Seminário Difusão do Uso de Fluidos Refrigerantes Alternativos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado - MMA Aplicação dos Fluidos Naturais na Refrigeração Comercial para Supermercados 28 de Maio/2009 Recife / PE, Brasil por Alessandro da Silva Engenheiro de Aplicação Tel. (11) 4617-9138 / E-mail: alessandro.silva@bitzer.com.br Fluidos Naurais em Supermercados 1
Aplicação dos Fluidos Naturais - Supermercados Breve história dos refrigerantes Hidrocarbonetos (R290 / R1270) Principais características, limites de aplicação Compressores / óleos lubrificantes Exemplo de aplicação e recomendações de projeto Amônia Principais características, limites de aplicação Compressores / óleos lubrificantes Exemplo de aplicação e recomendações de projeto Dióxido de Carbono (CO 2 ) Aplicações como refrigerante e fluido secundário (Centro Tecnologia CO2 - case) Fluidos Naurais em Supermercados 2
Breve história dos refrigerantes Futuro Cloreto Metila Protocolo Kyoto 1997 2009 Éter-Etil (R610) Protocolo Montreal 1987 Fluidos Naurais em Supermercados 3
Fluidos Naurais em Supermercados 4
Hidrocarbonetos Principais Características Prós Longa tradição em sistemas de refrigeração petro-químico Não destroem a Camada de Ozônio (ODP = 0) Baixo Potencial de Aquecimento Global (GWP = 3) Quimicamente inativo, baixa toxidade Compatibilidade favorável com os materiais Boa capacidade de refrigeração e consumo de energia equivalente aos refrigerantes halogenados Substâncias simples, não possuem temperature glide Ampla faixa de aplicação devido aos: níveis moderados de temperatura & pressão de operação fluxo de massa e densidade do gás favorável boa miscibilidade e transporte com o óleo Fluidos Naurais em Supermercados 5
Hidrocarbonetos Principais Características Contras Alta inflamabilidade e explosividade Classe de Risco A3 medidas específicas de segurança (requer normas de segurança) maior custo de investimento maior responsabilidade (projeto, instalação, operação & manutenção!!) limitação da carga de refrigerante e localização da planta fluido secundário poderá ser necessário maior custo de investimento Elevado grau de solubilidade com os óleos convencionais forte diluição & efeito solvente características de lubrificação desfavoráveis maior desgaste das partes móveis & redução da vida útil medidas adicionais poderão ser necessárias maior grau de viscosidade do óleo, bombas e trocadores mais resistentes, etc Fluidos Naurais em Supermercados 6
Hidrocarbonetos Principais Características Propriedades do R290 e R1270 vs. R22 R290 R1270 R22 Massa Molar kg/mol 44.1 42.1 86.5 Expoente da compressão isoentrópica 1.14 1.16 1.18 Temperatura de ebulição C -41.6-47.7-40.8 Densidade do líquido kg/dm 3 (40 C) 0.47 0.48 1.13 Pressão do vapor bar (-10/40 C) 3.42/13.66 4.3/16.52 3.55/15.3 Temperatura crítica C 96.8 92.4 96 Pressão crítica bar 42.6 46.6 49.9 Inflamabilidade Vol. % 2.1.. 9.4 2.0..11.1 -- Toxidade AEL ppm 1000 1000 1000 Destruição Camada de Ozônio ODP 0 0 0.05 Potencial de Aquecimento Global GWP 3 3 1500 Fluidos Naurais em Supermercados 7
Hidrocarbonetos Principais Características Pressão, Classificação de Segurança e Potencial Aquecimento Global (GWP) Refrigerante Pressão Projeto [bar] Limites Explosão Limite inferior [% v/v] Limite superior [% v/v] Limite Prático [kg/m 3 ] GWP [100 anos] HFCs 28 (42) 0.25...0.44 1300...3300 HCs 28 1.8...2.5 8.4...11.1 0.008...0.011 3 NH 3 28 15 28 0.00035 0 CO 2 42 ( 150) 0.07 1 válido para os refrigerantes listados na tabela "Faixa de Aplicação" de acordo com a norma EN378 42 bar com R410A 42 bar com subcrítico, até 150 bar com sistemas transcríticos Limite Prático (EN378) representa o maior nível de concentração que uma pessoa poderia se expor sem apresentar efeitos nocivos à saúde. Fluidos Naurais em Supermercados 8
Hidrocarbonetos Principais Características Níveis de Pressão Os níveis de pressão do R290 e R1270 são similares ao do R22 Fluidos Naurais em Supermercados 9
Hidrocarbonetos Principais Características Diferenças significativas das capacidades e COP do R1270 e R290 vs. R22 120 Q o (R1270) Relação do R1270 e R290 vs R22 (=100%) 110 100 90 R22 = 100% Tc 40 C Tgs 20 C COP (R290) Q o (R290) COP (R1270) 80-40 -30-20 -10 0 10 Temperatura de Evaporação [ C] Fluidos Naurais em Supermercados 10
Hidrocarbonetos Principais Características 180 Diferenças significativas do expoente de compressão isoentrópico dos HCs vs. R22 Menores temperaturas de descarga e do óleo Potential para LT com operação de compressores de simples estágio Temperaturas de descarga e do óleo muito baixas com menores taxas de compressão necessário intercambiador de calor entre a linha de sucção e líquido Temperatura de descarga [ C] 160 140 120 100 80 60 40-40 R134a R404A R290 R1270 R22 NH3-30 R22 R1270-20 R290-10 tc 40 C Δtoh 10 K Ef. 0.8 0 10 Temperatura de evaporação [ C] Fluidos Naurais em Supermercados 11
Hidrocarbonetos Principais Características R290 vs. R22 Dados baseados na mesma capacidade frigorífica Diferença significativa da densidade e fluxo de massa R290 vs. R22 Fluidos Naurais em Supermercados 12
Hidrocarbonetos Compressores Semi-herméticos 250 m 3 /h 200 150 100 50 Deslocamento (50Hz) 2KC 2JC 2HC 2GC 2FC 2EC 2DC 2CC4FC 4EC 4DC 4CC 4VCS 4TCS 4PCS 4NCS 4J4H 4G 6J6H 6G 6F 8GC8FC 0 C1 C2 C3 C4 B5 B6 C8 Fluidos Naurais em Supermercados 13
Hidrocarbonetos Óleos recomendados Devido à alta solubilidade dos refrigerantes HCs nos óleos lubrificantes Os óleos minerais (MO) deverão ser utilizados em sistemas de MT e LT com suficiente superaquecimento Os óleos Polialfaolifina (PAO) têm menor solubilidade, menor pressão de vapor e viscosidade uniforme sobre a temperatura Obrigatórios em A/C e bombas de calor Os óleos PAO (SHC226E) são standard para a versão P dos compressores com HCs Fluidos Naurais em Supermercados 14
Hidrocarbonetos Limites de aplicação R290 (Modo de operação em Plana Carga) Compressores pistão Fluidos Naurais em Supermercados 15
Hidrocarbonetos Limites de aplicação CR 66% CR 50% CR 33% R290 (Modo de operação em Carga Parcial) Compressores pistão Fluidos Naurais em Supermercados 16
Hidrocarbonetos Limites de aplicação R1270 (Modo de operação em Plana Carga) Compressores pistão Fluidos Naurais em Supermercados 17
Hidrocarbonetos Limites de aplicação CR 66% CR 50% CR 33% R1270 (Modo de operação em Carga Parcial) Compressores pistão Fluidos Naurais em Supermercados 18
Hidrocarbonetos Exemplo de aplicação (R290/CO2) K1 Lokal Brugsen Juelsmindevej, Odense P P P Propane (+30 C) K.. DTI / Super Køl A/S C1 P C2 P K6 Brine (-11 C) P Brine (-7 C) Propane (-14 C) CO 2 (-10 C) F1 P P P P F2 C3 F3 CO 2 (-32 C) Danish Technological Institute, Teknologiparken, DK-8000 Aarhus C, www.teknologisk.dk Fluidos Naurais em Supermercados 19
Hidrocarbonetos Exemplo de aplicação (R290/CO2) Compressores - R290 Compressor - CO 2 Danish Technological Institute, Teknologiparken, DK-8000 Aarhus C, www.teknologisk.dk Fluidos Naurais em Supermercados 20
Hidrocarbonetos Recomendações de projeto Benefício do intercambiador de calor (sucção/líquido) Suficiente superaquecimento, temperatura de descarga e óleo solubilidade do refrigerante reduzida maior vida útil do compressor Maior capacidade frigorífica e COP maior entalpia de evaporação Sistema com intercambiador de calor Fluidos Naurais em Supermercados 21
Hidrocarbonetos Recomendações de projeto Sistemas de refrigeração comercial - supermercados Medidas de segurança são necessárias Sistema indireto (utilizar fluido secundário) Sala de máquina com boa ventilação Equipamento compacto a prova de explosão Carga de refrigerante (HC) muito reduzida Treinamento de todo o pessoal técnico Fluidos Naurais em Supermercados 22
Fluidos Naurais em Supermercados 23
Amônia (R717) Principais Características Prós Longa tradição em sistemas de refrigeração industrial Não destrói a Camada de Ozônio (ODP = 0) Não contribui para o Aquecimento Global (GWP = 0) Substância 100% natural e de reduzido tempo de vida (menos de 14 dias) Fonte disponível na atmosfera Seu custo de aquisição é baixo Alto calor latente de evaporação (7 vezes mais que o R22 nas condições de 10ºC/40ºC) Fluxo de massa reduzido (aprox. 14% do R22) Baixa densidade do vapor e do líquido Fluidos Naurais em Supermercados 24
Amônia (R717) Principais Características Prós Requer menores diâmetros de tubulação / bombas de refrigerante / dispositivos de controle Trabalha com baixa perda de carga Fácil separação com o óleo Alto coeficiente de performance, especialmente em alta e média pressão Características excelente na transferência de calor Ebulição intensiva devido a grande mudança de volume Insensível com a umidade no sistema Cheiro forte (simples monitoramento de vazamento) Fluidos Naurais em Supermercados 25
Amônia (R717) Principais Características Contras Alta toxidade (25 ppm) Explosiva dentro de concentrações de 15 a 28% em volume no ar Temperaturas extremas de descarga / óleo devido ao expoente isentrópico de compressão (NH3 = 1.31 / R22 = 1.18) Diferença de entalpia relativamente pequena na fase de vapor Limitada compatibilidade de materiais (incluindo cobre ou liga de cobre e limitações com plásticos) Insolúvel com óleos minerais e sintéticos Alta condutibilidade elétrica (requisitos especiais são necessários para componentes elétricos dentro do circuito de refrigeração) Fluidos Naurais em Supermercados 26
Amônia (R717) Principais Características Propriedades do R717 vs. R22 R717 R22 Massa Molar kg/mol 17.03 86.5 Expoente da compressão isoentrópica 1.31 1.18 Temperatura de ebulição C -33.33-40.8 Densidade do líquido kg/dm 3 (40 C) 0.57 1.13 Pressão do vapor Bar (-10/40 C) 2.90/15.55 3.55/15.3 Temperatura crítica C 133 96 Pressão crítica bar 113.5 49.9 Inflamabilidade Vol. % 15.. 28 -- Toxidade AEL ppm 25 1000 Destruição Camada de Ozônio ODP 0 0.05 Potencial de Aquecimento Global GWP 0 1500 Fluidos Naurais em Supermercados 27
Amônia (R717) Principais Características Pressão, Classificação de Segurança e Potencial Aquecimento Global (GWP) Refrigerante Pressão Projeto [bar] Limites Explosão Limite inferior [% v/v] Limite superior [% v/v] Limite Prático [kg/m 3 ] GWP [100 anos] HFCs 28 (42) 0.25...0.44 1300...3300 HCs 28 1.8...2.5 8.4...11.1 0.008...0.011 3 NH 3 28 15 28 0.00035 0 CO 2 42 ( 150) 0.07 1 válido para os refrigerantes listados na tabela "Faixa de Aplicação" de acordo com a norma EN378 42 bar com R410A 42 bar com subcrítico, até 150 bar com sistemas transcríticos Limite Prático (EN378) representa o maior nível de concentração que uma pessoa poderia se expor sem apresentar efeitos nocivos à saúde. Fluidos Naurais em Supermercados 28
Amônia (R717) Principais Características Níveis de Pressão Os níveis de pressão do R717 são similares ao do R22 Fluidos Naurais em Supermercados 29
Amônia (R717) Principais Características Comportamento da temperatura do gás de descarga do R717 vs. R22 Temperatura de descarga [ C] 190 170 150 130 110 90 70 Tcond. c 40 C Sup. 10 K Ef vol. 0.75 R134a R404A R22 NH3 50 10 0-10 -20-30 -40 Temperatura de evaporação [ C] Fluidos Naurais em Supermercados 30
Amônia (R717) Principais Características Capacidade frigorífica relativa [%] Tipos compressores: HFCs & HCs vs. R22 semi-hermético pistão (parafuso) NH 3 vs. R22 parafuso aberto 160 to +5 C, tc 50 C 140 to -10 C, tc 45 C to -35 C, tc 40 C 120 100 80 60 40 20 EN 12900 / t oh 20 C / *NH 3 Δt oh 5 K 0 R22 R134a R134a Screw + ECO R407C (Dew) R404A R507A R410A R290 R600a R1270 NH3* Screw NH3* Screw + ECO Fluidos Naurais em Supermercados 31
Amônia (R717) Principais Características Tipos compressores: HFCs & HCs vs. R22 semi-hermético pistão (parafuso) NH 3 vs. R22 parafuso aberto 160 140 120 to +5 C, tc 50 C to -10 C, tc 45 C to -35 C, tc 40 C EN 12900 / t oh 20 C / *NH 3 Δt oh 5 K COP relativo [%] 100 80 60 40 20 0 R22 R134a R134a Screw + ECO R407C (Dew) R404A R507A R410A R290 R600a R1270 NH3* Screw NH3* Screw + ECO Fluidos Naurais em Supermercados 32
Amônia (R717) Compressores abertos Pistão Parafuso Fluidos Naurais em Supermercados 33
Amônia (R717) Óleos recomendados Faixa de aplicação ÓLEO FABRICANTE REFRIGERANTE CONDENS. EVAPOR. TIPO B100 BITZER R-22 45-5... -50 A B150 SH BITZER R-22 60 +12,5... -40 A Capela 68 TEXACO R-717 45-20...+10 M Clavus G 32 SHELL R-717 40-20... -40 M Clavus G 46 SHELL R-717 45-10... -35 M Clavus G 68 SHELL R-717 50 +10...-30 M SHC 224 Mobil R-717 50 +10..-40 M Clavus G 100 SHEL R-22 45-5...-50 M BSE 170 BITZER R-134a 70 + 20...-20/ PE R 404A/R507A 52 +7,5...-50 B 320 SH BITZER R-22 55 + 12,5...-15 A Tipos de Óleo: M Mineral A Alkylbenzeno PE Polyolester Fluidos Naurais em Supermercados 34
Amônia (R717) Limites de aplicação (pistão) Verflüssigung / Condensation 60 C 50 40 30 20 10 0-10 Abertos W2TA... W6FA Booster 1-stufig 1-stage -20-50 -40-30 -20-10 0 10 C 20 Verdampfung / Evaporation Fluidos Naurais em Supermercados 35
Amônia (R717) Limites de aplicação (parafuso) Limites de operação compressores parafuso abertos com NH 3 vista geral 60 t c 50 C 40 OSNA OSKA requer resfriamento adicional (resfriamento do óleo) 30 20 10 0 OSKAB (Booster) NH 3 (Δt oh < 10K) -10 com bomba de óleo adicional -20-50 -40-30 -20-10 0 C 10 t o 20 limites de operação restritos no caso de operação em carga parcial: Vejam no Manual de Aplicação SH-500 ou no Software de Bitzer ) Fluidos Naurais em Supermercados 36
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Compressors Condenser LC Pump Chiller Pump LPR Rack Compacto de Amônia com Óleo insolúvel (esquema simplificado) Secondary Refrigerant Circuit Oil Rectifier Fluidos Naurais em Supermercados 37
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Compressors Condenser Chiller TC Filter dryer Pump Pump Secondary Refrigerant Circuit Rack Compacto de Amônia - Expansão seca (TXV) (esquema simplificado) Fluidos Naurais em Supermercados 38
Amônia (R717) Exemplo de aplicação 11 6 mm (1/4") 1 10 3 FZ 4 2 5 12 9 8 7 6 Compressor aberto + separador de óleo primário e secundário (sistema inundado) Fluidos Naurais em Supermercados 39
Amônia (R717) Exemplo de aplicação ECO PC Sistema Economiser com Open Flash Vessel LC Fluidos Naurais em Supermercados 40
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Fluidos Naurais em Supermercados 41
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Fluidos Naurais em Supermercados 42
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Fluidos Naurais em Supermercados 43
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Rack com compressores parafuso Fluidos Naurais em Supermercados 44
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Rack com compressores parafuso Fluidos Naurais em Supermercados 45
Amônia (R717) Exemplo de aplicação Supermercado com NH3 / CO2 Rack com compressores Octagon (CO2) Rack com compressores parafuso (NH3) Fluidos Naurais em Supermercados 46
Amônia (R717) Recomendações de projeto Respeitar as normas de segurança Classe de Risco B2 Dependendo da carga de refrigerante, necessário condições específicas para localização e proteção do sistema Evitar instalações em áreas com acesso público Tais casos requerem instalações afastadas e circuito de refrigerante secundário (CO2, Glycol, etc) Fluidos Naurais em Supermercados 47
Amônia (R717) Recomendações de projeto Faixa de aplicação dos compressores bastante limitada (altas temperaturas de operação) Tendências para taxas de pressão baixas e superaquecimento baixo Taxas de pressão altas requerem operação com duplo estágio ou o uso de compressores parafuso com resfriador de óleo Uso de compressores do tipo aberto devido à compatibilidade de material mais favorável devido às temperaturas de operação para este projeto de compressor Fluidos Naurais em Supermercados 49
Amônia (R717) Recomendações de projeto Manutenção periódica no caso de retorno de óleo não automático Evaporadores inundados com alta carga de refrigerante termo sifão bomba de circulação tanque de baixa pressão Necessidade de tubos de aço e soldagem de acordo com as normas de segurança Uso de separador de óleo devido aos insolubilidade dos lubrificantes problemas com retorno automático de óleo Fluidos Naurais em Supermercados 50
Fluidos Naurais em Supermercados 51
Centro de Tecnologia CO 2 Fluidos Naurais em Supermercados 52
Objetivo do Centro de Tecnologia CO 2 Desenvolver um amplo programa de capacitação e aprimoramento técnico da aplicação do Dióxido de Carbono (CO 2 ). Abordar temas como segurança, projeto, instalação, operação e manutenção dos equipamentos com CO 2, através de aulas práticas e teóricas. Realizar comparações energéticas entre o CO 2 e os refrigerantes R22 e R404A Fluidos Naurais em Supermercados 53
Características dos equipamentos Concluída no final de 2008, a primeira etapa do projeto do Centro de Tecnologia CO 2 conta com: A instalação de 03 racks de capacidades frigoríficas similares, que utilizam os modernos compressores semi-herméticos alternativos da série Octagon montados em paralelo, aplicados em média e baixa temperatura de evaporação. Cada rack utiliza um fluido refrigerante diferente, sendo o CO 2 condição subcrítica (CO 2 /R404A), R404A e R22. na Fluidos Naurais em Supermercados 54
Características dos equipamentos A segunda etapa do projeto do Centro de Tecnologia CO 2 está prevista acontecer ainda este ano de 2009, o que incluirá : A instalação de mais 02 racks, sendo um rack com CO 2 na condição transcrítica e outro utilizando CO 2 e Amônia (R717) na condição subcrítica. Além disso, haverá um resfriador de líquido (chiller) com R1270 (Propileno) que será utilizado para climatizar o centro e manter constante a temperatura da água de condensação dos condensadores dos racks. Fluidos Naurais em Supermercados 55
Características dos equipamentos R22 R404A R744 CO2 Fluidos Naurais em Supermercados 56
Características dos equipamentos O Centro de Tecnologia CO 2 também possui 03 câmaras frigoríficas, sendo 02 de média temperatura (resfriados e walk-in cooler) e 01 de baixa temperatura (congelados). Em cada câmara estão instalados os evaporadores (forçadores de ar) de seus respectivos racks (CO 2, R404A e R22). Além disso, também estão instaladas 02 ilhas de congelados conectadas somente no rack de CO 2. Fluidos Naurais em Supermercados 57
Características dos equipamentos Lay out cada câmara frigorífica R404A R22 Ilhas de congeladas CO2 Fluidos Naurais em Supermercados 58
Sistema de Controle e Supervisão Todas as condições de operação dos equipamentos frigoríficos são controladas e monitoradas através dos gerenciadores eletrônicos Pco s Carel instalados em cada rack. O sistema de supervisão PlantVisorPRO - Carel de altíssima precisão e confiabilidade controla todo o sistema frigorífico. Fluidos Naurais em Supermercados 59
Sistema de Controle e Supervisão Fluidos Naurais em Supermercados 60
Sistema de Controle e Supervisão CONTROLADORES PCO RACK Sistema de prevenção contra alarme de alta e baixa pressão Modo de serviço (Acionamento manual das saídas) Variação automática de setpoint de acordo com a faixa horária Controle de alarme via modem GSM (mensagem SMS ) Controle de inversor de frequência para sucção e descarga Fluidos Naurais em Supermercados 61
Sistema de Controle e Supervisão CONTROLADORES PCO RACK Até 6 compressores com até 3 parcializações cada Até 12 ventiladores 2 saídas analógicas 0/10 V para inversores ( compressor / ventilador) Máximo 18 entradas digitais para monitoramento das proteções externas 2 ou 3 sondas de pressão Fluidos Naurais em Supermercados 62
Sistema de Controle e Supervisão PLANTVISORPRO Fluidos Naurais em Supermercados 63
Sistema de Controle e Supervisão PLANTVISORPRO Acesso a todos os controladores e variáveis do sistema PC industrial Sistema de supervisão da instalação via RS 485 Carel ou MODBUS Acesso remoto via LAN ou Internet Envio de alarmes via fax Envio de alarmes via SMS Histórico gráfico de todas as variáveis Fluidos Naurais em Supermercados 64
Opção de operação cada Rack COMPRESSORES Opção de operação com: Variador de freqüência Carel Controle de capacidade de cabeçote A freqüência dos compressores OCTAGON varia de 30 a 70Hz. Fluidos Naurais em Supermercados 65
Opção de operação cada Rack CONDENSADORES Opção de operação com: Condensação a ar (on/off e V.F) Condensação a água (shell and tube) Fluidos Naurais em Supermercados 66
Opção de operação cada Rack EVAPORADORES Opção de operação com: Válvula Expansão Termostática Válvula Eletrônica Carel E2V Fluidos Naurais em Supermercados 67
Opção de operação cada Rack MPXPRO VÁLVULAS DE EXPANSÃO ELETRÔNICA CAREL Evaporador de CO2: MT = Re-circulação líquido LT = Expansão Seca (Vál. Eletrônica) Fluidos Naurais em Supermercados 68
Opção de operação cada Rack MPXPRO VÁLVULAS DE EXPANSÃO ELETRÔNICA CAREL E2V Compatível com qualquer balcão ou câmara Instalação extremamente simples e rápida 480 posições de aberturas diferentes Vida útil superior as válvulas termostáticas normais Ótima performance na utilização com CO2 Fluidos Naurais em Supermercados 69
Opção de operação cada Rack MPXPRO CARACTERÍSTICAS DO HARDWARE (I) Monitoramento das temperaturas de ambiente e degelo Monitoramento e controle do superaquecimento Controle da válvula solenóide Rotinas do ventilador Rotinas de degelo - tempo real Algoritmo com PID para o controle da válvula Fluidos Naurais em Supermercados 70
Opção de operação cada Rack MPXPRO CARACTERÍSTICAS DO HARDWARE (II) O controlador recebe as informações de temperatura e pressão na saída do evaporador Calcula o superaquecimento Comanda a abertura e fechamento de acordo com o superaquecimento, utilizando algoritmo de controle PID garante a estabilização da temperatura Fluidos Naurais em Supermercados 71
Opção de operação cada Rack MPXPRO CARACTERÍSTICAS DO HARDWARE (III) Através de análise gráfica, é possível reduzir a quantidade de degelos diários Conexão remota via internet Envio de alarmes via fax ou sms ( através do PlantVisor) Fluidos Naurais em Supermercados 72
Degelo dos evaporadores Válvula de Expansão manual Evaporadores Bitzer (Buffalo Trident) Exclusivo para CO2 O degelo dos evaporadores de MT é do tipo natural e os de LT é com resistência elétrica, inclusive para os evaporadores de congelados com CO 2 (câmara e ilhas). Fluidos Naurais em Supermercados 73
Princípio de operação sistema CO 2 Média Temp. Média Temp. Trocador Cascata CO 2 / R404A Condensador R404A Baixa Temp. Intercambiador Calor Tanque de líquido CO2 Tanque de líquido R404A Fluxograma simplificado Bomba CO 2 Sistema CO 2 Sistema R404A Fluidos Naurais em Supermercados 74
Componentes do sistema CO 2 Características construtivas compressores OCTAGON CO 2 Avançado sistema de lubrificação com Disco Dinâmico Muflas integradas no cabeçotes Conjunto placa de válvulas otimizado com mínima perda de carga Válvula de segurança incorporada Motor elétrico de alto rendimento Buchas especiais com revestimento de PTFE (todos os Octagon) Óleo lubrificante Bitzer BSE60K especialmente formulado para CO2 Cárter com elevada resistência mecânica (25 bar LP / 40 bar HP) Fluidos Naurais em Supermercados 75
Componentes do sistema CO 2 COMPRESSORES Há 4 fatores principais que determinam o tamanho relativo dos compressores de CO 2 : A densidade do vapor (volume específico, L/kg) do R744 é mais elevada do que a do R404A e R22 O R744 permite que os compressores operem com taxas menores de compressão Os compressores CO 2 comprimem somente até o estágio intermediário O CO 2 é mantido sub-resfriado no tanque a -10ºC Fluidos Naurais em Supermercados 76
Componentes do sistema CO 2 Alta densidade do vapor / volume específico = haverá mais vapor circulado pelo compressor co ² co ² co ² co ² co ² co ² R404A co ² co ² co ² co ² R404A co ² co ² co ² co ² co ² co ² co ² co ² co ² co² co ² co ² co ² co ² co ² co ² R404A co ² co ² co ² co ² co ² co ² R404A co ² co ² co ² co² co ² co ² co ² co ² co² co ² co ² R404A co ² co ² co co ² ² co ² co ² co ² co ² co ² co ² co ² co ² co ² Quanto maior a pressão, maior será a quantidade de refrigerante comprimida pelos pistões! Fluidos Naurais em Supermercados 77
Componentes do sistema CO 2 100 Performance compressor Relação de Compressão P. descarga abs P. sucção abs =? : 1 Eficiência volumétrica 90 80 70 60 50 40 30 X 85 % X 35 % R744-35/ -10ºC RC = 2 : 1 R404A -35/ 40ºC RC = 12 : 1 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Relação compressão Fluidos Naurais em Supermercados 78
Componentes do sistema CO 2 Gás descarga Gás sucção PMS 85% ( R744) 35% ( R404A ) PMI Fluidos Naurais em Supermercados 79
Componentes do sistema CO 2 Os compressores CO2 comprimem somente até o estágio intermediário 50 COMPARAÇÃO A -35/45 C 40 30 20 10 0-10 -20-30 Simples Estágio Alto Estágio Baixo Estágio -40 R404A R404a R744 R744 Fluidos Naurais em Supermercados 80
Componentes do sistema CO 2 R404A -35/ 42ºC, 0K sub-resfriamento 57% flash gas 40% redução do flash gas -35/ 42ºC, Temp. líquido = -10ºC 17 % Flash gas 40% redução da quantidade de gás para comprimir, pois este trabalho é feito pelo sistema de HT com maior pressão de sucção. Isto reduz o diâmetro da tubulação nas linhas de líquido e sucção, pois as mesmas não terão que transportar essa porção extra de gás!!! Fluidos Naurais em Supermercados 81
Componentes do sistema CO 2 Pressão Sucção Pressão Descarga Deg.C kpa. PSI triple piont -56.57 417 60-50 582 84-45 732 106-40 899 131-35 1102 160-30 1327 193 P. manomêtrica -25 1582 230 Taxa Compressão = -20 1869 271 1,85-15 2190 318-10 2548 370 P. manomêtrica -5 2945 427 0 3384 491 5 3867 561 10 4399 638 15 4985 723 20 5625 816 25 6331 919 31.06 7281 1057 critical temp Fluidos Naurais em Supermercados 82
Componentes do sistema CO 2 SEPARADORES DE ÓLEO BITZER Separadores Centrífugos série COS: (separador + pulmão de óleo) Para selecionar os separadores de óleo, precisamos saber os seguintes dados: Capacidade frigorífica (kw) Temperatura de evaporação (ºC) Fluidos Naurais em Supermercados 83
Componentes do sistema CO 2 ÓLEOS LUBRIFICANTES PARA CO2 Aplicação subcrítica: BSE60K Aplicação transcrítica: BSE85K Ótima estabilidade térmica, miscível com o R7444, compatível com os materiais do sistema. Ambos os óleos são do tipo POLIOLÉSTER! No futuro os compressores Bitzer serão carregado com o óleo Polioléster BSE85K como standard e, conseqüentemente o óleo BSE60K será apenas opcional. Estes dois óleos são completamente miscíveis. Fluidos Naurais em Supermercados 84
Componentes do sistema CO 2 TEMPERATURA DO ÓLEO & CÁRTER DO COMPRESSOR CO 2 O vapor de sucção do CO2 tem uma capacidade de resfriamento maior do que outros refrigerantes, por essa razão tornase difícil manter um aquecimento necessário no compressor. Intercambiador de calor Vapor R744 = -30ºC Linha líquido R404A = 40ºC (TC=45ºC) TRANSFORMA-SE EM: Vapor R744 = 0ºC Linha líquido R404A = 5ºC Fluidos Naurais em Supermercados 85
Componentes do sistema CO 2 SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL DE ÓLEO DO COMPRESSOR CO 2 Para controlar o nível de óleo do cárter do compressor recomenda-se utilizar controle de nível de óleo ELETRÔNICO TRAXOIL BITZER MODELO TR3 Fluidos Naurais em Supermercados 86
Componentes do sistema CO 2 VASOS DE PRESSÃO PARA SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO COM R744 Tanque de líquido horizontal para CO2 subcrítico Bitzer série K : Fluidos Naurais em Supermercados 87
Componentes do sistema CO 2 Alimentação líquido MT e LT Condensador cascata Sucção Úmida Q min Q max Bomba Fluidos Naurais em Supermercados 88
Componentes do sistema CO 2 Para os Compressores Retorno evaporadores MT Tanque de baixa pressão horizontal Controle Alimentação líquido Anti Vortex NPSH Para os evaporadores Recirculação de Líquido CO2 exemplo simplificado Fluidos Naurais em Supermercados 89
Componentes do sistema CO 2 TANQUE DE LÍQUIDO SUCÇÃO BOMBA DESCARGA BOMBA BOMBA CO2 Fluidos Naurais em Supermercados 90
Componentes do sistema CO 2 VÁLVULAS DE SEGURANÇA Nunca instalar nenhuma tubulação após a válvula de segurança, perigo de congelamento (gelo seco CO2) no interior do tubo! Deverá utilizar válvulas para gases criogênicos (CO2) Deverá proteger o lado de alta e baixa pressão do sistema, 25 / 40 bar respec. Fluidos Naurais em Supermercados 91
Componentes do sistema CO 2 VÁLVULAS DE SEGURANÇA Aliviar a pressão nos possíveis pontos onde poderão aprisionar o CO2 A válvula de segurança deverá ser montada firmemente Não usar válvulas schrader!!! Fluidos Naurais em Supermercados 92
Componentes do sistema CO 2 VÁLVULAS DE ALÍVIO By-pass com válvula de alívio em uma válvula de bloqueio Válvula de Bloqueio Linha de sucção revestida com isolamento térmico. Válvula de Retenção (Check valve) atuando como válvula de alívio para evitar o aprisionamento do CO 2 em determinados pontos do sistema. Fluidos Naurais em Supermercados 93
Sistema de monitoramento de vazamento CO 2 Acionamento do alarme com 5.000 ppm CO2 Alarme CO2 Exaustores de Ar Fluidos Naurais em Supermercados 94
Unidade de emergência do sistema CO 2 Vamos olhar mais de perto! O que acontecerá se a instalação ficar fora de operação por um longo período de tempo devido à falta de energia elétrica / parada do sistema com R744 (CO2)? Fluidos Naurais em Supermercados 95
Unidade de emergência do sistema CO 2 Válvula de expansão eletrônica Carel do Estágio de Alta Pressão Válvula de expansão eletrônica Carel da Unidade de Emergência Trocador calor cascata CO2 Fluidos Naurais em Supermercados 96
Eficiência Energética CO 2 vs. R404A e R22 Rack CO 2 Subcrítico (CO 2 /R404A) Rack R404A Rack R22 Condição de projeto MT T C = -5ºC (CO 2 recirc. líq.) T O = -10ºC (estágio alta) T C = 40ºC (estágio alta) T O = -10ºC T C = 40ºC T O = -10ºC T C = 40ºC Condição de projeto LT T O = -30ºC (CO 2 -DX) T C = -5ºC (CO 2 ) T O = -30ºC T C = 40ºC T O = -30ºC T C = 40ºC Compressores 01 x 2KC-3.2K (CO 2 ) 01 x 4CC-9.2Y (R404A) 01 x 4CC-9.2Y (MT) 01 x 4TCS-8.2Y (LT) 01 x 4CC-9.2 (MT) 01 x 4TCS-8.2 (LT) Capacidade sistema MT 21,0 kw 21,0 kw 19,82 kw Capacidade sistema LT 9,81 kw 10,66 kw 9,9 kw Carga de refrigerante total 32 Kg 125 Kg 115 Kg Tubulação cobre utilizada 62 Kg 196 Kg 187 Kg Carga de óleo total 3 litros 20 litros 18 litros Tipo óleo BSE60K (Polioléster) BSE32 (Polioléster) B5.2 (semi-sintético) Potência nominal instalada dos Compressores de MT e LT 3 Hp (CO 2 ) 9 Hp (R404A) Total = 12 Hp 9 Hp (MT) 7,5 Hp (LT) Total = 16,5 Hp 9 Hp (MT) 7,5 Hp (LT) Total = 16,5 Hp Potência consumida comp. MT 8,66 kw (estágio alta R404A) 8,66 kw 7,49 kw Potência consumida comp. LT 2,26 kw (estágio baixa CO 2 ) 6,72 kw 6,11 kw Potência consumida do Rack 10,92 kw (compressores) 0,5 kw (bomba CO 2 ) Total = 11,42 kw Total = 15,38 kw Total = 13,6 kw Fluidos Naurais em Supermercados 97
Por que utilizar CO 2 como fluido refrigerante? Vantagens da utilização do CO 2 como fluido refrigerante (I) Economia de energia (aprox. 20 a 35%) em relação ao R22 e R404A Baixo custo do refrigerante (50 Centavos/Kg) Baixa relação de compressão & Aumento vida útil compressores Alta densidade do vapor & Menor superaquecimento Redução da carga de refrigerante Redução dos diâmetros da tubulação Redução custo tubulação & instalação Atóxico e não inflamável Fluidos Naurais em Supermercados 98
Por que utilizar CO 2 como fluido refrigerante? Vantagens da utilização do CO 2 como fluido refrigerante (II) Fonte disponível na natureza, 100% natural Não destrói a Camada de Ozônio (ODP=0) Baixo Potencial Aquecimento Global (GWP=1, referência para outros gases) Elevada entalpia de evaporação (alto sub-resfriamento) Rápido pull down da instalação (CO 2 = Criogênico) Menor volume deslocado dos compressores CO 2 Rack & instalação mais compacta & Menor número compressores Baixo custo de manutenção Fluidos Naurais em Supermercados 99
Por que utilizar CO 2 como fluido refrigerante? Pontos Fracos CO 2 Necessário um nível técnico mais elevado para realização do serviço de instalação, manutenção e operação do sistema Perda potencial da eficiência do sistema em caso de uma elevação na temperatura do estágio de alta Aumento da pressão CO 2 em caso da parada total da instalação, podendo provocar perda refrigerante Necessário utilizar controles extra de segurança (válvulas segurança, sensores CO 2, etc.) Fluidos Naurais em Supermercados 100
Conclusão Todos os sistemas existentes com FLUIDOS NATURAIS até agora tiveram uma performance superior aos refrigerantes halogenados (R22, R404A, etc), principalmente na questão energética Através da tecnologia atualmente disponível, a Bitzer não enxerga qualquer questão técnica que impeça a aplicação dos FLUIDOS NATURAIS no campo da refrigeração comercial para supermercados Para que a aplicação dos FLUIDOS NATURAIS sejam viáveis, é preciso treinar todos os envolvidos com as questões de segurança, projeto, instalação, operação e manutenção do sistema Além disso, é preciso seguir todas as normas de segurança e recomendações dos fabricantes para que o sistema possa ser projetado, instalado e operado de maneira segura e confiável com a satisfação de todos Fluidos Naurais em Supermercados 101
Fluidos Naurais em Supermercados 103
Perguntas? Fluidos Naurais em Supermercados 104