O chiller por absorção pode ser considerado como um ciclo de refrigeração “termoquímico”, que trabalha internamente a baixa pressão (vácuo). No seu interior circulam dois líquidos: um líquido refrigerante (água deionizada) e um líquido absorvedor (brometo de lítio – LiBr), nesse caso, um sal diluído em água que tem capacidade de absorver os vapores do refrigerante quando alcança uma determinada concentração.

O chiller por absorção tem um evaporador acoplado a um absorvedor, formando um vaso único, chamado evaporador-absorvedor. Nesse vaso, no lado do evaporador, o líquido refrigerante (água deionizada) é evaporado quando entra em contato com os tubos de cobre, onde internamente circula o líquido a ser resfriado (água gelada). No lado chamado absorvedor, o refrigerante evaporado é absorvido por uma solução de LiBr na fase líquida, distribuída como “chuva”, permitindo, assim, o contato íntimo entre o refrigerante evaporado e o líquido absorvedor (LiBr), nessa ocasião com concentração alta o suficiente para absorver o vapor refrigerante. Uma vez que o LiBr absorveu o refrigerante, ele se transforma numa solução diluída, reduzida da sua concentração inicial, perdendo sua capacidade de absorver o refrigerante como tinha no início do ciclo. A solução diluída é enviada para outra parte importante do chiller por absorção, chamada gerador, onde é aquecida até liberar todo o vapor do refrigerante nela contido e, dessa forma, se reconcentrando, obtendo de novo a concentração inicial para absorver o vapor refrigerante no começo do ciclo, no vaso denominado evaporador-absorvedor. Essa solução concentrada no gerador retorna ao absorvedor, novamente capaz de absorver o vapor refrigerante. O refrigerante na forma de vapor, que foi separado do LiBr no gerador, é enviado para outra seção importante do chiller por absorção, o condensador, onde será liquefeito (condensado) através do contato com os tubos de cobre do condensador, nos quais circula internamente a água que vem da torre de resfriamento (água de condensação) e cuja temperatura é baixa o suficiente para permitir a condensação.

O refrigerante na fase líquida vai do condensador para o evaporador, reiniciando o ciclo já descrito acima, que se repete indefinidamente enquanto funcionar o chiller por absorção. É importante notar que o calor utilizado como energia no gerador (do ciclo de refrigeração por absorção) é quem vai separar o refrigerante que está unido intimamente ao LiBr. O antagonismo de que calor pode produzir “frio” fica aqui desvendado. O efeito refrigeração é o mesmo, tanto no ciclo por absorção como no ciclo por compressão, ou seja, em ambos os casos o líquido refrigerante se evapora a baixa pressão e absorve o calor para produzir água gelada, o que difere é a forma de energia utilizada em cada ciclo, ou seja, na absorção utilizamos o calor, na compressão utilizamos a energia elétrica.

“Embora o chiller por absorção seja uma escolha ideal e frequente para grandes edifícios comerciais, a tecnologia de hoje é adequada para uma variedade de pequenos, médios e grandes sistemas. Escolas, edifícios governamentais, restaurantes e estabelecimentos de varejo, como shopping centers, precisam de altas cargas de resfriamento durante o dia. Além disso, os chillers por absorção reduzem significativamente o consumo e o custo elétrico, especialmente nas altas demandas de pico. Funcionam muito bem em sistemas dedicados de resfriamento em grandes plantas como parte de um sistema híbrido, onde as necessidades de refrigeração são compartilhadas com refrigeradores a gás, elétricos ou a vapor. Seja qual for o tamanho ou a demanda do trabalho de resfriamento, os chillers por absorção fornecem benefícios importantes para os proprietários”, ressalta o engenheiro Celso Doná, gerente de engenharia de aplicação da LG Electronics.

Para traçar um paralelo de eficiência entre um chiller por absorção e um elétrico é preciso, segundo José Carlos Felamingo, da Union Rhac, entender que o ciclo por absorção, por usar energia na forma de calor, considerada “menos nobre” do que a energia elétrica, oferece menor eficiência do que o ciclo por compressão (chiller elétrico). “Se a energia na forma de calor, utilizada no ciclo por absorção, for mais barata do que a energia elétrica, lógico que o produto final (água gelada) será mais barato quando obtido pelo chiller por absorção. Do mesmo modo, se a energia na forma de calor for mais cara, de forma a encarecer o produto final (água gelada), o chiller por compressão, que usa a energia elétrica, se torna mais vantajoso”.

“Acredito que não há muitas diferenças entre ambos os chillers. O evaporador e condensador são iguais, o refrigerante é água, mas o comportamento do mesmo é similar aos refrigerantes convencionais e suas tabelas de características não são tão diferentes, pois passam pelas transformações de líquido e vapor e vice-versa; por não utilizar compressor e possuir poucas partes móveis, o nível de ruído e de vibração são menores do que os chillers elétricos; o uso do gás natural reduz a necessidade de trocas de componentes, por conta disso é possível ter um custo de manutenção menor, mantendo a integridade do sistema; ambos precisam de torre de resfriamento e bombas de água de condensação para resfriar o condensador, e, no caso da absorção, resfriar também o absorvedor. Para os chillers por compressão temos as bombas de água gelada e as interligações com painéis elétricos; para os de absorção temos as interligações hidráulicas de gás natural e de vapor. Em termos de eficiência podemos dizer que os chillers por compressão possuem uma faixa de eficiência, dependendo do tipo de compressor (scroll, parafuso ou centrifugo), de 4,5 a 7,1 kw/kw (COP), já as absorções, também dependendo do tipo e fonte de calor, terão uma faixa de eficiência entre 0,7 e 1,5 kw/kw. As unidades de simples efeito a água quente e vapor possuem uma eficiência de 0,7 e 0,8 kw/kw, já as de duplo efeito a gás natural e vapor possuem entre 1,1 e 1,5 kw/kw. Os elétricos são mais eficientes, mas é preciso levar em consideração que a energia elétrica, até chegar ao motor do compressor, possui grandes perdas por transmissão, que não são consideradas. Mas quero frisar que os chillers por absorção são eficazes, confiáveis e duráveis, atendendo muito bem às necessidades de operações em condições extremas”, exemplifica Doná.

Operação e manutenção

“Os equipamentos por absorção precisam de mais tempo para entrar em regime de operação na condição de temperatura de projeto. Se a área servida precisar do ar condicionado na condição de projeto no horário estabelecido, sugerimos que o equipamento seja ligado entre 30 e 60 minutos antes. São equipamentos que necessitam de uma operação mais estável ou pelo menos que não tenham variações bruscas na carga térmica e no fornecimento da fonte de calor. Outro ponto muito importante é não deixar faltar a água de condensação na temperatura de projeto estabelecida, principalmente no absorvedor, pois o ciclo de vapor precisa desse resfriamento no absorvedor para se manter operante; se faltar água ou se a temperatura subir muito, o ciclo não vai operar de forma a resfriar a água do ar condicionado na temperatura requerida ou até na capacidade requerida. A operação em cargas mais baixas também precisa ser levada em consideração. Esse tipo de chiller possui uma capacidade térmica mínima de 25%. Quando isso ocorre precisamos manter a temperatura de água da torre também adequada para não ocorrer a cristalização da solução de LiBr na descida do gerador para o absorvedor, onde ocorre a expansão do mesmo e a queda de temperatura. Algumas precauções na operação quanto à observação dos sistemas de purga e bomba de vácuo devem ser consideradas, pois sem isso o chiller não irá atingir sua maior performance, isso porque mantemos o ciclo de vapor sem gases incondensáveis, que causam pressão interna, e a operação da bomba de vácuo que, além de ajudar na purga, mantém a depressão dentro do equipamento, garantindo que irá operar na temperatura de evaporação adequada”, argumenta Doná.

Oswaldo de Siqueira Bueno, da Oswaldo Bueno Engenharia, comenta que a unidade de absorção é um equipamento bem simples, desde que as etapas de fabricação, instalação e de posta em marcha tenham sido feitas de forma correta. “Toda unidade dividida, como minisplit, split e condensador remoto, deve ser instalada em campo com as interligações de refrigeração e elétricas. Um erro na interligação de refrigeração (tubulação) reduz o desempenho e o tempo de vida da unidade. Acredito que os equipamentos são fabricados de forma correta, mas as instalações não, portanto, é na partida inicial (posta em marcha) que podemos verificar se está tudo em ordem ou se deverá ser corrigido (vazamento, incondensáveis, carga de fluido frigorífico incorreta, má distribuição de ar). As unidades de água (fluído frigorífico) + brometo de lítio (absorvedor) operam em vácuo com pressões absolutas da ordem de 0,8 kPa (evaporador) e 7 kPa (condensador). Lembro que a pressão absoluta da atmosfera é de 101 kPa. O problema é a infiltração do ar atmosférico que irá provocar reações químicas e aumento da pressão interna, alterando o desempenho, podendo impedir o funcionamento. Toda unidade de absorção possui um sistema de purga de incondensáveis, devendo ser acionado sempre que existir dúvidas ou com a periodicidade recomendada pelo fabricante. Não podemos esquecer que as tubulações dos trocadores de calor são fabricadas em cobre. É proibido instalar unidades com tubulações de cobre, como a unidades de absorção, junto a instalações que usem amônia como fluído frigorífico”.

“A manutenção do chiller por absorção é voltada para a análise química da solução de LiBr, pois a construção do chiller (corpo) sendo de aço carbono e os tubos em cobre, podem sofrer corrosão, uma vez que o LiBr é um sal. Visando inibir o efeito corrosivo, mistura-se  Molibdato de Lítio à solução de LiBr. Com o objetivo de reconhecer se está ou não havendo corrosão é feita uma amostragem da solução e levada a um laboratório que irá realizar essa análise. A amostragem é feita uma ou duas vezes por ano, dependendo do regime de funcionamento do chiller”, explica Felamingo.

Doná comenta várias exigências importantes no que se refere à manutenção de chillers por absorção. “É preciso realizar uma rotina de manutenção diária e inspecionar cada parte do chiller. Verificar se há cheiro de gás, presença de ruído incomum quando o queimador estiver operando, se alguma peça do queimador está solta, ocasionando danos, se há a presença de ruído na bomba de refrigeração, na bomba de solução e no ventilador do queimador etc. A manutenção química é outro ponto importante. É preciso coletar amostras de solução de brometo de lítio e analisar o pH para verificar a necessidade de adição de álcool octílico, que mantém a aderência do filme de troca de calor nos trocadores e adição do anticorrosivo (molibdato de lítio), que corrigi a solução de brometo. O ar não pode entrar no equipamento. Se isso acontecer, poderá oxidar a carga de brometo de lítio, que será descartada. Pode ocorrer também a oxidação dentro do equipamento, que poderá ser irreparável, dependendo do tempo que ficar nessas condições”.

Válvulas, controles e sistemas de bombas

O que muda em relação às válvulas e controles de um chiller elétrico para um chiller por absorção? Doná explica que ambos os tipos de equipamentos necessitam de válvulas de controle para a água gelada, água de condensação e água quente ou vapor, no caso da absorção. Quando há absorção de queima direta é preciso adicionar também a tubulação de fornecimento de gás e suas válvulas de controle de pressão e de vazão de gás, além de dispositivos de detecção e proteção de falta de gás e controle de vazão do queimador, conforme a necessidade de carga.

“Com relação à automação externa ao equipamento, acredito que seja o controle da quantidade e da qualidade do calor a ser empregado, seja ele água quente, vapor de água ou gás combustível. É importante considerar a automação interna da unidade para impedir a cristalização da solução concentrada nos trocadores de calor”, explica Bueno.

“O sistema de bombas hidráulicas é similar para ambos os chillers. Porém, no caso da absorção temos uma quantidade maior de água de condensação devido à necessidade de resfriamento do condensador e do absorvedor; é indispensável, para manter o ciclo de vapor da absorção funcionando, a reação exotérmica dentro do absorvedor. As torres de resfriamento também são maiores para os chillers por absorção, aproximadamente na mesma proporção da bomba de água de condensação. Já as bombas de água gelada são iguais para as duas situações”, comenta Doná.

Em relação ao sistema de bombas, Bueno explica que a alteração está em trabalhar com a vazão de água gelada no anel primário sempre constante, evitando grandes variações de carga térmica de refrigeração em um período inferior a 15 minutos.

“Uma vez que o rejeito de calor no chiller por absorção for maior do que num chiller por compressão, a vazão de água no condensador também será maior. Todavia, se considerarmos que o diferencial de temperatura da água de condensação pode ser aumentado sem prejuízo da eficiência, pode-se dizer que em muitos casos a vazão de condensação do chiller por absorção se iguala aos chillers por compressão. No lado da água gelada não muda nada”, argumenta Felamingo.

O crescimento no mercado brasileiro

Para o representante da LG, o crescimento de chiller por absorção no mercado brasileiro ainda é tímido, o volume de obras que usam essa tecnologia ainda é pequeno, mas existe um grande potencial reprimido. Ele comenta também sobre as diversas limitações do crescimento desse mercado no Brasil. “Precisamos de investimentos, somente assim iremos adicionar mais periféricos ao sistema, se compararmos ao elétrico, as políticas de energia e de combustíveis não ajudam a promover a tecnologia e o fato de não termos a fonte de calor ou de combustível próxima da planta de resfriamento com absorção praticamente inviabiliza o sistema. As companhias de gás, por exemplo, investem por conta própria para atingir seus objetivos e estimular o uso da tecnologia em outros locais, onde possam encontrar gás natural. A falta de mão de obra qualificada é outra barreira que precisa ser derrubada, e o tipo de chiller e seu volume instalado no mercado tornam essa mão de obra cara e insuficiente. Por esse motivo, muitas empresas estão treinando seus funcionários para darem suporte aos seus clientes. No Brasil, como a política muda muito, diversos empreendimentos têm optado por instalar plantas híbridas com chillers por absorção de queima direta de gás natural juntamente com chillers elétricos, com isso, o cliente usa aquilo que estiver mais viável no momento. Todavia, a grande barreira dessa prática, apesar de ser bastante viável, é o investimento que passa a ser pelo menos 50% maior. Mesmo com essas limitações, a absorção e os sistemas que agregam a mesma continuam sendo vantajosos e com grande viabilidade em várias aplicações”, avalia.

“Acredito que há sim um forte crescimento dessa tecnologia no mercado nacional, principalmente depois da disseminação quanto ao seu uso, gerando mais oportunidades. Outro ponto importante que desencadeou esse interesse é o fato das distribuidoras de gás natural oferecerem vantagens para o seu uso”, diz Felamingo.

Charles Godini – charles@nteditorial.com.br