Outros Ciclos GAX avançados

As observações referentes ao ciclo de absorção GAX híbrido mostram claramente que o desempenho do sistema GAX de absorção-compressão é 10 a 30% maior do que o ciclo GAX padrão. Os modelos de simulação desenvolvidos pelos pesquisadores não incluem uma análise minuciosa, como por exemplo, de transferência de calor e massa, dos trocadores de calor. Entretanto, RAMESH KUMAR et al. (2009) mostraram que os valores referentes ao parâmetro global UA do absorvedor e gerador de alta temperatura tem um impacto significativo sobre a capacidade de resfriamento e desempenho do sistema. Do ponto de vista econômico, os pares de fluidos de trabalho nitrato de lítio- amônia e tiocianato de sódio-amônia apresentaram-se como alternativas apropriadas para a solução convencional água-amônia como forma de eliminar a necessidade de um processo de retificação. Entretanto, são necessários mais estudos sobre a utilização de diferentes absorventes para a amônia para aplicação em ciclos GAX de absorção-compressão visando o melhor desempenho deste sistema. Além disso, existe certa limitação em relação ao aumento de pressão do absorvedor através da

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utilização do ciclo absorção-compressão GAX, porque o requisito adicional de energia para comprimir o vapor deve ser menor do que a economia proveniente de redução da necessidade de calor ao gerador.

A figura 2.23 apresenta um fluxograma simplificado do ciclo com absorvedor recuperador de calor que de forma similar com ciclo GAX padrão, o absorvedor é dividido em duas seções. A seção do absorvedor com temperatura mais baixa rejeita calor para o ambiente, enquanto que a seção do mesmo absorvedor com temperatura mais alta é utilizada para pré-aquecer a solução fraca proveniente do gerador pelo uso do calor de absorção que resulta devido a absorção parcial do vapor de refrigerante que sai do evaporador. Portanto, menos calor é requerido para o gerador e, consequentemente, o COP aumenta.

Figura 2. 23 – Fluxograma simplificado do ciclo com absorvedor recuperador de calor.

OZAKI et al. (1996) compararam os desempenhos entre outros ciclos avançados, sendo um ciclo

GAX padrão, um ciclo híbrido (uma combinação de um ciclo de absorção padrão utilizando um

compressor mecânico para a elevação de pressão do vapor de refrigerante) e um ciclo GAX híbrido. Os resultados mostraram que a eficiência para resfriamento do ciclo GAX híbrido foi maior do que todos os outros ciclos estudados, enquanto o desempenho para aquecimento apresentou valores bem próximos para todas as configurações.

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SAGHIRUDDIN e ALTAMUSH SIDDIQUI (1996) analisaram o aspecto econômico e o estudo de desempenho do ciclo de recuperação de calor do absorvedor, conforme mostrado na figura 2.24, utilizando H₂ONH₃, LiNO₃ NH₃ e NaSCN NH₃. O desempenho do sistema aumentou de 20 a 30% na mistura H₂ONH₃ e em 30 a 35% em mistura de LiNO₃ NH₃ e NaSCN NH₃. No entanto, houve uma redução considerável dos custos de energia, também na faixa de 10 a 25% no sistema H₂ONH₃ e cerca de 20 a 30% nos sistemas de LiNO₃ NH₃ e NaSCN NH₃. O custo de operação do sistema foi mais baixa quando biogás foi utilizado como fonte de calor em comparação com GLP.

Figura 2. 24 – Representação esquemática de um sistema de refrigeração por absorção com recuperação de calor do

absorvedor (SAGHIRUDDIN e ALTAMUSH SIDDIQUI, 1996).

ERICKSON e ANAND (1996) desenvolveram um ciclo GAX com troca de vapor denominado de

VX GAX (Vapor Exchange GAX cycle-VX GAX), o qual apresenta configuração semelhante ao ciclo GAX ramificado. Este ciclo possui três níveis de pressão e incorporou o calor de absorção nos

geradores de alta e média pressão. O desempenho desta nova configuração de ciclo foi melhor do que a do ciclo GAX convencional. Resultados apresentados a partir de uma análise econômica mostraram que o ciclo VX GAX fornece refrigeração industrial comercialmente viável operando por calor residual.

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KANG et al. (1999) propuseram um ciclo GAX avançado para aplicações de baixas temperaturas e obtiveram uma temperatura do evaporador de -50°C. Posteriormente, os autores desenvolveram um ciclo GAX avançado com três configurações diferentes denominadas de tipo A, B e C, conforme mostra a figura 2.25, para utilizar calor residual como fonte adicional de aquecimento para a geração de vapor de refrigerante e realizaram uma análise paramétrica através da investigação dos efeitos da temperatura da fonte de calor residual e da temperatura de saída do gás no gerador. No ciclo de tipo A, a seção que possui o trocador de calor do ciclo GAX padrão, a qual utiliza a solução proveniente do absorvedor (solução aquecida na seção de dessorção GAX-GAXD) para promover o aquecimento desta seção de menor temperatura do gerador e, consequentemente, realizar a dessorção de certa quantidade de vapor de refrigerante, é substituída por um trocador de calor para recuperação de calor residual, a fim de reduzir os níveis de temperatura requeridos no gerador e, consequentemente, abrindo a possibilidade de se utilizar o calor residual e evitar problemas de corrosão. Um trocador de calor extra é adicionado ao ciclo GAX do tipo A para formar o tipo B, e no tipo C é realizada uma mudança de posição entre a seção de dessorção GAX e o trocador de calor de solução aquecida. Este é localizado entre o retificador e a seção de dessorção GAX com o objetivo de transferir o excesso de calor da solução forte para a coluna de dessorção. Resultados mostraram que o efeito da temperatura da fonte de calor residual sobre o desempenho do sistema foi insignificante para uma determinada temperatura de saída do gás no gerador. O problema de corrosão apresentado pelo ciclo GAX padrão em temperaturas no gerador acima de 200°C pode ser resolvido através da utilização do ciclo GAX com recuperação de calor residual (Waste GAX cycle-WGAX). O ciclo de tipo A apresentou melhor resultado do ponto de vista do efeito GAX (que é atribuído ao fornecimento de calor de absorção para a dessorção de vapor de refrigerante no gerador), enquanto que, o ciclo de tipo B foi melhor do ponto de vista de perda de exergia. Os autores recomendam que um processo de subresfriamento caracteriza-se como alternativa para aumentar o COP de ciclos GAX com recuperação de calor residual.

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Figura 2. 25 – Esquema de ciclo GAX com recuperação de calor residual (KANG et al. 1999).

2.4 Estudos teóricos de misturas alternativas para ciclos de