A refrigeração é utilizada na indústria alimentícia como barreira adicional para aumento da segurança do produto.
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:
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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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
Abaixo uma ilustração dos limites de temperatura e umidade relativa para climatização das salas de incubação
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
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.
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.
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.
Abaixo uma proposta para controle da pressão positiva na climatização de salas limpas ou (salas classificadas para processamento de proteína animal).
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.
Abaixo um quadro recomendando os limites para contaminação microbiológica.
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).
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.
