COP - IPSE
Transcrição
COP - IPSE
Universidade Federal da Paraíba Laboratório de Energia Solar - LES Laboratório de Sistemas de Refrigeração por Adsorção LABRADS UFPB João Pessoa – Paraíba, BRASIL Refrigeración y Acondicionamiento de Aire Basados en Adsorción y Energía Solar Antonio Pralon Ferreira Leite [email protected] Rodrigo Ronelli Duarte de Andrade* Moacir Martins Machado* Douglas Bressan Riffel* João Martins dos Reis Neto* Anselmo Oliveira Carvalho* * Aluno Doutorado PPGEM/UFPB Francisco Antonio Belo (Prof. DTM/UFPB) Francis Meunier (Laboratoire du Froid – CNAM, Paris, França) II SIMPOSIO INTERNACIONAL ENERGÍA Y FRONTERA TECNOLÓGICA EN EL SECTOR RURAL Medellín, 24 - 27 de Julio de 2005 LES TECNOLOGIA E SOCIEDADE Refrigeração e Ar Condicionado (R & AC) são tecnologias que tem contribuído com o desenvolvimento sócio-econômico de grande parte da humanidade, uma vez que propiciam a conservação de produtos perecíveis, de medicamentos e vacinas, além de possibilitar a realização de atividades humanas em condições de conforto. Tem grande impacto na matriz energética de um país, principalmente em relação ao consumo de energia elétrica, fazendo-se necessário estabelecer estratégias de economia e uso eficiente da energia para garantir a sustentabilidade dessa tecnologia. 02/82 IMPACTO DOS SISTEMAS DE R & AC NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA BRASIL De acordo com o PROCEL (2003), nos supermercados o consumo de energia em sistemas de R & AC correspondem a 75% do total. Dados da ABRAVA (2003) indicam que o consumo em instalações e equipamentos de AC, na indústria têxtil e em edifícios comerciais, representa 40% da eletricidade total consumida. Estudo da CEMIG (2002) revela que o consumo elétrico requerido por aparelhos de AC em hotéis chega a 23% do total. 03/82 “CADEIA DO FRIO” NOS PAISES EM DESENVOLVIMENTO • • • • • • • Tecnologias obsoletas; Alto consumo de energia; Transporte frigorífico ineficiente e inadequado; Volume de armazenagem inadequado e escasso; Deficiências técnicas no projeto e na operação dos equipamentos; Capacitação técnica e profissional inadequada; Falta absoluta de acondicionamento de produtos agrícolas e pesqueiros em zonas isoladas. 04/82 AVANÇOS TECNOLÓGICOS EM PAISES DESENVOLVIDOS Nos Estados Unidos, de 1960 a 1990, houve um aumento médio de 30% na eficiência dos equipamentos de refrigeração. Atualmente, são 15% mais eficientes que em 1990. Em instalações e equipamentos de AC, nos últimos 30 anos a potência consumida diminuiu 42%, com um aumento da eficiência de 20% e um uma redução de 10 milhões de ton. nas emissões de CO2. Na Europa, entre 1992 e 1995, houve um aumento médio de 15% na eficiência dos sistemas de refrigeração. 05/82 EFEITO FRIGORÍFICO • Fenômeno endotérmico, onde a fonte de calor é o produto ou o espaço a refrigerar; • Há uma grande variedade de métodos para obter efeito frigorífico; • A maior parte dos métodos baseia-se na transferência de calor para um fluido, a qual provoca uma mudança de seu estado termodinâmico a baixas temperaturas. 06/82 MÉTODOS PARA OBTENÇÃO DE EFEITO FRIGORÍFICO • • • • • Dissolução de solutos em solventes; Fusão; Vaporização; Sublimação; Expansão de um gás previamente comprimido; • Efeito termoelétrico (Peltier); • Desmagnetização adiabática; • Efeito termoacústico. 07/82 OBTENÇÃO DE EFEITO FRIGORÍFICO POR EVAPORAÇÃO DE UM FLUIDO • A maioria das máquinas frigoríficas e de AC, para aplicações industriais, comerciais e domésticas, com base na evaporação de um fluido refrigerante ou fluido de trabalho. • As tecnologias que utilizam este princípio são: - compressão (ciclos Rankine, Stirling) - ejeto-compressão - sorção 08/82 Esquema de funcionamento: refrigeração por compressão mecânica de vapor QC Linha de saturação Condensação TC Compressão Compressor Expansão Válvula de expansão Motor elétrico TE Evaporação T S QE Diagrama Temperatura - Entropia 09/82 Circuito frio Circuito quente Evaporador Ejetor QG Gerador Esquema de funcionamento: refrigeração por ejeto-compressão de vapor QE Bomba Condensador Válvula de expansão QC 10/82 CICLOS DE REFRIGERAÇÃO POR SORÇÃO • Similaridade com o ciclo de compressão de vapor: – Processos análogos de condensação, expansão e evaporação de uma substância pura usada como fluido de trabalho. • Principal diferença: – A movimentação do fluido de trabalho não é decorrente de compressão mecânica, e sim de interações fisico-químicas entre diferentes fases. 11/82 CICLOS DE REFRIGERAÇÃO POR SORÇÃO SORÇÃO ABsorção líquido-gás ADsorção sólido-gás (reação química) sólido-gás (s/ reação) hidretos metálicos Os diferentes ciclos utilizam essencialmente energia térmica: - Calor de combustão - Vapor de processo - Rejeitos térmicos - Energia solar 12/82 PROCESSOS DE SORÇÃO • ABsorção. O vapor de um fluido é absorvido por: - uma solução com a qual tem grande afinidade (líquido-gás); - um sólido com o qual ele reage quimicamente, formando um novo produto (sólido-gás). • ADsorção. Um fluido em fase gasosa é absorvido por: - um material microporoso, sem formação de um novo produto; - dois metais que são “hidrogenados” em duas etapas de um mesmo ciclo termodinâmico (neste caso o fluido é o H2). 13/82 REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO LÍQUIDA Absorvedor Gerador Bomba QG QA Válvula QE Evaporador Condensador QC Válvula 14/82 REFRIGERAÇÃO TERMOQUÍMICA Gás Separação Condensador QGE TGE PGE Sal + Gás QC Zona de regeneração Válvula de expansão QRE TRE PRE Sal + Gás Zona de reação Evaporador QE Absorção Gás 15/82 REFRIGERAÇÃO POR ADSORÇÃO Gás Dessorção Condensador QDE TDE PDE Adsorvente + fase adsorvida QC Zona de regeneração Válvula de expansão QAD TAD PAD Adsorvente + fase adsorvida Zona de adsorção Evaporador QE Adsorção Gás 16/82 PARÂMETRO DE EFICIÊNCIA • A eficiência de um ciclo de refrigeração é dada pelo Coeficiente de Performance (COP), definido por: Efeito Frigorífico COP = Energia Consumida Nos ciclos de compressão: COP = Nos ciclos de sorção: COP = QE WC QE QG 17/82 PARÂMETRO DE EFICIÊNCIA • Para sistemas de sorção, é usual uma expressão do COP que leva em conta a eficiência das trocas de calor no regenerador: COPi COP = 1− r COPi= rsol ≈ 0,40 → 0,75 rliq ≈ 0,75 → 0,85 Efeito Frigorífico Variaçãode Entalpiade Sorção+ InérciaTérmicados Materiais Da experiência: 0,2 < COPi < 0,5 18/82 REFRIGERAÇÃO E MEIO AMBIENTE • Aspectos globais a considerar: - Liberação de fluidos na atmosfera (contribuição a OD & GW); - Emissão de CO2 pelo consumo de energia primária (GW). • OD – Ozone Depletion • GW – Global Warming 19/82 FLUIDOS DE TRABALHO USUAIS • • • CFCs – clorofluorcarbonetos (R-11, R-12): altamente nocivos à OD HCFCs – hidroclorofluorcarbonetos (R-22, R-141b): leve impacto na OD, mas contribui para o GW HFCs – hidrofluorcarbonetos (R-134a, R-404A): zero impacto na OD e menos agressivos quanto ao GW 2020 Gás de Efeito Estufa W/m2 % CO2 2,62 70,1 CH4 0,62 16,6 N 2O 0,23 6,1 CFC + HCFC + HFC 0,27 7,2 Total 3,74 100,0 FONTE: Cenário IS92a do Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 20/82 O QUE DIZEM OS PROTOCOLOS ? • Montreal (1988): CFCs banidos; HCFCs deverão ser extintos entre 2010 e 2014. • Quioto (1997): restrições aos HFCs • No ranking mundial de paises emissores de gases de efeito estufa, Brasil é 6o. 21/82 PRINCIPAIS ALTERNATIVAS AOS FLUIDOS FLUORADOS • Fluidos naturais: NH3, CO2, H2O • Hidrocarbonetos: Butano, Propano • Sistemas de sorção: - Absorção (LiBr-H2O, NH3-H20) - Reação química (sais de amônia) - Adsorção (H20, NH3, CH3OH) 22/82 ELETRICIDADE Produção de Efeito Frigorífico Conversão Termoelétrica η = 1/3 ENERGIA PRIMÁRIA: CALOR SISTEMAS DE SORÇÃO COP = 3 Eficiência Global: 1 REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO para ser competitivos COP > 1 23/82 SISTEMAS DE SORÇÃO POR ABSORÇÃO LÍQUIDA PRINCIPAIS PARES E RESPECTIVAS APLICAÇÕES • Ar condicionado: - Brometo de lítio-água - Cloreto de lítio-água • Câmaras frigoríficas e máquinas de gelo: - Amônia-água 24/82 DESCRIÇÃO DOS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO CICLO INTERMITENTE Condensador Retificador Evaporador Gerador/Absorvedor 25/82 DESCRIÇÃO DOS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO CICLO CONTÍNUO DE SIMPLES EFEITO QG QC QE FONTE: http://myspace.eng.br/eng/refrig/refrig1.asp QA 26/82 DESCRIÇÃO DOS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO CICLO COMBINADO COM EJETOR FONTE: A. Sözen & M. Özalp, 2005 27/82 OUTROS CICLOS DE ABSORÇÃO LÍQUIDA • • • • • • • • Ciclo continuo em sistema aberto Ciclo com fluxo por difusão Ciclo contínuo com ressorção Ciclo contínuo de duas etapas Ciclo de múltiplos efeitos Ciclo com GAX Ciclo de efeito médio Ciclo dual (BrLi-H20/NH3-H20) 28/82 DESCRIÇÃO DOS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO TERMOQUÍMICA • Sais mais comumente empregados - Cloreto de Cálcio - Cloreto de Manganésio - Cloreto de Bário - Cloreto de Estrôncio • Fluido refrigerante: Amônia • Principal vantagem: simplicidade operacional • Inconveniente: alterações de volume no sal de amônia 29/82 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO TERMOQUÍMICA Experiências de Laboratório (últimos 20 anos) • • • • • Protótipos (I e II) de Worsoe-Schmidt (1983) Refrigerador solar “Coldfego” de Fléchon (1984) Máquina de gelo de Iloeje (1985) Máquina de gelo de Balat-Crozat (1988) Protótipo industrial da Dornier GmbH (1990); patente do IMP/CNRS – Perpignan, França. • Faixa de eficiência: 0,06 < COP < 0,14 30/82 SISTEMAS DE RESFRIAMENTO COM DESSECANTES • Aplicação: ar condicionado Humidifier 9 8 7 6 5 5´ Heater 1 Desiccant Wheel FONTE: W. Pridasawas, 2003 2 3 4 Heat Exchanger Humidifier Wheel 31/82 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ADSORÇÃO Principais pares adsorvente-adsorvato FONTE: N.C. Srivastava & I.W. Eames, 1998 32/82 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ADSORÇÃO Escolha do par de acordo com a aplicação • Ar condicionado e refrigeradores domésticos: - Zeolita-água - Gel de sílica-água • Câmaras frigoríficas e máquinas de gelo: - Carvão ativado-metanol - Carvão ativado-amônia - Zeolita-água FONTE: N.C. Srivastava & I.W. Eames, 1998 33/82 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ADSORÇÃO Possibilidades tecnológicas • Ciclos intermitentes: - Efeito frigorífico e regeneração ocorre alternadamente; - Tecnologicamente simples; - Baixos COP. • Ciclos avançados: - Baseia-se na recuperação de calor e/ou massa; - Diversas alternativas tecnológicas; - COP mais elevados. 34/82 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR ADSORÇÃO Ciclos Avançados • Ciclos avançados I (processos a temperatura constante): - Duplo ou triplo efeito (2 níveis de pressão); - Múltiplos adsorvedores (2 níveis de pressão, único fluido, 1 evaporador e 1 condensador); - Cascata (vários fluidos, evaporadores e condensadores; 2 níveis de pressão por fluido); - Ressorção; - Triplo estágio (4 níveis de pressão). • Ciclos avançados II (processos com frentes de temperatura): - Propagação de ondas de calor; - Ondas térmicas de convecção forçada; - Trocadores de calor rotativos. 35/82 ENERGIA SOLAR APLICADA À REFRIGERAÇÃO A energia solar pode representar uma alternativa para operar sistemas de R & AC, possibilitando economia de energia elétrica e diminuição do impacto ambiental. São aplicações interessantes da energia solar, uma vez que, nas regiões mais ensolaradas, tanto a demanda por resfriamento, quanto a de carência de energia são maiores . A refrigeração solar abrange várias opções tecnológicas, que incluem sistemas operando por conversão térmica (direta e indireta) e fotovoltáica. 36/82 COEFICIENTE DE PERFORMANCE SOLAR Efeito Frigorífico COPsolar = = η COP Radiação Solar Diária η – eficência térmica de conversão solar • No caso de máquinas de gelo: Efeito Frigorífico ≡ Massa de Gelo x Calor Latente de Fusão 37/82 OPÇÕES TECNOLÓGICAS DA REFRIGERAÇÃO SOLAR FONTE: W. Pridasawas, 2003 38/82 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO FOTOVOLTAICOS • • • • • • • Refrigeradores à compressão de pequeno porte Adaptados para operar com corrente contínua Capacidade de estocagem: 27 a 100 litros Capacidade de congelamento: 5 a 60 litros Uso: conservação de vacinas e refrigeração doméstica (0oC a 8oC) COPsolar (médio): 0,09 Estimativas de unidades instaladas no mundo, fomentadas pelo Programa Extensivo de Vacinação da OMS: 1985 → 600 (180 kWp) 1997 → 7.000 (1.600 kWp) FONTE: IIR, 1999 39/82 REFRIGERADORES FOTOVOLTAICOS A COMPRESSÃO Fabricantes certificados pela OMS/UNICEF • BP Solar Inglaterra Dulas Inglaterra NAPS Norway Noruega Photocomm Estados Unidos Solarex Estados Unidos Sun Frost Estados Unidos BP Solar Australia Austrália Tata BP Solar India Faixa de preço dos equipamentos: 3.000 a 7.000 US$ + 1.000 US$/ano (manutenção) FONTE: IIR, 1999 40/82 CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE ABSORÇÃO LÍQUIDA E SÓLIDA (Reação Química) FONTE: I.P. Figueroa, 2004 41/82 REFRIGERADOR SOLAR TERMOQUÍMICO COLDFEGO FONTE: IIR, 1999 • Testado em Boulsa, Burkina Faso, durante 2 anos; • Recebeu certificado da OMS; • Temperatura da câmara fria: 0oC a 8oC; • A Comesse Soudure (Empresa francesa) comercializou 30 unidades em diversos paises. 42/82 REFRIGERADOR SOLAR DE ABSORÇÃO ISAAC • • • • • FONTE: IIR, 1999 ISAAC – Intermittent Solar Ammonia Absorption Cycle Marca registrada da empresa americana Energy Concepts Tecnologia solar: coletores óticos de concentração fixa Capacidade média diária de produção de gelo: 4,5 kg/m2 COPsolar: 0,084 43/82 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO SOLAR POR ADSORÇÃO Máquina intermitente, com conversão térmica direta. • Vantagens: - Podem funcionar sem consumo de energia elétrica ou mecânica; - Tecnologia de coletores planos pode ser empregada; - Compatível com o uso de fluidos não agressivos ao meio ambiente. • Desvantagens: - Descontinuidade do ciclo; - Baixos COP. 44/82 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO adsorvedor/ coletor solar condensador evaporador câmara fria 45/82 CICLO TERMODINÂMICO IDEAL QDA QCD a 40 310 270 230 190 150 110 adsorvedor 345 QAB 70 D 30 A 212 30 126 20 10 72 0 C 39 B Vapor pre ssure (hPa) Saturating te mpe rature (ºC) Adsorbe d phase conce ntration (g/kg de adsorbe nt) vapor QBC vapor condensador líquido 20 -10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 evaporador Adsorbe nt te mpe rature (ºC) Esquema da máquina intermitente 46/82 GEOMETRIA DOS ADSORVEDORES Adsorvedores planos (tipo caixa) Geometria usada nos protótipos do LIMSI-CNRS, de Orsay, França Detalhes do adsorvedor de máquina de gelo do IRC da Univ. Shangai, China 47/82 PROTÓTIPO DE CÂMARA FRIGORÍFICA ZE-H2O DESENVOLVIDO PELO LIMSI-CNRS (Orsay, França) Testado em Montpellier, França, no início dos anos 80. • Área de coletores: 20m2 • COPsolar (médio): 0,10 48/82 PRIMEIRO PROTÓTIPO DE MÁQUINA DE GELO CA-METANOL DESENVOLVIDO NO LIMSI-CNRS Testado em Orsay, França, em meados dos anos 80. • Produção média de gelo: 5,6 kg/m2dia • COPsolar (médio): 0,085 49/82 MÁQUINAS DE GELO CA-METANOL DESENVOLVIDAS PELO LIMSI-CNRS E FABRICADAS PELA BLM Testadas em Agadir, Marrocos, no final dos anos 80. • Produção média de gelo: 4 a 6 kg/m2dia • COPsolar: 0,07 a 0,12 50/82 PROTÓTIPO DE REFRIGERADOR GS-ÁGUA DO LIMSI-CNRS (Orsay, França) Testado em Yverdon-les-Bains, Suiça, em 2000 e 2001 • • Potência frigorífica (efetiva) média: 4,0 MJ/dia COPsolar (médio): 0,13 FONTE: C. Hildebrand et al., 2004 51/82 PROTÓTIPO DE SISTEMA DESENVOLVIDO PELO LIMSI-CNRS (Orsay, França) Refrigerador de última geração (CA-Me), derivado do modelo “Gaspard” da BLM-LIMSI, fabricado em Lille, França. 52/82 REFRIGERADOR DE CA-METANOL DESENVOLVIDO EM NSUKKA, NIGÉRIA • Temperatura no evaporador: 1oC a 8,5oC • COPsolar: 0,07 a 0,15 FONTE: E.E. Anyanwu & C.I. Ezekwe, 2003 53/82 MÁQUINA DE GELO “NO VALVE” DE CA-METANOL DESENVOLVIDA EM SHANGAI, CHINA FONTE: M. Li et al., 2004 • Produção média de gelo: 4,0 kg/m2dia • COPsolar(médio): 0,079 54/82 ADSORVEDOR TUBULAR COM COBERTURA DE VIDRO SOB VÁCUO (HONG KONG) • Temperatura máxima nos tubos: 130oC a 135oC • Eficiência térmica (η) do coletor-adsorvedor: 30 a 40% FONTE: Y.J. Dai & K. Sumathy, 2003 55/82 HISTÓRICO DAS PESQUISAS EM REFRIGERAÇÃO SOLAR NO BRASIL • 1976 (A.S. Coutinho): - Desenvolvimento experimental no LES/UFPB (João Pessoa), de um pequeno refrigerador, baseado em absorção líquida, com o par NH3-H2O. - Temperatura mínima no evaporador: 0oC • 1984 (P. Vodianitskaia & R.P. Klüppel): - Desenvolvimento experimental no LES/UFPB (João Pessoa), de um refrigerador de adsorção, de 1 m2 de área de captação, com o par Gel de Sílica-H2O. - Primeiro protótipo com adsorvedor multitubular registrado na literatura. - Temperatura mínima no evaporador: 5oC - COPsolar: 0,055 • 1990 (Silveira Jr): - Desenvolvimento experimental na FEA/UNICAMP (Campinas), de um refrigerador de adsorção, com coletor multitubular de 1 m2, com o par Carvão Ativado-CH3OH. - Produção diária média de gelo (a 0oC): 2,8 kg • 2003 (LABRADS): Protótipo em desenvolvimento no LES/UFPB. 56/82 PROTÓTIPO DO LES/UFPB Máquina de carvão ativado-metanol para fabricação de gelo 57/82 CARACTERÍSTICAS DO ADSORVEDOR-COLETOR SOLAR • Adsorvedor multitubular; • Superfície absorvedora não seletiva (preto fosco automotivo) e bifacialmente irradiada; • Coberturas transparentes modulares e móveis, de policarbonato alveolar (coberturas TIM); • Plano de captação ajustável; 58/82 DADOS DO ADSORVEDOR Carvão Ativado AC-35 placa absorvedora tela metálica 30 mm 76 mm adsorvente Massa em cada tubo: 2,62 kg Massa total de adsorvente: 21 kg Massa metálica total: 39 kg Comprimento efetivo dos tubos: 1,65 m Largura do plano formado pelos tubos: 0,61 m ⇒ Ao = 1,00 m2 59/82 POSICIONAMENTO DAS COBERTURAS TIM Posição durante a regeneração Posição durante o resfriamento 60/82 COEFICIENTE GLOBAL DE PERDAS 8 _ U = 5,2 W/m2K cobertura simples U ( W/m2K ) 6 4 _ U = 2,1 W/m2K cobertura TIM Resultados experimentais: 2 0,60 < U < 1,90 W/m2K 0 5,5 8,8 12,0 15,5 tempo (h) Resultados comparativos de simulações numéricas (cobertura TIM / cobertura simples) 61/82 SISTEMA DE OTIMIZAÇÃO DA INCIDÊNCIA SOLAR 62/82 RESULTADOS OBTIDOS EM DIA DE CÉU LIMPO 110 Tamb 100 1000 Tp 90 Tca Température (ºC) R ayonnem ent Solaire Total (W m -2) 1200 800 600 400 80 70 60 50 40 200 30 0 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 Horaire Local (h) Radiação solar total (05/10/2003) 20 04:00 05/10 08:00 05/10 12:00 05/10 16:00 05/10 20:00 05/10 00:00 06/10 04:00 06/10 Variação de temperaturas Rendimento de conversão solar: η = 38% 63/82 CICLO TERMODINÂMICO Concentration (g/kg) 310 40 270 230 190 150 110 345 212 30 30 9:25 20 13:57 126 10 72 0 39 Vapor pressure (hPa) Saturating tem perature (ºC) 70 4:00 19:00 3:20 -10 20 30 40 50 60 20 70 80 90 100 110 120 Regenerating tem perature (ºC) 64/82 VARIAÇÕES DE TEMPERATURAS NO INTERIOR DA CÂMARA FRIA Cham bre froide - Variation de s te m pérature s 35 30 Température (ºC) 25 20 15 10 5 0 -5 -1 0 5 :0 0 8 :0 0 1 1 :0 0 1 4 :0 0 1 7 :0 0 2 0 :0 0 2 3 :0 0 2 :0 0 5 :0 0 H o ra i re Lo ca l (h ) T amb ien te T ág u a T s at T ar câmara T ev ap 65/82 FORMAÇÃO DE GELO E FRAGMENTOS RETIRADOS DO EVAPORADOR (06/10/2003) • Quantidade de gelo produzido: 6,05 kg/m2 • Temperatura: - 3,3oC 66/82 COMPARAÇÃO COM RESULTADOS DE OUTROS PROTÓTIPOS Treg Tads Tcon Tev Esi Mcon Mgelo (max) (min) (mean) MJ/m2 kg/m2 kg/m2 COPs oC oC oC (min) João Pessoa 94,0 24,3 30,0 - 4,6 23,7 3,0 6,05 0,085 Protótipo de Monastir1 90,0 12,0 27,5 - 2,0 25,0 2,5 5,00 0,067 Protótipo de Agadir2 98,0 15,0 21,0 --- 19,5 --- 4,00 0,069 Sistema Protótipo oC 1 Adsorvedor plano, com 15 kg de CA, 0,8 m2 de S.S.S., cobertura de vidro simples e condensador a água. 2 Adsorvedor plano, com 20 kg de CA, 1,0 m2 de S.S.S., cobertura de vidro simples e condensador a ar. η = (João Pessoa)= 38% η = (Monastir)= 40% η = (Agadir)= 41% 67/82 PRINCIPAIS PUBLICAÇÕES (LABRADS) • A.P.F. Leite, M.B. Grilo, R.R.D. Andrade, F.A. Belo, F. Meunier, “Experimental Evaluation of a Multi-Tubular Adsorber operating with Activated CarbonMethanol”. Adsorption, Holanda, Vol. 11, pp. 543-548, 2005. • A.P.F. Leite, M.B. Grilo, R.R.D. Andrade, F.A. Belo, “Dimensioning, Thermal Analysis and Experimental Heat Loss Coefficients of an Adsorptive Solar Ice Maker”. Renewable Energy, Inglaterra, Vol. 29 (10), pp. 1643-1663, 2004. • A.P.F. Leite, M. Daguenet, “Performance of a Solid-Adsorption Ice Maker with Solar Energy Regeneration”. Energy Conversion and Management, Inglaterra, Vol. 41, pp. 1625-1647, 2000. • A.P.F. Leite, M.B. Grilo, R.R.D. Andrade, F.A. Belo, F. Meunier, “An Improved Multi-Tubular Solar Collector applied to Adsorption Refrigeration”. In: Proc. ISES Solar World Congress, Orlando, Estados Unidos, 2005. • A.P.F. Leite, M.B. Grilo, R.R.D. Andrade, F.A. Belo, F. Meunier, “Experimental Performance of an Advanced Solar-Powered Adsorptive Ice Maker”. In: Proc. 10th Brazilian Congress of Thermal Engineering and Sciences (ENCIT), Rio de Janeiro, 2004. 68/82 Esquema de funcionamiento Sistema de Enfriamiento Primario 69/82 70/82 TIM cover non selective absorbing plate TIM cover reflectors TIM: Transparent Insulation Material – a capillary structure in polycarbonate confined between 2 glass plates. 71/82 Sistema de Enfriamiento Secundario Parameter Value Total plant area of the rooms 110 m2 Occupancy period 8h Inlet air temperature 14ºC Return air temperature 26ºC Cooled water temperature variation 13ºC Effective cooling power 20 kW 72/82 Sistema de Enfriamiento Primario Parameter Value Chiller operation time 10 h Cycle time for each adsorber 2h Cooled water temperature variation Mean total solar radiation Temperature increase in the collectors Cooling power 20ºC 21.3 MJ/m2day 35ºC 24 kW 73/82 Sistema de Enfriamiento Primario Parameter Value Coverage of regeneration heat supplied by solar energy 70% Maximum temperature inside the storage water tank supplied by the solar collectors 90oC Inlet temperature of the water into the adsorber 105oC Outlet temperature of the water from the adsorber 75oC 74/82 Sistema de Enfriamiento Primario Parameter Value Activated carbon mass in each adsorber 252 kg Total methanol mass 144 kg Volume of the cooled water storage tank Solar collector total area Volume of the hot water storage tank 10,300 liters 120 m2 7,000 liters 75/82 Hot water (adsorber I) Cold water (adsorber II) methanol Warm water (adsorber I) Warm water (adsorber II) 76/82 77/82 Coeficiente de transferencia de calor - lado da la coraza - Nu −1 / 3 ⎛ μ ⎞ Y = ⎟⎟ Pr ⎜⎜ 12 ⎝ μw ⎠ −0.14 + 5 hsh = 670 W/m2K 130 Adapted from Fraas & Ozisik, 1965 78/82 Effective cooling load COP = Input thermal energy ( solar + gas ) 20 x10 3 x8 x3600 = = 0 .4 6 6 ( 21 .3 x 10 x 0.4 x 120 ) + ( 438 x10 ) Energía Solar (70%) Gas (30%) 79/82 Con base en los parámetros de proyecto de la instalación central de aire acondicionado propuesta, se puede inferir: λ Para una regeneración solar de 70%, y una variación de 105oC a 75oC en la temperatura del agua a través del adsorbedor, el flujo másico debe ser de 1.400 kg/h; λ El coeficiente de transferencia de calor - lado de la coraza - del intercambiador agua/adsorbente es de 670 W/m2K, lo que significa un valor considerable para este parámetro; λ El coeficiente de performance estimado (0,4) es relativamente bajo, pero su valor es aceptable, teniendo en cuenta la predominancia de la cobertura solar; λ Un estudio imprescindible para el correcto dimensionamiento de la instalación es la optimización de la relación entre la cantidad de adsorbente y la duración del ciclo. 80/82 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os dados levantados sobre os sistemas de refrigeração solar (SRS) indicam que: • Os custos de sistemas fotoelétricos e de refrigeradores e máquinas de gelo fototérmicos são muito altos; • Pequenos refrigeradores fotoelétricos tem preço médio de 5.000 US$; igual valor se estima para máquinas de sorção que produzem até 16 kg de gelo/dia; • As eficiências ainda são muito baixas (COPsolar < 0,15) e devem ser melhoradas, ao mesmo tempo em que os custos dos equipamentos devem ser reduzidos; • Uma perspectiva razoável seria alcançar valores de COPsolar em torno de 0,20, para que os SRS possam se tornar viáveis em zonas remotas. 81/82 CONSIDERAÇÕES FINAIS Perspectivas para melhorar a eficiência dos sistemas de sorção Coletores de Placa Plana // Ciclos Intermitentes Coletores de Alta Performance // Ciclos Avançados 40% → 50% 50% → 60% Eficiência do ciclo (COP) 0,3 → 0,4 1,0 → 1,2 Eficiência global (COPsolar) 0,12 → 0,20 0,5 → 0,7 Parâmetro Eficiência do coletor-adsorvedor (η) 82/82
Documentos relacionados
EMC 410087 Conversão e Uso Racional de Energia II
Disciplina: Conversão e Uso Racional de Energia II – Ciclos de Refrigeração Área(s) de Concentração: Engenharia e Ciências Térmicas Carga Horária Total: 30 h Teórica: 22 h Prática: 08 h Prof. Rogér...
Leia mais