Seminário de Difusão Uso de Refrigerantes Naturais em ... – Deslocamento Volumétrico/ Relação...

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 228 - 3738 – 228 Gram (York) LC

23108 ILKA MAFA 100.2-11K45 Condensação a Água

15925 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

By Z. H. Ayub – IIF-IIR - Ammonia Refrigerating Systems, Renewal and Improvement, Ohrid, 2005

Equipamentos com Carga Reduzida de R-717

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



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

1850 199319601920 ----------1930

Período “Aureo” do CO2 como refrigerante

Reinvenção das tecnologias de refrigeração com CO2 (G. Lorentzen)

CO2 CompressorApprox. 1900

CO2 na História da Refrigeração

Proposta de Uso doCO2 como Refrigerante (Alexander Twining)

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

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


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


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 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

Segurança CB-55 – Norma NBR 16069

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 começa a perder espaço em novos sistemas

Ar Condicionado Industrial

HFCs – Chillers Centrífugos/ Parafuso

R717 – Chillers com “PHE” – Empresas Européias

R-22 está praticamente fora em novos sistemas

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