PT98611B - Processo e aparelho para o arrefecimento de um fluido por absorcao - Google Patents
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Description
ROBERTO GIANFRANCESCO
PROCESSO E APARELHO PARA O ARREFECIMENTO DE UM FLUIDO POR ABSORÇÃO
A presente invenção refere-se a um processo e a um aparelho para o arrefecimento de um fluido, em particular o ar, por absorção.
arrefecimento do ar, vulgarmente conhecido como condicionamento do ar, é obtido por dois sistemas diferentes.
Um primeiro sistema, largamente usado para o condicionamento de ar em edifícios e em veículos, utiliza compressores que funcionam com hidrocarbonetos clorofluorados e são accionados por motores eléctricos ou pelos motores dos veículos.
Um segundo sistema, conhecido por sistema de absorção, funciona normalmente com soluções salinas, sendo aplicado na prática em edifícios muito grandes, visto que consome muito pouca energia eléctrica e requer grandes torres de refrigeração para dispersar o calor produzido.
-2Os condicionadores de ar tradicionais do tipo com compressor consomem uma energia considerável, sendo isso muito importante quando utilizados em veículos. Além disso, os condicio nadores de ar deste tipo funcionam com grande dependência da velocidade angular do motor, quando instalados em veículos automóveis .
Deve também notar-se que a utilização de hidrocarbonetos clorofluorados constitui uma fonte séria de danos ecológicos, como é bem conhecido universalmente.
Os aparelhos de condicionamento de ar do tipo de absorção têm muitas vantagens indubitáveis relativamente aos condicionadores de ar do tipo de compressor, quer em termos de consumo de energia eléctrica, que é muito baixo, quer em termos ecológicos, pois as soluções salinas geralmente usadas não causam danos se se escaparem para o ambiente exterior ao aparelho.
No entanto, os condicionadores de ar de absorção produzem uma grande quantidade de calor que tem de ser dissipada, sendo essa quantidade dupla da dos condicionadores de ar do compressor de igual capacidade. Esse calor tem, pelo menos em parte, de ser dissipado a partir de uma solução salina aquosa, geralmente de brometo de lítio, com uma temperatura de cerca de 42° C, para produzir água muito fria, a cerca de 4° C, utilizável para arrefecer o ar a condicionar. Esta temperatura de 42° C, que
X %
ê muito próxima da temperatura que se atinge durante os meses de verão em muitos países, incluindo os de clima temperado, é muitas vezes inferior â temperatura atingida nos países quentes ou equatoriais. Assim, não pode de modo nenhum utilizar-se o ar exterior como meio de arrefecimento, compreendendo de facto os condicionadores de ar por absorção correntemente conhecidos circuitos de água de refrigeração da solução salina, sendo então essa água arrefecida em torres de arrefecimento por evaporação, tornando isso impossível aplicar o sistema em veículos ou em pequenos utilizadores.
Como é bem conhecido dos especialistas na matéria, a temperatura da solução salina de 42° C está estritamente relacionada com a pressão do vapor da ãgua muito fria e com a concentração da solução. Um aumento desta temperatura só poderia conseguir-se aumentando a concentração do sal na solução, mas na prática isso não é possível nas condições normais de serviço visto que a concentração do sal na ãgua está jã muito próximo da curva de cristalização, devendo obviamente evitar-se totalmente a formação de cristais no interior dos Circuitos de circulação da solução.
objecto principal da presente invenção consiste em proporcionar um processo para o condicionamento de ar por absorção e um aparelho para implementar o processo com consumo de electricidade reduzido, que possa ser arrefecido directamente
-h-
pelo ar exterior, que tenha uma dimensão global pequena em relação ã potência de refrigeração instalada e que portanto possa ser facilmente aplicado quer em veículos automóveis, quer em ambientes fechados.
Estes e outros objectivos são atingidos por um processo para o arrefecimento de um fluido, em particular ar, por dois sistemas de arrefecimento por absorção separados, cada um deles compreendendo um sistema de evaporação de água, um sistema para absorçao de vapor de água por um líquido absorvente e um sistema para concentrar o líquido absorvente por ebulição, caracterizado por o sistema de evaporação de ãgua do primeiro sistema de arrefecimento ser usado para arrefecer o fluido, em particular ar, enquanto o segundo sistema de arrefecimento ê usado para arrefecer o líquido absorvente presente no sistema de absorção de vapor de água do primeiro sistema de arrefecimento, sendo o vapor de água produzido no referido sistema de concentração do primeiro sistema de arrefecimento condensado por um fluido exterior aos dois sistemas de arrefecimento, enquanto no segundo sistema de arrefecimento ele ê condensado ao ser utilizado para provocar a ebulição do líquido presente no sistema de concentração do primeiro sistema de arrefecimento, sendo a pressão em cada componente do primeiro sistema de arrefecimento inferior â do componente correspondente do segundo sistema de arrefecimento, sendo também proporcionado um arrefecimento do líquido presente no sistema de absorção do segundo sistema de arrefecimento, e propor
cionando-se um sistema de aquecimento com um queimador para o liquido absorvente no sistema de concentração do segundo sistema de arrefecimento.
Este processo ê realizado na prática por um aparelho de absorçao para arrefecer um fluido, em particular ar, que compreende dois dispositivos de arrefecimento por absorção separados, tendo cada um um evaporador e absorvedor e um gerador, comunicando entre si, no qual se mantém uma pressão substancialmente inferior ã atmosférica no evaporador e no absorvedor, estando presente ãgua no evaporador, de qual ê retirada para ser devolvida ao evaporador depois de passar através de um permutador de calor no qual a água absorve calor, estando presente um líquido absorvente do vapor no absorvedor, do qual é extraído para ser devolvido para o absorvedor depois de, pelo menos parcialmente, passar para o interior do referido gerador no qual a pressão é mais elevada do que a do evaporador e absorvedor correspondente e proporcionando-se um componente de aquecimento para provocar a ebulição do referido líquido absorvente, com a formação de vapor, que é retirado e depois condensado num permutador de calor de condensação do vapor, após o que é devolvido para o referido evaporador, e com a formação de um líquido absorvente concentrado que é devolvido para o absorvedor depois de passar através de um permutador de calor no qual transfere calor para o líquido absorvente do absorvedor, sendo proporcionado no absorvedor um permutador de calor para arrefecer o —6
Λ ζ
líquido absorvente, sendo ο aparelho caracterizado por o referido permutador de aquecimento da ãgua do primeiro dispositivo ser um permutador de calor através do qual passa o ar a arrefecer, enquanto no segundo dispositivo constitui o permutador de calor para arrefecer o líquido absorvente do primeiro dispositivo, sendo o permutador de calor para absorver o líquido absorvente do segundo dispositivo um permutador de calor que transfere calor para um fluido exterior aos dois dispositivos, sendo o componente de aquecimento do líquido absorvente no gerador do primeiro dispositivo o permutador de calor para condensar o vapor proveniente do gerador do segundo dispositivo, enquanto no gerador do segundo dispositivo ele consiste num queimador, e sendo a pressão, e portanto a temperatura, no evaporador e absorvedor do primeiro dispositivo inferiores às dos componentes correspondentes do segundo dispositivo.
Vantajosamente, o processo e o aparelho segundo a presente invenção são usados para a geração simultânea de calor que pode ser usado para aquecer ãgua utilizável directa ou indirectamente. Esta característica permite que o aparelho seja considerado como uma bomba de calor de elevado rendimento.
processo e a estrutura e as características do aparelho segundo a presente invenção serão evidenciados mais em pormenor na descrição de uma forma de realização simplificada dada aqui a título de exemplo não limitativo com referência ao
desenho anexo, na qual a figura única representa esquematicamente um aparelho para a absorção para arrefecer o ar.
aparelho para a absorção para arrefecer o ar representado esquematicamente nos desenhos compreende dois dispositivos de arrefecimento por absorção, separados, mutuamente independentes, mas que cooperam. 0 primeiro dispositivo está colocado inteiramente por cima da linha horizontal a traço-e-ponto no desenho, enquanto o segundo dispositivo se situa na maior parte abaixo desta linha, mas com duas das suas partes componentes acima da referida linha para cooperar com o primeiro dispositivo.
Qualquer dos dois dispositivos de absorção tem uma estrutura e um funcionamento convencionais bem conhecidos, não sendo portanto descritos em pormenor, sendo suficiente a explicação que vai seguir-se para o seu entendimento.
Cada um dos dispositivos compreende um evaporador (1,1A) e um absorvedor (2,2A), que comunicam entre si (e nos quais é mantida uma pressão substancialmente mais baixa do que a pressão atmosférica), e um gerador (3,3A).
Há ãgua presente nos evaporadores (1,1A), que é retirada, para ser devolvida para a parte superior dos evaporadores, depois de passar através de uma canalização (4,4A), uma
bomba (Ρ), um permutador de calor (5,5A) no qual a água absorve calor (isto é, transfere frio para o ambiente exterior), e uma conduta (6,6A).
Um líquido (de preferência uma solução aquosa de brometo de lítio) para absorver o vapor gerado no evaporador adjacente, estã presente nos absorvedores (2,2A), sendo este liquido retirado através de uma conduta (7,7A) , para ser reciclado para a parte superior do absorvedor, através de uma conduta de reciclagem (8,8A) provida de uma bomba (P). Parte do líquido retirado de cada absorvedor é fornecido, através de uma conduta (9,9A), de uma bomba (P) e de um permutador de calor (ΙΟ,ΙΟΑ), ao gerador (3,3A), no qual a pressão ê mais elevada que no evaporador e absorvedor correspondente.
líquido presente no gerador é levado à ebulição por um componente de aquecimento (11,11A). Forma-se deste modo vapor, que é retirado da parte superior do gerador, passado através de uma conduta (12,12A) e depois através de um permutador de calor de condensação (13,11) no qual o vapor se condensa para ser devolvido para o evaporador (1,1A) respectivo, através de uma conduta de retorno (14,14A) que compreende um dispositivo de separação do liquido e do vapor (15,15A) de tipo conhecido. Um permutador de calor (19) está incluído na conduta (14a) para reduzir mais a temperatura do líquido.
Deve notar-se que o número de referência (11) indica um componente que actua como componente de aquecimento do líquido absorvente presente no gerador (3), enquanto simultaneamente actua como componente de arrefecimento e condensação do vapor sobreaquecido proveniente do gerador (3A).
Enquanto o líquido absorvente presente no gerador (3) do primeiro dispositivo é aquecido e entra em ebulição pelo elemento (11) que faz parte do circuito de arrefecimento e conden sação do segundo dispositivo, o líquido presente no gerador (3A) é aquecido e entra em ebulição pela chama de um queimador de combustível (11A), que utiliza geralmente um combustível gasoso.
líquido absorvente concentrado obtido em cada gerador (3,3A) é devolvido para o absorvendor respectivo (2,2A) depois de passar através do referido permutador de calor (ΙΟ,ΙΟΑ) (no qual transfere calor para o líquido absorvente diluído proveniente do absorvedor) e através de uma conduta de retorno (16,16A) que se abre a montante da bomba (P) ligada no interior da linha (8,8A). Como pode ver-se a partir do desenho, está também incluído na conduta (16,16A) um dispositivo, de tipo conhecido, de separação do líquido e do vapor (17,17A).
líquido presente em cada absorvedor (2,2A) é arrefecido por um permutador de calor de refrigeração. No caso do absorvedor (2), o permutador de calor de refrigeração é o permu-10-
tador de calor efectivo (5A) já mencionado, que faz parte do segundo dispositivo de arrefecimento por absorção e que actua também como permutador de calor no qual a água do segundo dispositivo absorve calor. No caso do absorvedor (2A), o permutador de calor para arrefecer o líquido absorvente diluído presente no absorvedor está indicado pelo número de referência (20) e faz parte de um circuito de arrefecimento que compreende um radiador (21), que é independente dos dois dispositivos de arrefecimento por absorção e transfere calor para o exterior.
Pode portanto ver-se que o permutador de calor (5) do primeiro dispositivo no qual a água muito fria proveniente do evaporador (1) absorve calor é na prática o permutador de calor através do qual o ar usado para arrefecer o interior de um veículo ou um edifício passa, enquanto o permutador de calor (5A) do segundo dispositivo no qual a ãgua muito fria proveniente do evaporador (IA) absorve calor funciona como permutador de calor para arrefecer o líquido diluído absorvente presente no absorvedor (2) do primeiro dispositivo [sendo o permutador de calor para arrefecer o líquido absorvente diluído do segundo dispositivo o permutador de calor (21) que transfere calor para um fluido, geralmente ar, exterior aos dois dispositivos].
Pode também ver-se que o componente de aquecimento (11) do líquido absorvente no gerador (3) do primeiro dispositivo é na prática o permutador de calor para arrefecer e condensar o /
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vapor proveniente do gerador (3A) do segundo dispositivo, enquanto no gerador (3A) o componente de aquecimento é um queimador, em particular um queimador de gás. 0 vapor sobreaquecido proveniente do gerador (3) é condensado fazendo-o passar através do permutador de calor (13) situado a montante do dispositivo de separação do dispositivo de separação (15).
Em qualquer dos casos a pressão e, consequentemente, a temperatura em cada componente constituinte do primeiro dispositivo são sempre inferiores ã pressão e à temperatura no componente correspondente do segundo dispositivo.
De preferência, a ãgua quente que se origina no gerador (3A), através da conduta (14a), é arrefecida num permutador de arrefecimento (19) ligado na conduta (6A).
Partir-se-á da hipótese, por exemplo, de que a água muito fria necessária deve ter uma temperatura de entrada de 4° C, no permutador de calor (5), para arrefecer o ar. Neste caso a pressão no evaporador (1) e no absorvedor (2) tem de ser a pressão de saturação da ãgua a esta temperatura. Qualquer líquido capaz de absorver vapor pode ser usado como líquido absorvente, por exemplo uma solução aquosa de.brometo de lítio, com uma concentração variável entre cerca de 65 X, em peso e 62 7, em peso.
-12Α água aquecida que é devolvida para o evaporador (1) evapora-se, em parte, absorvendo calor. 0 líquido absorvente que é devolvido para o absorvedor (2) a uma temperatura de cerca de 50° C absorve calor absorvendo vapor, com o resultado de que o líquido absorvente diluído presente na parte inferior do evaporador tem de ser arrefecido até uma temperatura de cerca de 42° C pelo permutador de calor (5A) . O líquido retirado do fundo do absorvedor (2) é fornecido para o gerador (3), que está a uma pressão de cerca de 1 ata e a uma temperatura de cerca de 160° C, tendo o vapor nele presente uma temperatura de saturação de 100° C (e portanto facilmente arrefecido com ar ã temperatura ambiente, mesmo nas zonas equatoriais).
líquido proveniente do gerador (3) é arrefecido no permutador de calor (10) a fornecer para a conduta (7) a uma temperatura de cerca de 60° C.
vapor sobreaquecido proveniente do gerador (3) é condensado e arrefecido no permutador de calor (13) para ser fornecido para a conduta (6) a uma temperatura de cerca de 45° C.
O permutador de calor (5A), através do qual a água circula a uma temperatura de cerca de 35° C, é usado para arrefecer o líquido absorvente presente no absorvedor (2). A pressão no evaporador (IA) e no absorvedor (2A) é a correspondente ã pressão de saturação da água à temperatura estabelecida.
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Ο liquido absorvente no segundo dispositivo pode ter a mesma concentração que no primeiro dispositivo, sendo a temperatura do líquido no absorvedor (2A) de cerca de 80° C à entrada e saindo a 72° C. Este líquido é facilmente arrefecido com ar atmosférico por meio do radiador (21), mesmo em zonas equatoriais
No gerador (3A), a temperatura ê de cerca de 230° C e a pressão de cerca de 7,5 ata, sendo a temperatura de saturação do vapor presente de 168° C e sendo portanto susceptível de aquecer o gerador (3). Se a temperatura de saturação do vapor produzido no gerador (3A) não for suficientemente elevada [em relação ã área de transferência do componente de aquecimento (11)] para concentrar o líquido no gerador (3), o queimador (11A) eleva automaticamente a sua temperatura até ao valor óptimo. Por consequência, o controlo da temperatura e da pressão nos dois geradores (3,3A) é automático, dependendo das condições de arrefecimento no permutador de calor de condensação (13). Este último pode ser controlado para manter a pressão constante no gerador (3) para evitar o risco de o líquido absorvente cristalizar nas partes mais frias do aparelho.
O permutador de calor (19) arrefece ainda o líquido retornado do componente (11) a cerca de 45° C, para melhorar ainda mais o rendimento do sistema.
absorvedor do primeiro dispositivo representado esquematicamente no desenho anexo é arrefecido pelo permutador de calor (5A) . Isso pressupõe uma transferência de calor sensível e portanto uma diferença de temperaturas entre o fluido de arrefecimento que entra e que sai do referido permutador de calor. No aparelho segundo a presente invenção, o fluido de refrigeração está em condições de saturação e portanto absorve calor por evaporação, sendo o valor produzido absorvido directamente pelo absorvedor (2A) do segundo dispositivo.
Deve notar-se que no aparelho descrito, o permutador de calor (13) esta em serie com o permutador de calor (21). 0 vapor com uma temperatura de condensação de 100° C é condensado no permutador de calor (13), enquanto no permutador de calor (21) é arrefecido um líquido de uma temperatura de entrada de 80° C para uma temperatura de saída de 72° C. Isso permite utilizar uma quantidade reduzida de fluido de refrigeração, e, se se usar ar como fluido de refrigeração, o seu caudal de passagem será apenas de cerca de 50 % do requerido numa unidade de refrigeração com compressor convencional.
É importante notar que o aparelho segundo a presente invenção pode funcionar como bomba de calor. A este respeito, gera-se calor no absorvedor (2A), no permutador de calor de condensação (13) e no permutador de calor (19) a uma temperatura mínima de 72° C. 0 calor total produzido (que pode ser dissipado
com água dispondo convenientemente o aparelho) é representado pela soma de duas fontes de calor, sendo a primeira o queimador (11A) e a segunda o calor transferido de um fluido exterior aos dois dispositivos pelo permutador de calor (5).
Por conseguinte, para uma quantidade de calor X proporcionada pelo queimador (11A), o aparelho é capaz de propor cionar uma quantidade de calor de X mais X multiplicado pelo rendimento global do aparelho, que ê variável em função das condições de funcionamento, mas geralmente não inferior a 60
Claims (5)
- REIVINDICAÇÕES1.- Processo para o arrefecimento de um fluido, em particular o ar, por dois sistemas de arrefecimento por absorção separados, compreendendo cada um deles um sistema de evaporação de água, um sistema para absorver vapor de água por um líquido absorvente e um sistema para concentrar o líquido absorvente por ebulição, caracterizado por o sistema de evaporação de ãgua do primeiro sistema de arrefecimento ser usado para arrefecer o fluido, em particular ar, enquanto o do segundo sistema de arrefecimento é usado para arrefecer o líquido absorvente presente no sistema de absorção do vapor do primeiro sistema de arrefecimento, sendo o vapor produzido no referido sistema de concentração do primeiro sistema de arrefecimento condensado por um fluido exterior aos dois sistemas de arrefecimento, enquanto no segundo sistema de arrefecimento ele é condensado utilizando-se para a ebulição do líquido presente no sistema de concentração do primeiro sistema de arrefecimento, sendo a pressão em cada componente do primeiro sistema de arrefecimento menor do que a pressão no componente correspondente do segundo sistema de arrefecimento, sendo também proporcionado arrefecimento para o líquido presente no sistema de absorção do segundo sistema de arrefecimento, e proporcionando-se um sistema de aquecimento com queimador para o líquido absorvente no sistema de concentração do segun sistema de arrefecimento.
- 2.- Aparelho de absorção para arrefecimento de um fluido, em particular o ar, que compreende dois dispositivos de arrefecimento de absorção separados, tendo cada um deles um evaporador e um absorvedor, comunicando entre si, e um gerador, no qual se mantém uma pressão substancialmente menor do que a atmosférica no evaporador e no absorvedor, estando presente ãgua no evaporador, do qual é retirada para retomar ao evaporador depois de passar através de um permutador de calor, no qual a água absorve calor, existindo um líquido absorvente do vapor no absorvedor, do qual é retirado para voltar ao absorvedor depois de ter passado pelo menos parcialmente para o interior do referido gerador, no qual a pressão é mais elevada do que no evaporador correspondente e no absorvedor e no qual se proporciona um elemento de aquecimento para pôr em ebulição o líquido absorvente, com a formação de vapor de água que é retirado e depois condensado num permutador de calor de condensação do vapor, apõs o que retoma o referido evaporador, e com a formação de um líquido absorvente concentrado, que retorna ao absorvedor depois de passar / . /-18por um permutador de calor, no qual transfere calor para o líquido absorvente proveniente do absorvedor, proporcionando-se no absorvedor um permutador de calor para arrefecer o líquido absorvente, caracterizado por o referido permutador de calor da ãgua do primeiro dispositivo ser um permutador de calor através do qual passa o ar a arrefecer, enquanto no segundo dispositivo ele constituí o permutador de calor para arrefecer o líquido absorvente do primeiro dispositivo, sendo o permutador de calor para arrefecer o líquido absorvente do segundo dispositivo um permutador de calor que transfere calor para um fluido exterior aos dois dispositivos sendo o elemento de aquecimento para o líquido absorvente no gerador do primeiro dispositivo o permutador de calor para condensar o vapor de água proveniente do gerador do segundo dispositivo, enquanto no gerador do segundo dispositivo ele consiste num queimador, e sendo a pressão e portanto a temperatura no evaporador e no absorvedor do primeiro dispositivo menor do que as nos componentes correspondentes do segundo dispositivo.
- 3. - Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o circuito para o retorno da água do permutador de calor de condensação do vapor de água do segundo dispositivo para o evaporador compreender um permutador de calor para arrefecer esta água.
- 4. - Aparelho de acordo com as reivindciações 2 e 3, caracterizado por se proporcionarem dispositivos de separação de líquido--vapor nos circuitos de retorno da água para os referidos evaporadores . e nos circuitos de retorno do líquido absorvente concentrado para os referidos absorvedores.
- 5.- Aparelho de acordo com as reivindicações 2 a 4, caracte rizado por o referido líquido absorvente ser uma solução aquosa de brometo de lítio,
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