Metodologia experimental para estudo da transferência de calor e massa no processo de absorção do vapor d'água por filmes verticais descendentes de água-brometo de lítio

Abstract

Crescentes preocupações com a disponibilidade de energia elétrica e com o meio ambiente, relacionadas ao uso da refrigeração e do ar condicionado, motivaram um renovado interesse em sistemas de refrigeração por absorção. Unidades Resfriadoras de Líquido (Chillers) de absorção, empregadas em sistemas de ar condicionado, são maiores e mais pesadas que suas equivalentes utilizando o ciclo por compressão de vapores. O desenvolvimento de equipamentos por absorção compactos prevê a utilização de absorvedores verticais arrefecidos a ar, o que requer a intensificação do processo de absorção do vapor d’água pela solução de água-brometo de lítio. Dados de correlações de transferência de calor e massa em absorvedores verticais são escassos, o que configura o problema e justifica nosso estudo. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma metodologia experimental para determinar correlações de transferência de calor e massa no processo de absorção de vapor d’água por soluções de água-brometo de lítio, na forma de filmes verticais descendentes. Para tanto, foi projetada e construída uma bancada experimental que reproduz uma unidade de refrigeração por absorção de simples efeito com absorvedor vertical; foram determinadas as taxas de calor e de massa, bem como as propriedades termodinâmicas e de transporte dos fluidos, a partir de modelo desenvolvido pelo autor; foi determinado experimentalmente o coeficiente médio de transferência de calor por convecção da superfície interna ( ? ) do tubo de cobre do absorvedor, baseado no método de Wilson. Os valores de ? obtidos foram comparados com os fornecidos pela literatura, sendo considerados aceitáveis. Algumas taxas de calor e de massa em evolução, e de entalpias em alguns trechos do ciclo possuem altas incertezas decorrentes de pequenos ΔT atingidos nos ensaios. Por fim, são apresentadas algumas recomendações para melhoria do projeto da bancada. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Growing concerns with electric energy availability and environment, related to the use of refrigeration and air conditioning, motivated a renew interest in absorption refrigeration systems. Absorption water chillers, used in air conditioning systems, are bulkier and heavier than their equivalent using the vapor compression cycle. Development of compact absorption equipments forecasts the use of air-cooled vertical absorbers, which requires the intensification of water vapor absorption process into water-lithium bromide solution. Heat and mass transfer correlations data within vertical absorbers are rare, which characterizes the problem and justify our study. In that context, this work presents an experimental methodology to determine heat and mass transfer correlations of water vapor absorption process into vertical falling films of water-lithium bromide solutions. For this, it was designed and built an absorption test bench that reproduces a single-effect absorption refrigeration unit with vertical absorber; a model was developed that allows determining cycle heat rates in the cycle, mass rates and fluids thermodynamics and transport properties; also, a model for determining the mean convective heat transfer coefficient ( ? ) of the absorber copper tube inner surface was developed, using the Wilson plot method. The values of ? were correlated with inner copper tube Re and compared with values obtained from classical correlations of opened literature, being regarded as acceptable. A few heat rates and mass rates values, and some enthalpies in parts of the cycle have high uncertainties due to small ΔT achieved in the test. At the end, we present some recommendations to improve the design of the bench.