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Ciclo Absorção
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EMC-604: SISTEMAS DE CONVERSÃO DE ENERGIA
Corpo docente:– Prof. Dr. Marco Antonio Soares de Paiva
CICLOS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO COMPRESSÃO X CICLO ABSORÇÃO
Figura 2.1. Comparação entre os ciclos de refrigeração por compressão de vapor e por absorção. No caso apesentado, a energia elétrica é obtida de uma central termoelétrica (Ashrae Handbook, 2001).
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
• Coeficiente de eficácia do ciclo de absorção:
Ciclo de Carnot
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO - Ex. 17-3
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO - Ex. 17-3
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃOPOR ABSORÇÃO
Fonte: Stoecker, Refrigeração e Ar Condicionado
CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO
30°C
40°C
100°C
90°C
90°C
5°C
10°C
5°C
40°C40°C
25°C
MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE SIMPLES EFEITO DE QUEIMA INDIRETA
CICLO DE ABSORÇÃO DE SIMPLES EFEITO
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
CICLO DE ABSORÇÃO DE SIMPLES EFEITO
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
CICLO DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO DE QUEIMA INDIRETA
Figura 3.15. ”Chiller” com água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima indireta.
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
MÁQUINA DE ABSORÇÃO DE DUPLO EFEITO DE QUEIMA DIRETA
Figura 3.16. ”Chiller” com água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima direta.
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
CHILLER POR COMPRESSÃO DE VAPOR
Figura 2.3. ”Chiller” elétrico com compressor alternativo de vários cilindros.
Fonte: Relatório IPT
CHILLER A ABSORÇÃO – QUEIMA DIRETA COM GÁS NATURAL
Figura 2.4. Fotografia de um “chiller” a absorção de fabricação da Broad (China). Em vermelho, o queimador a gás (catálogo Broad em CD).
Fonte: Relatório IPT
CAPACIDADE DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO
Tabela 5.1. Relação de capacidades das máquinas de absorção fabricadas pela Broad.
Máquina BroadCapacidade nominal
(kW)Capacidade nominal
(TR)174 49233 66291 83349 99465 132582 165756 215872 248989 2811163 3311454 4131745 4962035 5792326 6612908 8273489 9924652 13235815 1653
Fonte: Relatório IPT
CAPACIDADE DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO
Tabela 5.2. Relação de capacidades das máquinas de absorção fabricadas pela Carrier.
Máquina CarrierCapacidade nominal
(kW)Capacidade nominal
(TR)351,69 100422,028 120527,535 150633,042 180738,549 210844,056 240984,732 280
1160,577 3301266,084 3601406,76 400
1582,605 4501758,45 500
1969,464 5602110,14 600
2215,647 6302321,154 660
Fonte: Relatório IPT
COEFICIENTE DE EFICÁCIA
COP CHILLER A ABSORÇÃOCOM QUEIMA DE GÁS NATURALCOP CHILLER ELÉTRICO
[ ][ ]
resfel
cp
Q kWCOP
W kW=
[ ][ ] [ ]
resfabs
GN
Q kWCOP
m kg/s PCI kJ/kg=
Fonte: Relatório IPT
COP REAL CICLO DE ABSORÇÃO
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
CICLO ABSORÇÃO: COP x Tcond
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO
Tabela 3.5. Características típicas de um sistema água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima indireta
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DE MÁQUINA DE ABSORÇÃO
Tabela 3.6. Características típicas de um sistema água-brometo de lítio, de duplo efeito, de queima direta
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
CICLO DE ABSORÇÃO DE QUEIMA INDIRETA: COP x Tagua quente
Figura 3.17. Influência da temperatura de entrada da água no COP e na capacidade de máquina de absorção.
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
NÚMERO DE MÁQUINAS INSTALADAS NOS EUA
Figura 3.1. Número de patentes americanas depositadas ao longo dos anos.
Fonte: Herold, K. et. al., “Absorption Chillers and Heat Pumps”
NÚMERO DE MÁQUINAS INSTALADAS NOS EUA
Figura 3.24. Evolução de máquinas vendidas (aparentemente nos E.U.A., nota dos autores deste relatório).
NÚMERO DE MÁQUINAS INSTALADAS NOS EUA E NO JAPÃO
Figura 3.37. Participação no mercado entre EUA e Japão por unidades vendidas ao longo dos anos (Garland & Adcock, 1996).
ESTRATÉGIACHILLER ELÉTRICO X CHILLER ABSORÇÃO
Figura 2.8. Comparação entre “chiller” elétrico e “chiller” a absorção na Holanda (Hondeman, 2000).
ESTRATÉGIACHILLER ELÉTRICO X CHILLER ABSORÇÃO
Figura 2.9. Reprodução de tabela comparativa de COPel e COPabs (Rafferty, 1998).
VARIAÇÃO AO LONGO DO DIA DO CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICA EM REGIÃO DOS EUA
Figura 3.30. Variação ao longo do dia do custo da energia elétrica e da carga de resfriamento.
Custo chillers
Figura 2.10. Custo de “chillers” a absorção e elétricos.
Fonte: Relatório IPT
CUSTO DE CHILLER A ABSORÇÃO DE QUEIMA DIRETA
Custo de chiller de absorção em função da capacidadeCUSTO FINAL ESTIMATIVO PARA CLIENTE
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Capacidade (TR)
Cus
to (U
S$)
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
Cus
to e
spec
ífico
(US$
/TR
)
Figura 2.13. Custo de “chiller” de absorção de dois fabricantes tradicionais. Os custos são estimativos, e são valores finais, que incluem os impostos e demais tarifas normalmente incidentes.
Fonte: Relatório IPT
Custo da energia elétrica
Custo da energia elétrica em função do fator de carga,do número de horas de operação e tipo de tarifa
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Fator de carga
Cus
to u
nitá
rio (
R$
/ kW
h )
A4, conv., 320 h
As, conv., 200 h
A3, conv., 320 h
As, conv., 320 h
Linhas e símbolos: 320 h /mêsSó símbolos: 200 h/mês
Figura 2.11. Influência do fator de carga no custo unitário da energia elétrica convencional.
Fonte: Relatório IPT
VANTAGEM COMPARATIVA DE CHILLER A ABSORÇÃO COM QUEIMA DE GN
Redução de custo operacional só no chiller - chiller de 500 TRFator de carga - linha cheia: 0,4 / símbolos: 0,6
-400.000
-300.000
-200.000
-100.000
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Custo efetivo do gás (R$/Nm3) (com impostos)
Econ
omia
anu
al (
R$ )
As convencional
A4 convencional
A3 convencional
Figura 2.12. Influência do preço do gás natural na economia monetária anual com “chiller” a absorção devido somente ao insumo energético, para uma máquina com potência de 500 TR.
Fonte: Relatório IPT
CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICAEletropaulo
Tabela 6.1. Tarifa de custo da energia elétrica fornecida pela AES-Eletropaulo, para tipos de tarifa horosazonal e convencional (jan, 2006). Custos anteriores à aplicação de impostos.
As AS A3a A3a A4 A4 A1 A1 A2 A2
Dem
anda
R
$/kW
Con
sum
o R
$/M
Wh
Dem
anda
R
$/kW
Con
sum
o R
$/M
Wh
Dem
anda
R
$/kW
Con
sum
o R
$/M
Wh
Dem
anda
R
$/kW
Con
sum
o R
$/M
Wh
Dem
anda
R
$/kW
Con
sum
o R
$/M
Wh
31,92 175,27 13,87 162,36 21,63 167,48Ponta Seca 33,69 251,94 24,58 238,23 32,24 240,76 18,3 207,11Ponta Úmida 33,69 227,47 24,58 215,04 32,24 217,37 18,3 186,52FPS 14,07 138,42 6,65 131,05 9,16 132,25 3,12 125,26FPU 14,07 123,28 6,65 116,76 9,16 117,82 3,12 112,55Ultrapassagem PS ou PU 101,06 73,74 96,72 54,9
Ultrapassagem FPS ou FPU 42,24 19,94 27,48 9,38
Ponta Seca 14,07 871,96 6,65 692,85 9,16 833,27Ponta Úmida 14,07 847,55 6,65 669,66 9,16 809,9FPS 14,07 138,42 6,65 131,05 9,16 132,25FPU 14,07 123,28 6,65 116,76 9,16 117,82Ultrapassagem PS ou PU 42,21 19,95 27,48
Ultrapassagem FPS ou FPU
Classe
Convencional
Hor
o-sa
zona
l
Tarifa Azul
Tarifa Verde
Fonte: Eletropaulo
CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICAEletropaulo
Fonte: Eletropaulo
CUSTO GÁS NATURAL
Tabela 6.2. Custo do gás natural. Tabela para o setor comercial para janeiro de 2006.
Classe m³/mês Fixo - R$/mês
Variável - R$/m³
Fixo - R$/mês
Variável - R$/m³
1 0 - 0 19,37 0 22,01 02 0,01 a 50,00 m³ 19,37 2,339127 22,01 2,6580993 50,01 a 150,00 m³ 31,48 2,096996 35,77 2,382954 150,01 a 500,00 m³ 55,68 1,936588 63,27 2,2006685 500,01 a 2.000,00 m³ 127,11 1,793692 144,44 2,0382866 2.000,01 a 3.500,00 m³ 585,95 1,564308 665,85 1,7776237 3.500,01 a 50.000,00 m³ 2.197,34 1,104258 2.496,98 1,2548398 Acima de 50.000,00 m³ 5.829,31 1,031619 6.624,22 1,172294
Valores sem ICMS Valores com ICMS
Fonte: Comgás
EVOLUÇÃO DA EFICIÊNCIA DE CHILLERS ELÉTRICOS COM COMPRESSOR CENTRÍFUGO
Figura 7.5. Evolução do EER (“energy efficiency ratio” – EER = 3,51/COP kW/TR) com o tempo. Ano 2000: “chiller” novo – COP de 6,6; ano 1970: “chiller” com 30 anos de uso) – COP de 4.
Fonte: Relatório IPT
CHILLER ELÉTRICO x CHILLER ABSORÇÃOCOP x % da carga (fator de carga)
Figura 7.6. Variação relativa do EER em função da carga do equipamento para compressor centrífugo, de parafuso e para “chiller” a absorção..
Fonte: Relatório IPT
INSTALAÇÃO COM CHILLER ELÉTRICO
Figura 7.2. Centrífugas 1 e 2
Fonte: Relatório IPT
CHILLER ELÉTRICOCOP x Fator de carga
COP x fator de carga - Prédio Cidade1Máquinas 1 e 2
COP = 1,2787Ln(FC) + 4,5244R2 = 0,8931
0
1
2
3
4
5
6
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Fator de carga
COP
Figura 7.4. COP (coeficiente de eficácia) medido nos “chillers” e curva de interpolação.
Fonte: Relatório IPT
ESTUDO DE VIABILIDADEChiller elétrico x chiller a absorção a GN
Figura 7.16. Reprodução de planilha Microsoft Excel. Resultados do estudo de viabilidade. Fonte: Relatório IPT
ESTUDO DE VIABILIDADEChiller elétrico x chiller a absorção a GN
Figura 7.18. Reprodução de planilha Microsoft Excel. Resultados do estudo de viabilidade
Fonte: Relatório IPT
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM CICLO COMBINADO PARA PRODUÇÃO DE FRIO
Figura 3.34. Sistemas combinando “chiller” a absorção com “chiller” por compressão de vapor acionado por turbina a gás ou motor a gás.