Author(s): Rebelo, Rui Miguel Pinto Torres
Date: 2017
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/10402
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Fluidos Frigorigéneos; Dióxido de Carbono; Refrigeração; Ar Condicionado; Refrigerants; Carbon dioxide; Refrigeration; Air Conditioning
O signatário da tese trabalhou aproximadamente oito anos em assistência técnica e manutenção em sistemas de AVAC&R (Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado & Refrigeração) sendo que pretendeu aprofundar os seus conhecimentos sobre os fluidos frigorigéneos naturais, nomeadamente do R-744, motivo pelo qual surgiu o tema da presente dissertação. Com a finalidade de perceber os altos e baixos do R-744, analisou-se a história dos fluidos frigorigéneos e constatou-se que pode haver um enquadramento em cinco gerações. A transição da primeira geração (qualquer fluido frigorigéneo era utilizado) para a segunda geração (melhorar a fiabilidade e preservar a segurança e a durabilidade dos equipamentos e dos frigorigéneos) resultou em diversas oportunidades de melhorias tecnológicas. As próximas duas transições, terceira (proteção do ozono) e a quarta (mitigação do aquecimento global) resultaram em alterações regulamentares para a proteção ambiental e, mais tarde, em oportunidades de negócios. O R-744 deu os primeiros passos na primeira geração por volta dos anos 60 do século XIX e teve o auge na década de 30 do seculo XX. Nos anos 60 do século XX, durante a segunda geração, perdeu importância e quase foi extinto, fruto da depressão, fraca modernidade da tecnologia e o aparecimento dos fluidos CFCs e HCFCs. Na década de 90 do século XX, terceira geração, o R-744 reaparece devido à revisão da tecnologia de refrigeração e por motivo ecológico. O R-744 destaca-se dos outros fluidos frigorigéneos naturais por ser o único não inflamável, não tóxico (não excedendo os 4 a 5% de concentração), com possibilidade de operar num ciclo de compressão de vapor abaixo de 0 °C e com a característica de ser o mais económico no processo de produção. Verificou-se que o R-744, devido às suas propriedades, é um frigorigéneo que trabalha em ciclo subcrítico de compressão de vapor ou transcrítico de compressão de vapor. Foram inúmeras as dificuldades iniciais para recolher informação sobre os sistemas transcríticos com R-744 dado que ainda é uma tecnologia que está em desenvolvimento e a informação disponibilizada pelos fabricantes é reduzida. Quando o R-744 trabalha em subcrítico, o lado da alta pressão do circuito situa-se abaixo do ponto crítico (31 °C, 73,6bar) e encontra-se num processo convencional habitualmente chamado de “condensação”. Quando o R-744 trabalha em transcrítico, acima do ponto crítico, não existe condensação e não é possível transferir calor latente do “gas cooler” para o meio ambiente, existindo só transferência de calor sensível. Constatou-se que, para o ciclo transcrítico com o R-744 ter melhor desempenho, tem que se recorrer a tecnologia adicional como a compressão paralela, ejetores, entre outras. Na presente dissertação mostraram-se várias aplicações reais, subcríticas e transcríticas, com a finalidade de transmitir que o R-744 pode ser aplicado em qualquer situação, sendo apenas uma questão de tecnologia. Com o anteprojecto da instalação pretendeu-se demonstrar a complexidade e o custo de uma central de refrigeração transcrítica R-744 do retalho alimentar. A presente dissertação teve por finalidade verificar se o R-744 era um fluido frigorigéneo viável na refrigeração e ar condicionado ao nível técnico e económico. A conclusão que se chegou é que o R-744 é um fluido frigorigéneo natural viável e, nos últimos anos, existiu um aumento de sistemas supercríticos de refrigeração no retalho alimentar. Importa, por fim, salientar que, ao nível dos equipamentos de ar condicionado, existem várias aplicações mas até ao momento não se verificou uma aposta de grande escala pelos maiores fabricantes mundiais.
The signer of the thesis worked approximately eight years in technical assistance and maintenance in HVAC&R (Heating Ventilation and Air Conditioning & Refrigeration) systems and wanted to deepen its knowledge about the natural refrigerating fluids, namely the R-744, reason for which the subject of this dissertation. In order to perceive the ups and downs of R-744, the history of the refrigerating fluids was analyzed and it was verified that there can be a frame in five generations. The transition from the first generation (any refrigerant was used) to the second generation (improving reliability and preserving the safety and durability of equipment and refrigerators) resulted in several opportunities for technological improvements. The next two transitions, third (ozone protection) and fourth (global warming mitigation) transitions have resulted in regulatory changes for environmental protection and, later, business opportunities. The R-744 took its first steps in the first generation around the 60s of the XIX century and peaked in the 30s of the XX century. In the 60s of the XX century, during the second generation, lost importance and was almost extinct, fruit of depression, weak modern technology and the emergence of fluids CFCs and HCFCs. In the 90's of the XX century, the third generation, the R-744 reappears due to the review of refrigeration technology and for ecological reasons. The R-744 stands out from the other natural refrigerant fluids because it is the only non-flammable, non-toxic (not exceeding 4 to 5% concentration), with the possibility of operating in a steam compression cycle below 0 °C and with the characteristic of being the most economical in the production process. It has been found that R-744, because of its properties, is a refrigerant which works in a subcritical steam compression or transcritical compression cycle of steam. There were numerous initial difficulties in collecting information on transcritical systems with R-744 as it is still a technology that is in development and the information provided by the manufacturers is reduced. When the R-744 works in subcritical, the high pressure side of the circuit lies below the critical point (31 °C, 73,6 bar) and is in a conventional process usually called "condensation". When the R-744 works in transcritical, above the critical point, there is no condensation and it is not possible to transfer latent heat from the “gas cooler” to the environment, with only sensible heat transfer. It was found that for the transcritical cycle with R-744 to have better performance, it has to resort to additional technology such as parallel compression, ejectors, among others. In the present dissertation several real applications, subcritical and transcritical, have been shown, in order to convey that the R-744 can be applied in any situation, being only a matter of technology. With the preliminary design of the installation it was intended to demonstrate the complexity and the cost of a transcritical refrigeration plant R-744 of the food retail. The purpose of this dissertation was to verify if the R-744 was a viable refrigerant in refrigeration and air conditioning at the technical and economic level. The conclusion reached is that R-744 is a viable natural refrigerant and, in recent years, there has been an increase in supercritical refrigeration systems with it in the food flap. Finally, it should be noted that there are several applications at the level of air conditioning equipment but so far there has not been a large scale bet by the world's largest manufacturers.
