RAC Aula 05 - Sistema de absorção Exercícios_CENI pptx

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REFRIGERAÇÃO E AR 
CONDICIONADO
Prof. MSc. Raphael Ceni Gomez
Engenharias Mecânica e Mecatrônica
Aula 5:
• Sistema de absorção.
• Exercícios.
Sistema de absorção
• O francês Ferdinand Carré inventou o sistema 
de absorção e tirou uma patente nos Estados 
Unidos em 1860. 
• O primeiro uso do sistema nos Estados Unidos 
foi provavelmente feito pelos Estados 
Confederados durante a Guerra Civil para 
suprimento de gelo natural que havia sido 
cortado pelo norte.
Sistema de absorção
• Pertence à classe dos ciclos a vapor semelhante ao 
sistema por compressão de vapor.
• Contrário ao sistema de compressão, operado a 
trabalho, este é operado a calor.
• O ciclo de refrigeração irá operar com o 
condensador, a válvula de expansão e o 
evaporador, se o vapor de baixa pressão do 
evaporador puder ser transformado em vapor de 
alta pressão e entregue ao condensador.
Sistema de absorção
• O sistema de absorção primeiro absorve vapor de 
baixa pressão em um líquido absorvente 
apropriado. em que há a conversão de vapor em 
líquido.
• Na sequência é elevada a pressão do líquido com 
uma bomba, e o passo final é liberar o vapor do 
líquido absorvente por adição de calor.
• Os sistemas de absorção são amplamente 
utilizados em diversas aplicações de refrigeração 
e ar condicionado.
Vantagens da Absorção? 
• O sistema de absorção é atrativo economicamente 
quando calor residual está disponível a baixo custo 
(água quente/vapor/gás natural/Óleo/Querosene ) 
por exemplo:
– Hospitais, Turbina a vapor, Caldeiras nas indústrias ou óleo 
da refinadora.
– Baixo nível de ruído e vibração são solicitados (poucas 
peças em movimento -somente duas ou três bombas).
– Baixo custo operacional.
– Pouca manutenção.
– Alta confiabilidade.
– Projetos de cogeração.
Uma vez que os sistemas de 
absorção convencionais utilizam 
refrigerantes naturais como a água 
ou a amônia eles são favoráveis ao 
meio ambiente.
Sistema de absorção
• O funcionamento da refrigeração por absorção se 
baseia no fato de que os vapores de alguns fluidos 
frigorígenos conhecidos são absorvidos a frio, em 
grandes quantidades, por certos líquidos ou soluções 
salinas.
• Se esta solução binária assim concentrada é 
aquecida, verifica-se uma destilação fracionada na 
qual o vapor formado será rico no fluido mais volátil 
(fluido frigorígeno), podendo ser separado, 
retificado, condensado e aproveitado para a 
produção de frio.
Ciclo de absorção
Compressão de vapor:
1. Compressor
Absorção:
1. Absorve vapor em líquido 
enquanto remove calor
2. Eleva a pressão do íquido 
com uma bomba
3. Libera vapor por aplicação de 
calor
Condensador
Evaporador
Vapor de
 alta pressão
Vapor de
baixa pressão
Válvula 
de expansão
Ciclo de absorção
• O vapor de baixa pressão do evaporador é 
absorvido por uma solução líquida no 
absorvedor. 
• Se esse processo de absorção fosse executado 
adiabaticamente, a temperatura da solução 
iria subir e eventualmente a absorção de 
vapor poderia cessar.
• Para perpetuar o processo de absorção o 
absorvedor é resfriado por água ou ar, que 
finalmente rejeita esse calor para a atmosfera. 
Ciclo de absorção
• A bomba recebe o líquido de baixa pressão do 
absorvedor, eleva a sua pressão, e o entrega ao 
gerador. 
• No gerador, calor de uma fonte de alta 
temperatura expulsa o vapor que tinha sido 
absorvido pela solução. 
• A solução liquida retorna para o absorvedor por 
válvula redutora de pressão cujo propósito é 
promover a queda de pressão para manter as 
diferenças de pressão entre o gerador e o 
absorvedor.
Ciclo de absorção
Condensador
Evaporador
Vapor de
 alta pressão
Vapor de
baixa pressão
Válvula 
de expansão
Calor
Calor
Gerador
Absorvedor
Calor
Calor
Válvula redutora
de pressão
Bomba
Ciclo de absorção
Sistema de absorção
• Propriedades de Concentração-Temperatura-Pressão de 
Soluções LiBr-Água
• O brometo de lítio é um sal sólido cristalino; na presença de 
vapor de água ele absorve o vapor e torna-se uma solução 
líquida.
• A solução líquida exerce uma pressão de vapor de água que é 
uma função da temperatura e da concentração da solução.
Diagrama Temperatura-Pressão-Concentração 
LiBr-Água
Exemplo 2
• Compute a vazão em massa de refrigerante (água) através do 
condensador e evaporador no ciclo mostrado se a bomba 
libera 0,6 kg/s e se prevalecem as seguintes temperaturas: 
gerador, 100°C; condensador, 40°C; evaporador, 10°C; e 
absorvedor, 30°C.
1
Exemplo 2
.
Balanço de vazão total: m2 + m3 = m1 = 0,6
Balanço do LiBr: m1 x1 = m2 x2 
 0,6(0,5) = m2(0,664)
m2 = 0,452 kg/s e m3 = 0,148 kg/s
. .
.
.
.
.
. .
m1 = 0,6
m2 + m3 = m1
m1*x1 = m2*x2
Ta = 30[°C]
Te = 10[°C]
P1 = PRESSURE(STEAM;T=Te;X=1)
x1=X_LIBR('SI';Ta;P1)
Tg = 100[°C]
Tc = 40[°C]
P2 = PRESSURE(STEAM;T=Tc;X=0)
x2=X_LIBR('SI';Tg;P2)
Sistema de absorção
• Concentração das misturas:
X = massa de refrigerante = mr
 massa de refrigerante + massa de absorvente mr+ma
• em refrigeração: solução de amônia 
(refrigerante) + água (absorvente).
• em ar condicionado: solução de brometo de 
lítio (absorvente) + água (refrigerante)
Sistema de 
absorção
• Para realizar os cálculos 
térmicos sobre um ciclo de 
refrigeração por absorção, 
dados de entalpia precisam 
ser disponíveis para a 
substância de trabalho em 
todas as posições cruciais 
do ciclo.
• No gerador e absorvedor 
existem soluções de LiBr-
água, para as quais a 
entalpia é uma função da 
temperatura e 
concentração da solução.
Exemplo
 
60 kJ/Kg h1=H_LIBR('SI';30;50) = 60,11 kJ/kg
260 kJ/Kg h2=H_LIBR('SI';100;66,4) = 260,3 kJ/kg
 
EES
Exemplo
 
477,6 kW
454,4 kW
0,7286
Sistema de absorção
Sistema de absorção
Sistema de absorção
• O sistema água-amônia é capaz de atingir temperaturas 
de evaporação abaixo de 0°C, porém o sistema LiBr-água 
é limitado em unidades comerciais a temperaturas não 
inferiores a 3°C.
• O sistema água-amônia tem a desvantagem de requerer 
componentes extras e a vantagem de operar a pressões 
acima da atmosférica.
• O sistema LiBr-água opera a pressões abaixo da 
atmosférica, resultando em infiltrações inevitáveis de ar 
no sistema, que precisa ser purgado periodicamente. 
Inibidores especiais precisam ser incorporados aos 
sistemas LiBr-água para retardar a corrosão. 
Exercício 1
• Uma grande máquina de brometo de lítio opera de 
acordo com as seguintes condições: 
– carga de refrigeração, 1000 kW 
– Temp. no evaporador (8), 5oC 
– Temp. de equilíbrio no absorvedor (3), 42oC 
– Temp. no condensador (7), 45oC 
– Temp. do vapor refrigerante (6), 96oC 
– Temp. da solução (1), 104oC 
– Temp. da solução (5), 82,4oC 
• Calcular o COP do sistema. 
Exercício 1
Exercício 1
Exercício 2
• O ciclo de absorção LiBr-água opera nas seguintes temperaturas: gerador, 
105°C; condensador, 35°C; evaporador, 5°C; e absorvedor, 30°C.
• A vazão de solução liberada pela bomba é 0,4 kg/s .
a) Quais são as vazões em massa de refrigerante e de solução retornando do gerador para o 
absorvedor? R. m ≈ 0,09 kg/s
b) Quais são as taxas de transferência de calor em cada componente e o COP? R. Qe ≈ 220kW
Condensador
Evaporador
Vapor de alta pressão
Vapor de baixa 
pressão
Válvula 
de 
expansão
Calor
Calor
Gerador
Absorvedor Calor
Calor
Válvula redutora
de pressão
Bomba
Solução