Seminário de Difusão Uso de Refrigerantes Naturais em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado

Seminário de Difusão Uso de Refrigerantes Naturais em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado Aplicações nos Setores de Ar Condicionado e Refrigeração Industrial Leonilton Tomaz Cleto - Yawatz Engenharia ANPRAC Associação Nacional dos Profissionais de Refrigeração e Ar Condicionado

Chillers com Carga Reduzida de R-717

Chillers com Trocadores a Placas (PHEs) Cargas Reduzidas de R-717 (Até 95%) Sistemas montados na fábrica Menores custos de manutenção Aplicações: Indústria Alimentícia (Laticínios, Bebidas, Abatedouros, etc) Indústrias Química e Petroquímica Sistemas Cascata R-744/R-717 Supermercados Sistemas de Ar Condicionado

Chillers com PHEs Ar Condicionado Industrial Refrigerante Chiller Centrífugo - VSD Chiller com PHE - VSD R-134a R-717 Capacidade - kw (TR) 2110 (600) Temp. Água Gelada - C 12.2 / 6.7 29.5 / 35.0 Temp. Água Resfriamento - C Potência Absorvida 335 317 COP (kw/kw) 6.30 6.65 kw/tr 0.558 0.529 IPLV (ARI 550/590) - COP 10.40 10.34 IPLV (ARI 550/590) - kw/tr 0.338 0.340

Chillers com Carga Reduzida de R-717 The Optimum Ammonia Systems - By Bo Stubkier York Refrigeration Danfoss IR Consensus - 30/11/2004

Chillers com Carga Reduzida de R-717 Capacidade (kw) Carga Específica de R-717 (g/kw) Litch & Hrnjak (MC condenser) 13 18 Refcomp VKA16-14 16 125 York YSLC F4F00UW 220 129 N.R. Koeling LK 25 25 159 108 23 57 1074 172-36 Chiller Tipo/Modelo Condensação a Ar Condensação a Água ILKA MAFA 100.2-11K45 Sabroe (York) PAC By P. Hrnjak IIF-IIR - Ammonia Refrigerating Systems, Renewal and Improvement, Ohrid, 2005

Equipamentos com Carga Reduzida de R-717 The Optimum Ammonia Systems - By Bo Stubkier York Refrigeration Danfoss IR Consensus - 30/11/2004

Equipamentos com Carga Reduzida de R-717 By P. Hrnjak IIF-IIR - Ammonia Refrigerating Systems, Renewal and Improvement, Ohrid, 2005

Equipamentos com Carga Reduzida de R-717 By P. Hrnjak IIF-IIR - Ammonia Refrigerating Systems, Renewal and Improvement, Ohrid, 2005

Árvore de Válvulas By Danfoss A/S ICF Catalogue - DKRCI.PB.FT0.A2.02 / 520H1215-2006

Árvore de Válvulas By Danfoss A/S ICF Catalogue - DKRCI.PB.FT0.A2.02 / 520H1215-2006

Processos Termodinâmicos com CO2 Ciclo Transcrítico Ciclo Sub-crítico

Compressor R-717 R717 R-744/R-717 Trocador Cascata Pressão Sistema R-744/R-717 - Cascata +35ºC R717 +35oC (13.5 bar) -12ºC -8ºC Compressor R-744-12oC (2.7 bar) Enthalpia -40ºC Sep. Líquido Pressão R-744 Evaporador R-744 R-744-8oC (28.0 bar) -40oC (10 bar) -40ºC Enthalpia By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Sistema R-744/R-717 Cascata +35ºC Degelo com R-744 Gás Quente R717 Pressão Compressor R-717 R-744/R-717 Trocador Cascata 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 (43 bar) -8oC (28.0 bar) -40oC (10 bar) Enthalpia By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

+35ºC Compressor R-717 R717 Sistema Cascata R-744/R-717 Com R-744 Bombeado no Intermediário R-717/R-744 Trocador Cascata R717-10ºC Compressor R-744 Pressão -14ºC +35ºC (13.5 bar) -10ºC Sep. Líquido -14ºC (2.5 bar) CO2 Evaporador R-744 Enthalpia -10ºC -40ºC Sep. Líquido R-744 Pressão -40ºC (10 bar) CO2 Evaporador R-744-10ºC (26.4 bar) -40ºC Enthalpia

Sistema R-744/R-717 - Cascata HERL T19 16 BAR HERL T19 40 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 - 2004

Sistema R-744/R-717 - Cascata CO2 Compressor NH3 Comp ressor NH3 Aut. Oil return Cascade Cooler By John Ritmann York Refrigeration - 2004

Sistema R-744/R-717 - Cascata CO2 Pump Separator CO2 Oil Rectifier Secondary Cooling Unit CO2 Pumps NH3 HS-Float NH3 Condenser By John Ritmann York Refrigeration - 2004

Sistema R-744/R-717 - Cascata By John Ritmann York Refrigeration - 2004

Pressões de Projeto By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Requisitos de Projeto Condensador Cascata Plate & Shell/ Shell & Tube/ PHE. Compressor Deslocamento Volumétrico/ Relação de Compressão/ Tipo de Óleo/ Rolamentos/ Mancais/ Comprimento de Rotor. Separadores de Líquido Materiais/ Menores Dimensões. Válvulas Iguais às de R-717 (exceto gás quente 52 bar g)/ Diâmetros Menores. Evaporadores Materiais/ Eficiência/ Taxa de Recirculação. Degelo Gás Quente/ Água/ Elétrico. Tubulação Diâmetros Menores/ -55ºC/ Especificações de Solda. Dispositivos de Alívio Solidificação. By Charles R. Taylor The Stellar Group - 2003

Pressões de Projeto Compressor R-717 Compressor R-744 By Charles R. Taylor The Stellar Group - 2003

COP Otimizado Sistema Cascata - R-744/R-717 Coeficiente de Performance - R-717 com Economiser 2.10-5.0 COP Ótimo Temp. Cond. R-744 Ótima 1.90 COP (kw/kw) -9.0 1.70-11.0-13.0 1.50 Compressor R-744 - Sabroe HPC Compressor R-717 - Frick RWF II - ECO "Approach" no Cascata - 4ºC Temp. Cond. R-717: 35ºC -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 Temperatura de Evaporação - R-744 (ºC) By L. Tomaz Cleto Yawatz Engenharia - 2007-35.0 Temp. Cond. R-744 (ºC) -7.0

COP R-744/R-717 Cascata x R-717 Booster Sistema Cascata - R-744/R-717 x Sistema "Booster" - R-717 Coeficiente de Performance 2.10 2.00 R-744/R-717 Cascata - Ótimo Apenas R-717 - Booster - Ótimo COP (kw/kw) 1.90 1.80 1.70 1.60 Compressor R-744 - Sabroe HPC Compressor R-717 - Frick RWF II - ECO "Approach" no Cascata - 4ºC Temp. Interm no Sistema de R-717 - Ótima Temp. Cond. R-717: 35ºC 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 Temperatura de Evaporação (ºC) By L. Tomaz Cleto Yawatz Engenharia - 2007-35.0

Comparativo de COP Vários Sistemas Comparativo de COP entre Ciclos de Refrigeração 2.50 2.00 By P.S. Nielsen & T. Lund - IIAR - Albuquerque - USA - 2003 Regime -40ºC/+25ºC 2.18 Regime -50ºC/+25ºC 1.92 COP (kw/kw) 1.86 1.77 1.75 1.50 1.38 1.09 1.78 1.42 1.22 1.00 0.50 0.00 R-717- Simples Estágio Economiser R-717 - Duplo Estágio - Booster R-22 - Simples Estágio Economiser Tipo de Sistema R-22 - Duplo Estágio - Booster R-744/R-717 - Ciclo Cascata

Comparação de Diâmetros de Linhas 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 37 21 35 Diâmetro mm Linha de Líquido R134a Diâmetro mm By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Comparação de Diâmetros de Linhas Refrigerante P (bar) Velocidade (m/s) Linha de Retorno (Liquido + Vapor) R717 R-744 0.0212 0.0303 0.2930 11.0 20.2 8.2 215 133 69 61 36 58 Diâmetro mm Linha de Líquido Bombeado (Baixa) R134a Diâmetro mm By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Comparação de Diâmetros de Linhas 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 By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Válvulas de Segurança o 31.0ºC +31 C 100 Supercrítico Vapor a 50 bar Pressure Pressão (bar (bar-a) abs) Liquido Vapor a 35 bar Líquido a 20 bar Sólido -Liquido 10 Sólido Liquido - Vapor 50% de CO2 Sólido no Ponto Triplo 0% de CO2 Sólido no Ponto Triplo -56.6 oc 5.2 bar 3% de CO2 Sólido no Ponto Triplo Sólido - Vapor Vapor -78.4 C o 1-200 -100 0 100 200 300 400 500 Entalpia Enthalpy By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Válvulas de Segurança CO2 Sólido Após Expansão

Segurança Obs.: HFCs TLV ~ 1000 ppm By Charles R. Taylor The Stellar Group - 2003

Expansão de CO2 Líquido Enclausurado Variação de Volume Volume Relativo Temperatura By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Solubilidade com Água ppm de Água / kg de Refrigerante Solubilidade da Água Fase Vapor Temperatura By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Solubilidade com Água ppm de Água/ kg de Refrigerante Solubilidade da Água Fase Vapor CO2 + Água CO2 + Gelo CO2 + Vapor d Água Temperatura By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

Filtro Secador/ Visor de Umidade Sucção Filtro Secador Compressor Trocador - Cascata CO2 reciever Evaporador Líquido Visor de Umidade Bomba CO2 By Finn Broesby Olsen & Niels P Vestergaard Danfoss AS - 2004

R-744 (CO2) como REFRIGERANTE Refrigerante Primário (Ciclo Sub-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/ Separadores de Líquido Menores/ Evaporadores 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 Engenharia x Tradição Inodoro - Em caso de vazamento, não há alarme pelo odor Alta Solubilidade com Água

R-744 (CO2) como REFRIGERANTE Refrigerante Secundário: Temperaturas Intermediárias (-20.0ºC 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 - 30/11/2004

Tendências para o Mercado de Refrigeração Industrial no Brasil Indústria de Processos HCs (R-1270) Áreas Classificadas R717 Chillers com PHE Empresas Européias HFCs Processos de Água Gelada Chillers Centrífugos R-22 Em processo de eliminação Ar Condicionado Industrial HFCs Chillers Centrífugos/ Parafuso R717 Chillers com PHE Empresas Européias R-22 Está praticamente fora em novos sistemas

Tendências para o Mercado de Refrigeração Industrial no Brasil Indústria Alimentícia/ Bebidas R-717, Amônia e NH3 Chillers com Carga de R-717 muito Reduzida Fluidos Secundários (-15.0ºC a 0.0ºC) R-744 -??? Grande Futuro! Legislação/ Custos com Seguro!!! Segurança CB-55 Norma NBR 16069 Guias de Referência

Norma de Segurança NBR 16069 Segurança em Sistemas Frigoríficos (2009) Norma Geral sobre Aspectos de Segurança em Sistemas de Refrigeração. Fase final de revisão Consulta Pública: ainda em 2009. Baseada nos Standards Internacionais: ANSI/ASHRAE Standard 15-2007 EN 378:2008 Parts I IV ANSI/IIAR 2-2008

Norma de Segurança NBR 16069 Segurança em Sistemas Frigoríficos (2009) Classificação de Área por Ocupação e Atividades. Limites de Carga de Fluido Refrigerante. Pressão de Projeto do Sistema e Componentes. Projeto dos Vasos de Pressão ASME Sec. VIII Div. 1. Projeto da Tubulação ANSI/ ASME B 31.5 (Refrigerating Piping) Projeto da Sala de Máquinas (ventilação, layout, etc). Válvula de Segurança Dimensionamento e Sistema de Descarga Métodos de Descarga para a Atmosfera.

Guias de Referência para Sistemas de Refrigeração por Amônia MMA/PNUD GR-01 - Recomendações de Projeto para Operação Segura de Sistemas de Refrigeração por Amônia. GR-02 - Recomendações sobre Comissionamento e Início de Operação de Sistemas de Refrigeração por Amônia. GR-03 - Recomendações sobre Operação e Manutenção de Sistemas de Refrigeração por Amônia.

Guias de Referência para Sistemas de Refrigeração por Amônia MMA/PNUD