ANÁLISE EXPERIMENTAL DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO COMERCIAL OPERADO COM R22 E O HIDROCARBONETO R1270

Resumen

Este trabalho contribuiu com o conhecimento acerca da necessidade de substituir os fluidos halogenados por refrigerantes naturais e, assim, reduzir os danos causados ao meio ambiente. Primeiramente, tornou-se necessário conhecer os limites de operação de um sistema de refrigeração, que representa um sistema de condicionamento de ar com capacidade frigorífica máxima de 17,5 kW (5 TR). Paralela e conjuntamente ao objetivo principal, estratégias de instrumentação e controle foram adotadas, o que possibilitou estender o foco da pesquisa sobre outro tema, economia de energia elétrica em sistemas de refrigeração. A bancada experimental foi submetida a três configurações distintas para a realização dos testes. A primeira delas retratou um sistema de refrigeração convencional, composto basicamente por um compressor alternativo operando a frequência nominal, dois trocadores de calor de tubos concêntricos, uma válvula de expansão termostática (VET) e o fluido R22 como refrigerante. Para o segundo caso, a velocidade do compressor foi comandada por um variador de frequência e uma válvula de expansão eletrônica substituiu a VET, sendo que os demais parâmetros foram mantidos. A terceira configuração do sistema foi exatamente igual à segunda, porém utilizou-se R1270 (propileno) com fluido de trabalho. Os resultados experimentais mostraram que a operação do sistema em frequências inferiores a 60 Hz e a aplicação de um controlador PID no mecanismo de expansão permitiu o melhoramento no COP dos sistemas automatizados em comparação ao COP do sistema convencional, que utilizou um controlador liga-desliga. Consequentemente, a automatização do sistema convencional proporcionou uma redução de 35% no consumo médio mensal de energia elétrica. A substituição do R22 pelo R1270 elevou ainda mais os valores do COP e reduziu os danos ambientais, calculados com base no impacto total de aquecimento equivalente (TEWI). Comprovou-se que para esta aplicação específica, a automatização e a substituição do fluido tradicional por um hidrocarboneto reduzem em até 39% os danos ao meio ambiente. Palavras-chave: refrigeração, ar condicionado, controle, R22 e R1270. ABSTRACT This work contributed to the knowledge on the study to replace halogenated fluids by natural refrigerants reducing the damage to the environment. Primarily, it was important to know the operation limits of the experimental facility, with maximum refrigerating capacity of 17.5 kW. At the same time to the first objective, instrumentation and control strategies were adopted, allowing extending the focus of this research such as the energy savings. The experimental facility has been submitted at three different configurations: the first one depicted a conventional refrigeration system that, basically, consists of a reciprocating compressor working at nominal frequency, two concentric tubes heat exchanger, a thermostatic expansion valve (TEV) and R22 as work fluid; in the second case, the compressor speed was controlled by an inverter frequency drive and an electronic expansion valve replaced the TEV; and finally it was proposed a third system configuration, exactly to the second one, in which was used R1270 (propylene) as the working fluid. The experimental results showed that the system operating at frequencies below 60 Hz and the implementation of a PID controller in the expansion device enabled the improvement in the COP of the automated system compared to the COP of the conventional system, which used an on-off controller. Consequently, the automation of the conventional system reduced by 35% the average monthly energy consumption. The replacement of R22 by R1270 increased even more the values of the COP and reduced the environmental damage, calculated by the total equivalent warming impact (TEWI). It was showed that the automation and the replacement of a traditional fluid by a hydrocarbon decrease up to 39% the damage to the environment for this specific application. Keywords: refrigeration, air conditioning, control, R22 and R1270.