Como os chillers de absorção funcionam: um mergulho profundo em resfriamento acionado por calor

Quando se trata de resfriar grandes edifícios ou processos industriais, os chillers de absorção oferecem uma reviravolta única na refrigeração. Ao contrário dos sistemas convencionais que dependem de compressores elétricos, esses chillers usam calor - geralmente de fontes de resíduos ou gás natural - para acionar o processo de resfriamento. Isso os torna uma escolha de destaque para instalações conscientes da energia. Seja você um engenheiro, um gerente de instalações ou simplesmente intrigado com a inovadora tecnologia HVAC, este artigo descompacta como os chillers de absorção funcionam, seus principais componentes e por que eles são um mudança de jogo em cenários específicos.

O que é um chiller de absorção?

Um chiller de absorção é um sistema de refrigeração que aproveita a energia térmica para produzir água gelada, que é usada para resfriar o ar ou os processos. Em vez de comprimir mecanicamente um refrigerante com um compressor acionado por motor, ele emprega um processo químico chamado absorção, usando um par de fluidos-tipicamente água e brometo de lítio (LIB)-para transferir o calor. Essa abordagem acionada por calor o diferencia dos chillers de compressão de vapor, tornando-o ideal para locais com fontes de calor abundantes ou necessidade de reduzir os custos de eletricidade.

A mágica está em sua capacidade de transformar o calor residual - pense em vapor de uma usina ou água quente de uma matriz solar - em resfriamento útil. Comum em aplicações em larga escala, como hospitais, universidades ou plantas químicas, os chillers de absorção variam de 10 toneladas a mais de 1.500 toneladas de capacidade de resfriamento, oferecendo uma reviravolta sustentável sobre o controle climático.

Como funciona um chiller de absorção?

O ciclo de absorção imita o ciclo de compressão de vapor, mas troca a energia mecânica para energia térmica. Aqui está uma visão passo a passo do processo, usando um sistema de brometo de lítio de água como exemplo:

1. Evaporação: O ciclo começa no evaporador, onde a água líquida (o refrigerante) é pulverizada sobre um pacote de tubo que transporta água de retorno quente (por exemplo, 54 ° F ou 12 ° C). Sob um vácuo profundo - cerca de 0,12 psi (0,008 bar) - a água evapora a uma temperatura baixa (cerca de 40 ° F ou 4 ° C), absorvendo o calor dos tubos. Isso arrepia a água dentro de, digamos, 44 ° F (7 ° C), que é bombeada para esfriar um edifício.
2. Absorção: O vapor de água produziu desvios no absorvedor, onde atende a uma solução concentrada de brometo de lítio. Libr, um absorvente poderoso, absorve o vapor, transformando -o de volta em um líquido e liberando calor no processo. Essa solução diluída é mantida sob vácuo para aumentar a eficiência da absorção.
3. Geração: A solução de Libr agora diluída é bombeada para o gerador, onde o calor-tipicamente a partir do vapor, água quente (acima de 190 ° F ou 88 ° C) ou um queimador de gás-sai da água absorvida. Isso concentra o Libr novamente, enquanto o vapor de água sobe para o próximo estágio. A fonte de calor é o motor aqui, dirigindo o ciclo sem eletricidade.
4. Condensação: O vapor de água entra no condensador, onde libera seu calor a um meio de resfriamento (geralmente água de uma torre de resfriamento a 85 ° F ou 29 ° C). À medida que esfria, ele se condensa de volta em um líquido, pronto para retornar ao evaporador.
5. REPEÇÃO DE CICLO: A água líquida flui de volta para o evaporador através de uma válvula de acelerador, caindo sua pressão, enquanto o Libr de forma concentrada retorna ao absorvedor - mantendo o loop vivo.

Esta dança de calor e química produz água gelada com peças móveis mínimas, contando com bombas em vez de compressores para o movimento do fluido. Um chiller de efeito único usa um estágio de calor, enquanto os modelos de dois efeitos adicionam um segundo gerador para maior eficiência, geralmente dobrando a saída de resfriamento por unidade de entrada de calor.

Componentes -chave de um chiller de absorção

Cada parte é projetada para precisão:

• Evaporador: Uma câmara de vácuo onde a água evapora, relaxando a água circulante. Freqüentemente, um design de concha e tubo para transferência máxima de calor.
• Absorvedor: Misture o vapor com o absorvente (LIB), normalmente um sistema de spray ou cama embalada para aumentar a área de contato.
• Gerador: O coração acionado por calor, separando o refrigerante do absorvente. O vapor a 15 psi (1 bar) ou água quente a 115 ° C (240 ° F) é comum.
• Condensador: Esfria e condensa o vapor, geralmente emparelhado com uma torre de resfriamento para rejeição de calor.
• Trocador de calor: Pré -aqueça a solução diluída que vai para o gerador com solução a quente e concentrada retornando ao absorvedor, cortando o desperdício de energia.
• Bombas e válvulas: Mova os fluidos e mantenha o vácuo - pequeno, mas crítico para o controle de fluxo.

Algumas unidades usam amônia como refrigerante com água como absorvente, revertendo o emparelhamento para aplicações de baixa temperatura, como congelamento de -20 ° F (-29 ° C).

Por que usar chillers de absorção?

Chillers de absorção brilham em contextos específicos:

• Utilização do calor: Eles giram calor residual - digamos, a partir de uma planta de cogeração que produz 300 ° F (149 ° C) de escape - no resfriamento, cortando a demanda elétrica. Um hospital pode economizar 50% nos custos de resfriamento dessa maneira.
• Baixo uso de eletricidade: Com bombas desenhando apenas 5 a 10% da energia de um compressor, elas são perfeitas onde a eletricidade é cara ou não confiável.
• Operação tranquila: Nenhum compressor ruindo significa que os níveis de ruído pairam em torno de 60 dBA-quieta da biblioteca em comparação com mais de 80 dBA para unidades de compressão de vapor.
• Ecológico: Os sistemas de água-vibração têm potencial de depleção de ozônio zero (ODP) e as opções de amônia possuem um GWP de 0, alinhando-se com objetivos verdes.

Formulários

• Resfriamento do distrito: Um campus universitário pode usar um resfriador de absorção de 1.000 toneladas, alimentado pelo vapor de uma usina próxima, para resfriar dormitórios e laboratórios.
• Processo industrial: Uma planta química reações exotérmicas de resfriamento a 50 ° F (10 ° C) pode tocar o calor residual dos reatores, aumentando a eficiência.
• Armazenamento de alimentos: Os chillers de água amônia congelam peixes a -40 ° F (-40 ° C) em armazéns costeiros, alavancando queimadores de gás onde a eletricidade é escassa.

Imagem Uma cervejaria: os tanques de fermentação precisam de resfriamento constante de 55 ° F (13 ° C). Um resfriador de absorção, alimentado por água quente de uma caldeira de biomassa, mantém a cerveja perfeita enquanto corta a dependência da grade.

Benefícios em detalhes

• Eficiência energética: Chillers de dois efeitos atingem um coeficiente de desempenho (COP) de 1,2-produzindo 1,2 unidades de resfriamento por unidade de calor-versus 0,7 para modelos de efeito único.
• Economia de custos: Em áreas com calor barato (por exemplo, US $ 5/MMBtu Gas vs. $ 0,15/kWh eletricidade), os custos operacionais caem 30-40%.
• Longevidade: Com menos peças móveis, as unidades geralmente duram 25 anos, superando os sistemas baseados em compressores propensos a usar.

Palavras finais

Os chillers de absorção transformam o calor em frio com uma reviravolta inteligente, oferecendo uma opção sustentável e de baixa eletricidade para resfriamento em larga escala. Desde reduzir os custos em plantas ricas em calor até campi frescos, eles são uma ferramenta de nicho, mas poderosa. Esteja você adaptando uma instalação ou explorando a tecnologia verde, a compreensão dos chillers de absorção pode desbloquear soluções mais inteligentes. Curioso para aproveitar esta magia acionada pelo calor? Entre em contato com um especialista em HVAC para ver se ele se encaixa no seu quebra -cabeça de resfriamento!