Ciclos GAX avançados com ramificações BGA

A figura 2.18 apresenta outra moderna configuração de ciclo GAX empregada como solução para o problema de incompatibilidade entre o calor disponível no absorvedor e o calor requerido no gerador (que ocorre quando o calor exigido pelo gerador é maior do que a taxa de calor que o absorvedor pode fornecer a partir da zona de temperatura de sobreposição, conforme mostrado anteriormente no item 2.2.2.3). Este sistema é denominado de ciclo GAX ramificado (Branched GAX cycle-BGAX), o qual utiliza componentes semelhantes ao ciclo GAX padrão, porém com a incorporação de uma bomba de solução adicional e de uma linha de ramificação (recirculação) para recircular parte da solução do absorvedor ao gerador, a fim de igualar as quantidades de calor trocado, uma vez que aumenta a taxa de fluxo de massa da solução na seção de maior temperatura do absorvedor. Quando a taxa de fluxo da solução aumenta nessa seção do absorvedor, mais calor poderá ser cedido para a seção de menor temperatura do gerador. Portanto, maior será a necessidade de calor para a seção de alta temperatura do

53

gerador, entretanto, a quantidade de calor a partir da fonte externa para o gerador será reduzida e, consequentemente, será reduzida a incompatibilidade entre o calor requerido pelo gerador e o calor disponível pelo absorvedor. No entanto, para ser competitivo no mercado, o ciclo precisa apresentar um alto desempenho de refrigeração e também um baixo custo de construção.

Figura 2. 18 – Configuração de ciclo de absorção GAX ramificado.

A literatura indica que foram poucas as investigações realizadas pelos pesquisadores para o desenvolvimento de sistemas de absorção GAX ramificado. Estudos teóricos mostraram que os resultados de desempenho do ciclo ramificado e poli-ramificado foi de 10 a 20 % e 40%, respectivamente, maior do que os apresentados pelo ciclo de absorção GAX padrão. O ciclo GAX ramificado elimina a incompatibilidade entre o calor disponível no absorvedor e o calor necessário no gerado. Devido a isso, certa quantidade de vapor de refrigerante é gerada na seção GAX do gerador, o que reduz a necessidade de fornecimento de calor externo. Além da mistura binária de fluidos convencional (refrigerante-absorvente), ZALTASH et al. (1996) e STOICOVICI et al. (1995) utilizaram misturas ternárias de fluidos de brometo de lítio-água-amônia, e descobriram que a última apresentou um resultado melhor do que a anterior, devido ao aumento do intervalo de temperatura de

54

sobreposição entre o absorvedor e o gerador. Em comparação com o custo de sistemas de absorção

GAX padrão, o custo do sistema GAX ramificado é maior devido à necessidade de uma bomba de

solução adicional. No entanto, a redução do fornecimento de calor no gerador e, consequentemente, da área para a transferência no absorvedor e no gerador, pode compensar o aumento do custo de projeto.

Outra configuração de ciclo GAX ramificado foi proposta por HEROLD et al. (1991) que abordou o problema principal no ciclo GAX padrão. Este sistema utiliza ar para resfriamento dos trocadores de calor e foi desenvolvido para aplicações de resfriamento e aquecimento. Verificou-se que o calor disponível no absorvedor para cada nível de temperatura não foi suficiente para satisfazer a exigência de calor para o nível de temperatura do gerador. O ciclo GAX ramificado fornece uma melhor transferência de calor entre os lados de maior e menor temperatura do trocador de calor GAX, aumentando dessa forma, a vazão em massa da solução na seção de maior temperatura do absorvedor. O desempenho do ciclo GAX ramificado foi 20% maior do que o ciclo GAX padrão.

STOICOVICI (1995) apresentou ciclos avançados de absorção GAX regenerativo poli- ramificado, o qual combina as vantagens dos ciclos GAX regenerativo, ramificado, e com recuperação de calor de condensação parcial. A figura 2.19 mostra o esquema de funcionamento do sistema de refrigeração GAX de múltiplas ramificações (poli-ramificado). Neste sistema, uma bomba de solução é adicionada ao ciclo para aumentar a vazão em massa da solução no absorvedor. Os resultados evidenciam a utilização de misturas de fluidos de alta solubilidade em temperaturas elevadas, bem como o aumento da temperatura de evaporação e do número de estágios. Comparando com os resultados obtidos para um ciclo de absorção de duplo efeito, o desempenho do ciclo GAX regenerativo poli-ramificado com dois estágios com recuperação de calor de condensação parcial foi 40% maior do que o anterior e, além disso, possui construção mais simples. Um ciclo GAX regenerativo poli- ramificado com três estágios apresentou valores de COP na faixa entre 1,3 a 1,9 vezes maiores para elevação de temperatura (diferença de temperatura entre o condensador e o evaporador) variando entre 68 e 47°C.

55

Figura 2. 19 – Esquema de funcionamento do Sistema de refrigeração GAX poli-ramificado (STOICOVICI, 1995).

ZALTASH e GROSSMAN (1996) demonstraram o potencial de utilização de misturas ternárias para uso como solução de trabalho em ciclos de absorção avançados através da comparação de desempenho entre o ciclo GAX padrão e o ciclo GAX ramificado usando a mistura binária água-amônia e a mistura ternária brometo de lítio-água-amônia. Os resultados de simulação pela utilização do software ABSIM mostraram que para uma temperatura do gerador em torno de 200°C, o desempenho de ciclos GAX utilizando a mistura ternária foi 21% maior do que em comparação aos ciclos com a mistura binária.

ENGLER et al. (1997) realizaram a simulação de um sistema GAX água-amônia a gás natural, resfriado a ar visando aplicações residenciais e comerciais utilizando um programa modular ABSIM. Eles analisaram diferentes configurações, tais como o ciclo de absorção de simples efeito, o ciclo GAX padrão, o ciclo GAX ramificado e o ciclo com trocador de calor absorvedor para recuperação de calor. Foi investigada a influência dos componentes adicionados para cada estágio do ciclo. Foi calculado um COP no valor de 1,0 para o ciclo GAX.

56