SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
Sistemas de Absorção são baseados em diversos combinações de substâncias que tem uma
propriedade rara, uma substancia, liquida, que executa a função de refrigerante e outra que
absorve este refrigerante. A substância que absorve o refrigerante pode ser sólida ou liquida.
Quando a substância absorvente é sólida esse processo é algumas vezes chamado de
Adsorção ,, se a substancia absorvente é liquida o processo recebe o nome de Absorção.
Deste forma existe dois tipos de sistemas de absorção, um usando absorvente sólido e outros
absorventes líquidos, e os sistemas também podem ser classificados em:
• Sistemas de Absorção Intermitentes
• Sistemas de Absorção Contínuos
Sistemas de Absorção Intermitente
Os equipamentos de refrigeração por absorção intermitentes para uso domestico, pela sua
simplicidade foram muito utilizados desde 1823, quando foi criado por Carré, até
aproximadamente 1930, e que tinham como inconveniente o fato de ser necessário estar
continuamente realizando sua Fase Preparatória, ou destilação do refrigerante, para conseguirse o funcionamento do mesmo.
Alguns dos equipamentos de refrigeração intermitentes muito utilizados foram o "Ice-Ball" (Bola
de Gelo), utilizados no início do seculo 20, além dos modelos "Trukold" e o "Superflex", que
será detalhado abaixo, e que usavam Água como Absorvente Liquido e Amônia como
Refrigerante. Apesar de não muito utilizados existiu também equipamentos de absorção
utilizando "Absorvente Sólido" que foram produzidos, não com muito sucesso, nos Estados
Unidos.
Sistema Intermitente usando Absorvente Sólido de uso domestico.
Um esquema de um ciclo de absorção utilizando um absorvente liquido, como Cloreto de Prata,
utiliza os mesmos princípios das idéias de Faraday, e seu esquema básico de funcionamento
pode ser observado na Figura a seguir. Este tipo de sistema foi comercializado com o nome de
"Refrigerador Faraday" e foi construido pela empresa Faraday Refrigerator Corp.
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
Figura
-
Unidade
elementar
de
refrigeração
com
absorvente
sólido
com
condensador
resfriado
a
água.
Aplicando-se calor ao Gerador ou elemento Absorvedor a amônia na forma de vapor se
desprendera, da massa sólida de cloreto de prata, aumentando a pressão, até o ponto em que
o Condensador resfriado a água ou a ar retirará suficiente calor para liqüefazer o gás a esta
pressão elevada. O refrigerante se liquefara no Condensador e passará para o deposito de
liquido, forçado pela pressão do vapor que entra no condensador.
Depois que o Deposito de Liquido e o Condensador contém suficiente quantidade de amônia,
interrompe-se o aquecimento e o Gerador resfria. Quando a temperatura do Absorvedor
abaixar, o que acarretará também em uma queda da pressão do sistema, este começa a
reabsorver a amônia que se evapora na Unidade Resfriadora, retirando para isto calor deste
local. A medida que o vapor de amônia vai retornando para o Absorvedor vai se transformando
em liquido, começa ocorrer um aumento de temperatura dentro do Absorvedor, sendo
ncecessário retirar este calor.
O aparelho esta construido de tal forma que pode obter a amônia somente da unidade
Resfriadora, tornando-se necessário que se produza uma evaporação da mesma, ocasionando
uma remoção de calor da Unidade Resfriadora e do ambiente próximo a ela. Se esta unidade
Resfriadora estiver localizada em uma caixa isolada, um refrigerador, terá sua temperatura
reduzida.
Quando toda a amônia for novamente absorvida pelo Absorvedor, o resfriamento na Unidade
Resfriadora
deixa
de
existir,
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
e
deve-se
novamente
retomar
toda
a
operação.
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
Sistema Intermitente usando Absorvente Líquido
O refrigerador "Superflex", de uso domestico foi construído e comercializado pela
empresa americana Perfection Stove Co., por volta dos anos 30, e foi um grande
concorrente, na época, do refrigerador "Ice-Ball", foi muito utilizado em locais onde não
havia fornecimento de energia elétrica, e seu funcionamento se baseava na queima de
querosene.
O ciclo de refrigeração por absorção do "Superflex" era baseado nos princípios de
Faraday e também estava dividido em duas etapas de funcionamento a de destilação
de refrigerante para a Geração da Amônia ou "Fase Preparatória" e a Refrigeração.
Na fase inicial de Geração da Amônia, a amônia está misturada com água em um
Tanque ou Gerador (A), conforme observado no esquema da Figura a baixo, sob a
qual estão localizados alguns Queimadores a Querosene (M). Quando os
Queimadores estão acesos e calor esta sendo fornecido ao Gerador, a amônia por ser
mais volátil se separada, por evaporação, da mistura de água-amônia.
Figura
- Geração da amônia, Fase inicial, de funcionamento de um refrigerador intermitente de absorção "Superflex".
Ao vapor de amônia é forçado pelo Tubo (D) a passar através da serpentina do
Condensador (E), a qual esta mergulhada em água contida dentro do Tanque (B),
colocado na parte superior do refrigerador. A diminuição da temperatura produz a
condensação
do
vapor
de
amônia
a
mesma
pressão
da
geração.
Para climas muito quente, existia uma depressão (L) na parte superior do tanque
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
condensador que podia ser preenchida com água, cuja evaporação produzia um
resfriamento do tanque.
A amônia liquida cai através de um tubo no Deposito de Liquido (C) que esta envolto
em um isolante térmico (F) para evitar o resfriamento excessivo do compartimento de
alimentos, passando em seguida à Unidade de Resfriamento ou Evaporador Inundado
(K) que esta rodeada de Salmoura (H).
A Salmoura (H) onde estava contido do Evaporador (K) tinha a finalidade de aumentar
a inércia térmica do refrigerador, ou seja manter a baixa temperatura do sistema
durante o período de Geração da Amônia.
O
processo
continua
durante
um
período
relativamente
curto
de
tempo,
aproximadamente 60 minutos, até ser consumido todo o querosene, apagando-se
automaticamente os queimadores, dando inicio a segunda etapa do processo.
A segunda etapa do processo ou a Refrigeração se inicia a medida que o Gerador (A)
se resfria a temperatura ambiente, a amônia começa a se evaporar a temperatura
muito baixa na unidade Evaporadora (K), porque à medida que o Gerador (A) se
resfria tende a absorver o vapor de amônia, reduzindo a pressão e permitindo a
evaporação da amônia liquida no Evaporador (K), esta evaporação seguida do
abaixamento da temperatura origina o efeito refrigerante no compartimento de
alimentos.
A água do Gerador (A) se resfria rapidamente depois que os queimadores de apagam
e como a água fria possui forte afinidade com a amônia, o vapor formado na unidade
Evaporadora (K) volta ao Gerador (A), através do Tubo (G), conforme indica as setas
na Figura a seguir. Como a amônia esta sendo absorvida pela água, do Gerador, este
passa a receber o nome de Absorvedor (A), devido a função que ele esta
desempenhando.
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
Figura - Refrigeração, Segunda Etapa, de funcionamento um Refrigerador intermitente de absorção "Superflex".
Em outras palavras, o calor dos Queimadores impele a amônia do Gerador (A) para a
Unidade Evaporadora (K) em um curto espaço de tempo. A amônia vaporiza na
Unidade Evaporadora e volta lentamente ao Gerador, que agora esta executando a
função de Absorvedor (A). A vaporização da amônia durava em torno de 24 a 36
horas, findo este tempo deveria ser novamente repetido todo o processo, acendendo
os queimadores, após o reservatório de querosene ser reabastecido.
Atualmente não existem mais refrigeradores de absorção intermitente para uso
domestico pois os mesmos perderam sua posição para os equipamentos de
refrigeração de uso continuo, tanto absorção como os mecânicos, que possuem maior
praticidade.
Contudo estes equipamentos poderiam atender algumas regiões mais carentes do
pais devido a seu baixo custo de produção, usando como meio de fornecimento de
calor o próprio querosene, ou adaptado para queima de outros combustíveis tais como
lenha, carvão, etc.
Sistema de Absorção Continuo
O sistema de absorção continuo é aquele que simultaneamente, pode condensar e
evaporar o refrigerante. Para se tornar continuo o funcionamento de uma instalação de
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
refrigeração por absorção é necessário encontrar meios de vencer a diferença de
pressão entre as duas fases do processo, Fase de Geração com maior valor de
pressão e a Fase de Refrigeração com menor valor.
Nos pequenos sistemas de absorção continuo a solução adotada foi a de equilibrar as
pressões totais, nas duas fases do processo, adotando na parte de baixa pressão do
processo, Evaporação e Absorção, um gás neutro, o Hidrogênio (H2) , que tornou
possível a continuidade do sistema, sendo este operado através do uso de controles
automáticos.
Estes Sistemas de Absorção Continuo de uso domestico utilizam a amônia como
refrigerante e a água como Absorvedor, e o calor é fornecido ao Gerador por
combustão direta de propano ou um elemento aquecedor elétrico ou ambos. Muitas
empresas produziram variações deste sistema de absorção sendo que o
funcionamento
básico
de
todos
eles
se
baseava
no
seguinte;
O calor fornecido ao Gerador, Figura a seguir, aquece a solução de água e amônia,
fazendo evaporar a amônia, que é mais volátil que a água.
Figura - Sistema simplificado de um refrigerador domestico de funcionamento continuo empregando água-amônia e hidrogênio
O vapor de amônia passa através do Tubo de Passagem, levando consigo porções de
água até um Separador. Do Separador, o líquido absorvente é drenado por gravidade
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
através de um sifão de liquido em tubo com forma de "U" para o Absorvedor esfriado a
ar, enquanto o vapor de amônia, menos denso, passa diretamente para o
condensador resfriado a ar onde se condensa.
A amônia liquida é então drenada, por gravidade, do Condensador através do sifão em
forma de "U" para o Evaporador. A evaporação da amônia dentro do Evaporador se
processa na presença do Hidrogênio, (H2) , de modo que a pressão parcial da amônia
seja suficientemente baixa para obter-se a temperatura de refrigeração desejada. Este
principio da pressão parcial esta baseada na Lei de Dalton (*).
O vapor de amônia acompanhado de algum gás hidrogênio, passa do Evaporador
para o Absorvedor onde o vapor da amônia entra em solução com o absorvente,
enquanto que o gás de hidrogênio por ser muito difusível só se apresenta com a
amônia na fase gasosa não tendo e também afinidade com o absorvente, passa
através do Absorvedor e retorna ao Evaporador.
Os dois tubos em "U" existentes no sistema servem para manter o gás Hidrogênio
preso no Evaporador e no Absorvedor, onde a pressão parcial da amônia deve ser
mantida, evitando que o mesmo passe para o lado do Separador, Gerador e
Condensador.
Nota(*):
A lei de Dalton, determina que se dois ou mais gáses ocupam um sistema
a pressão total exercida por estes gases é a soma da pressão parcial de cada gás, como
se cada gás ocupasse sozinho o sistema. Desta forma a pressão do Gerador,
Absorvedor e Condensador é semelhante a pressão total do Evaporador e Absorvedor,
só que nestes a pressão é exercida pelo soma das pressões parciais do Hidrogênio e
Amônia.
Sistema de Absorção Continuo de uso Doméstico - "SERVEL"
O primeiro refrigerador de absorção continuo de uso domestico que mais se
popularizou, e que tinha com resfriamento a água, foi criado pelos engenheiros suecos
Baltzar von Platen e Carl Georg Munters, e comercializado pela empresa A.B.Eletrolux
da Suécia em 1925. Este sistema foi licenciado e fabricado nos Estados Unidos em
1927 pela organização Servel Inc. com o nome de sistema "Servel", esta empresa
fabrica refrigeradores de absorção de uso domestico até os dias atuais.
O moderno sistema "Servel", Figura a seguir,com resfriamento a ar, usa amônia como
refrigerante e água como absorvente e é utilizado o Hidrogênio, (H2), para se criar uma
pressão parcial no Absorvedor e Evaporador que permitira a evaporação da amônia a
baixa pressão. Na Figura a letra (A) representa a amônia e a letra (H) o hidrogênio.
Quando se fornece calor para o Gerador (1), pela queima de gás ou resistência
elétrica, aquece-se a solução água-amônia, a uma temperatura de aproximadamente
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
170 0C, desprendendo-se o vapor de amônia desta solução. O vapor que se forma na
parte (1b) , sobe pelo tubo (10) nesta subida o vapor de amônia carrega consigo uma
parcela da solução água-amônia, até a parte superior do Separador (11).
A maior parte da solução liquida água-amônia assenta no fundo do Separador (11) e
daí passa através do Intercambiador de Calor (9) e daí para o Absorvedor (4). O vapor
de amônia por ser menos densa, sobe pelo tubo central no interior do Separador (11)
e se caminha para o Analisador (6).
Dentro do Analisador (6) e separado qualquer vapor de água que possa ter sido
carregado junto com o vapor de amônia que sobe para o Retificador (7).
Figura - Diagrama do ciclo de re de absorção domestico "Servel"
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
O Retificador (7) é um trocador de calor esfriado a ar que consiste de um tubo onde
estão fixado uma série de aletas externas, sua finalidade e eliminar qualquer vestígios
de vapor de água que possam estar contido no vapor de amônia, a fim de assegurar
um vapor de amônia puro. No retificador o vapor de água é condensado e por
gravidade retorna ao Analisador (6).
Do Retificador (7) o vapor de amônia entra no Condensador (2), que se consiste de
um trocador de calor a ar construído por uma série de tubos dobrados onde são
fixados aletas externas. O Retificador (7) assegura que qualquer vapor de água ainda
existente na amônia condensará ao analisador (6).
Dentro do Condensador (2) o vapor de amônia passa a perder calor para o meio
exterior e parte dela é condensada transformando-se em liquido, em (2a), e se
encaminha para o Evaporador (3). A primeira parte da amônia pura que se condensou
(2a) entra no Evaporador em (3b). Ainda no Condensador, dentro da parte (2b)
condensa a parte restante da amônia.
O tubo em "U" , funciona como um sifão, m formando um deposito de liquido no seu
interior do ciclo, quando a amônia alcança determinado nível, escoa por gravidade,
para a serpentina do Evaporador (3a) e (3b). O Evaporador é constituído por uma
série de tubos dobrados com aletas externas, onde dentro dele a amônia vai evaporar
e absorver calor do compartimento de alimentos do refrigerador, produzindo também
congelamento de água em cubos de gelo.
O hidrogênio, (H2) , dentro do evaporador , permite criar uma pressão parcial da
amônia suficientemente baixa para obter-se a temperatura de refrigeração desejada.
Este principio da pressão parcial esta baseada na Lei de Dalton.
A amônia liquida ao entrar no Evaporador (3a) entra em contato com a mistura gasosa
Hidrogênio, (H2), e amônia, que subiu pela parte externa do Intercambiador de Calor
(8). A mistura é muito pobre em amônia e esta tem uma pressão parcial muito
pequena, desta forma a amônia liquida que entra no Evaporador (3a) deve ter uma
pressão parcial maior que a da amônia na mistura para que a difusão possa ocorrer.
A pressão total do sistema Evaporador (3) e Condensador (2) são iguais, com um
valor aproximado de 2000 kPa, para se conseguir uma temperatura no evaporador de
-20 0C, a pressão de saturação (parcial) da amônia deve ser de 190,7 kPa, para que
isto aconteça a pressão parcial do hidrogênio será de 1809,3 kPa.
A temperatura dentro do Evaporador (3) não é constante, pois ao entrar no
Evaporador em (3a) a amônia liquida tem uma pressão parcial menor dentro da
mistura, gerando uma menor temperatura (-20 0C) no Evaporador (3a). Na segunda
parte do Evaporador (3b) a amônia no estado de vapor possui uma maior pressão
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner
SISTEMAS DE ABSORÇÃO DE USO DOMESTICO
parcial dentro da mistura o que causa uma maior temperatura (-10 0C) dentro do
Evaporador (3b).
Quanto maior for a massa de hidrogênio dentro do sistema maior será a sua pressão
parcial e portanto menor será a pressão parcial da amônia que causara uma menor
temperatura de evaporação.
A amônia evaporada, dentro do Evaporador (3), e se difunde na mistura, hidrogênio e
vapor de amônia, aumentando a sua densidade. Esta mistura rica em amônia movido
pela diferença de densidade, desce através do tubo central do Intercambiador de Calor
(8) até o Absorvedor (4).
Dentro do Absorvedor (4) o vapor da amônia entra em solução com o absorvente
enquanto que o hidrogênio, por ser muito difusível só com a amônia na fase vapor,
não tendo afinidade com o absorvente, se libera, e junto com uma pequena parcela de
vapor de amônia, passa através do tubo externo do Intercambiador de Calor (8) e
retorna ao Evaporador (3).
Enquanto isso, a solução diluída pobre de amônia e água, que se encontra no
Separador (11), passa através da parte central do tubo do Intercambiador de Calor de
Líquido (9) e pelo tubo aletado externamente do Trocador de Calor a Ar (12) para
dentro do Absorvedor (4).
O Absorvedor (4) é um trocador de calor resfriado a ar constituído de um tubo aletado
externamente, dentro do qual se resfria o absorvente, solução de água pobre em
amônia. A solução absorvente "fria", e rica em água, absorve o vapor de amônia, da
solução vapor de amônia e hidrogênio, vinda do Evaporador (3). A solução de
absorção da amônia e exotérmica, libera calor, que deve ser removido dentro dos
tubos aletados externamente do Absorvedor (4).
A solução agora concentrada, rica em amônia, fria e mais densa, desce pela parte
inferior do absorvedor (4), através da parte externa do Intercambiador de Calor de
Liquido (9) para o Analisador (6) e daí para o Gerador (1), onde o ciclo se reinicia.
SENAI “Oscar Rodrigues Alves” - Agosto.2011
Valter Rubens Gerner
Eng. Mecânico, formado pela FEI, em Refrigeração e Ar
Condicionado, em 1981.
Professor de Temofluidomecânica, Refrigeração e Climatização na
Escola SENAI "Oscar Rodrigues Alves"
Fone: (011) 2065-2810 S.Paulo-SP
SENAI “Oscar Rodrigues Alves”
Prof. Valter Rubens Gerner