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 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 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
Equipamentos com Carga Reduzida de R-717
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
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
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
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.
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
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 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