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: [email protected]
Fluidos Naurais em Supermercados – 1
Aplicação dos Fluidos Naturais - Supermercados
‰ Breve história dos refrigerantes
‰ Hidrocarbonetos (R290 / R1270)
z Principais características, limites de aplicação
z Compressores / óleos lubrificantes
z Exemplo de aplicação e recomendações de projeto
‰ Amônia
z Principais características, limites de aplicação
z Compressores / óleos lubrificantes
z Exemplo de aplicação e recomendações de projeto
‰ Dióxido de Carbono (CO2)
z 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
Ï Longa tradição em sistemas de refrigeração petro-químico
Ï Não destroem a Camada de Ozônio (ODP = 0)
Ï Baixo Potencial de Aquecimento Global (GWP = 3)
Ï Quimicamente inativo, baixa toxidade
Ï Compatibilidade favorável com os materiais
Ï Boa capacidade de refrigeração e consumo de energia “equivalente”
aos refrigerantes halogenados
Ï Substâncias simples, não possuem “temperature glide”
Ï Ampla faixa de aplicação devido aos:
z níveis moderados de temperatura & pressão de operação
z fluxo de massa e densidade do gás favorável
z boa miscibilidade e transporte com o óleo
Fluidos Naurais em Supermercados – 5
Hidrocarbonetos – Principais Características
Contras
Ð Alta inflamabilidade e explosividade “Classe de Risco A3”
z medidas específicas de segurança (requer normas de segurança)
− maior custo de investimento
− maior responsabilidade (projeto, instalação, operação & manutenção!!)
z limitação da carga de refrigerante e localização da planta
− fluido secundário poderá ser necessário Ö maior custo de investimento
Ð Elevado grau de solubilidade com os óleos convencionais
z forte diluição & efeito solvente
− características de lubrificação desfavoráveis
− maior desgaste das partes móveis & redução da vida útil
z medidas adicionais poderão ser necessárias Ö 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
Massa Molar
kg/mol
Expoente da compressão isoentrópica
R290
R1270
R22
44.1
42.1
86.5
1.14
1.16
1.18
-41.6
-47.7
-40.8
0.48
1.13
Temperatura de ebulição
°C
Densidade do líquido
kg/dm3 (40°C) 0.47
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
HFCsce
Pressão
Projeto
[bar]
28 (42)
Limites Explosão d
Limite
inferior
[% v/v]
Limite
superior
[% v/v]
Limite
Prático d
[kg/m3]
[100 anos]
–
–
0.25...0.44
1300...3300
GWP
HCsc
28
NH3
28
15
28
0.00035
0
42 (…150)
–
–
0.07
1
CO2f
1.8...2.5 8.4...11.1 0.008...0.011
3
c válido para os refrigerantes listados na tabela "Faixa de Aplicação"
d de acordo com a norma EN378
e 42 bar com R410A
f 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
Relação do R1270 e R290 vs R22 (=100%)
Qo (R1270)
110
R22 = 100%
COP (R290)
COP (R1270)
100
90
Tc 40°C
Tgs 20°C
Qo (R290)
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
z
Menores temperaturas de
descarga e do óleo
z
Potential para LT com
operação de compressores
de simples estágio
z
Temperaturas de descarga e
do óleo muito baixas com
menores taxas de
compressão
Ö necessário intercambiador
de calor entre a linha de
sucção e líquido
160
Temperatura de descarga [°C]
‰
R134a
R404A
R290
R1270
R22
NH3
140
tc
40°C
Δtoh 10 K
Ef.
0.8
120
R22
100
R1270
R290
80
60
40
-40
-30
-20
-10
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
C8
200
B6
150
B5
100
C4
50
C1
C2
C3
0
2K
2JC
2HC
2GC
2FC
2EC
2DC
2CC
C
4F
4EC
4DC
4CC
4V C
4TCS
4PCS
4NCS
C
S
4J
4H
4G
6J
6H
6G
6F
8G
C
8F
C
Deslocamento (50Hz)
250
m3/h
Fluidos Naurais em Supermercados – 13
Hidrocarbonetos – Óleos recomendados
‰ Devido à alta solubilidade dos refrigerantes HCs nos óleos lubrificantes
z 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
z Obrigatórios em A/C e bombas de calor
z 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
33%
CR
50%
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
33%
CR
50%
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
DTI /
Super Køl A/S
K..
K6
P
P
P
C1
P
C2
Propane (+30°C)
P
P
Brine (-11°C)
Propane (-14°C)
CO2 (-10°C)
Brine (-7°C)
F1
P
P
P
P
C3
F2
F3
CO2 (-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 - CO2
© Danish Technological Institute, Teknologiparken, DK-8000 Aarhus C, www.teknologisk.dk
Fluidos Naurais em Supermercados – 20
Hidrocarbonetos – Recomendações de projeto
Sistema com intercambiador de calor
Benefício do intercambiador de
calor (sucção/líquido)
• Suficiente superaquecimento,
temperatura de descarga e óleo
Ö solubilidade do refrigerante
reduzida
Ö maior vida útil do compressor
• Maior capacidade frigorífica e COP
Ö maior entalpia de evaporação
Fluidos Naurais em Supermercados – 21
Hidrocarbonetos – Recomendações de projeto
‰ Sistemas de refrigeração comercial - supermercados
z Medidas de segurança são necessárias
z Sistema indireto (utilizar fluido secundário)
z Sala de máquina com boa ventilação
z Equipamento compacto a prova de explosão
z Carga de refrigerante (HC) muito reduzida
z Treinamento de todo o pessoal técnico
Fluidos Naurais em Supermercados – 22
Fluidos Naurais em Supermercados – 23
Amônia (R717) – Principais Características
Prós
Ï Longa tradição em sistemas de refrigeração industrial
Ï Não destrói a Camada de Ozônio (ODP = 0)
Ï Não contribui para o Aquecimento Global (GWP = 0)
Ï Substância 100% natural e de reduzido tempo de vida (menos de 14
dias)
Ï Fonte disponível na atmosfera
Ï Seu custo de aquisição é baixo
Ï Alto calor latente de evaporação (7 vezes mais que o R22 nas
condições de 10ºC/40ºC)
Ï Fluxo de massa reduzido (aprox. 14% do R22)
Ï Baixa densidade do vapor e do líquido
Fluidos Naurais em Supermercados – 24
Amônia (R717) – Principais Características
Prós
Ï Requer menores diâmetros de tubulação / bombas de refrigerante /
dispositivos de controle
Ï Trabalha com baixa perda de carga
Ï Fácil separação com o óleo
Ï Alto coeficiente de performance, especialmente em alta e média pressão
Ï Características excelente na transferência de calor
Ï Ebulição intensiva devido a grande mudança de volume
Ï Insensível com a umidade no sistema
Ï Cheiro forte (simples monitoramento de vazamento)
Fluidos Naurais em Supermercados – 25
Amônia (R717) – Principais Características
Contras
Ï Alta toxidade (25 ppm)
Ï Explosiva dentro de concentrações de 15 a 28% em volume no ar
Ï Temperaturas extremas de descarga / óleo devido ao expoente
isentrópico de compressão (NH3 = 1.31 / R22 = 1.18)
Ï Diferença de entalpia relativamente pequena na fase de vapor
Ï Limitada compatibilidade de materiais (incluindo cobre ou liga de cobre e
limitações com plásticos)
Ï Insolúvel com óleos minerais e sintéticos
Ï 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
Massa Molar
kg/mol
Expoente da compressão isoentrópica
R717
R22
17.03
86.5
1.31
1.18
-33.33
-40.8
Temperatura de ebulição
°C
Densidade do líquido
kg/dm3 (40°C) 0.57
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
1.13
Fluidos Naurais em Supermercados – 27
Amônia (R717) – Principais Características
Pressão, Classificação de Segurança e Potencial Aquecimento Global (GWP)
Refrigerante
HFCsce
Pressão
Projeto
[bar]
28 (42)
Limites Explosão d
Limite
inferior
[% v/v]
Limite
superior
[% v/v]
Limite
Prático d
[kg/m3]
[100 anos]
–
–
0.25...0.44
1300...3300
GWP
HCsc
28
NH3
28
15
28
0.00035
0
42 (…150)
–
–
0.07
1
CO2f
1.8...2.5 8.4...11.1 0.008...0.011
3
c válido para os refrigerantes listados na tabela "Faixa de Aplicação"
d de acordo com a norma EN378
e 42 bar com R410A
f 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
Tcond.
40°C
c
Sup. 10 K
Ef vol. 0.75
170
150
R134a
130
R404A
110
R22
90
NH3
70
50
10
0
-10
-20
-30
-40
Temperatura de evaporação [°C]
Fluidos Naurais em Supermercados – 30
Amônia (R717) – Principais Características
Tipos compressores: HFCs & HCs vs. R22 Ö semi-hermético pistão (parafuso)
NH3 vs. R22 Ö parafuso aberto
160
Capacidade frigorífica relativa [% ]
to +5 °C, tc 50°C
140
EN 12900 / toh 20°C / *NH3 Δtoh 5 K
to -10°C, tc 45°C
to -35°C, tc 40°C
120
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 – 31
Amônia (R717) – Principais Características
Tipos compressores: HFCs & HCs vs. R22 Ö semi-hermético pistão (parafuso)
NH3 vs. R22 Ö parafuso aberto
160
EN 12900 / toh 20°C / *NH3 Δ toh 5 K
to +5°C, tc 50°C
to -10°C, tc 45°C
to -35°C, tc 40°C
140
COP relativo [%]
120
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
B100
B150 SH
Capela 68
Clavus G 32
Clavus G 46
Clavus G 68
SHC 224
Clavus G 100
BSE 170
B 320 SH
FABRICANTE
BITZER
BITZER
TEXACO
SHELL
SHELL
SHELL
Mobil
SHEL
BITZER
BITZER
REFRIGERANTE
R-22
R-22
R-717
R-717
R-717
R-717
R-717
R-22
R-134a
R 404A/R507A
R-22
CONDENS. EVAPOR. TIPO
≤ 45
-5... -50
A
≤ 60
+12,5... -40 A
≤ 45
-20...+10
M
≤ 40
-20... -40
M
≤ 45
-10... -35
M
≤ 50
+10...-30
M
≤ 50
+10..-40
M
≤ 45
-5...-50
M
≤ 70
+ 20...-20/ PE
+7,5...-50
≤ 52
≤ 55
+ 12,5...-15 A
Tipos de Óleo:
M
A
PE
Mineral
Alkylbenzeno
Polyolester
Fluidos Naurais em Supermercados – 34
Amônia (R717) – Limites de aplicação (pistão)
Verflüssigung / Condensation
60
°C
50
Abertos
W2TA ... W6FA
1-stufig
1-stage
40
30
20
10
Booster
0
-10
-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 NH3 – vista geral
60
tc
50
°C
40
requer
OSKA
OSNA
resfriamento adicional
(resfriamento do óleo)
30
limites de operação
restritos no caso de
20
operação em carga parcial:
10
0
-10
-20
-50
Vejam no Manual
OSKAB
(Booster)
com bomba de
óleo adicional
-40
-30
-20
-10
NH3
de Aplicação
(Δtoh < 10K)
Software de Bitzer )
0 °C
10
SH-500 ou no
to
20
Fluidos Naurais em Supermercados – 36
Amônia (R717) – Exemplo de aplicação
Compressors
Condenser
Pump
LC
Rack Compacto
de Amônia com
Óleo insolúvel
Chiller
LPR
(esquema simplificado)
Pump
Secondary
Refrigerant
Circuit
Oil Rectifier
Fluidos Naurais em Supermercados – 37
Amônia (R717) – Exemplo de aplicação
Compressors
Condenser
TC
Chiller
Pump
Filter dryer
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
5
4
3
FZ
12
2
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
¾
Respeitar as normas de segurança “Classe de Risco B2”
¾
Dependendo da carga de refrigerante, necessário condições específicas
para localização e proteção do sistema
¾
Evitar instalações em áreas com acesso público
¾
Tais casos requerem instalações afastadas e circuito de refrigerante
secundário (CO2, Glycol, etc)
Fluidos Naurais em Supermercados – 47
Amônia (R717) – Recomendações de projeto
¾ Faixa de aplicação dos compressores bastante limitada (altas
temperaturas de operação)
z
Tendências para taxas de pressão baixas e superaquecimento baixo
z
Taxas de pressão altas requerem operação com duplo estágio ou
o uso de compressores parafuso com resfriador de óleo
¾
Uso de compressores do tipo aberto devido à
z
compatibilidade de material
z
mais favorável devido às temperaturas de operação para este
projeto de compressor
Fluidos Naurais em Supermercados – 49
Amônia (R717) – Recomendações de projeto
¾ Manutenção periódica no caso de retorno de óleo não automático
¾
Evaporadores inundados com alta carga de refrigerante
z
termo sifão
z
bomba de circulação
z
tanque de baixa pressão
¾
Necessidade de tubos de aço e soldagem de acordo com as
normas de segurança
¾
Uso de separador de óleo devido aos
z
insolubilidade dos lubrificantes
z
problemas com retorno automático de óleo
Fluidos Naurais em Supermercados – 50
Fluidos Naurais em Supermercados – 51
Centro de Tecnologia CO2
Fluidos Naurais em Supermercados – 52
Objetivo do Centro de Tecnologia CO2
¾ Desenvolver um amplo programa de capacitação e aprimoramento
técnico da aplicação do Dióxido de Carbono (CO2).
¾ Abordar temas como segurança, projeto, instalação, operação e
manutenção dos equipamentos com CO2, através de aulas práticas e
teóricas.
¾ Realizar comparações energéticas entre o CO2 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 CO2 conta com:
¾ 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.
¾ Cada rack utiliza um fluido refrigerante diferente, sendo o CO2 na
condição subcrítica (CO2/R404A), R404A e R22.
Fluidos Naurais em Supermercados – 54
Características dos equipamentos
A segunda etapa do projeto do Centro de Tecnologia CO2 está
prevista acontecer ainda este ano de 2009, o que incluirá :
¾ A instalação de mais 02 racks, sendo um rack com CO2 na condição
transcrítica e outro utilizando CO2 e Amônia (R717) na condição
subcrítica.
¾ 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
¾ O Centro de Tecnologia CO2 também possui 03 câmaras frigoríficas,
sendo 02 de média temperatura (resfriados e walk-in cooler) e 01 de
baixa temperatura (congelados).
¾ Em cada câmara estão instalados os evaporadores (forçadores de ar)
de seus respectivos racks (CO2, R404A e R22).
¾ Além disso, também estão instaladas 02 ilhas de congelados
conectadas somente no rack de CO2.
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
¾ Todas as condições de operação dos equipamentos frigoríficos são
controladas e monitoradas através dos gerenciadores eletrônicos Pco’s –
Carel instalados em cada rack.
¾ 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
9 Sistema de prevenção contra alarme de alta e baixa pressão
9 Modo de serviço (Acionamento manual das saídas)
9 Variação automática de setpoint de acordo com a faixa horária
9 Controle de alarme via modem GSM (mensagem SMS )
9 Controle de inversor de frequência para sucção e descarga
Fluidos Naurais em Supermercados – 61
Sistema de Controle e Supervisão
‰ CONTROLADORES PCO RACK
9 Até 6 compressores com até 3 parcializações cada
9 Até 12 ventiladores
9 2 saídas analógicas 0/10 V para inversores ( compressor / ventilador)
9 Máximo 18 entradas digitais para monitoramento das proteções externas
9 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
9 Acesso a todos os controladores e variáveis do sistema
9 PC industrial
9 Sistema de supervisão da instalação via RS 485 Carel ou
MODBUS
9 Acesso remoto via LAN ou Internet
9 Envio de alarmes via fax
9 Envio de alarmes via SMS
9 Histórico gráfico de todas as variáveis
Fluidos Naurais em Supermercados – 64
Opção de operação cada Rack
‰ COMPRESSORES
Opção de operação com:
9 Variador de freqüência Carel
9 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:
9 Condensação a ar (on/off e V.F)
9 Condensação a água (shell and tube)
Fluidos Naurais em Supermercados – 66
Opção de operação cada Rack
‰ EVAPORADORES
Opção de operação com:
9 Válvula Expansão Termostática
9 Válvula Eletrônica Carel E2V
Fluidos Naurais em Supermercados – 67
Opção de operação cada Rack
‰ MPXPRO – VÁLVULAS DE EXPANSÃO ELETRÔNICA CAREL
Evaporador de CO2:
9 MT = Re-circulação líquido
9 LT = Expansão Seca (Vál. Eletrônica)
Fluidos Naurais em Supermercados – 68
Opção de operação cada Rack
‰ MPXPRO – VÁLVULAS DE EXPANSÃO ELETRÔNICA CAREL
E2V
9 Compatível com qualquer balcão ou câmara
9 Instalação extremamente simples e rápida
9 480 posições de aberturas diferentes
9 Vida útil superior as válvulas termostáticas normais
9 Ótima performance na utilização com CO2
Fluidos Naurais em Supermercados – 69
Opção de operação cada Rack
‰ MPXPRO – CARACTERÍSTICAS DO HARDWARE (I)
9 Monitoramento das temperaturas de ambiente e degelo
9 Monitoramento e controle do superaquecimento
9 Controle da válvula solenóide
9 Rotinas do ventilador
9 Rotinas de degelo - tempo real
9 Algoritmo com PID para o controle da válvula
Fluidos Naurais em Supermercados – 70
Opção de operação cada Rack
‰ MPXPRO – CARACTERÍSTICAS DO HARDWARE (II)
9 O controlador recebe as informações de temperatura e
pressão na saída do evaporador
9 Calcula o superaquecimento
9 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)
9 Através de análise gráfica, é possível reduzir a
quantidade de degelos diários
9 Conexão remota via internet
9 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 CO2
(câmara e ilhas).
Fluidos Naurais em Supermercados – 73
Princípio de operação sistema CO2
Média Temp.
Trocador
Cascata
CO2 /
R404A
Média Temp.
Condensador R404A
Tanque de líquido CO2
Tanque de líquido R404A
Intercambiador
Calor
Baixa Temp.
Fluxograma
simplificado
Bomba CO2
Sistema R404A
Sistema CO2
Fluidos Naurais em Supermercados – 74
Componentes do sistema CO2
‰ Características construtivas compressores OCTAGON® CO2
Avançado sistema
de lubrificação com
Disco Dinâmico
Muflas integradas
no cabeçotes
Válvula de
segurança
incorporada
Buchas especiais
com revestimento
de PTFE (todos os
Octagon)
Conjunto placa de
válvulas otimizado
com mínima perda
de carga
Motor elétrico de
alto rendimento
Cárter com elevada
resistência mecânica
(25 bar LP / 40 bar HP)
Óleo lubrificante Bitzer BSE60K
especialmente formulado para CO2
Fluidos Naurais em Supermercados – 75
Componentes do sistema CO2
‰ COMPRESSORES
Há 4 fatores principais que determinam o tamanho relativo dos compressores
de CO2:
¾ A densidade do vapor (volume específico, L/kg) do R744 é mais elevada
do que a do R404A e R22
¾ O R744 permite que os compressores operem com taxas menores de
compressão
¾
Os compressores CO2 comprimem somente até o estágio intermediário
¾ O CO2 é mantido sub-resfriado no tanque a -10ºC
Fluidos Naurais em Supermercados – 76
Componentes do sistema CO2
Alta densidade do vapor / volume específico = haverá mais vapor
circulado pelo compressor
co²
co²
co²
co²
R404A
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
R404A
co²
co²
co²
R404A
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
R404A
co²
R404A
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
co²
Quanto maior a pressão, maior será a quantidade de refrigerante comprimida
pelos pistões!
Fluidos Naurais em Supermercados – 77
Componentes do sistema CO2
Relação de Compressão
Performance compressor
P. descarga abs ÷ P. sucção abs = ? : 1
100
Eficiência volumétrica
90
X
80
R744 -35/ -10ºC
85 %
RC = 2 : 1
70
60
50
R404A -35/ 40ºC
40
X
30
35 %
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 CO2
Gás descarga
Gás sucção
PMS
85% ( R744)
35% ( R404A )
PMI
Fluidos Naurais em Supermercados – 79
Componentes do sistema CO2
Os compressores CO2 comprimem somente até o estágio intermediário
50
COMPARAÇÃO A -35/45°C
40
30
Alto Estágio
20
Simples
Estágio
10
0
-10
-20
Baixo Estágio
R404A
R7
44
-40
R4
04
a
-30
R744
Fluidos Naurais em Supermercados – 80
Componentes do sistema CO2
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 CO2
triple piont
Pressão Sucção
Pressão Descarga
Deg.C
kPa.
PSI
-56.57
417
60
-50
582
84
-45
732
106
-40
899
131
-35
1102
160
-30
1327
193
-25
1582
230
-20
1869
271
-15
2190
318
-10
2548
370
-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
P. manomêtrica
Taxa Compressão =
1,85
P. manomêtrica
critical temp
Fluidos Naurais em Supermercados – 82
Componentes do sistema CO2
‰ SEPARADORES DE ÓLEO BITZER
Separadores Centrífugos série COS:
(separador + pulmão de óleo)
Para selecionar os separadores de óleo,
precisamos saber os seguintes dados:
¾ Capacidade frigorífica (kW)
¾ Temperatura de evaporação (ºC)
Fluidos Naurais em Supermercados – 83
Componentes do sistema CO2
‰ ÓLEOS LUBRIFICANTES PARA CO2
¾ Aplicação subcrítica: BSE60K
¾ 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 CO2
‰ TEMPERATURA DO ÓLEO & CÁRTER DO COMPRESSOR CO2
¾ 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 CO2
‰ SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL DE ÓLEO DO COMPRESSOR CO2
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 CO2
‰ 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 CO2
Alimentação líquido MT e LT
Sucção
Úmida
Condensador
cascata
Q min
Q max
Bomba
Fluidos Naurais em Supermercados – 88
Componentes do sistema CO2
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 CO2
TANQUE DE LÍQUIDO
SUCÇÃO BOMBA
DESCARGA BOMBA
BOMBA CO2
Fluidos Naurais em Supermercados – 90
Componentes do sistema CO2
‰ VÁLVULAS DE SEGURANÇA
¾ Nunca
instalar nenhuma tubulação após a válvula de segurança, perigo de
congelamento (gelo seco – CO2) no interior do tubo!
¾ Deverá utilizar válvulas para gases criogênicos (CO2)
¾ Deverá proteger o lado de alta e baixa pressão do sistema, 25 / 40 bar respec.
Fluidos Naurais em Supermercados – 91
Componentes do sistema CO2
‰ 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 CO2
‰ 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 CO2 em
determinados pontos do
sistema.
Fluidos Naurais em Supermercados – 93
Sistema de monitoramento de vazamento CO2
Acionamento do alarme com 5.000 ppm CO2
Alarme CO2
Exaustores de Ar
Fluidos Naurais em Supermercados – 94
Unidade de emergência do sistema CO2
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 CO2
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 CO2 vs. R404A e R22
Rack CO2 Subcrítico (CO2/R404A)
Rack R404A
Rack R22
Condição de projeto MT
TC = -5ºC (CO2 – recirc. líq.)
TO = -10ºC (estágio alta)
TC = 40ºC (estágio alta)
TO = -10ºC
TC = 40ºC
TO = -10ºC
TC = 40ºC
Condição de projeto LT
TO = -30ºC (CO2 - DX)
TC = -5ºC (CO2)
TO = -30ºC
TC = 40ºC
TO = -30ºC
TC = 40ºC
Compressores
01 x 2KC-3.2K (CO2)
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
Potência consumida comp. MT
3 Hp (CO2)
9 Hp (R404A)
Total = 12 Hp
8,66 kW (estágio alta R404A)
9 Hp (MT)
7,5 Hp (LT)
Total = 16,5 Hp
8,66 kW
9 Hp (MT)
7,5 Hp (LT)
Total = 16,5 Hp
7,49 kW
Potência consumida comp. LT
2,26 kW (estágio baixa CO2)
6,72 kW
6,11 kW
Potência consumida do Rack
10,92 kW (compressores)
0,5 kW (bomba CO2)
Total = 11,42 kW
Total = 15,38 kW
Total = 13,6 kW
Fluidos Naurais em Supermercados – 97
Por que utilizar CO2 como fluido refrigerante?
Vantagens da utilização do CO2 como fluido refrigerante (I)
¾ Economia de energia (aprox. 20 a 35%) em relação ao R22 e R404A
¾ Baixo custo do refrigerante (50 Centavos/Kg)
¾ Baixa relação de compressão & Aumento vida útil compressores
¾ Alta densidade do vapor & Menor superaquecimento
¾ Redução da carga de refrigerante
¾ Redução dos diâmetros da tubulação
¾ Redução custo tubulação & instalação
¾ Atóxico e não inflamável
Fluidos Naurais em Supermercados – 98
Por que utilizar CO2 como fluido refrigerante?
Vantagens da utilização do CO2 como fluido refrigerante (II)
¾ Fonte disponível na natureza, 100% natural
¾ Não destrói a Camada de Ozônio (ODP=0)
¾ Baixo Potencial Aquecimento Global (GWP=1, referência para outros gases)
¾ Elevada entalpia de evaporação (alto sub-resfriamento)
¾ Rápido “pull down” da instalação (CO2 = Criogênico)
¾ Menor volume deslocado dos compressores CO2
¾ Rack & instalação mais compacta & Menor número compressores
¾ Baixo custo de manutenção
Fluidos Naurais em Supermercados – 99
Por que utilizar CO2 como fluido refrigerante?
“Pontos Fracos CO2”
¾
Necessário um nível técnico mais elevado para realização do serviço de
instalação, manutenção e operação do sistema
¾ Perda potencial da eficiência do sistema em caso de uma elevação na
temperatura do estágio de alta
¾ Aumento da pressão CO2 em caso da parada total da instalação, podendo
provocar perda refrigerante
¾ Necessário utilizar controles extra de segurança (válvulas segurança,
sensores CO2, etc.)
Fluidos Naurais em Supermercados – 100
Conclusão
¾ Todos os sistemas existentes com FLUIDOS NATURAIS até agora tiveram uma
performance superior aos refrigerantes halogenados (R22, R404A, etc), principalmente
na questão energética
¾ 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
¾ 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
¾ 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