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 Sistemas de Ar Condicionado a Gás Natural

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Geração e Cogeração
A utilização de sistemas de ar condicionado movido a gás natural podem representar uma redução no consumo de energia elétrica entre 91 e 99%, entre diversas outras vantagens. Os equipamentos utilizados podem ser divididos em Resfriadores de Líquido por Absorção (Chillers) e Bombas de calor do tipo GHP (Gas Heat Pump). O primeiro funciona por expansão indireta, ou seja, o refrigerante resfria um meio intermediário (ex: água) que, por sua vez, circula em uma serpentina que irá resfriar o ar a ser insuflado no ambiente. Já o segundo funciona tanto por expansão direta quanto indireta. Na expansão direta o refrigerante absorve o calor diretamente do ar do ambiente a ser condicionado.

 
 
A rejeição do calor pode ocorrer através da condensação a ar, sem torre de resfriamento, ou a água, com torre de resfriamento.
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Resfriadores de Líquido por Absorção (Chillers)

Em uma máquina de absorção existem duas substâncias: o refrigerante (água ou amônia) que realiza o ciclo de refrigeração completo, e o absorvente que altera a pressão de vapor do refrigerante.

img_graf_resfriadores.png

ABSORÇÃO DE LiBr (Brometo de Lítio) / ÁGUA​

A máquina de absorção divide-se em quatro partes principais:

EVAPORADOR

É a seção com trocador de calor tubular onde se produzirá a evaporação da água (refrigerante), a uma temperatura de aproximadamente 3° C. O refrigerante absorve o calor latente da evaporação do sistema que se encontra no interior dos tubos, refrigerando e produzindo água até o limite mínimo de 4,5° C.​

ABSORVEDOR

No Absorvedor ocorre a absorção de vapor de água por parte da solução concentrada de LiBr

GERADOR (CONCENTRADOR)​

No concentrador se produz a evaporação e, portanto, a separção da água na solução diluída de LiBr, ou seja, a concentração do sal. Isso ocorre com fonte de calor direta (fogo direto) ou indireta (água quente ou vapor). 

CONDENSADOR

Neste trocador de calor se produz a condensação da água que se evaporou previamente no gerador. Esta água se pulverizará sobre os tubos do evaporador.

O CICLO​

No evaporador ocorre a pulverização do refrigerante (água desmineralizada), sobre os tubos do trocador de calor. A água que circula pelo interior dos tubos proporciona ao refrigerante a energia suficiente para que absorva o calor latente da evaporação, passando do estado líquido a gasoso. Esta absorção de energia por parte do refrigerante provoca o resfriamento da água que se encontra no interior dos tubos.

A evaporação ocorre a uma pressão de aproximadamente 6 mmHg abs (0,007 atm), que corresponde a uma temperatura de evaporação de 3°C, conseguindo desta forma água gelada até o limite mínimo de 4,5°C.

Sobre os tubos do trocador de calor do evaporador se produz uma névoa de vapor de água que é necessário eliminar para que se siga a evaporação da água.

Debaixo do evaporador se encontra o absorvedor. Nele se produz a pulverização de LiBr concentrado (63%), que absorve o vapor de água produzido no evaporador e se dilui. Esta reação de absorção é exotérmica, com a qual a solução diluída tende a aquecer-se e por isso necessita ser refrigerada para que continue produzindo, utilizando para este fim água proveniente das torres de resfriamento.

 

O LiBr diluído se deposita em uma bandeja de onde é captado por uma bomba sendo recalcado para o gerador.

No gerador, a fonte de calor fornece à solução diluída de LiBr a quantidade de calor necessária para provocar a evaporação e, portanto a separação do refrigerante contido no LiBr. O refrigerante em forma de  vapor passa então ao condensador.

img_graf_produto.png

O absorvedor se encontra a 7 mmHg, enquanto o gerador encontra-se 70 mmHg.

No condensador o refrigerante se condensa com água proveniente das torres de resfriamento e que previamente circulou pelo absorvedor. O refrigerante condensado cai, por gravidade, até o evaporador, e é depositado na bandeja de onde é bombeado até os pulverizadores, encerrando o ciclo.

 
img_graf_chillers.png 
 

Os chillers por absorção podem operar com LiBr ou Amônia. Os sistemas que utilizam LiBr necessitam de torre de resfriamento (condensação a água) enquanto os sistemas que operam com amônia em seu ciclo não utilizam as torres (condensação a ar) e podem atingir temperaturas de até –20 °C (sistemas de refrigeração e câmaras frigoríficas).

Pode-se aproveitar o calor rejeitado dos chillers para a produção simultânea de água quente.


Bombas de calor do tipo GHP (Gas Heat Pump)

Os equipamentos do tipo GHP assemelham-se aos EHP (Eletric Heat Pump), sendo a diferença básica o energético utilizado e o tipo de acionamento. Enquanto o EHP possui um motor elétrico acionando o compressor, no GHP um motor endotérmico a gás natural é responsável pela realização deste trabalho mecânico.

Este tipo de equipamento pode trabalhar em duas configurações:

img_graf_bomba.pngExpansão direta: o refrigerante absorve o calor diretamente do ar do ambiente a ser condicionado.

Expansão indireta: o refrigerante resfria um meio intermediário (ex: água) que, por sua vez, circula em uma serpentina que irá resfriar o ar a ser insuflado no ambiente.

No caso de instalações utilizando expansão direta a grande vantagem é o VRF (Fluxo de Refrigerante Variável), ou seja, as condensadoras (unidades externas) enviam a quantidade de refrigerante necessária para as evaporadoras (unidades internas), entre outras palavras, a demanda térmica é atendida de maneira racional e econômica, pois apenas as áreas que necessitam serem climatizadas são atendidas, propiciando menor custo operacional. Isso é possível porque o motor endotérmico opera variando a rotação entre 800 a 2200 rpm aproximadamente.

img_graf_condensadora.png 
Outra importante vantagem do equipamento é poder operar como expansão indireta, nesta condição é necessário um trocador de calor onde de um lado circula o refrigerante e do outro lado à água que se deseja resfriar, ou seja, o equipamento passa a operar como um chiller de condensação a ar.
 
img_graf_chillers2.png 
Pode-se ainda flexibilizar a instalação onde o sistema venha a operar simultaneamente como Expansão Direta e Expansão Indireta, aumentando significativamente a eficiência do sistema, já que desta forma é possível condicionar ambientes distintos com a mesma unidade condensadora (simultaneidade). Em sistemas convencionais são necessários dois tipos de condicionador, um para cada ambiente, desprezando-se a simultaneidade e conseqüentemente perdendo-se em eficiência.

img_graf_chillers3.png

img_graf_ghp.png


Vantagens dos Sistemas de Ar Condicionado a Gás Natural

  • Redução no consumo de energia elétrica de até 99% aplicando Chillers e de até 91% utilizando GHP;
  • Produção simultânea de água quente;
  • Baixo nível de ruído;
  • Reduz a demanda de energia elétrica possibilitando aquisição de geradores de energia de menor porte que podem manter inclusive o sistema de ar condicionado a gás operando na falta de energia elétrica;
  • Opera com fluído refrigerante ecológico (água ou amônia no caso dos chillers ou R410a para os equipamentos do tipo GHP);
  • Disponível em várias capacidades (Chillers: 3 a 6000 TR) / (GHP: 6 a 20 TR – sistema modular);
  • Baixo custo de operação & manutenção em relação aos sistemas convencionais;
  • Instalação similar aos equipamentos convencionais;
  • Menor investimento em instalações elétricas.​ 

Principais fabricantes

CHILLER

  • LS CABLE (LG)
  • BROAD
  • CARRIER
  • THERMAX
  • YORK

GHP

 

  • PANASONIC
  • YANMAR
  • LG ELETRONICS
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