PT92678B - Processo de arrefecimento e de desumidificacao de ar quente e humido e a instalacao que permite realizar este processo - Google Patents

Processo de arrefecimento e de desumidificacao de ar quente e humido e a instalacao que permite realizar este processo Download PDF

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Description

MEKÓRIA DESCRITIVA presente invento refere-se a um processo e instalação de arrefecimento e de desumidificação de ar quente e húmido, desti. nados nomeadamente a assegurar a climatização num clima tropical húmido, permitindo proporcionar ar fresco e seco e água destilada .
As condições de temperaturas e de higrometria que existem nos países tropicais põem problemas particulares aos seus habitantes, ligados ao desejo, por razões de conforto, no desenvolvimento de instalações de climatização, tanto domésticas como colectivas, e sobretudo, na obrigação de remediar o problema s / X crucial de falta de agua, que e catastrófico para certas popula ções. 0 único meio de resolver este problema parece ser o de dessalinizar a água do mar.
Os dispositivos de climatização são geralmente baseados num arrefecimento por contacto, num permutador arrefecido por um grupo frigorífico; esta técnica, que dá toda a satisfação nos países temperados, é infelizmente difícil de adaptar em grande escala nos países tropicais, dado o carácter oneroso e frágil destas instalações. Por outro lado, convém notar que e^ tas não são competitivas com outros sistemas, tais como a evapo ração multi-efeitos para a dessalinização da água do mar·
Conhece-se nomeadamente um processo (CH-5965H) cujo único objectivo é secar o ar destinado mais particularmente às instalações de climatização· Na técnica descrita neste documento, obtêm-se do ar seco, cuja temperatura à saída da instalação é superior à temperatura da entrada, resultado contrário ao arrefecimento procurado de acordo com o invento· Este documento pre. vê igualmente a utilização de duas turbinas em vez duma única, e um permutador utilizando o mesmo ar de climatização nos dois cir cultos , o que tem o inconveniente de conduzir a uma temperatura de saída muito elevada, necessitando como é dito abertamente, um sistema clássico complementar de arrefecimento· 0 sobrecusto du ma tal instalação dupla nao e aceitavel, economicamente falando·
É igualmente de notar que o autor deste processo nao se apercebeu da indlspensabilidade dum separador de água antes da primeira
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-3turbina· Além disso, esta patente indica que·· a soma das pote£ cias libertas pelas duas turbinas e teoricamente superior à absorvida pelo compressor, o que e contrário ao segundo princípio da termodinâmica, erro aliás confirmado pela necessidade duma r£ gulaçãc para evitar que a máquina não atinja uma velocidade dema siado grande .
presente invento tem como objectivo criar um processo e uma instalação de arrefecimento e de desumidif icação de ar quente e húmido, destinados nomeadamente a assegurar a climatização num clima tropical húmido, permitindo fornecer ar fresco e seco e água destilada, convertendo tudo em energia mecânica o calor de condensação do vapor durante a expansãoUm objectivo do invento é propor um processo e uma instalação de arrefecimento de ar quente, mais particularmente destinada aos países tropicais que possam ser facilmente realizados em instalações Individuais de climatização e que seja pouco sofisti_ cada, quer dizer de preço pouco elevado, e paralelamente de modo a permitir desumidificar o ar ambiente, que sob estas latitudes é sempre fortemente carregado de humidade·
Assim, o Invento refere-se a um processo do tipo acima cara cterizado, em que se submete o ar a uma compressão e a uma expan são com uma produção de ar desumidificado, água condensada e energia de expansão máxima duma parte da energia de condensação da água.
De modo mais preciso, o ar quente e húmido é comprimido, de sumidiflcado parcialmente, e depois submetido a uma expansão sen sivelmente adiabática·
Esta definição do invento engloba igualmente a ordem inversa das operações, quer dizer, a expansão do ar, seguida de desumi dlficação e de compressão· Nos dois casos obtém—se água condensa da. Isso permite recuperar o trabalho motor da expansão máxima da energia arrastada pela condensação da água no detentor· Esta energia motriz pode ser recuperada numa turbina ou, mais geralmen te, num expansor-motor e diminui por outro lado a energia a forne cer durante a compressão·
Dum modo geral, o processo e instalação de acordo com o invento permite tanto produzir frio e água por compressão e por
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-4expansão, como a energia e água por expansão seguida de compressão ·
Dum modo geral, o presente invento permite múltiplas aplica ções, como por exemplo a produção de fric e de água por compressão, arrefecimento e desumidif icação , seguida de expansão do flui do ou da produção de energia e de água por expansão, seguida de separação do líquido e compressão do ar seco·
A realização do processo do invento é baseado principalmente no facto bem conhecido pelo qual o ponto de saturação do ar varia com a temperatura, ou, noutras condições, durante a saturação o teor de vapor de água do ar quente é nitidamente mais importante que o do ar frio· Com efeito, o ar a 90?C pode conter cerca de 400 g de vapor de água por metro cubico, enquanto que este valor baixa a cerca de 52 g/m^ a 35eC e 5 g/m^ a 4eC.
Consequentemente, se se submeter ao ar fortemente carregado de humidade previamente comprimido, uma expansão nas condições essencialmente adiabáticas, a diminuição da pressão tem como con sequência uma forte diminuição da temperatura (equação representativa das condições adiabáticas PV = Cte, em combinação com a equação do estado dos gazes perfeitos: PV = RT) e portanto, para as condições acima mencionadas provoca uma importante diminuição do teor de humidade do ar.
É claro que o processo acima descrito pode ser, vanta j osameri te utilizado na realização de instalações de climatização, particularmente simples e rústicas.
Uma outra vantagem deste processo está ligada ao carácter exotermico da reacção de expansão, e sobretudo da reacção de co£ densação do vapor de água: a energia restituída pela condensação duma massa dum quilograma de.vapor de água é com efeito da ordem de 700 Wh. Consequentemente, se se recolher um ar primitivamente a uma temperatura de 35 SC, saturado a 90$, quer dizer, contendo 32 g/m de vapor de água, de modo a baixar a sua temperatura a 4eC, este na saturação não pode conter mais que 5 g de vapor de
Ζ χ χ agua por metro cubico; isto significa que para um rendimento te£ rico de 100$, dever-se-ía liquefazer 27 g de água por metro cúb_i co de ar durante o processo, e assim produzir uma energia igual
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-5~ a 18,9 V-'h por metro cubico de arÉ claro que na realidade não se pode efectuar a operação de expansão em condições perfeitamente adiabáticas, e consequentemente, o rendimento nunca sera igual a 100#; contudo a quantidade de energia recuperada e sempre apreciada, e pode vanta josamejn te, de acordo com uma outra característica do invento ser aplica da durante a fase de compressão·
Tendo em conta o anterior, é claro que o processo acima referido permite dum modo simples obter paralelamente, por um lado, ar fresco e relativamente seco, e por outro lado água sendo submetida a um processo de destilação, portanto com uma grande pur£ za .
De acordo com o invento, pensou-se naturalmente em utilizar numa maior escala esta possibilidade de obter água fresca e pura, para aperfeiçoar um processo que permita a dessalinização da água
Com esta finalidade, e de acordo com uma característica preferencial do invento, antes de o comprimir, trata-se o ar num pas. so preliminar aquecendo-o nomeadamente por meio de energia solar e saturando-o com vapor de água por evaporação de água salgada proveniente do mar ou de lagunas.
De facto, a rentabilidade deste processo está ligada à eficácia deste aquecimento preliminar: tal como já foi indicado o ar aquecido a 9O9C pode conter até cerca de 400 g de água por metro cúbico à pressão atmosférica normal· invento refere-se igualmente a uma instalação que permite realizar o processo acima referido· elemento principal desta instalação é constituído, de acor do com o invento, por um turbo-compressor ou turbo-expansor que trata directamente o ar quente e húmido, comprimindo-o e expandin do-o ·
Para permitir a compressão do ar quente e húmido de partida, o turbo-compressor tem um motor eléctrlco que pode ser alimentado por uma rede eléctrica, ou então por uma foto-pilha para lhe perf t mitir autonomia. Um elemento util, se não indispensável, para ob ter baixas temperaturas, é um permutador de ar-ar, destinado a ar refecer o ar comprimido antes da sua injecção na turbina.
ΊΟ 419
-6É evidente, que assim concebida, a instalação de acordo com o invento é extremamente simples e pode ser utilizada de modo particularmente vantajoso para a climatização das habitações tr£ picais, tanto ao nível domestico como colectivo·
Quando, paralelamente a uma tal climatização, procura-se obter água para a partir da água salgada, é necessário aumentar ar tificialmente a temperatura do ar de partida, para aumentar o seu teor em humidade seguida da evaporação da água salgada.
Assim, e de acordo com uma outra característica do invento, a instalação inclui uma estufa que permite ao sol aquecer a água que se procura dessalinizar·
Para melhorar a evaporação, é possível, de acordo com outra característica do invento, recobrir a superfície da água a evapo rar duma grade negra.
Uma outra possibilidade que pode ser realizada para aumentar a temperatura do ar de partida consiste em recorrer a um aquecedor de água solar, nomeadamente por concentração·
Em qualquer dos casos pode-se, se necessário, vantajosamente recuperar as gotas de água arrastadas pelo ar, com a ajuda dum supressor de gotas de água.
Contudo, o consumo em energia da instalação é francamente diminuído, utilizando ao nível da compressão, o trabalho de expansão máximo da energia de condensação da água. É de notar, que para as temperaturas de ar húmido saturado, superiores a 9O9C, a instalação pode ser energicamente autónoma. 0 motor eléctrico de arrebatamento do compressor não consome então mais energia, e pode mesmo funcionar como alternador e produzir ener gia eléctrica se a temperatura de partida do ar ultrapassar 95eC- Neste caso o turbo-compressor e uma máquina a vapor utilizando a mistura binária ar/vapor de água.
As características do processo e da instalação que são objecto do invento serão descritas mais detalhadamente com referência aos desenhos anexos, nos quais:
- a figura 1 é um esquema da instalação utilizada no clima, tlzador,
- a figura 2 é um esquema da instalação utilizada em dessa 1inização·
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-7De acordo com a figura 1, o elemento principal da instalação é constituído por um turbo-compressor 1 ou turbo-expansor subdividido num compressor 2 que comprime o ar de partida, e nu ma turbina ou expansor 3 que o expande. 0 compressor 2 é movimentado por um motor electrico 4, que de acordo com a figura, é alimentado por uma foto-pilha 5> mas que poderia ser igualmente combinado com uma rede eléctrica', um permutador ar-ar 6 baixa a temperatura do ar comprimido·
De acordo com a figura, o ar de partida, quente e húmido, é aspirado segundo a seta I pelo compressor, depois o ar compri^ mido II é arrefecido em V e volta à turbina 3 na qual sofre uma expansão adiabática para sair, seguindo a seta III, à sua pressão de partida; durante esta etapa, uma parte importante de água inicialmente contida, encontra-se condensada e pode ser re cuperada segundo a seta IV. A energia libertada durante esta etapa de expansão e condensação e reenviada seguindo a seta a até ao motor 4 de accionamento do compressor 2 o qual· diminui o consumo electrico·
De acordo com a figura 2, associa-se à instalação de clima tização acima referida um reservatório de água salgada 10 que é aquecida pela radiação solar A com a ajuda duma estufa 7; a eva poração é melhorada graças à junção duma grade negra 8 imersa que cobre a superfície da água·
Dum modo semelhante à instalação acima descrita, o.ar aque eido ao nível da estufa 7 seguindo a seta I1, é aspirado pelo compressor 2, depois o ar comprimido arrefecido em V chega à turbina 3 onde sofre uma expansão adiabatica para ser rejeitado segundo a seta III; paralelamente, a agua destilada é recuperada segundo a seta IV num reservatório 9·
É evidente que a instalação objecto do presente invento po de ser utilizada:
- na sua primeira versão, para a climatização de habitações em zonas quentes e húmidas, tanto ao nível doméstico como colectivo · Ao secar o ar, produz conforto·
- na sua segunda versão, para a dessallnização da água do mar ou de lagunas em zonas quentes, igualmente tanto ao nível do mestiço como colectivo· Produz agua pura.

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1 - Processo de arrefecimento e desumidificação em contínuo de ar quente e húmido, no qual se submete o ar que é alimentado continuamente a pelo menos uma compressão e a uma expansão, caracterizado por se recuperar e converter em energia mecânica o calor de condensação da água durante a expansão e por se usar a energia assim recuperada, combinada com a energia motriz da expansão, nomeadamente durante a compressão.
  2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se tratar o ar numa etapa preliminar ou intermédia, aquecendo-o, nomeadamente por meio da energia solar e saturando-o com água para a produção de água condensada.
  3. 3 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, destinado mais particularmente a assegurar a climatização em clima tropical húmido e permitindo fornecer ar fresco e seco, bem como água destilada, caracterizado por o ar quente e húmido ser comprimido, parcialmente desumidificado por arrefecimento e em seguida submetido a uma expansão sensivelmente adiabática.
  4. 4 - Processo de acordo com a reivindicação 2, mais particularmente destinado à dessalinização de água do mar e no qual a água de saturação é obtida por evaporação de água salgada, caracterizado por o ar quente e húmido ser expandido com desumidificação parcial e em seguida arrefecido e submetido a uma compressão.
  5. 5 - Instalação para realizar o processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por incluir um compressor (2) e um expansor motor (3) que trata o ar quente e húmido comprimindo-o e em seguida expandindo-o ou inversamente, estando estes dois elementos (2,3) ligados através de um permutador de calor (6).
  6. 6 - Instalação de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por incluir uma estufa (7) permitindo o
    70 419 sobreaquecimento da água a dessalinizar através do sol.
  7. 7 - Instalação de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por incluir, pelo menos um aquecedor de ãgua solar, nomeadamente de concentração.
  8. 8 - Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada por compreender meios de absorção de energia solar, nomeadamente uma grade negra (8) imersa na superfície da água, nomeadamente água do mar de saturação.
  9. 9 - Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 e 8, caracterizada por incluir um supressor de gotas de água (9) permitindo recuperar as gotas de água arrastadas pelo ar.
PT92678A 1988-12-22 1989-12-21 Processo de arrefecimento e de desumidificacao de ar quente e humido e a instalacao que permite realizar este processo PT92678B (pt)

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