Aplicações de CO2 no Setor de Refrigeração Industrial
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- Raphaella Canedo Vasques
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1 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 Associação Nacional dos Profissionais de Refrigeração e Ar Condicionado CO2 na História da Refrigeração CO 2 Compressor Approx Período Aureo do CO 2 como refrigerante Proposta de Uso doco 2 como Refrigerante (Alexander Twining) Reinvenção das tecnologias de refrigeração com CO 2 (G. Lorentzen)
2 O Mercado de Refrigeração Industrial Refrigeração Industrial UE JCI-York DK (Sabroe/ Stal/ Gram/Frick) Danfoss Grenco/ Grasso Alfa-Laval Star Refrigeration FMC - Frigoscandia Mayekawa (Japão) IIR-IIF IIF Processos Termodinâmicos com CO 2 Ciclo Transcrítico Ciclo Sub-crítico 2
3 +35ºC Sistema /R Cascata R717 /R-717 Trocador Cascata -12ºC -8ºC Compressor R-717 Compressor Pressão R o C (13.5 bar) -12 o C (2.7 bar) -40ºC Sep. Líquido Enthalpia Pressão -8 o C (28.0 bar) -40 o C (10 bar) Evaporador R ºC Enthalpia +35ºC Sistema /R-717 Cascata Degelo com Gás Quente R717 /R-717 Trocador Cascata -12ºC -8ºC Compressor R-717 Compressor Pressão R o C (13.5 bar) -12 o C (2.7 bar) -40ºC Sep. Líquido Compressor para Degelo Pressão Enthalpia +8 o C (43 bar) -8 o C (28.0 bar) -40 o C (10 bar) -40ºC Evaporador Enthalpia 3
4 +35 º C R717 Compressor R-717 Sistema Cascata /R-717 Com Bombeado no Intermediário R-717/ Trocador Cascata -14 º C -10 º C Compressor Pressão R ºC (13.5 bar) -10 º C Sep. Líquido Sep. Líquido -14ºC (2.5 bar) CO 2 Enthalpia Evaporador -10ºC -40ºC Sep. Líquido Pressão -10ºC (26.4 bar) CO 2-40ºC (10 bar) Evaporador -40ºC Enthalpia x R-717 R Deslocamento Volumétrico R-717 HPC104S Compressores: V s x 8-10 HPC106S 3 x SAB202SF By John Ritmann York Refrigeration
5 Sistema /R Cascata 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 By John Ritmann York Refrigeration Sistema /R Cascata CO2 Compressor NH3 Comp ressor NH3 Aut. Oil return Cascade Cooler By John Ritmann York Refrigeration
6 Sistema /R Cascata CO2 Pump Separator CO2 Oil Rectifier Secondary Cooling Unit CO2 Pumps NH3 HS-Float NH3 Condenser By John Ritmann York Refrigeration Sistema /R Cascata By John Ritmann York Refrigeration
7 R Chiller com Trocadores a Placas Compressores para R em Ciclo Transcrítico Transcritical CO 2 for Industrial Refrigeration - By Yoshikawa Mayekawa Co. Danfoss IR Consensus - 30/11/2004 7
8 Compressores para R em Ciclo Transcrítico Transcritical CO 2 for Industrial Refrigeration - By Yoshikawa Mayekawa Co. Danfoss IR Consensus - 30/11/2004 Pressões de Projeto 8
9 Comparativo de COP COP (kw/kw) Temp. Cond. = -20ºC Temp. Cond. = -15ºC Temp. Cond. = -10ºC Temp. Cond. = -5ºC Temp. Cond. = 0ºC Sistema Cascata - /R-717 Coeficiente de Performance Temperatura de Evaporação - (ºC) Compressor - Sabroe HPC Compressor R Frick RWF II "Approach" no Cascata: 4ºC Temp. Cond. R-717: 35ºC By L. Tomaz Cleto Yawatz Engenharia Comparativo de COP R-717 com Economiser COP (kw/kw) Temp. Cond. = -5ºC - ECO Temp. Cond. = -10ºC - ECO Temp. Cond. = -15ºC - ECO Temp. Cond. = -5ºC Temp. Cond. = -10ºC Sistema Cascata - /R-717 Coeficiente de Performance 1.50 Compressor - Sabroe HPC Compressor R Frick RWF II (ECO) 1.40 "Approach" no Cascata - 4ºC Temp. Cond. R-717: 35ºC Temperatura de Evaporação - (ºC) By L. Tomaz Cleto Yawatz Engenharia
10 COP Otimizado Sistema Cascata - /R-717 Coeficiente de Performance - R-717 com Economiser COP (kw/kw) COP Ótimo Temp. Cond. Ótima Compressor - Sabroe HPC Compressor R Frick RWF II - ECO "Approach" no Cascata - 4ºC Temp. Cond. R-717: 35ºC Temp. Cond. (ºC) Temperatura de Evaporação - (ºC) By L. Tomaz Cleto Yawatz Engenharia COP /R-717 Cascata x R-717 Booster Sistema Cascata - /R-717 x Sistema "Booster" - R-717 Coeficiente de Performance /R-717 Cascata - Ótimo Apenas R Booster - Ótimo 1.90 COP (kw/kw) Temperatura de Evaporação (ºC) Compressor - Sabroe HPC Compressor R Frick RWF II - ECO "Approach" no Cascata - 4ºC Temp. Interm no Sistema de R Ótima Temp. Cond. R-717: 35ºC By L. Tomaz Cleto Yawatz Engenharia
11 Comparativo de COP Vários Sistemas Comparativo de COP entre Ciclos de Refrigeração Regime -40ºC/+25ºC Regime -50ºC/+25ºC By P.S. Nielsen & T. Lund - IIAR - Albuquerque - USA COP (kw/kw) R-717- Simples Estágio - Economiser R Duplo Estágio - Booster R-22 - Simples Estágio - Economiser R-22 - Duplo Estágio - Booster /R Ciclo Cascata Tipo de Sistema Comparação de Diâmetros de Linhas Dados para Cálculo: Capacidade Perda de Carga na Linha de Sucção: T Perda de Carga na Linha de de Retorno de Vapor Úmido : T Taxa de Recirculação (Bomba) Velocidade na Linha de Líquido Comprimento Equivalente Temperatura de Evaporação Temperatura de Condensação 250 kw 0.8 K 0.8 K m/s 50 m -40 o C -15 o C 11
12 Comparação de Diâmetros de Linhas Refrigerante R134a R717 P (bar) Velocidade (m/s) Linha de Sucção Diâmetro mm Linha de Líquido Diâmetro mm Comparação de Diâmetros de Linhas Refrigerante Linha de Retorno (Liquido + Vapor) R134a R717 P (bar) Velocidade (m/s) Diâmetro Linha de Líquido Bombeado (Baixa) mm Diâmetro mm
13 Comparação de Diâmetros de Linhas Index % 95% Líquido Sucção 5 4 CO 2 = % 96% 30% 70% R-134a R-717 Coluna de Líquido Refrigerante R-134a R-717 Pressão Produzida na Coluna de Líquido L - p bar Subresfriamento Produzido na Coluna de Líquido - t K Sep. Líquido H = 3 m p t 13
14 100 Válvulas de Segurança Liquid Supercrítico ºC o C Vapor a 50 bar Vapor a 35 bar Líquido a 20 bar Pressão Pressure (bar (bar-a) abs) 10 Sólido Sólido -Liquido 50% de CO 2 Sólido no Ponto Triplo Sólido - Vapor Liquido - Vapor o C 5.2 bar 0% de CO 2 Sólido no Ponto Triplo 3% de CO 2 Sólido no Ponto Triplo Vapor o C Enthalpy Entalpia Válvulas de Segurança CO2 Sólido Após Expansão 14
15 Válvulas de Segurança Expansão de CO2 Líquido Enclausurado Variação de Volume Volume Relativo Temperatura 15
16 Solubilidade com Água Solubilidade da Água Fase Vapor ppm de Água / kg de Refrigerante Temperatura Solubilidade com Água Solubilidade da Água Fase Vapor ppm de Água/ kg de Refrigerante CO2 + Gelo CO2 + Água CO2 + Vapor d Água Temperatura 16
17 Filtro Secador/ Visor de Umidade Filtro Secador Sucção Compressor Trocador - Cascata Evaporador CO 2 reciever Líquido Visor de Umidade Bomba CO 2 (CO 2 ) como REFRIGERANTE Refrigerante Primário rio (Ciclo Sub-Cr 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
18 (CO 2 ) como REFRIGERANTE Refrigerante Secundário rio: Temperaturas Intermediárias rias (-20.0( 20.0ºC C a 0.0ºC) Fluxo Bifásico Altos Coeficientes de Transferência de Calor Linhas muito menores O Exemplo da Nestlé Natural Refrigerants Used as Branding - By Mr. Pieter Roux - Nestlé Danfoss IR Consensus - 30/11/
19 O Exemplo da Nestlé Natural Refrigerants Used as Branding - By Mr. Pieter Roux - Nestlé Danfoss IR Consensus - 30/11/2004 O Exemplo da Nestlé Natural Refrigerants Used as Branding - By Mr. Pieter Roux - Nestlé Danfoss IR Consensus - 30/11/
20 Tendências para o Mercado de Refrigeração Industrial no Brasil Indústria Alimentícia/ Bebidas R-717, Amônia e NH 3 Chillers com PHE Carga de R-717 R muito reduzida Fluidos Secundários (-15.0( 15.0ºC C a 0.0ºC) -??? Grande Futuro! Legislação Segurança CE-55 Norma ABNT Tomaz Cleto Yawatz Soluções em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Tel.: + (55) Cel.: + (55) Web-site: tomazcleto@yawatz.com.br 20
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