seminário de difusão sobre uso de refrigerantes - tomaz cleto
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1
Seminário de Difusão Uso de Refrigerantes Naturais em
Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Leonilton Tomaz Cleto Leonilton Tomaz Cleto -- Yawatz EngenhariaYawatz EngenhariaANPRAC ANPRAC –– AssociaAssociaçção Nacional dos Profissionais de ão Nacional dos Profissionais de
RefrigeraRefrigeraçção e Ar Condicionadoão e Ar Condicionado
Aplicações de CO2 no Setor de Refrigeração Industrial
1850 199319601920 ----------1930
Período “Aureo” doCO2 como refrigerante
Reinvenção das tecnologias de refrigeração com CO 2(G. Lorentzen)
CO2 CompressorApprox. 1900
CO2 na História da Refrigeração
Proposta de Uso doCO 2como Refrigerante(Alexander Twining)
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
2
O Mercado de RefrigeraO Mercado de Refrigeraçção Industrialão Industrial
�� RefrigeraRefrigeraçção Industrial ão Industrial –– UEUE
�� JCIJCI--York York –– DK (Sabroe/ Stal/ Gram/Frick)DK (Sabroe/ Stal/ Gram/Frick)
�� DanfossDanfoss
�� Grenco/ GrassoGrenco/ Grasso
�� AlfaAlfa--LavalLaval
�� Star Refrigeration Star Refrigeration
�� FMC FMC -- FrigoscandiaFrigoscandia
�� Mayekawa (Japão)Mayekawa (Japão)
�� IIRIIR--IIFIIF
Processos Termodinâmicos com CO2
Ciclo Sub-crítico
Ciclo Transcrítico
3
R717
R-744
+35oC (13.5 bar)
-12oC (2.7 bar)
+35ºC
-12ºC
-8ºC
Pre
ssão
Enthalpia
-8oC (28.0 bar)
-40oC (10 bar)
Pre
ssão
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 – Danfo ss AS - 2004
R717
R-744
+35oC (13.5 bar)
-12oC (2.7 bar)
+35ºC
-12ºC
-8ºC
Pre
ssão
Enthalpia
-8oC (28.0 bar)
-40oC (10 bar)
Pre
ssão
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 – Danfo ss AS - 2004
Compressor para Degelo
+8 oC (43 bar)
4
Sistema Cascata R-744/R-717Com R-744 Bombeado no
Intermediário
-10ºC (26.4 bar)
Sep. L íquido
+35ºC
R717
CO2
-14ºC-10ºC
Pre
s são
Enthalpia
-40ºC (10 bar)
Pre
s são
Enthalpia
R-744
R717
-40ºC
Evaporador – R-744
CompressorR-744
Sep. L íquido
R-717/R-744 – Trocador “ Cascata ”
-40ºC
CO2
-10ºC
Evaporador – R-744 -10ºC
CompressorR-717
+35ºC (13.5 bar)
-14ºC (2.5 bar)Sep. L íquido
RR--744 x R744 x R--717 717 –– Deslocamento VolumDeslocamento Voluméétricotrico
R-717R-744
Compressores:
HPC106S
HPC104S
Vs x 8-10
3 x SAB202SF
By John Ritmann – York Refrigeration - 2004
5
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
6
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
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RR--717 717 -- Chiller com Trocadores a PlacasChiller com Trocadores a Placas
Compressores para RCompressores para R--744 em 744 em Ciclo TranscrCiclo Transcrííticotico
Transcritical COTranscritical CO22 for Industrial Refrigeration for Industrial Refrigeration -- By Yoshikawa By Yoshikawa –– Mayekawa Co.Mayekawa Co.Danfoss IR Consensus Danfoss IR Consensus -- 30/11/2004 30/11/2004
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Compressores para RCompressores para R--744 em 744 em Ciclo TranscrCiclo Transcrííticotico
Transcritical COTranscritical CO22 for Industrial Refrigeration for Industrial Refrigeration -- By Yoshikawa By Yoshikawa –– Mayekawa Co.Mayekawa Co.Danfoss IR Consensus Danfoss IR Consensus -- 30/11/2004 30/11/2004
Pressões de Projeto
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
9
Comparativo de COP
Sistema Cascata - R-744/R-717Coeficiente de Performance
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
2.10
-50.0 -45.0 -40.0 -35.0
Temperatura de Evaporação - R-744 (ºC)
CO
P (
kW/k
W)
Temp. Cond. R-744= -20ºC
Temp. Cond. R-744= -15ºC
Temp. Cond. R-744= -10ºC
Temp. Cond. R-744= -5ºC
Temp. Cond. R-744= 0ºC
Compressor R-744 - Sabroe HPCCompressor R-717 - Frick RWF II"Approach" no Cascata: 4ºCTemp. Cond. R-717: 35ºC
By L. Tomaz Cleto – Yawatz Engenharia - 2007
Comparativo de COPR-717 com Economiser
Sistema Cascata - R-744/R-717Coeficiente de Performance
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
2.10
-50.0 -45.0 -40.0 -35.0
Temperatura de Evaporação - R-744 (ºC)
CO
P (
kW/k
W)
Temp. Cond. R-744= -5ºC - ECO
Temp. Cond. R-744= -10ºC - ECO
Temp. Cond. R-744= -15ºC - ECO
Temp. Cond. R-744= -5ºC
Temp. Cond. R-744= -10ºC
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
10
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 (
kW/k
W)
-17.0
-15.0
-13.0
-11.0
-9.0
-7.0
-5.0
Tem
p. C
ond.
R-7
44 (
ºC)
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 (
kW/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
11
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 (
kW/k
W)
Regime -40ºC/+25ºC
Regime -50ºC/+25ºC
By P.S. Nielsen & T. Lund - IIAR - Albuquerque - US A - 2003
Dados para Cálculo:
0.8 K“Perda de Carga” na Linha de de Retorno de Vapor “Úmido”: ∆T
3Taxa de Recirculação (Bomba)
-15 oCTemperatura de Condensação
-40 oCTemperatura de Evaporação
50 mComprimento Equivalente
250 kWCapacidade
Velocidade na Linha de Líquido
“Perda de Carga” na Linha de Sucção: ∆T
0.8 m/s
0.8 K
Comparação de Diâmetros de Linhas
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
12
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
13
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
H = 3 mSep. Líquido
∆p ∆t
Subresfriamento Subresfriamento Produzido na Coluna de Produzido na Coluna de LLííquido quido -- ∆∆tt
R-744RR--717717RR--134a134aRefrigeranteRefrigerante
0.885.215.2114.9114.91K
0.3290.2130.2130.4180.418barPressão Produzida na Pressão Produzida na Coluna de LColuna de L ííquido quido -- ∆∆pp
Coluna de Líquido
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
14
1
10
100
-200 -100 0 100 200 300 400 500
Enthalpy
Pre
ssur
e (b
ar-a
)Supercrítico
Sólido - Vapor
Vapor
Liquido - Vapor
Liquid
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
(ba
r ab
s)
Válvulas de Segurança
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
Válvulas de Segurança
CO2 Sólido Após Expansão
15
Válvulas de Segurança
Expansão de CO 2 – Líquido Enclausurado
Volume Relativo
Temperatura
Var
iaçã
o de
Vol
ume
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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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/
kg d
e R
efrig
eran
te
Solubilidade da Água – Fase Vapor
CO2 + Gelo
CO2 + Água
CO2 + Vapor d’Água
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
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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 CO 2
�� Refrigerante PrimRefrigerante Primáário rio –– (Ciclo Sub(Ciclo Sub--CrCríítico):tico):
� 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
� 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
� Inodoro - Em caso de vazamento, não há alarme pelo odor
� Alta Solubilidade com Água
RR--744 (CO744 (CO22) como REFRIGERANTE) como REFRIGERANTE
18
�� Refrigerante SecundRefrigerante Secundááriorio::�� Temperaturas IntermediTemperaturas Intermediáárias (rias (--20.020.0ººC a 0.0C a 0.0ººC)C)
�� Fluxo BifFluxo Bifáásicosico
�� Altos Coeficientes de Transferência de CalorAltos Coeficientes de Transferência de Calor
�� Linhas muito menoresLinhas muito menores
RR--744 (CO744 (CO22) como REFRIGERANTE) como REFRIGERANTE
O Exemplo da Nestlé
Natural Refrigerants Used as Branding Natural Refrigerants Used as Branding -- By Mr. Pieter RouxBy Mr. Pieter Roux -- NestlNestlééDanfoss IR Consensus Danfoss IR Consensus -- 30/11/200430/11/2004
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O Exemplo da Nestlé
Natural Refrigerants Used as Branding Natural Refrigerants Used as Branding -- By Mr. Pieter RouxBy Mr. Pieter Roux -- NestlNestlééDanfoss IR Consensus Danfoss IR Consensus -- 30/11/200430/11/2004
O Exemplo da Nestlé
Natural Refrigerants Used as Branding Natural Refrigerants Used as Branding -- By Mr. Pieter RouxBy Mr. Pieter Roux -- NestlNestlééDanfoss IR Consensus Danfoss IR Consensus -- 30/11/200430/11/2004
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Tendências para o Mercado de Tendências para o Mercado de RefrigeraRefrigeraçção Industrial no Brasilão Industrial no Brasil
�� IndIndúústria Alimentstria Alimentíícia/ Bebidascia/ Bebidas
�� RR--717, Amônia e NH717, Amônia e NH33
�� Chillers com Chillers com ““PHEPHE”” –– Carga de RCarga de R--717 muito reduzida717 muito reduzida
�� Fluidos SecundFluidos Secundáários (rios (--15.015.0ººC a 0.0C a 0.0ººC)C)
�� RR--744 744 -- ??? ??? –– Grande Futuro !Grande Futuro !
�� LegislaLegislaççãoão
�� SeguranSegurançça a �� CECE--55 55 –– Norma ABNTNorma ABNT
Tel.: + (55) - 11 5928 1536Cel.: + (55) - 11 7856 3972
Web-site: www.yawatz.com.brE-mail: [email protected]
Tomaz Cleto Yawatz Soluções em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado