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Refrigeração por absorção


Grande parte do conteúdo do Portal da Refrigeração é voltada para os equipamentos de refrigeração que utilizam o ciclo de refrigeração por compressão (ou mecânica). No entanto, essa forma de refrigeração não é única. Existe a refrigeração "eletrônica" e a refrigeração por absorção que mencionaremos agora.

O ciclo de refrigeração por absorção é mais antigo que o ciclo por compressão. Seus fundamentos são datados de 1777 e seu criador principal foi William Cullen.

Esse ciclo utiliza o calor como fonte de energia, ao contrário do ciclo por compressão, que utiliza a energia elétrica. Esse ciclo não tem compressor. Por calor entenda-se energia à uma determinada temperatura. Água quente a 85ºC já é suficiente para alimentar o ciclo por absorção, e dele se obter temperaturas de 5ºC. Uma resistência elétrica também pode ser utilizada nesse ciclo (muitos refrigeradores de pequeno porte usam o sistema de absorção com resistência elétrica).

No ciclo por absorção há necessidade de dois fluidos: o fluido refrigerante, que efetivamente remove calor do meio desejado por evaporação e o fluido absorvente, que deve absorver vapor do refrigerante em baixas temperaturas e ser menos volátil do que este, de forma a liberar vapor de refrigerante por aquecimento. Esses fluídos misturam-se mas não se combinam de modo a poderem ser separados com a elevação da temperatura.

Um modelo de sistema de absorção

No evaporador há vapor de refrigerante de baixa pressão. Este é absorvido por uma solução no absorvedor. Caso, a temperatura desta solução se eleve a absorção de vapor poderia cessar. Para evitar isto, o absorvedor é resfriado por água ou ar.

A solução no absorvedor é concentrada, pois contém grande quantidade de refrigerante. No aquecedor, ocorre a adição de calor (fonte que forneça temperaturas elevadas), fazendo com que o refrigerante volte ao estado de vapor. Este vapor está em elevadas temperatura e pressão e se move em direção ao condensador.

A solução líquida, que agora tem baixa concentração de refrigerante, retorna ao absorvedor por válvula redutora de pressão. O objetivo desta válvula é manter a diferença de pressão entre o absorvedor e o aquecedor. No condensador há passagem de ar, que resfria o vapor e condensa o refrigerante. O refrigerante vai para o evaporador através de uma válvula de expansão e recebe calor.

O sistema Electrolux

Em 1922 dois estudantes de engenharia suecos, Baltzar Von Platem e Carl Gustav Munters, patentearam uma máquina e refrigeração de funcionamento contínuo, baixo custo, a qual foi tema de um trabalho de conclusão de curso. Tal equipamento produzido inicialmente por seus criadores teve sua patente adquirida pela Electrolux, que a usou para projetar-se definitivamente no mercado de eletrodomésticos.

O sistema é o mais popular de todos os sistemas de refrigeração por absorção, por causa de seu uso em refrigeradores domésticos. Seu funcionamento é baseado na lei das pressões parciais ou Lei de Dalton, segundo a qual em um recipiente contendo mais de um gás a pressão total é a soma da pressão parcial de cada gás.

No sistema Electrolux são empregados 3 fluidos: um refrigerante, geralmente amônia; um absorvente, geralmente água e um gás inerte, geralmente hidrogênio. Existem 3 fluxos de fluidos: Fluxo de vapor, fluxo de soluções de água e amônia e fluxo de gás inerte.

No fluxo de vapor uma solução com alta concentração de amônia, ou solução rica, é aquecida liberando vapor de amônia o qual é retificado. A retificação é feita em um tubo ascendente e sinuoso no qual a água contida no vapor condensa-se e retorna ao gerador de vapor. Após a retificação o vapor de amônia é tornado líquido em um condensador. No condensador e retificador do sistema Electrolux existe somente amônia, ou seja, a pressão da amônia é igual à pressão do sistema. O vapor de amônia não passa por uma válvula de expansão, mas sim por um sifão que impede o fluxo de gás inerte, existente no evaporador, ir para o condensador. Evaporando a partir desse sifão o refrigerante expande-se no evaporador, no qual existe um gás inerte, geralmente hidrogênio. Dessa forma a pressão da amônia no evaporador será dada pela diferença entre a pressão total e a pressão parcial do gás inerte. Saindo do evaporador a amônia é absorvida por uma solução pobre em amônia, ainda a baixa pressão parcial formando a solução rica.

Vista esquemática do sistema Electrolux de refrigeração por absorção

O fluxo de soluções água-amônia é movimentado por um termo sifão. A solução rica em amônia vinda do absorvedor, a qual se encontra em temperatura próxima à ambiente, chega ao gerador passando por um trocador de calor em contra fluxo com uma solução com baixa concentração de amônia, ou solução pobre, aquecida, que retorna do gerador. Nesse trocador de calor a solução rica é pré-aquecida e a solução pobre é pré-resfriada. No gerador a solução rica é aquecida em um tubo capilar no qual o vapor é gerado. A solução pobre, formada no gerador, sobe arrastada pelas bolhas de vapor de amônia um nível mais elevado que o topo do absorvedor. O retorno da solução pobre ao absorvedor é feito por gravidade, passando pelo trocador acima citado, para ser pré-resfriada, enquanto o vapor separado no gerador segue a trajetória descrita para o primeiro fluxo.

O fluxo de gás inerte circula apenas no absorvedor e evaporador, únicos componentes que operam com baixa pressão parcial. No evaporador, no qual há fluxo descendente, o gás inerte desce em razão do aumento de sua densidade devido ao resfriamento. Chegando ao absorvedor o gás inerte é aquecido pelo processo exotérmico de absorção e sobe novamente ao topo do evaporador.

Os sistemas por absorção são fabricados para uso doméstico como refrigeradores de pequeno porte ou para potências relativamente elevadas (acima de 20 TRs), não estando o mercado provido de máquinas com potências intermediárias.

Os sistemas domésticos por absorção empregam, geralmente, o sistema Electrolux. Esses sistemas apresentam funcionamento instável em temperaturas inferiores a 0o.C, por causa da elevada percentagem de gás inerte no evaporador e absorvedor. Além disso, o coeficiente de performance desse tipo de sistema é baixo, tornando-o inviável para equipamentos maiores.

Mas a maior utilização do ciclo por absorção está na produção de água gelada, como resfriadores de líquido (chillers) que utilizam o calor proveniente da queima de um combustível ou calor recuperado de outras fontes, como chaminés de moto-geradores, rejeitos de processos industriais, entre outros.

Os resfriadores de líquido (chillers) que trabalham com o ciclo por absorção, ao contrário dos chillers utilizados na maioria das instalações, não têm compressor. Esse ciclo tem como característica principal, o fato de que um fluido absorve o vapor do líquido refrigerante, sem contudo, com ele reagir, ou seja transformar-se numa outra substância. Os líquidos absorvedor mais o refrigerante, após terem realizado o trabalho individual de cada um, ou seja, um absorver ( líquido absorvedor) e o outro se evaporar (refrigerante) têm, numa segunda etapa, que se separar um do outro, dando continuidade assim ao processo. Para a separação deles basta aumentar a temperatura da mistura, ou seja, adicionar calor aos dois. Com o aumento da temperatura, o refrigerante se "solta" do líquido absorvedor e caminha para outra fase: a de condensação; por sua vez, o líquido absorvedor, livre do refrigerante, está pronto para absorver mais refrigerante.

Assim podemos dizer que, no chiller por absorção, quanto mais calor se coloca nele mais frio ele produz.

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