quando TAMB↑; TG TAMB  TEV  Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  37. 37. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3 Propriedades T-P-X de soluções H2O-LiBr Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  38. 38. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Brometo de Lítio (LiBr) ► Sal cristalino de cor branca; ► Absorve o vapor d’água, se tornando solução líquida; ► Densidade= 3.464 g/cm3 http://2.imimg.com/data2/DM/CD/MY-/barium-bromide-250x250.jpg http://ca.wikipedia.org/wiki/Fitxer:Lithium-bromide-unit-cell-3D-ionic.png Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  39. 39. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Brometo de Lítio (LiBr): Obtenção Obtido pela reação de neutralização do hidróxido de lítio com o ácido bromídrico. LiOH+HBr  LiBr + H2O ou pela reação com o carbonato de lítio, Li2CO3+2HBr  2LiBr + H2O + CO2 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  40. 40. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Brometo de Lítio (LiBr): Cuidados Contato com os olhos  irritação; Contato com a pele  queimaduras. EPI: óculos de segurança e luvas Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  41. 41. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Brometo de Lítio (LiBr) A solução líquida H2O-LiBr exerce pressão de vapor d’água função da temperatura (T) e concentração (x) alterando as propriedades de saturação da água pura. Vapor d’água Vapor d’água 7,38 kPa 7,38 kPa Água Água-LiBr 40 oC 80 oC Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  42. 42. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Vapor d’água Vapor d’água 7,38 kPa 7,38 kPa Água Água-LiBr 40 oC 80 oC Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  43. 43. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  44. 44. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio A entalpia de soluções H2O-LiBr pode ser obtida do gráfico abaixo , h=f(T,X) Válido para soluções aturadas ou sub-resfriadas. Referências: água líquida a 0º C h=0 kJ/kg LiBr sólido a 25º C Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  45. 45. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  46. 46. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  47. 47. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Agora que sabemos determinar as propriedades das soluções água-brometo de lítio, vamos apresentar alguns exemplos numéricos... Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  48. 48. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 2 Determinar as vazões mássicas de refrigerante (água). d’água) e de Determinar as mássicas de refrigerante (vapor solução forte. m3  ?  3 Vapor d’água Gerador Condensador 100 ºC 40 ºC 2 4 m1  0,6 kg s  m1  ?  1 Vapor d’água Evaporador Absorvedor 30 ºC 10 ºC 5 * Stoecker e Jones, Refrigeração e Ar condicionado. Capitulo 17, Exemplo 17.2 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  49. 49. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 2 Primeiramente determinamos as pressões de alta e baixa. PALTA = PGERADOR = PCONDENSADOR PSAT (água, T=40 ºC) = 7,38 kPa PBAIXA = PABSORVEDOR = PEVAPORADOR PSAT (água, T=10 ºC) = 1,23 kPa X1=50% X2=66,4% Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  50. 50. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 2 Efetuando um balanço de massa para o gerador, temos m2  m3  m1    m2  m3  0,6   3 Além disso, para o LiBr temos, Gerador 100 ºC m1 x1  m2 x2   1 0,6.0,50  m2 0,664  2 m2  0,452 kg s  m1  0,6 kg s  Então, m3  0,148 kg s  Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  51. 51. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 3 Para o sistema de absorção anterior determine QABS, QCD, QEV e COP.  QG 3 Vapor d’água  QCD Gerador Condensador 100 ºC 40 ºC 2 4 Restrição para a queda m1  0,6 kg s  de pressão e retorno da solução ao absorvedor. 1 Vapor d’água Evaporador Absorvedor 30 ºC 10 ºC 5  QABS  QEV * Stoecker e Jones, Refrigeração e Ar condicionado. Capitulo 17, Exemplo 17.3 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  52. 52. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 3 As vazões e concentrações foram obtidas no exemplo anterior. Temos, m1  0,60 kg s  x1  50% m2  0,452 kg s  x2  66,4% m3  0,148 kg s  x3  0% Do gráfico para as entalpias obtemos,  h1  h T1  30o C, X1  50%  168 kJ kg  h2  hT 2   100o C, X 2  66,4%  52 kJ kg Para a água, das tabelas de vapor d’água, temos,   h3  h x  1, T3  100o C  2676 kJ kg h4  hx  1, T4  40o C   167,5 kJ kg   h5  h x  1, T5  10o C  2520 kJ kg Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  53. 53. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 3 As taxas de transferência de calor procuradas são obtidas da aplicação da 1ª. Lei para cada componente.  QG 3  m3h3 Gerador 100 ºC      QG  m3h3  m2 h2  m1h1  QG  473,3kW 1 2  m1h1  m2 h2 3  m3h3  QCD Condensador 40 ºC   QCD  m3h3  m4 h4  QCD  371,2kW   4  m4 h4 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  54. 54. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 3  m2 h2  m1h1 2  m5 h5     QABS  m2 h2  m5h5  m1h1  QABS  450,3kW  Absorvedor 30 ºC 1 5   m4 h4 QABS 4   5 QEV  m5h5  m4 h4  QEV  348,2kW   Evaporador 10 ºC  m5 h5  QEV Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  55. 55. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 3. Propriedades T-X-P de Soluções H2O-Brometo de Lítio Exemplo de Cálculo 3 Finalmente, o COP é facilmente obtido,  QEV 348,2 COPABS     COPABS  0,736 QG 476,6 Obtemos um COP < 1, como é comum para ciclos por absorção. Se aplicássemos a equação do COPIDEAL, teríamos TEV TG  TABS  283,15100  30 19820,5 COPABS ,ideal    TG TCD  TEV  373,1540  10 11194,5 COPABS ,ideal  1,77 Nota: Tal cálculo do COPIDEAL é uma aproximação pois ocorrem de fato diferenças finitas de temperatura nas trocas de calor. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  56. 56. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4 O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  57. 57. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor A energia para bombas, ventiladores, etc. é pequena face a energia térmica no gerador de um ciclo por absorção.  QG Gerador Condensador  W pump Absorvedor Evaporador Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  58. 58. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Ao mesmo tempo, ocorre rejeição de calor para as vizinhanças  recuperação térmica no ciclo.  QG  QCD Gerador Condensador Absorvedor Evaporador  QABS Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  59. 59. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor A solução transferida do gerador ao absorvedor deve ser resfriada de TG a TABS (no exemplo, de 100 a 30 ºC); Gerador Condensador 100 ºC 30 ºC Absorvedor Evaporador  QABS Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  60. 60. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Ao mesmo tempo, a solução transferida do absorvedor ao gerador deve ser aquecida de TABS a TG (de 30 a 100 ºC).  QG Gerador Condensador 30 ºC 100 ºC Absorvedor Evaporador Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  61. 61. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Assim, é interessante usar um trocador de calor entre o gerador e o absorvedor, como abaixo.  QG Gerador Condensador 100 ºC Trocador de Calor (Regenerador) 30 ºC Absorvedor Evaporador Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  62. 62. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Exemplo de Cálculo 4 Para o sistema de absorção dos exemplos anteriores adotou-se um trocador de calor regenerador entre o gerador e o absorvedor, de tal forma que a temperatura de entrada da solução no gerador é agora de 52º C. Determine as novas taxas de transferência de calor em cada componente. Gerador Condensador 52 ºC 100 ºC 30 ºC Absorvedor Evaporador * Stoecker e Jones, Refrigeração e Ar condicionado. Capitulo 17, Exemplo 17.4 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  63. 63. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Exemplo de Cálculo 4 Para o sistema de absorção dos exemplos anteriores adotou-se um trocador de calor regenerador entre o gerador e o absorvedor, de tal forma que a temperatura de entrada da solução no gerador é agora de 52º C. Determine as novas taxas de transferência de calor em cada componente. Dos exemplos anteriores permanecem inalteradas as seguintes variáveis: m1  m2  0,60 kg s   h1  168 kJ kg m3  m4  0,452 kg s   h3  52 kJ kg m5  m6  m7  0,148 kg s    h5  2676 kJ kg  h6  167,5 kJ kg QEV  348,2kW  h7  2520 kJ kg QCD  371,2kW Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  64. 64. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Exemplo de Cálculo 4 No ponto 2, a temperatura da solução é de 52 ºC com X = 50%, então do gráfico para a entalpia de soluções H2O-LiBr, temos, h2  120 kJ kg Agora, a taxa de transferência de calor no trocador regenerador pode ser obtida de um balanço de energia para a solução entre “1” e “2”. Q  m1 h2  h1    2 3 Q  0,6 120   168  28,8kW   Q Por sua vez, entre os pontos “3” e “4”. 28,8kW  m3 h3  h4   1 4 28,8kW  0,452 52  h4  h4  116 kJ kg Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  65. 65. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Exemplo de Cálculo 4 No gráfico para a entalpia de soluções H2O-LiBr, temos, T4=64 ºCh4  116 kJ kg X 4  66,45 Agora, aplicando a 1ª. Lei para volumes de controle para o gerador e o absorvedor, temos,      QG  m5h5  m3h3  m2 h2  QG  444,5kW      QABS  m7 h7  m4 h4  m1h1  QABS  421,3kW Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  66. 66. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 4. O Ciclo por Absorção com Trocador de Calor Exemplo de Cálculo 4 ANTES  QG  444,5kW  QG  476,6kW  QABS  421,3kW  QABS  450,3kW Então, o COP agora será,  QEV 348,2 COPABS    QG 444,5 ANTES COPABS  0,783 COPABS  0,736 Verificamos assim que a inclusão do trocador de calor entre o gerador e o absorvedor permite, neste caso, obter um aumento de 6,4% sobre o COP do ciclo. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  67. 67. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5 CRISTALIZAÇÃO Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  68. 68. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Nos gráficos apresentados antes observamos a existência de zonas ditas de cristalização. CRISTALIZAÇÃO CRISTALIZAÇÃO Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  69. 69. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO H2O-LiBr H2O-LiBr Liquido monofásico Liquido + Sólido Resfriamento 100 oC 20 oC 70% LiBr (massa) 70% LiBr (massa) Wispy white flakes begin to appear... Slightly more dense than liquid. Herold et all., Absorption Chillers and Heat Pumps, CRC Press, 1996 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  70. 70. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Na cristalização.... O componente salino (LiBr) se precipita quando sua fração mássica excede o limite de solubilidade. O limite de solubilidade varia principalmente com fração mássica e temperatura sendo pouco afetado pela pressão. Ocorre a nucleação de cristais, processo sensível à presença de sítios de nucleação.  Se não há sítios de nucleação é possível um estado de supersaturação (conteúdo em sal > limite de solubilidade).  O próprio cristal formado provê um sítio de nucleação. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  71. 71. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  72. 72. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Conforme o LiBr se solidifica a solução se dilui  estado permanece sobre a curva de cristalização. TRANE: Absorption Water Chillers (TRC011EN.PPT) Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  73. 73. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Causas da cristalização: • Penetração de ar • Temperatura da água de resfriamento muito baixa ou flutuante • Falta de energia Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  74. 74. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Causas da cristalização: • Penetração de ar • Temperatura da água de resfriamento muito baixa ou flutuante • Falta de energia Causa mais freqüente; Aumenta Tev e Pev; Diminui a capacidade do chiller Eleva a entrada de calor; Eleva a concentração; Mais grave quando em condição de carga plena Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  75. 75. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO A operação regular de um sistema de purga é requerida para remover o ar e outros não condensáveis. TRANE: Absorption Water Chillers (TRC011EN.PPT) Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  76. 76. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Causas da cristalização: • Penetração de ar • Temperatura da água de resfriamento muito baixa ou flutuante • Falta de energia Diminui temperatura da solução diluída no evaporador; Acarreta menor temp. da solução que retorna ao absorvedor; Causa cristalização da solução concentrada no trocador de calor. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  77. 77. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Causas da cristalização: • Penetração de ar • Temperatura da água de resfriamento muito baixa ou flutuante • Falta de energia Impede o procedimento de shutdown normal d equipamento, prejudicando seu ciclo de diluição que reduz gradativamente a concentração. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  78. 78. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Exemplo de Cálculo 5* Se o sistema dos exemplos anteriores utiliza água de arrefecimento proveniente de uma torre de resfriamento e a temperatura ambiente do ar diminui, a água que deixa a torre estará a menor temperatura. Com isso, a TCD diminuirá para digamos 34 ºC. Se as demais temperaturas permanecem inalteradas pergunta-se: Existe risco de cristalização ? O componente crítico quanto a cristalização é o trocador de calor. Quando TCD↓, PALTA↓ oque faz X3↑, no caso para 69%. Se a vazão da bomba permanece constante, a mudança da concentração em “3” requer que recalculemos as vazões em “3” e “5”,  m1.x1 m5  0,60  0,435  0,165 kg s  m3    0,435 kg s x3 * Stoecker e Jones, Refrigeração e Ar condicionado. Capitulo 17, Exemplo 17.5 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  79. 79. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Exemplo de Cálculo 5 T3  100o C T2  52o C 2 3 x3  0,69 m3  0,435 kg s    h1  h T1  30o C, X1  50%  168 kJ kg m1  0,60 kg s  1 4   h2  h T2  52o C, X 2  50%  120 kJ kg   h3  h T3  100o C, X 2  69%  54 kJ kg De um balanço de energia para o trcador, temos, m1 h2  h1   0,6  66 h4  h3   54   h4  120 kJ kg m3 0,435 Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  80. 80. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 5. CRISTALIZAÇÃO Exemplo de Cálculo 5 Com h4 e x4 obtidos recorremos ao gráfico para as entalpias de soluções H2O-LiBr, como abaixo.h4  120 kJ kg X 4  69% Verificamos assim ocorrência da cristalização!!! Nota 1: A entrada da solução no absorvedor é a posição mais critica quanto a ocorrência da cristalização Nota 2: Baixas PCD’s envolvem risco de cristalização. Nota 3: Máquinas comerciais usam recurso de manter PCD artificialm. alta. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  81. 81. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6 Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  82. 82. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Uma característica construtiva bastante difundida entre os equipamentos comerciais é o uso de invólucros comuns para gerador-condensador e absorvedor-evaporador. Tira proveito do fato de haver Gerador Condensador dois níveis de pressão no sistema: PALTA→ gerador e condensador PBAIXA→ absorvedor e evaporador. Absorvedor Evaporador Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  83. 83. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção CONDENSADOR GERADOR EVAPORADOR / ABSORVEDOR BOMBAS HERMÉTICAS Chiller Absorção Simples Estágio York, 120-1377 TR (420-4840 kW) Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  84. 84. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção TRANE: Absorption Water Chillers (TRC011EN.PPT) Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  85. 85. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  86. 86. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  87. 87. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Corrosão e compatibilidade com materiais Na presença de oxigênio a solução de LiBr é altamente agressiva a vários metais, incluindo aço carbono e cobre. Ao longo da vida útil da máquina corrosão significativa pode ocorrer Principais medidas:  controle de pH;  inibidores de corrosão; Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  88. 88. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Corrosão e compatibilidade com materiais  Controle de pH; • realiza-se pela adição de pequenas quantidades de HBr(ácido hidrobrômico em solução); • procura-se manter a solução ligeiramente básica a neutra  causa formação de óxido diretamente sobre as superfícies (passivação); • A alcalinidade da solução causa aumento da formação de H2 na máquina (manter solução preferencialmente neutra); Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  89. 89. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Corrosão e compatibilidade com materiais  Inibidores de Corrosão; • aditivos como cromato de lítio (tóxico!), molibdato de lítio e nitrato de lítio, com até 1% em massa; • reagem com a superfície dos metais formando uma camada de óxido relativamente estável (passivação); • procura-se manter a solução ligeiramente básica  causa formação de óxido diretamente sobre as superfícies (passivação); Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  90. 90. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Corrosão e compatibilidade com materiais Ligas cobre-níquel resistem à corrosão em elevadas temperaturas melhor que o cobre; Aços inoxidáveis podem apresentar corrosão por pitting e cracking quando a temperatura elevada do LiBr; Em geral há boa compatibilidade com borracha e polímeros compostos. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  91. 91. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 6. Equipamentos Comerciais de Refrigeração por Absorção Manutenção e Expectativa de vida A manutenção usual de máquinas H2O-LiBr, incluem: 1) Purga periódica de não condensáveis; 2) Adição periódica de octyl alcohol (aditivo); 3) Adição periódica de inibidor de corrosão; 4) Correção periódica de pH. A experiência indica que 20 anos é a expectativa de vida de uma máquina por absorção  o principal limitante é a corrosão! Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  92. 92. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 7 Controle de Capacidade em Ciclos por Absorção Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  93. 93. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 7. Controle de Capacidade em Ciclos por Absorção Se a carga térmica atendida pelo equipamento de refrigeração por absorção diminui ... → a temperatura de entrada da água no evaporador diminui. → se não há nenhum controle a temperatura da água na saída do evaporador diminui, podendo causar congelamento! Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br
  94. 94. 2ª Escola de Verão de Refrigeração, Poli/USP, 28 a 31 de Janeiro de 2013Atividades do LaAR/UnB no campo da Refrigeração por Absorção 7. Controle de Capacidade em Ciclos por Absorção A maioria dos sistemas de controle atua no sentido de manter a temperatura da água de saída do evaporador constante. → se QEV diminui, é necessário diminuir a potência frigorífica do sistema de absorção. Em geral, 3 métodos usuais de controle de capacidade são considerados: 1) Redução de vazão da bomba de solução; 2) Redução da temperatura no gerador TG, e ; 3) Aumento da temperatura de condensação. Universidade de Brasília, Departmento de Engenharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigeração www.laar.unb.br

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