AveSui 2020
03-Mar-2020 11:03 - Atualizado em 03/03/2020 11:59
Comentário

Automação das instalações de refrigeração na indústria alimentícia

A refrigeração é utilizada na indústria alimentícia como barreira adicional para aumento da segurança do produto

A refrigeração é utilizada na indústria alimentícia como barreira adicional para aumento da segurança do produto.

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Planta para processamento de proteína animal é um negócio, sendo assim, a solução adotada para automação da refrigeração, deve atender aos interesses dos acionistas, consumidores, gestores e colaboradores, protegendo o meio ambiente e a comunidade do entorno.

Para definir o sistema de supervisão e controle, é importante considerar que o processo da transferência de calor do produto para o fluído refrigerante, assim como, a dissipação do calor na atmosfera deve:

a-      Contribuir para o aumento da segurança, qualidade e rendimento do produto,

b-      Estabilizar a capacidade de resfriamento e congelamento,

c-       Aumentar a eficiência e a segurança das instalações,

d-      Garantir o conforto e a segurança dos colaboradores,

e-      Proteger as edificações, o meio ambiente e a comunidade do entorno.

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CARGAS TÉRMICAS

Os trocadores de calor são dimensionados para atender o pico da carga térmica.

Abaixo uma ilustração exemplificando o perfil da carga térmica no resfriamento das carcaças suínas por ar forçado em uma câmara.

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O sistema de compressão é dimensionado para atender a simultaneidade da carga térmica.

Abaixo uma ilustração exemplificando a simultaneidade da carga térmica na utilização de 05 câmaras para resfriamento das carcaças suínas por ar forçado.

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VÁLVULAS DE CONTROLE

As válvulas de controle são utilizadas para diversas finalidades:

a-      Estabilização da pressão de evaporação,

b-      Estabilização da pressão durante os degelos a gás quente,

c-       Limitar a pressão para proteção dos vasos e equipamentos,

d-      Controlar a expansão do fluído refrigerante,

e-      Controlar a vazão do fluído refrigerante,

f-       Controlar o nível de fluídos refrigerantes nos vasos,

g-      Controlar a temperatura,

h-      Etc.

No selecionamento das válvulas, é muito importante simular as variações da carga térmica.

Abaixo um exemplo do selecionamento de válvula para controle do nível de amônia (R-717) no separador de líquido.

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No exemplo ilustrado acima a carga térmica de pico é de 05 x 170.000Kcal/h = 850.000Kcal/h

Para exemplo, será considerado na simulação a carga térmica parcial de 170.000Kcal/h

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Observem no exemplo ilustrado acima, que para atendimento da carga térmica de pico = 850.000Kcal/h, será selecionado o modelo da válvula 25, com coeficiente nominal de vazão = 10,0m3/h, e perda de pressão real através da válvula = 0,116Kgf/cm2.

Na carga térmica parcial = 170.000Kcal/h, utilizando o mesmo modelo de válvula 25, com coeficiente nominal de vazão = 10,0m3/h a perda de pressão real através da válvula será de 0,03Kgf/cm2. Dependendo da válvula selecionada, este valor poderá prejudicar o funcionamento.

É importante checar com o fabricante da válvula se o modelo selecionado pode operar às cargas térmicas parciais, com a perda de pressão real.

Algumas válvulas de controle não operam com perdas de pressão real inferior a força da mola, utilizada para manter a válvula fechada, por exemplo 0,05Kgf/cm2.

Neste caso as opções seriam:

a-      Instalar duas válvulas menores para controle do nível de líquido,

b-      Escolher modelo menor da válvula aumentando a perda de pressão real através da válvula, neste caso é necessário verificar a disponibilidade do diferencial de pressão,

c-       Escolher modelo de válvula que não necessite da perda de pressão mínima,

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP).

É utilizado para escrever as lógicas de controle, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética.

Como exemplo de lógica, a análise para (aumento ou redução) da temperatura de evaporação do fluído refrigerante.

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É importante observar que aumentando a temperatura de evaporação, a velocidade de resfriamento e congelamento do produto irá reduzir, podendo prejudicar o indicador (Kwh/TPA).

Para definir o set point da temperatura de evaporação é necessário comparar:

a-      O consumo da energia elétrica (Kwh/TPA),

b-      O custo da energia elétrica (R$/Kwh),

Com:

a-      O volume de produção (TPA) = Tonelada de Produto Acabado,

b-      O preço de venda do produto (R$/TPA),

c-       O indicador da mão de obra (Hh/TPA),

d-      O valor da mão de obra (R$/Hh).

Abaixo uma ilustração do consumo de energia para congelamento do empanado de frango por ar forçado.

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No exemplo ilustrado acima pode ser observado que aumentando a temperatura de evaporação, o consumo total da energia elétrica (Kwh/TPA) para congelamento do produto diminui.

Abaixo uma ilustração comparando a capacidade da sala de máquinas com a capacidade de congelamento do freezer.

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No exemplo ilustrado acima pode ser observado que aumentando a temperatura de evaporação a capacidade de congelamento da sala de máquinas aumenta, mas, a capacidade de congelamento do freezer diminui, prejudicando o volume de produção (TPA/hora).

Abaixo uma ilustração comparando o custo da energia elétrica com o custo da quebra no processo de congelamento do empanado de frango por ar forçado.

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No exemplo ilustrado acima pode ser observado que quanto mais baixo for a temperatura de evaporação, maior será o custo da energia elétrica, porém, a somatória do custo de produção é menor devido ao rendimento maior do produto.

Abaixo uma ilustração comparando o faturamento com o custo da energia elétrica para congelamento do empanado de frango por ar forçado.

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No exemplo ilustrado acima pode ser observado que quanto mais baixo for a temperatura de evaporação, maior será o faturamento, considerando o freezer como o único gargalo para aumento da capacidade de produção.

Abaixo uma ilustração comparando o custo da mão de obra com o custo da energia elétrica para congelamento de frango

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No exemplo ilustrado acima pode ser observado que quanto mais baixo for a temperatura de evaporação, maior será o custo da energia elétrica, porém, menor será o custo da mão de obra, considerando o freezer como o único gargalo para aumento da capacidade de produção.

A lógica de controle deve ser escrita por tipo de produto e por tipo de processo.

VELOCIDADE DE QUEDA DO pH

Abaixo uma ilustração da velocidade de queda do pH no processo de resfriamento das carcaças suínas por ar forçado.

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PSE (Pale, Soft and Exudative), Carne de cor clara, de textura mole, e que, possui pouca capacidade de retenção de água. É menos atrativa para o consumidor quando comercializada IN NATURA devido à cor pálida e pela alta exsudação, podendo apresentar acúmulo elevado de água na bandeja.

Pode desenvolver coloração verde ou cinza esverdeado durante o armazenamento. Utilização de carne PSE em presunto cozido pode reduzir o rendimento tecnológico e prejudicar o desenvolvimento da cor curada.

RFN (Reddish – pink in color, firm in texture and free of surface wateriness – Non exudative) Carne de cor normal, textura firme e não exsudativa. É a carne desejável de alta qualidade.

DFD (Dark, Firm and Dry), Carne de cor escura, de textura firme e que possui grande capacidade de retenção de água. Aparência menos atrativa para o consumidor quando comercializada IN NATURA pela cor escura, mas, muito útil para a produção de presuntos cozidos.

A velocidade de queda do pH depende de diversas variáveis, antes e após o abate.

Garantido as condições necessárias antes do abate, após o abate a velocidade de resfriamento é a variável mais importante para o controle da velocidade de queda do pH.

A glicólise, e, consequentemente a queda do pH ocorre mais lentamente quanto menor for a temperatura da carne.

Com o resfriamento rápido da carne os processos post mortem são retardados.

A combinação do pH baixo, com a temperatura elevada da carcaça, resulta na maior desnaturação das proteínas miofibrilares.

A desnaturação das proteínas miofibrilares reduz a capacidade de retenção de água.

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EFICIÊNCIA DO CICLO DE COMPRESSÃO A VAPOR

Abaixo uma ilustração exemplificando algumas variáveis que devem ser consideradas no controle da eficiência do ciclo de compressão a vapor, utilizando amônia como fluído refrigerante.

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Exemplo de variáveis para controle da eficiência no ciclo de compressão a vapor:

a-      Transferência de calor do produto para o fluído refrigerante

Objetivo = controlar a velocidade de resfriamento e congelamento.

b-      Pressão de evaporação x pressão de aspiração

Objetivo = reduzir a perda de carga

c-       Pressão de aspiração x pressão de condensação

Objetivo = reduzir a potência necessária para compressão do fluído refrigerante

d-      Recuperação de calor,

Objetivo = reduzir o consumo de combustíveis.

e-      Dissipação do calor na atmosfera,

Objetivo = reduzir a potência necessária para condensar o fluído refrigerante

f-       Entalpia do fluído refrigerante,

Objetivo = melhorar a eficiência (Kcal/Kg), reduzindo a massa necessária de fluído refrigerante.

g-      Etc.

LIMITES TÉCNICOS PARA CONTROLE

Os limites mínimos e máximos devem ser definidos conforme a capacidade da instalação de refrigeração e as especificações do produto e do processo.

Abaixo uma ilustração dos limites (mínimos e máximos) para controle da velocidade de resfriamento e congelamento do produto.

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Abaixo uma ilustração dos limites de temperatura e umidade relativa para climatização das salas de incubação

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No diagrama psicrométrico ilustrado acima a área amarela indica os limites mínimos e máximos de temperatura e umidade relativa para climatização das salas de incubação.

Na climatização das salas de incubação não é recomendado recirculação do ar, sendo assim, a automação é extremamente importante para controle das cargas térmicas parciais.

Cada ponto vermelho na carta psicrométrica indica a temperatura e umidade relativa de uma hora. Observe que nesta região a variação durante o ano é bastante expressiva e que a instalação irá operar na capacidade nominal (resfriamento, aquecimento, desumidificação ou umidificação) poucas horas/ano.

Abaixo uma ilustração dos limites de temperatura e umidade relativa para climatização das salas de processamento

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No diagrama psicrométrico ilustrado acima a área amarela indica os limites mínimos e máximos de temperatura e umidade relativa para climatização das salas de processo.

Abaixo uma ilustração dos limites de temperatura para atendimento das necessidades do produto.

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Na figura ilustrada acima pode ser observado a importância do atendimento das necessidades do produto, assim como, a segurança e o conforto dos colaboradores.

Abaixo uma ilustração da área de conforto para os colaboradores.

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Na figura ilustrada acima pode ser observado as necessidades para atendimento do conforto dos colaboradores.

Abaixo uma ilustração para controle do fluxo de ar em abatedouro de aves para evitar a condensação generalizada nas salas climatizadas.

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Abaixo uma proposta para controle da pressão positiva na climatização de salas limpas ou (salas classificadas para processamento de proteína animal).

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Como já publicado anteriormente, salas classificadas são utilizadas para produtos expostos, prontos ou semi-prontos para consumo e que não possuam processo posterior para inativação de células viáveis.

Abaixo um quadro para controle da quantidade de partículas conforme a classificação da sala.

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Abaixo um quadro recomendando os limites para contaminação microbiológica.

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INTERFACE HOMEM/MÁQUINA (IHM)

Através de programas de supervisão e comunicação de dados é possível controlar diversos Controladores Lógicos Programáveis (CLP).

É muito importante desenvolver o protocolo de comunicação para os sistemas de controle dedicados durante a fase de negociação e compra.

Abaixo uma ilustração de um sistema de controle dedicado, comandando um forno, um resfriador tipo casco e tubos e a bomba de um trocador de calor (amônia/refrigerante secundário).

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Com o sistema de gerenciamento e controle da casa de máquinas (sem comunicação) com o sistema de controle dedicado do trocador de calor (amônia/refrigerante secundário), a segurança poderá estar comprometida.

A continuidade de operação do forno e do resfriador com o desarme do compressor, elevará a temperatura do fluído refrigerante secundário, o que consequentemente, irá elevar rapidamente a pressão do fluído refrigerante amônia.

Neste caso será atuado a válvula de segurança mecânica, do trocador de calor (amônia/refrigerante secundário), que é a última segurança do sistema.

A refrigeração é utilizada na indústria alimentícia como atividade-meio.

A solução adotada para automação da refrigeração deve contribuir para a atividade-fim da indústria alimentícia, garantindo atendimento a legislação vigente, política e valores da empresa.

Redação AI/SI

Geraldo Lopes Passarelli

Geraldo Lopes Passarelli é Especialista em refrigeração e foi representante da engenharia na BRF.

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