Seminário de Difusão sobre Uso de Refrigerantes - Tomaz Cleto

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


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


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




Cascade Cooler

CO2 Compressor

NH3 Compressor

NH3 Aut. Oil return


6

CO2 Pumps

NH3 HS-Float NH3 Condenser

Secondary Cooling Unit

CO2 Pump SeparatorCO2 Oil Rectifier





7

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

8

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


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= 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


CO

P (

kW/k

W)

Temp. Cond. R-744= -5ºC - ECO





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


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


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


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


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


12



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

13

0

1

2

3

4

5

6

7

8

R-134a R-744R-717

5%95%

4%96%

30%70%

LíquidoSucção

CO2=

Index



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


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


Vapor a 50 bar


-56.6 oC 5.2 bar

-78.4 oC

31.0ºC

Entalpia

Pre

ssão

(ba

r ab

s)

Válvulas de Segurança



CO2 Sólido Após Expansão

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Expansão de CO 2 – Líquido Enclausurado

Volume Relativo

Temperatura

Var

iaçã

o de

Vol

ume


16

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/

kg d

e R

efrig

eran

te

Solubilidade da Água – Fase Vapor

CO2 + Gelo

CO2 + Água

CO2 + Vapor d’Água


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Filtro Secador/ Visor de Umidade


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

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�� 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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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]

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