Análise da viabilidade técnica de sistemas de refrigeração por absorção acionados a biomassa como alternativa para frigoríficos.

Abstract

Resumo : Apesar de antiga, a refrigeração por absorção não é usual devido ao seu baixo desempenho quando comparado aos sistemas convencionais de compressão de vapor. No entanto, os sistemas de compressão de vapor demandam de energia elétrica, sendo esta uma energia nobre e com alto valor agregado, enquanto os sistemas de refrigeração por absorção são operados a calor. Esse fato tem aberto caminho para que os sistemas de absorção sejam estudados com o objetivo de melhorar suas condições de desempenho a ponto de se tornarem competitivos. Nesse sentido, o presente estudo teve como principal objetivo a análise da viabilidade técnica de implementação de ciclos de absorção com o par NH3-H2O em um ambiente de uma indústria frigorífica refrigerado à -18°C, utilizando biomassa como fonte para geração de energia térmica. A partir disto, foi avaliando a sensibilidade do sistema com à inserção de trocador de calor do refrigerante e da solução e à variação da temperatura nos componentes do ciclo, de forma a compreender as interações entre variáveis e realizar futuras otimizações. Para isso, foram avaliados quatro sistemas de absorção de simples efeito, com e sem trocador de calor, realizando balanços de energia, de massa global e de massa de amônia em cada um dos equipamentos do ciclo. A análise termodinâmica foi realizada utilizando o software EES, e estabelecendo parâmetros de entrada como a temperatura do gerador de 160°C e temperatura do absorvedor e condensador de 35°C. Os resultados demonstraram que o ciclo sem trocadores de calor apresenta o menor coeficiente de desempenho (COP), sendo de apenas 0,1549, além de que a inclusão do trocador de calor do refrigerante não possui grande impacto no COP do sistema, elevando-o para 0,1689, enquanto o trocador de calor da solução apresentou um aumento no desempenho, resultando em COP de 0,2761. Os melhores resultados foram obtidos a partir do ciclo composto pelos dois trocadores de calor, no qual o COP foi de 0,3005 e o consumo de biomassa se manteve a 136,3 kg/h. As análises de sensibilidade demonstraram que a elevação da temperatura de absorção e condensação, isoladamente, resultam em impactos negativos ao COP, enquanto aumentos na temperatura de evaporação e de geração, isoladamente, resultam na elevação do COP. Além disso, maiores temperaturas de geração e de evaporação promovem menor necessidade de troca térmica no gerador e no absorvedor, diminuindo, por consequência, a demanda de biomassa. Por sua vez, a demanda de biomassa cresce linearmente com o acréscimo de carga térmica ao sistema, em todos os ciclos modelados, de forma que, novamente, o ciclo com os dois trocadores de calor apresentou um aumento de 3,30 kW e 1,40 kg/h para a troca térmica no gerador e na vazão de biomassa, respectivamente, para cada kW incrementado no evaporador. Além disso, o sistema de absorção apresentou baixo custo operacional comparado ao sistema de compressão de vapor. Desse modo, concluiu-se que a viabilização técnica do sistema de absorção pode ocorrer a partir do ciclo completo, otimizando-o por meio das análises de sensibilidade, sendo possível torná-lo competitivo com os sistemas de compressão de vapo