Aplicações nos Setores de Ar Condicionado e Refrigeração Industrial

Seminário de Difusão Uso de Refrigerantes Naturais em

Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado

Aplicações nos Setores de Ar Condicionado e Refrigeração Industrial

Leonilton Tomaz Cleto - Yawatz EngenhariaANPRAC – Associação Nacional dos Profissionais de

Refrigeração e Ar Condicionado

Chillers com Carga Reduzida de R-717

Chillers com Trocadores a Placas (PHEs)

Cargas Reduzidas de R-717 (Até 95%)

Sistemas montados na fábrica

Menores custos de manutenção

Aplicações:

Indústria Alimentícia (Laticínios, Bebidas, Abatedouros, etc)

Indústrias Química e Petroquímica

Sistemas Cascata – R-744/R-717

Supermercados

Sistemas de Ar Condicionado

Chillers com PHEs Ar Condicionado Industrial

Chiller Centrífugo - VSD Chiller com PHE - VSDRefrigerante R-134a R-717Capacidade - kW (TR)Temp. Água Gelada - °CTemp. Água Resfriamento - °CPotência Absorvida 335 317COP (kW/kW) 6.30 6.65kW/TR 0.558 0.529IPLV (ARI 550/590) - COP 10.40 10.34

IPLV (ARI 550/590) - kW/TR 0.338 0.340

2110 (600)12.2 / 6.7

29.5 / 35.0


The Optimum Ammonia Systems - By Bo Stubkier – York RefrigerationDanfoss IR Consensus - 30/11/2004


By P. Hrnjak – IIF-IIR - Ammonia Refrigerating Systems, Renewal and Improvement, Ohrid, 2005

172 - 3657 – 1074 Sabroe (York) PAC 23108 ILKA MAFA 100.2-11K45

Condensação a Água15925 N.R. Koeling LK 25 129220 York YSLC F4F00UW 12516 Refcomp VKA16-14 1813 Litch & Hrnjak (MC condenser)

Condensação a Ar

Carga Específica de R-717 (g/kW)Capacidade (kW)Chiller – Tipo/Modelo

Equipamentos com Carga Reduzida de R-717

The Optimum Ammonia Systems - By Bo Stubkier – York RefrigerationDanfoss IR Consensus - 30/11/2004

Árvore de Válvulas

By Danfoss A/S – ICF Catalogue - DKRCI.PB.FT0.A2.02 / 520H1215 - 2006

Processos Termodinâmicos com CO2

Ciclo Sub-crítico

Ciclo Transcrítico

R717

R-744

+35oC (13.5 bar)

-12oC (2.7 bar)

+35ºC

-12ºC

-8ºC

Pres

são

Enthalpia

-8oC (28.0 bar)

-40oC (10 bar)

Pres

são

Enthalpia

R-744

R717

Sistema R-744/R-717 - Cascata

-40ºC

Evaporador – R-744

Compressor R-744

Sep. Líquido

R-744/R-717 – Trocador “Cascata”

-40ºC

Compressor R-717

By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004

R717

R-744

+35oC (13.5 bar)

-12oC (2.7 bar)

+35ºC

-12ºC

-8ºC

Pres

são

Enthalpia

-8oC (28.0 bar)

-40oC (10 bar)

Pres

são

Enthalpia

R-744

R717

Sistema R-744/R-717 – CascataDegelo com R-744 – Gás Quente

-40ºC


Compressor R-744

Sep. Líquido


-40ºC

Compressor R-717


Compressor para Degelo

+8 oC (43 bar)

Sistema Cascata R-744/R-717Com R-744 Bombeado no

Intermediário

-10ºC (26.4 bar)

+35ºC

R717

CO2

-14ºC-10ºC Pressão

Enthalpia

-40ºC (10 bar)

Pressão

Enthalpia

R-744

R717

-40ºC


CompressorR-744

Sep. Líquido


-40ºC

CO2

-10ºC

Evaporador – R-744 -10ºC

CompressorR-717

+35ºC (13.5 bar)

-14ºC (2.5 bar)Sep. Líquido

PHE -Condenser

Cascade Cooler/Condenser

SMC 106E HPO 28 LOW-STAGE (R744)

EKC 347

AKS 41

CNF - 40BITZER LH53/2DC

HERL T1924 BAR

HERL T1916 BAR

HERL T1940 BAR

Oil return system

HIGH-STAGE (R717)Oil recovery

system

EVR

Q - MIN.MVL661

PM 3 - CVP(HP) - EVM

DpDp

HERL T1925BAR

KP 5

PM1 - EVM

External option

Kurt C. Hilbrecht


By John Ritmann – York Refrigeration - 2004


Cascade Cooler

CO2

Compressor

NH3

Compressor

NH3 Aut. Oil return


CO2 Pumps

NH3 HS-Float NH3 Condenser

Secondary Cooling Unit

CO2 Pump SeparatorCO2 Oil Rectifier



Pressões de Projeto


Requisitos de Projeto

By Charles R. Taylor – The Stellar Group - 2003

Condensador Cascata – Plate & Shell/ Shell & Tube/ PHE.

Compressor – Deslocamento Volumétrico/ Relação de Compressão/

Tipo de Óleo/ Rolamentos/ Mancais/ Comprimento de Rotor.

Separadores de Líquido – Materiais/ Menores Dimensões.

Válvulas – Iguais às de R-717 (exceto gás quente – 52 bar g)/

Diâmetros Menores.

Evaporadores – Materiais/ Eficiência/ Taxa de Recirculação.

Degelo – Gás Quente/ Água/ Elétrico.

Tubulação – Diâmetros Menores/ -55ºC/ Especificações de Solda.

Dispositivos de Alívio – Solidificação.

Pressões de Projeto


CompressorR-744

CompressorR-717

COP Otimizado

Sistema Cascata - R-744/R-717Coeficiente de Performance - R-717 com Economiser

1.30

1.50

1.70

1.90

2.10

-50.0 -49.0 -48.0 -47.0 -46.0 -45.0 -44.0 -43.0 -42.0 -41.0 -40.0 -39.0 -38.0 -37.0 -36.0 -35.0

Temperatura de Evaporação - R-744 (ºC)

CO

P (k

W/k

W)

-17.0

-15.0

-13.0

-11.0

-9.0

-7.0

-5.0

Tem

p. C

ond.

R-7

44 (º

C)

COP Ótimo

Temp. Cond. R-744 Ótima

Compressor R-744 - Sabroe HPCCompressor R-717 - Frick RWF II - ECO"Approach" no Cascata - 4ºCTemp. Cond. R-717: 35ºC

By L. Tomaz Cleto – Yawatz Engenharia - 2007

COP – R-744/R-717 Cascata x R-717 “Booster”

Sistema Cascata - R-744/R-717 x Sistema "Booster" - R-717Coeficiente de Performance

1.30

1.40

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

2.00

2.10

-45.0 -44.0 -43.0 -42.0 -41.0 -40.0 -39.0 -38.0 -37.0 -36.0 -35.0

Temperatura de Evaporação (ºC)

CO

P (k

W/k

W)

R-744/R-717 Cascata - Ótimo

Apenas R-717 - Booster - Ótimo

Compressor R-744 - Sabroe HPCCompressor R-717 - Frick RWF II - ECO"Approach" no Cascata - 4ºCTemp. Interm no Sistema de R-717 - ÓtimaTemp. Cond. R-717: 35ºC

By L. Tomaz Cleto – Yawatz Engenharia - 2007

Comparativo de COP – Vários Sistemas

Comparativo de COP entre Ciclos de Refrigeração

1.75 1.77

2.18

1.22

1.781.92

1.86

1.421.38

1.09

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

R-717- SimplesEstágio -

Economiser

R-717 - DuploEstágio - Booster

R-22 - SimplesEstágio -

Economiser

R-22 - DuploEstágio - Booster

R-744/R-717 - CicloCascata

Tipo de Sistema

CO

P (k

W/k

W)

Regime -40ºC/+25ºC

Regime -50ºC/+25ºC

By P.S. Nielsen & T. Lund - IIAR - Albuquerque - USA - 2003

Comparação de Diâmetros de Linhas


R134a R717 R-744∆ P (bar) 0.0212 0.0303 0.2930

Velocidade (m/s) 20.4 37.5 15.4

Diâmetro

mm 168 102 53

Diâmetro

mm 37 21 35

Refrigerante

Linha de Sucção

Linha de Líquido



R134a R717 R-744∆ P (bar) 0.0212 0.0303 0.2930

Velocidade (m/s) 11.0 20.2 8.2

Diâmetro

mm 215 133 69

Diâmetro

mm 61 36 58

Linha de Retorno

(Liquido + Vapor)

Linha de Líquido

Bombeado (Baixa)

Refrigerante

0

1

2

3

4

5

6

7

8

R-134a R-744R-717

5%95%

4%96%

30%70%

LíquidoSucção

CO2=

Index



1

10

100

-200 -100 0 100 200 300 400 500

Enthalpy

Pre

ssu

re (

bar

-a)

Supercrítico

Sólido - Vapor

Vapor

Liquido - Vapor

Liquido

Sólido

Sólido -Liquido

+31 oC

Líquido a 20 bar

50% de CO2 Sólido no Ponto Triplo

Vapor a 35 bar


Vapor a 50 bar


-56.6 oC 5.2 bar

-78.4 oC

31.0ºC

Entalpia

Pre

ssão

(bar

abs

)Válvulas de Segurança


Válvulas de Segurança

CO2 Sólido Após Expansão

Segurança


Obs.: HFCs – TLV ~ 1000 ppm

Expansão de CO2 – Líquido Enclausurado

Volume Relativo

Temperatura

Varia

ção

de V

olum

e


Solubilidade com Água

Temperatura

ppm

de

Águ

a /

kg d

e R

efrig

eran

te

Solubilidade da Água – Fase Vapor


Solubilidade com Água

Temperatura

ppm

de

Águ

a/

k

g de

Ref

riger

ante

Solubilidade da Água – Fase Vapor

CO2 + Gelo

CO2 + Água

CO2 + Vapor d’Água


Filtro Secador/ Visor de Umidade


EvaporadorLíquido

CO2 reciever

CompressorSucção

Trocador - CascataFiltro Secador

Visor de Umidade Bomba CO2

Refrigerante Primário – (Ciclo Sub-Crítico): Baixas Temperaturas – Sistema Cascata (-35ºC a -55ºC)

Alto COP para sistemas abaixo de -35ºC

Deslocamento Volumétrico até 10 vezes menor que R-717

Linhas muito menores/ Separadores de Líquido Menores/ Evaporadores Menores

Baixa Toxicidade (Classe - A1 (ASHRAE-34) – TLV = 5000 ppm > HFCs)

Não inflamável

Alta Pressão (40 - 52 bar em Ciclos Sub-críticos)

Novas Tecnologias na concepção do Sistema – Engenharia x Tradição

Inodoro - Em caso de vazamento, não há alarme pelo odor

Alta Solubilidade com Água

R-744 (CO2) como REFRIGERANTE

Refrigerante Secundário: Temperaturas Intermediárias (-20.0ºC a 0.0ºC)

Fluxo Bifásico

Altos Coeficientes de Transferência de Calor

Linhas muito menores

R-744 (CO2) como REFRIGERANTE

O Exemplo da Nestlé

Natural Refrigerants Used as Branding - By Mr. Pieter Roux - NestléDanfoss IR Consensus - 30/11/2004

Tendências para o Mercado de Refrigeração Industrial no Brasil

Indústria de Processos

HCs – (R-1270) – Áreas Classificadas

R717 – Chillers com “PHE” – Empresas Européias

HFCs – Processos de Água Gelada – Chillers Centrífugos

R-22 – Em processo de eliminação

Ar Condicionado Industrial

HFCs – Chillers Centrífugos/ Parafuso

R717 – Chillers com “PHE” – Empresas Européias

R-22 – Está praticamente fora em novos sistemas

Tendências para o Mercado de Refrigeração Industrial no Brasil

Indústria Alimentícia/ Bebidas

R-717, Amônia e NH3

Chillers com Carga de R-717 muito Reduzida

Fluidos Secundários (-15.0ºC a 0.0ºC)

R-744 - ??? – Grande Futuro!

Legislação/ Custos com Seguro !!!

Segurança CB-55 – Norma NBR 16069

Guias de Referência

Norma de Segurança

Norma Geral sobre Aspectos de Segurança em Sistemas de Refrigeração.

Fase final de revisão – Consulta Pública: ainda em 2009.

Baseada nos Standards Internacionais: ANSI/ASHRAE Standard 15-2007 EN 378:2008 – Parts I – IV ANSI/IIAR 2-2008

NBR 16069 – Segurança em Sistemas Frigoríficos (2009)

Norma de Segurança

Classificação de Área por Ocupação e Atividades . Limites de Carga de Fluido Refrigerante. Pressão de Projeto do Sistema e Componentes. Projeto dos Vasos de Pressão – ASME Sec. VIII Div. 1. Projeto da Tubulação – ANSI/ ASME B 31.5 (Refrigerating

Piping) Projeto da Sala de Máquinas (ventilação, layout, etc). Válvula de Segurança – Dimensionamento e Sistema de

Descarga Métodos de Descarga para a Atmosfera.

NBR 16069 – Segurança em Sistemas Frigoríficos (2009)

GR-01 - Recomendações de Projeto para Operação Segura de Sistemas de Refrigeração por Amônia.

GR-02 - Recomendações sobre Comissionamento e Início de Operação de Sistemas de Refrigeração por Amônia.

GR-03 - Recomendações sobre Operação e Manutenção de Sistemas de Refrigeração por Amônia.

Guias de Referência para Sistemas de Refrigeração por Amônia – MMA/PNUD

Guias de Referência para Sistemas de Refrigeração por Amônia – MMA/PNUD

Aplicações nos Setores de Ar Condicionado e Refrigeração Industrial

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