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Como citar este trabajoAn. 3. Enc. Energ. Meio Rural 2003
Instalações de refrigeração por absorção – a experiência da MADEF
Ingo Norberto Mühle
Gerente da MADEF S.A. Indústria e Comércio, Rua Liberdade, 1315, Vila Rosa, CEP 92020-240, Canoas, RS, CEP Cidade, UF tel: (051) 4772399 fax: (051) 4771488
RESUMO
Neste trabalho são apresentadas as experiências da MADEF S.A. Ind. e Com. No campo da refrigeração por absorção. A tecnologia de produzir frio por absorção difere basicamente da compressão mecânica relativamente por utilizar muito pouca energia elétrica e mais intensamente uma forma de energia térmica de baixo custo. Portanto, em muitas situações sua aplicação pode ser vantajosa no Brasil. Este trabalho discute algumas destas experiências, notadamente em aplicações de baixa temperatura.
Palavras-chave: Refrigeração por Absorção, Cogeração, Frio, Gelo.
ABSTRACT
In this paper it is presented the MADEF's experience in absorption refrigeration in Brazil. Absorption refrigeration might be particularly adequate in some isolated areas where electricity supply doesn't exist or is expensive and there is abundant and low-cost thermal energy. The paper discusses the experience resultant from some projects in Brazil.
INTRODUÇÃO
A instalação de absorção usa energia térmica de baixo custo, ou calor restante totalmente gratuito, para a produção de frio.
Se distingue das instalações por compressão pela ausência da compressão mecânica dos gases, isto é, elevação da pressão do gás por compressores da pressão de evaporação à pressão de condensação.
Na instalação de absorção os gases são absorvidos por um líquido a pressão de evaporação e uma bomba eleva a pressão desta solução até a pressão de condensação.
A energia gasta para o bombeamento da solução é apenas 5 a 10% da energia gasta pelos compressores (Veja tabela N-559).
Trataremos aqui apenas instalações por absorção do par NH3-Água.
FUNCIONAMENTO DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO (Veja esquema N-563)
É conhecida a propriedade da água absorver NH3 gasoso formando uma solução rica. Quanto mais alta a pressão e quanto mais baixa a temperatura da água maior a quantidade de NH3 absorvido. O absorvedor II está ligado ao separador 7 e aos evaporadores 9 e está sob pressão de evaporação. Pela válvula 17 é injetada solução pobre em NH3.
A solução pobre absorve os gases de NH3 no absorvedor produzindo uma depressão que succiona novos gases do separador 7.
A absorção gera calor que é removido por água de resfriamento.
A solução pobre absorve NH3 gasoso a baixa pressão no absorvedor formando-se uma solução rica, esta é transportada pela bomba 13 para o intercambiador de solução 14 e via coluna 2 ao expulsor 1. Nestes equipamentos existe pressão de condensação.
No intercambiador 14 a solução rica troca calor com a solução pobre vindo do expulsor para uma vez deixar a solução pobre fria, condição necessária para que haja absorção e por outro lado melhorar o rendimento térmico da instalação pré aquecendo a solução rica. No expulsor a solução é aquecida destilando o NH3 absorvido no absorvedor II, transformando a solução rica em pobre.
O aquecimento do expulsor pode ser feito por vapor, por gases quentes, por queima direta, etc. Os gases liberados pelo expulsor são retificados na coluna 2 pelo condensador de retificação 3.
Os gases retificados são NH3 praticamente puros e vão ao condensador 4, onde por extração de calor são condensados.
O líquido é coletado no recipiente 5, donde sai para trocar calor no intercambiador de NH3 no. 6 com os gases que saem do separador de líquido. O líquido sub resfriado é injetado no separador pela bóia 10 fechando assim o circuito de NH3.
A instalação até aí explicada trabalha com um nível de evaporação e um estágio. Pode-se ligar 2 ou vários estágios em série no circuito da solução, produzindo frio em 2 ou vários níveis de temperatura conforme as necessidades.
VANTAGENS DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO
a.- Consome 5 a 10% da energia elétrica de uma instalação com compressores.
Exemplo:
Qo = 1.000.000 Kcal/h (capacidade frigorífica)
Temperatura de evaporação = -35ºC
Veja tabela N-559
Para esta produção de frio necessitamos compressores num total de 526 KW/h.
A bomba de solução consumiria apenas 31 KW/h e o calor necessário para o expulsor será de 2.817.000 Kcal/h.
É evidente que o custo deste calor deve ser baixo, queima de resíduos, calor restante, gases quentes de chaminé, condensação de vapor de descarga de turbina de contra pressão, etc.
A temperatura do meio de aquecimento para produzir a temperatura de -35ºC numa instalação de absorção pode ser de até 162ºC conforme tabela N-559.
b.- Rendimento constante com a capacidade reduzida, representa uma grande vantagem sobre os compressores de grande porte, que a capacidade reduzida tem baixo rendimento.
c.- Equipamento totalmente nacional.
d.- Manutenção reduzida por ausência de máquinas.
e.- Investimento, consideravelmente, menor do que instalação de igual capacidade com compressores.
f.- Operação segura e não é afetada por aspiração de líquido (muito problemática em compressores).
- Fácil eliminação de ar do sistema.
- Não é afetada por contaminação do NH3 por água (o que em instalações com vários anos de uso tem se mostrado problemática).
- Os evaporadores não tem sua troca térmica reduzida pela presença de óleo lubrificante.
g.- Como a instalação de absorção transporta massas e não volumes, a redução de capacidade com o abaixamento da temperatura de evaporação é bem menor do que como em instalações com compressores.
AS ÚLTIMAS INSTALAÇÕES DE ABSORÇÃO
Após alguns anos de intervalo, a Madef recebeu em 1987 uma nova encomenda para construção e montagem de uma instalação de Absorção.
Trata-se da instalação da Indústria de Pescados Furtado, filial de Itajaí, cujo proprietário Moacir Furtado, percebendo a escalada de custo e falta de energia elétrica, decidiu-se por uma instalação de absorção no lugar de uma instalação de compressão.
Esta instalação entrou em operação em Fevereiro de 1988.
Na instalação de absorção a compressão mecânica é substituída por um processo de absorção, bombeamento e expulsão dos gases consumindo apenas, aproximadamente, 10% de energia elétrica de uma instalação de compressão do mesmo porte.
A instalação de Furtado/Itajaí é de dois níveis: o 1º nível - 40ºC com 400.000 Kcal/h, atende uma câmara de estocagem de 6000 m³, 2 túneis de congelamento de 2000 kg/h cada e 1 armário de congelamento de placa de 600 kg/h. O 2º nível a -15ºC com 900.000 kcal/h atende uma câmara de recepção de pescado de 40.000 kcal/h, os desumidificadores da ante câmara e 4 geradores de gelo automáticos para um total de 120t/dia de gelo.
Uma instalação de compressão para esta capacidade necessitaria compressores com uma potência total de 1100CV.
Na instalação de Absorção existem duas bombas de solução, uma de 75CV e outra de 15CV. A energia de expulsão na instalação de Furtado vem de uma caldeira que queima aparas, serragem e lenha. O vapor necessário a toda capacidade é de 6000 kg/h.
A vantagem no custo operacional depende do baixo custo do combustível. A reduzida necessidade de manutenção e total ausência de óleo no sistema, são dois fatores que pesam na escolha de uma instalação de absorção.
Os sistemas de controle de nível são do tipo Lic, o controlador de vazão é do tipo placa de orifício com coluna de mercúrio.
O controle de temperatura do expulsor por válvula de pressão constante no vapor é o que tem de simples e funcional, a temperatura se mantém exata no ponto desejado com qualquer variação de capacidade. As bombas de solução marca KSB de um estágio são confiáveis e de simples e pouca manutenção. O sistema de retificação dos vapores de NH3 na saída da coluna garantem um líquido com o mínimo de contaminação de água na instalação e os reconcentradores montados nos geradores e no sistema de baixa são eficientes assim como os drenos de ar montados.
Tínhamos, inicialmente, a preocupação de contratar um técnico operador de instalação de absorção, mas vimos logo que isto era desnecessário, pois algumas horas de explicação o foguista da caldeira teve condições de operar a instalação.
O projeto se baseou em conhecimentos adquiridos da "Borsig", empresa alemã que se dedica a instalações de absorção há mais de um século, e mais experiências colhidas em instalações de absorção que já fabricamos emontamos com a moto importadora, F.R. Amaral, Joqueira, Cocam, Lioval.
É de se estranhar o pouco uso que se tem feito deste tipo de instalação em nosso país, o que é parcialmente explicável pela maior complexidade do projeto em relação a uma instalação de compressão.
A crescente escassez de energia elétrica e a disponibilidade de combustíveis de baixo custo, certamente, tornarão este tipo de instalação cada vez mais interessantes.
INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO PARA BARCO DE PESCA
As instalações frigoríficas de compressão a R-22 em barcos de pesca, tem se mostrado pouco confiáveis e de manutenção cara.
Freqüentemente, barcos são obrigados a interromperem a pescaria e retornarem a base, por apresentarem problemas no sistema frigorífico (vazamentos de gás, umidade no sistema, quebra do compressor, etc.).
A necessidade de uma instalação frigorífica confiável, de simples operação, baixo custo de manutenção e com reserva de capacidade, levou a considerar o uso de uma instalação de absorção par NH3 - H20.
O calor necessário para este tipo de instalação, existe de sobra nos gases de descarga do motor diesel de propulsão.
O projeto resultou na instalação de absorção, conforme fluxograma anexo, fabricada pela Madef S.A. em Canoas - RS.
CARACTERÍSTICAS DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO
Capacidade: 30.000 Kcal/h
Temperatura de evaporação: -30ºC
Meio de aquecimento: gases de descarga do motor diesel de propulsão de 295CV a 500ºC.
Meio de resfriamento: água do mar a 25ºC
Dispositivos de congelamento: prateleiras de contato
Evaporadores de manutenção das urnas: serpentinas aletadas de ar parado
Capacidade de congelamento: 200 kg/h
Temperatura das urnas: -20ºC
Capacidade de barco: adaptável à capacidade de porões de várias cubagens
A primeira instalação deste tipo foi testada na fábrica para confirmação de performance, conseguindo-se resultados plenamente satisfatórios, circulando 122 kg de NH3/h pelo evaporador, com uma pressão absoluta de 1,2 kg/cm² e por um orifício calibrado de Ø 1,5mm, com diferencial de pressão de 13 kg/cm². A bomba de solução do tipo êmbolo (deslocamento positivo) mereceu especial atenção. Adaptou-se uma bomba comercial de água de alta pressão, no qual obteve-se pleno sucesso, circulando 1.100 litros/h de solução (H2O + NH3), com diferencial de pressão de 14 kg/cm².
O controle de fluxo de solução é feito por bóia moduladora de ação direta.
O compressor que seria necessário para operar a presente instalação, precisaria de um motor elétrico de no mínimo 25CV.
A instalação de absorção aproveita o calor dos gases de descarga do motor de propulsão desperdiçado e o gasto de energia, se limita a bomba de solução de baixa rotação de aproximadamente 1CV para esta instalação, acionada pelo motor principal.
VANTAGENS DA INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO SOBRE A DE COMPRESSÃO MECÂNICA
- Energia gasta não tem custo.
- Manutenção reduzida pela ausência de motor e compressor.
- Baixo custo da carga de gás e reduzida possibilidade de fuga.
- Trocadores de calor não necessitam de manutenção.
- Insensível a golpes de líquido, aspiração de gases úmidos ou muito superaquecidos e umidade no sistema.
- Possibilidade de operar com temperatura de evaporação abaixo do projeto.
- Evaporadores não são contaminados por óleo, mantendo sua capacidade de troca térmica.
- Segurança de operação a baixo custo.
INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO MONTADA NUMA CARRETA FRIGORÍFICA
As Indústrias Quaker (Coqueiro) de Itajaí encomendaram em fins de 88 uma instalação de absorção montada numa carreta frigorífica para congelamento e estocagem de camarão em lugares com pouca energia elétrica disponível.
A instalação de 35.000 kcal/h a -35ºC atende uma câmara fria de 2,5 x 2,5 x 5 m com evaporador de ar forçado e um congelador de placas verticais.
A instalação é aquecida por GLP queimando a toda capacidade 9 kg/h de gás. O condensador, resfriador de solução, absorvedor e recipiente de amônia foram montados num condensador evaporativo e toda a instalação foi montada numa área de 3 x 2,5 m. O NH3 é distribuído por bomba a partir de um separador de líquido central. O controle de fluxo é por bóia moduladora de ação direta montada no expulsor.
A bomba de solução é de deslocamento positivo com 1CV de potência.
Descongelamento a gás quente. O teste da instalação mostrou-se plenamente satisfatório, congelou 450 litros de água em 1,5 h e manteve a câmara a -25ºC.
INSTALAÇÃO DE ABSORÇÃO PARA FRIGORÍFICO DE BOVINOS
O Frigorífico Extremo Sul de Pelotas - RS já há algum tempo vem queimando casca de arroz nas suas caldeiras para produção de vapor.
Como este combustível não tem custo, veio a idéia de aumentar a produção de vapor e usá-lo como meio de aquecimento para uma instalação de absorção para substituir a instalação de compressão, que está montada no frigorífico.
O custo do investimento será amortizado em menos de 2 anos pela economia de energia elétrica.
A instalação tem 2 níveis de evaporação:
- 1.000.000 kcal/h a -35ºC
- 1.000.000 kcal/h a -10ºC
A quantidade de vapor necessário a toda capacidade será de 7.000 kg/h. A potência das bombas de solução será de 10CV e 50CV.
Os compressores necessários para atender uma instalação deste porte teriam uma potência total de 1.300 a 1.500CV.
A instalação será ligada aos evaporadores, que durante anos trabalham com compressores e que estão totalmente contaminados com óleo.
Antes de passar os evaporadores ao novo sistema, os mesmos serão totalmente limpos por dentro para aproveitar sua total capacidade de troca térmica e evitar a contaminação do sistema de absorção.
Esta será a primeira instalação grande na qual serão instaladas válvulas controladoras de nível acionadas pela própria pressão do sistema evitando-se as caras válvulas e controladores pneumáticos.
INSTALAÇÕES DE ABSORÇÃO FABRICADAS E MONTADAS PELA MADEF
1.- F.R. AMARAL INDÚSTRIA DA PESCA (REDENTOR) - Ano de 1971 - Rio Grande- RS.
1º E - 35ºC 300.000 kcal/h
2º E - 15ºC 250.000 kcal/h
Meio de aquecimento: inicialmente óleo combustível, agora lenha.
2.- FRIOPESCA (MOTO IMPORTADORA) - Ano de 1971 - Manaus - AM.
1º E - 15ºC kcal/h
Fábrica de gelo flutuante - 8 x 20 t/24 h - 4 absorvedores de 162 m² cada.
Meio de aquecimento: óleo combustível, agora desativada.
3.- COCAM (MATARRAZO) - Ano de 1974 - Catanduva - SP.
1º E - 55ºC 735.000 kcal/h
2º E - 48ºC 735.000 kcal/h
3º E - 17ºC 250.000 kcal/h
Indústria de Liofilização de café
Meio de aquecimento: óleo combustível
4.- LIOVAL - Ano de 1976 - Morretes - PR.
1º E - 50ºC 400.000 kcal/h
Indústria de Liofilização de alimentos
Meio de aquecimento: vapor
5.- UFRGS - Porto Alegre - RS.
1º E - 10ºC 20.000 kcal/h durante 8 h
Instalação periódica aquecida a energia solar para testes
6.- INDÚSTRIA DE PESCADOS KOWALSKI - Ano de 1988 - Itajaí - SC.
1º E - 35ºC 35.000 kcal/h
Barco de pesca
Meio de aquecimento: gases de descarga do motor de propulsão.
7.- FURTADO S/A. INDÚSTRIA DE PESCA - Ano de 1988 - Itajaí - SC.
1º E - 40ºC 400.000 kcal/h
2º E - 15ºC 900.000 kcal/h
Meio de aquecimento: vapor
8.- COQUEIRO ALIMENTOS LTDA. (QUAKER) - Ano de 1989 - Itajaí - SC.
Indústria de pesca
1º E - 35ºC 35.000 kcal/h
Congelador montado em uma carrete
Meio de aquecimento: GLP
9.- FRIGORÍFICO EXTREMO SUL - Ano de 1989 - Pelotas - RS.
1º E - 35ºC 1.000.000 kcal/h
2º E - 10ºC 1.000.000 kcal/h
Meio de aquecimento: vapor
10.- PAULO ADRIANO
1º E - 35ºC 35.000 kcal/h
Barco de pesca
Meio de aquecimento: gases de descarga do motor de propulsão.
Maiores informações sobre sistemas de refrigeração no Brasil podem ser encontradas em Cortez (1998).
REFERÊNCIAS
Manual de Refrigeração por Absorção – MADEF S.A. Indústria e Comércio. s/ data.
Cortez, L. "Estudos Técnicos e Economia de Energia em Refrigeração" Série Sist. Energéticos IV, Ed. Univ. Amazonas, Manaus 526p, 1998.
Endereço para correspondência
Ingo Norberto Mühle
Madefdir@zaz.com.br
