Análise energética e exergética de um sistema de refrigeração por absorção de vapor de duplo efeito em série com disposição em torre

João Luiz de Medeiros Neto

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Carlos Antônio Cabral dos Santos

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Resumo

Este trabalho apresenta um estudo energético e exergético detalhado de um sistema de refrigeração por absorção de vapor de duplo efeito em série com disposição em torre. Esse sistema, que emprega água e brometo de lítio como fluidos de trabalho, usa como fonte de energia térmica para acionar o gerador de vapor, a queima direta do gás natural, e tem como propósito principal a produção de água gelada para um sistema de climatização. Desenvolvido e refinado no Laboratório de Energia Sustentável do Instituto de Energia Sustentável da Universidade Federal da Paraíba, este estudo serve como um suporte valioso e um parâmetro crucial para a otimização do protótipo do sistema. No âmbito da análise termodinâmica realizada, são examinados aspectos energéticos e exergéticos para avaliar tanto quantitativa quanto qualitativamente as irreversibilidades e eficiências dos componentes do sistema em estudo. Utilizou-se o software Engineering Equation Solver para resolver as interações no processo de modelamento matemático dos processos analisados. O chiller de absorção em análise é composto por dois geradores de vapor, um sistema de condensação, evaporador, absorvedor, válvulas de expansão, bomba de solução e um trocador de calor. Os resultados da análise exergética revelam que, em termos de eficiência de segunda lei (racional), o evaporador destaca-se como o componente mais eficiente, registrando uma eficiência de 76,14%, seguido pelo gerador de vapor 1 e o trocador de calor, com eficiências de 53,31% e 51,96%, respectivamente. Em relação às irreversibilidades, o gerador de vapor I e II apresentaram, respectivamente, 58,93% e 22,59% do total das irreversibilidades do sistema. O coeficiente de desempenho do sistema ficou em 1,183.

Palavras-chave


brometo de lítio; duplo efeito; estudo energético e exergético; refrigeração por absorção; eficiência exergética


Texto completo:

Referências


AHMAD, T.; AZHAR, M.; SINHA, M. K.; MERAJ, M.; MAHBUBUL, I. M.; AHMAD, A. Energy analysis of lithium bromide-water and lithium chloride-water based single effect vapour absorption refrigeration system: a comparison study, Cleaner Engineering and Technology, v. 7, p. 100432, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clet.2022.100432.

ALCÂNTARA, S. C. S.; VILLA, A. A. O.; COSTA, J. A. P.; CÉZAR, K. L. Análise energética de um chiller de absorção integrado a uma unidade de cogeração a gás natural. Revista Principia - Divulgação Científica e Tecnológica do IFPB, Early View, 2024. DOI: http://dx.doi.org/10.18265/2447-9187a2024id8129.

ALCÂNCARA, S. C. S.; OCHOA, A. A. V.; COSTA J. Â. P.; MENEZES, F. D.; LEITE G. N. P.; MICHIMA, P. S. A.; MARQUES, A. S. Development of a method for predicting the transient behavior of an absorption chiller using artificial intelligence methods. Applied Thermal Engineering, v. 231, p. 120978, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120978.

ALCÂNTARA, S. C. S.; LIMA, A. A. S.; OCHOA, A. A. V.; LEITE, G. N. P.; COSTA J. Â. P.; SANTOS, C. A. C.; CAVALCANTI, E. J. C.; MICHIMA, P. S. A. Implementation of the characteristic equation method in quasi-dynamic simulation of absorption chillers: modeling, validation and first results. Energy Conversion and Management: X, v. 13, p. 100165, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2021.100165.

ALHAMID, M. I.; CORONAS, A.; LUBIS, A.; AYOU, D. S.; NASRUDDIN; SAITO, K.; YABASE, H. Operation strategy of a solar-gas fired single/double effect absorption chiller for space cooling in Indonesia. Applied Thermal Engineering, v. 178, p. 115524, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.115524.

ARSHAD, M. U.; GHANI, M. U.; ULLAH, A.; GÜNGÖR, A.; ZAMAN, M. Thermodynamic analysis and optimization of double effect absorption refrigeration system using genetic algorithm, Energy Conversion and Management, v. 192, p. 292-307, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.03.083.

BEJAN, A.; TSATSARONIS, G.; MORAN M. Thermal design and optimization. John Wiley & Sons Inc., 1996.

BELLOS, E.; CHATZOVOULOS, I.; TZIVANIDIS, C. Yearly investigation of a solar-driven absorption refrigeration system with ammonia-water absorption pair, Thermal Science and Engineering Progress, v. 23, p.100885, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2021.100885.

BORGNAKKE, C.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da termodinâmica. 7. ed. São Paulo: Blücher, 2009.

CAVALCANTI, E. J. C. Energy, exergy and exergoenvironmental analyses on gas-diesel fuel marine engine used for trigeneration system. Applied Thermal Engineering, v. 184, p. 116211, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116211.

CASTAÑO-ROSA R.; BARRELLA R.; SANCHEZ-GUEVARA, C.; BARBOSA, R.; KYPRIANOU, I.; PASCHALIDOU, E.; THOMAIDIS, N. S.; DOKUPILOVA, D.; GOUVEIA, J. P.; KÁDÁR, J.; HAMED, T. A.; PALMA, P. Cooling degree models and future energy demand in the residential sector. a seven-country case study. Sustainability, v. 13, n. 5, p. 2987, 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/su13052987.

HEROLD, K. E.; RADERMARCHER, R.; KLEIN, S. A. Absorption chillers and heat pumps. CRC Press, 2016.

LEITE, C. A. A. F.; ALCÂNTARA, S. C. S.; OCHOA, A. A. V.; SANTOS, C. A. C.; DUTRA, J. C. C.; COSTA, J. A. P.; MICHIMA, P. S. A.; SILVA, H. C. N. Natural gas based cogeneration system proposal to a textile industry: a financial assessment. Energy Efficiency. v.14, p. 20, 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s12053-021-09927-2.

NAGRAJ, S. M.; KOMMADATH, R.; KOTECHA, P.; ANANDALAKSHMI, R. Multi-objective optimization of vapor absorption refrigeration system for the minimization of annual operating cost and exergy destruction, Journal of Building Engineering, v. 49, p. 103925, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103925.

MARQUES, A. S. Avaliação exergoeconômica e exergoambiental de uma unidade de micro-trigeração. 2018. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2018.

MEDEIROS NETO, J. L. Análise comparativa das metodologias de estudo exergoeconômico para um sistema de refrigeração por absorção de vapor de duplo efeito. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/12975. Acesso em: 10 jan. 2024.

MISRA, R. D.; SAHOO, P. K.; GUPTA, A. Thermoeconomic evaluation and optimization of a doube-effect H2O/LiBr vapour-absorption refrigeration system. International Journal of Refrigeration, v. 28, n. 3, p. 331-343, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2004.09.006.

MOREIRA, H. L. Análise termoeconômica de sistemas de refrigeração por absorção com o par água-brometo de lítio. 2004. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa PB, 2004.

ORDONEZ, J. C.; CAVALCANTI, E. J. C.; CARVALHO, M. Energy, exergy, entropy generation minimization, and exergoenvironmental analyses of energy systems: a mini-review. Frontiers in Sustainability. v. 3, p. 2022. DOI: https://doi.org/10.3389/frsus.2022.902071.

PANAHIZADEH, F.; HAMZEHEI, M.; FARZANEH-GORD, M.; VILLA, A. A. O. Thermo-economic analysis and optimization of the steam absorption chiller network plant. Thermal Science, v. 26, n. 1, part A, p. 95-106, 2022. DOI: https://doi.org/10.2298/TSCI200619058P.

PANAHIZADEH, F.; HAMZEHEI, M.; FARZANEH-GORD, M.; VILLA, A. A. O. Evaluation of machine learning-based applications in forecasting the performance of single effect absorption chiller network. Thermal Science and Engineering Progress, v. 26, p. 101087, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2021.101087.

PBGAS – Companhia Paraibana de Gás. João Pessoa PB. Disponível em: https://pbgas.com.br/o-que-e-gas-natural. Acesso em: 20 fev. 2024.

SAOUD, A.; BRUNO, J. C.; BOUKHCHANAA, Y.; FELLAH, A. Performance investigation and numerical evaluation of a single-effect double-lift absorption chiller. Applied Thermal Engineering, v. 227, p. 120369, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120369.

SCHWANZ, C. J.; CAMPOS, J. C. C.; SIQUEIRA, A. M. O.; SILVA, C. L.; CRUZ, M. L.; MINETTE, L. J. Exergoeconomic analysis in a food industry boiler: a case study. International Journal for Innovation Education and Research, v. 10 n. 9, p. 381-393. DOI: https://doi.org/10.31686/ijier.vol10.iss9.3925.

SANTOS, D. H. P. Análise exergética de sistemas de refrigeração por absorção de múltiplos efeitos com o par brometo de lítio-água. 2005. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2005.

TRANE COMPANY, catálogo, 1992. Thermachill direct-fired absorption chillers.

XU, M.; LI, S.; JIN, Z.; JIANG, W.; DU, K. Experimental investigation of the effect of LiBr on the high-pressure part of a ternary working fluid ammonia absorption refrigeration system. Applied Thermal Engineering,v.186, p.116521, 2021.DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116521.

YU, M.; LIU, X.; CHEN, Y.; ZHANG, Z.; WANG, Y.; ZHANG, J.; HAN, Y. A 4E analysis of a novel coupling process of syngas purification and CO2 capture, transcritical CO2 power and absorption refrigeration. Chemical Engineering Journal, v. 445, p.136757, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136757.

ZHOU, Y.; PAN, L.; HAN, X.; SUN, L. Dynamic modeling and thermodynamic analysis of lithium bromide absorption refrigeration system using Modelica. Applied Thermal Engineering, v. 225, p.120106, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120106.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/2447-9187a2024id8362

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