aplicações nos setores de ar condicionado e refrigeração industrial
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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
Chillers com Carga Reduzida de R-717
The Optimum Ammonia Systems - By Bo Stubkier – York RefrigerationDanfoss IR Consensus - 30/11/2004
Chillers com Carga Reduzida de R-717
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
Equipamentos com Carga Reduzida de R-717
By P. Hrnjak – IIF-IIR - Ammonia Refrigerating Systems, Renewal and Improvement, Ohrid, 2005
By P. Hrnjak – IIF-IIR - Ammonia Refrigerating Systems, Renewal and Improvement, Ohrid, 2005
Equipamentos com Carga Reduzida de R-717
Árvore de Válvulas
By Danfoss A/S – ICF Catalogue - DKRCI.PB.FT0.A2.02 / 520H1215 - 2006
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
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
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
Evaporador – R-744
CompressorR-744
Sep. Líquido
R-717/R-744 – Trocador “Cascata”
-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
Sistema R-744/R-717 - Cascata
By John Ritmann – York Refrigeration - 2004
Sistema R-744/R-717 - Cascata
Cascade Cooler
CO2
Compressor
NH3
Compressor
NH3 Aut. Oil return
By John Ritmann – York Refrigeration - 2004
CO2 Pumps
NH3 HS-Float NH3 Condenser
Secondary Cooling Unit
CO2 Pump SeparatorCO2 Oil Rectifier
Sistema R-744/R-717 - Cascata
By John Ritmann – York Refrigeration - 2004
Sistema R-744/R-717 - Cascata
By John Ritmann – York Refrigeration - 2004
Pressões de Projeto
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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
By Charles R. Taylor – The Stellar Group - 2003
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
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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
Comparação de Diâmetros de Linhas
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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
Comparação de Diâmetros de Linhas
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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
0% de CO2 Sólido no Ponto Triplo
Vapor a 50 bar
3% de CO2 Sólido no Ponto Triplo
-56.6 oC 5.2 bar
-78.4 oC
31.0ºC
Entalpia
Pre
ssão
(bar
abs
)Válvulas de Segurança
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
Válvulas de Segurança
CO2 Sólido Após Expansão
Segurança
By Charles R. Taylor – The Stellar Group - 2003
Obs.: HFCs – TLV ~ 1000 ppm
Expansão de CO2 – Líquido Enclausurado
Volume Relativo
Temperatura
Varia
ção
de V
olum
e
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
Solubilidade com Água
Temperatura
ppm
de
Águ
a /
kg d
e R
efrig
eran
te
Solubilidade da Água – Fase Vapor
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
Filtro Secador/ Visor de Umidade
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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
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