Simulação computacional de coletores solares em sistemas de refrigeração por absorção através do método dos volumes finitos

Abstract

No Brasil, onde geralmente predominam altas temperaturas (>25° C), os aparelhos de ar condicionado convencionais consomem 33% da energia elétrica total produzida no setor residencial. Na tentativa de reduzir esse consumo, buscam-se por ciclos de refrigeração que aproveitem fontes alternativas de energia para refrigerar os ambientes. O ciclo de refrigeração por absorção, onde a irradiação solar pode ser utilizada como fonte principal de energia, é uma possível solução para o problema. No entanto, esse ciclo, normalmente utilizado com fontes de calor abundantes e densas (como nas termoelétricas e outras), deve ser redimensionado para atender as baixas densidades de energia provenientes de fontes renováveis como o Sol. Em outras palavras, o trocador de calor utilizado como gerador no sistema de refrigeração, deve ser ampliado ou ter a sua eficiência melhorada. Como o gerador é o responsável pela separação do fluido refrigerante do seu solvente, o escoamento que ocorre no seu interior é multifásico. Não obstante, através de uma revisão da bibliografia atual disponível, é notada uma escassez de trabalhos que lidem com tal tipo de escoamento no gerador de sistemas de refrigeração por absorção, quando o par brometo de lítio e água é utilizado, esse par é mais adequado por necessitar de menores níveis de pressão e temperatura. Essa escassez relatada é resultado direto da falta de interesse com o correto dimensionamento desse trocador de calor, uma vez que a fonte de energia sempre foi densa e abundante em sistemas de cogeração com capacidade de refrigeração elevada. Com base nesse contexto, este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de um programa computacional que simule o escoamento de uma mistura bifásica no gerador do sistema de refrigeração por absorção com fonte de calor reduzida. Para tanto, o método dos volumes finitos é empregado na geometria de um tubo cilíndrico com fonte de calor advinda da irradiação solar, onde são usados valores normalmente medidos na região Nordeste do Brasil. A metodologia desenvolvida se mostrou eficiente quanto à validação do modelo frente à comparação da geração de vapor obtido por outros autores e também foi realizado uma verificação com o software comercial Ansy Fluent. Como esperado, a fração volumétrica de vapor d’água (refrigerante) obtida na saída do tubo variou bastante com a intensidade da irradiação solar. Foram simulados três valores de radiação incidindo na parede do tubo: de 600, de 800 e de 1000 W/