Seminário de Difusão sobre Uso de Refrigerantes

Transcrição

Seminário de Difusão
Uso de Refrigerantes Naturais em
Sistemas de Refrigeração e Ar
Condicionado
Aplicações de CO2 no Setor de
Refrigeração Industrial
Leonilton Tomaz Cleto - Yawatz Engenharia
ANPRAC – Associaç
Associação Nacional dos Profissionais de
Refrigeraç
Refrigeração e Ar Condicionado
CO2 na História da Refrigeração
CO2 Compressor
Approx. 1900
Período “Aureo” do
CO2 como refrigerante
Proposta de Uso doCO2
como Refrigerante
(Alexander Twining)
1850
Reinvenção das
tecnologias de
refrigeração com CO2
(G. Lorentzen)
1920 ----------1930
1960
1993
By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard – Danfoss AS - 2004
1
O Mercado de Refrigeraç
Refrigeração Industrial
Refrigeraç
Refrigeração Industrial – UE
JCIJCI-York – DK (Sabroe/ Stal/ Gram/Frick)
Danfoss
Grenco/ Grasso
AlfaAlfa-Laval
Star Refrigeration
FMC - Frigoscandia
Mayekawa (Japão)
IIRIIR-IIF
Processos Termodinâmicos com CO2
Ciclo Transcrítico
Ciclo Sub-crítico
2
Sistema R-744/R-717 - Cascata
+35ºC
Pressão
Compressor
R-717
R717
R-744/R-717 – Trocador “Cascata”
R717
+35oC (13.5 bar)
-12ºC
-8ºC
Compressor
R-744
-12oC (2.7 bar)
Enthalpia
-40ºC
Sep. Líquido
Pressão
R-744
R-744
Evaporador – R744
-8oC (28.0 bar)
-40oC (10 bar)
-40ºC
Enthalpia
Sistema R-744/R-717 – Cascata
+35ºC
Degelo com R-744 – Gás Quente
Compressor
R-717
R717
Pressão
R717
+35oC (13.5 bar)
-12ºC
-8ºC
Compressor
R-744
-12oC (2.7 bar)
Enthalpia
-40ºC
Sep. Líquido
Compressor
para Degelo
R-744
Evaporador – R-744
-40ºC
Pressão
R-744
+8 oC
-8oC
(43 bar)
(28.0 bar)
-40oC (10 bar)
Enthalpia
3
+35ºC
Compressor
R-717
R717
Sistema Cascata R-744/R-717
Com R-744 Bombeado no
Intermediário
-10ºC
Compressor
R-744
Pressão
R717
-14ºC
+35ºC (13.5 bar)
-10ºC
Sep. Líquido
Sep. Líquido
-14ºC (2.5 bar)
Enthalpia
CO2
-10ºC
-40ºC
Sep. Líquido
Pressão
R-744
-10ºC (26.4 bar)
-40ºC (10 bar)
CO2
Enthalpia
-40ºC
R-744 x RR-717 – Deslocamento Volumé
Volumétrico
R-744
R-717
HPC104S
Compressores:
Vs x 8-10
HPC106S
3 x SAB202SF
By John Ritmann – York Refrigeration - 2004
4
HERL T19
40 BAR
HERL T19
16 BAR
Cascade Cooler/
Condenser
AKS 41
Oil return system
SMC 106E
HPO 28
Oil recovery
system
HIGH-STAGE (R717)
LOW-STAGE (R744)
EKC 347
HERL T19
24 BAR
HERL T19
25BAR
KP 5
External option
Q - MIN.
MVL
661
PHE Condenser
EVR
PM 3 - CVP(HP) - EVM
Dp
Dp
Kurt C. Hilbrecht
BITZER LH53/2DC
PM1 - EVM
CNF - 40
CO2
Compressor
NH3
Comp
ressor
NH3 Aut.
Oil return
Cascade
Cooler
5
CO2 Pump Separator
CO2 Oil Rectifier
Secondary
Cooling Unit
CO2 Pumps
NH3 HS-Float
NH3 Condenser
6
R-717 - Chiller com Trocadores a Placas
Compressores para R-744 em
Ciclo Transcrítico
Transcritical CO2 for Industrial Refrigeration - By Yoshikawa – Mayekawa Co.
Danfoss IR Consensus - 30/11/2004
7
Compressores para R-744 em
Ciclo Transcrítico
Transcritical CO2 for Industrial Refrigeration - By Yoshikawa – Mayekawa Co.
Pressões de Projeto
8
Comparativo de COP
Sistema Cascata - R-744/R-717
Coeficiente de Performance
2.10
Temp. Cond. R-744= -20ºC
2.00
1.90
COP (kW/kW)
Temp. Cond. R-744= 0ºC
1.80
1.70
1.60
1.50
Compressor R-744 - Sabroe HPC
Compressor R-717 - Frick RWF II
"Approach" no Cascata: 4ºC
Temp. Cond. R-717: 35ºC
1.40
1.30
-50.0
-45.0
-40.0
-35.0
Temperatura de Evaporação - R-744 (ºC)
By L. Tomaz Cleto – Yawatz Engenharia - 2007
Comparativo de COP
R-717 com Economiser
2.10
Temp. Cond. R-744= -5ºC - ECO
2.00
1.90
COP (kW/kW)
1.80
1.70
1.60
1.50
Compressor R-717 - Frick RWF II (ECO)
"Approach" no Cascata - 4ºC
1.40
1.30
-50.0
-45.0
-40.0
-35.0
9
COP Otimizado
Coeficiente de Performance - R-717 com Economiser
2.10
-5.0
COP Ótimo
Temp. Cond. R-744 Ótima
COP (kW/kW)
-9.0
1.70
-11.0
-13.0
1.50
Compressor R-717 - Frick RWF II - ECO
Temp. Cond. R-744 (ºC)
-7.0
1.90
-15.0
1.30
-17.0
-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
COP – R-744/R-717 Cascata x R-717 “Booster”
Sistema Cascata - R-744/R-717 x Sistema "Booster" - R-717
2.10
R-744/R-717 Cascata - Ótimo
2.00
Apenas R-717 - Booster - Ótimo
COP (kW/kW)
1.90
1.80
1.70
1.60
Compressor R-717 - Frick RWF II - ECO
Temp. Interm no Sistema de R-717 - Ótima
1.50
1.40
1.30
-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)
10
Comparativo de COP – Vários Sistemas
Comparativo de COP entre Ciclos de Refrigeração
2.50
By P.S. Nielsen & T. Lund - IIAR - Albuquerque - USA - 2003
Regime -40ºC/+25ºC
2.00
2.18
Regime -50ºC/+25ºC
1.92
COP (kW/kW)
1.86
1.77
1.75
1.78
1.42
1.50
1.38
1.22
1.09
1.00
0.50
0.00
R-717- Simples
Estágio Economiser
R-717 - Duplo
Estágio - Booster
R-22 - Simples
Estágio Economiser
R-22 - Duplo
Estágio - Booster
R-744/R-717 - Ciclo
Cascata
Tipo de Sistema
Comparação de
Diâmetros de Linhas
Dados para Cálculo:
Capacidade
250 kW
“Perda de Carga” na Linha de
Sucção: ∆T
0.8 K
“Perda de Carga” na Linha de de
Retorno de Vapor “Úmido”: ∆T
0.8 K
Taxa de Recirculação (Bomba)
Velocidade na Linha de Líquido
3
0.8 m/s
Comprimento Equivalente
50 m
Temperatura de Evaporação
-40 oC
Temperatura de Condensação
-15 oC
11
Comparação de
Refrigerante
∆P (bar)
Velocidade
(m/s)
Linha de
Sucção
R717
R-744
0.0212
0.0303
0.2930
20.4
37.5
15.4
168
102
53
21
35
Diâmetro
mm
Linha de
Líquido
R134a
Diâmetro
mm
37
Comparação de
R134a
R717
R-744
∆P (bar)
0.0212
0.0303
0.2930
Velocidade
(m/s)
11.0
20.2
8.2
215
133
69
36
58
Refrigerante
Linha de
Retorno
(Liquido +
Vapor)
Diâmetro
mm
Linha de
Líquido
Bombeado
(Baixa)
Diâmetro
mm
61
12
Comparação de
Index
8
5%
95%
7
6
Líquido
Sucção
5
4
3
4%
96%
2
30%
70%
CO2= 1
0
R-134a
R-717
R-744
Coluna de Líquido
Refrigerante
Pressão Produzida na
Coluna de Lí
Líquido - ∆p
Subresfriamento
Produzido na Coluna de
Líquido - ∆t
R-134a
R-717
R-744
bar
0.418
0.213
0.329
K
14.91
5.21
0.88
Sep. Líquido
H=3m
∆p ∆t
13
Válvulas de Segurança
oC
+31
31.0ºC
1 00
Supercrítico
Vapor a 50 bar
Liquid
Vapor a 35 bar
Pressure
Pressão
(bar(bar-a)
abs)
Líquido a 20 bar
Sólido -Liquido
10
Sólido
Liquido - Vapor
50% de CO2
Sólido
no Ponto Triplo
0% de CO2 Sólido
no Ponto Triplo
oC
-56.6
5.2 bar
3% de CO2 Sólido no
Ponto Triplo
Sólido - Vapor
Vapor
-78.4 oC
1
-200
-100
0
100
200
300
400
500
EnEntalpia
th alp y
CO2 Sólido Após Expansão
14
Expansão de CO2 – Líquido Enclausurado
Variação de Volume
Volume Relativo
Temperatura
15
Solubilidade com Água
ppm de Água /
kg de Refrigerante
Solubilidade da Água – Fase Vapor
Temperatura
Solubilidade com Água
ppm de Água/
kg de Refrigerante
Solubilidade da Água – Fase Vapor
CO2 +
Água
CO2 +
Gelo
CO2 +
Vapor d’Água
Temperatura
16
Filtro Secador/ Visor de Umidade
Compressor
Sucção
Filtro Secador
Trocador - Cascata
CO2 reciever
Evaporador
Líquido
Visor de Umidade Bomba CO2
R-744 (CO2) como REFRIGERANTE
Refrigerante Primá
Primário – (Ciclo SubSub-Crí
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
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
17
R-744 (CO2) como REFRIGERANTE
Refrigerante
Secundá
Secundário:
Temperaturas Intermediá
Intermediárias ((-20.0º
20.0ºC a 0.0º
0.0ºC)
Fluxo Bifá
Bifásico
Altos Coeficientes de Transferência de Calor
Linhas muito menores
O Exemplo da Nestlé
Natural Refrigerants Used as Branding - By Mr. Pieter Roux - Nestlé
Nestlé
18
Nestlé
Nestlé
19
Tendências para o Mercado de
Refrigeraç
Refrigeração Industrial no Brasil
Indú
Indústria Alimentí
Alimentícia/ Bebidas
R-717, Amônia e NH3
Chillers com “PHE”
PHE” – Carga de RR-717 muito reduzida
Fluidos Secundá
Secundários ((-15.0º
15.0ºC a 0.0º
0.0ºC)
R-744 - ??? – Grande Futuro !
Legislaç
Legislação
Seguranç
Segurança CECE-55 – Norma ABNT
Tomaz Cleto Yawatz
Soluções em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Tel.: + (55) - 11 5928 1536
Cel.: + (55) - 11 7856 3972
Web-site: www.yawatz.com.br
E-mail: [email protected]
20

Seminário de Difusão sobre Uso de Refrigerantes

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