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27-Ago-2019 09:39 - Atualizado em 27/08/2019 09:58
Comentário Avícola

Custo do resfriamento e congelamento - Por Geraldo Lopes Passarelli

"É muito importante o gerenciamento do consumo de energia (Kwh/TPA), mas, não é razoável perseguir indicadores equivocados"

É muito importante análise das alterações no processo de transferência de calor do produto para o fluído refrigerante.

Dependendo do produto e do volume de produção, a redução na velocidade de resfriamento e congelamento, por exemplo, pode comprometer:

a-      O faturamento (Capacidade de resfriamento e congelamento),

b-      O preço de venda do produto (Atributos de qualidade e segurança alimentar),

c-       O custo direto (Quebra),

d-      O custo indireto (Depreciação e amortização, energia elétrica, mão de obra, etc.).

Veja a seguir, uma simplificação (passo a passo) do processo de transferência de calor do produto para o fluído refrigerante, e como escolhas erradas podem comprometer o DRE (Demonstrativo de Resultado do Exercício), com prejuízos milionários, dependendo do produto e do volume de produção.

Abaixo uma ilustração da transferência de calor por convecção natural.

 

geraldo passarelli, coluna, fotos atualizadas ,
Geraldo Passarelli

 

Na ilustração acima pode ser observado:

a-      Na figura do lado esquerdo, uma geladeira com pedras de gelo depositadas na bandeja superior e uma bandeja inferior para recolhimento da água.

b-      Na figura do lado direito, substituição das pedras de gelo por serpentina anexada na bandeja superior.

Ao entrar em contato com os produtos o ar aquece ficando mais leve e sobe.

Ao entrar em contato com o gelo ou a serpentina anexada na bandeja superior, o ar esfria ficando mais pesado e desce para novamente entrar em contato com os produtos e aquecer.

Na refrigeração industrial é utilizado soluções para forçar a transferência de calor em menor tempo e custo podendo ser, ar forçado, contato, imersão, aspersão, ou ainda, uma combinação destas alternativas.

No exemplo ilustrado, o fluído refrigerante está armazenado no estado líquido, a 13Kgf/cm2 com temperatura de saturação correspondente de +35ºC. Através de válvula, expande a pressão atmosférica = 1,000Kgf/cm2 ou -34ºC

O calor cedido pelos produtos, é transferido a serpentina através do ar, provocando a evaporação do fluído refrigerante.

É possível controlar a temperatura de evaporação do fluído refrigerante, instalando uma válvula para restringir a saída do gás, controlando assim a pressão de evaporação.

Abaixo uma ilustração de como controlar a pressão/temperatura de evaporação.

 

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Geraldo Passarelli

 

Na ilustração acima pode ser observado que:

a-      Na figura do lado esquerdo, o fluído refrigerante esta evaporando a -10ºC devido à restrição provocada pela válvula na saída do gás, que mantém a pressão de evaporação em 2,966Kgf/cm2.

b-      Na figura do lado direito, o fluído refrigerante esta evaporando a pressão atmosférica de 1,000Kgf/cm2, ou -34ºC, porque não existe restrição na saída do gás.

A temperatura do fluído refrigerante (na saturação) é diretamente proporcional a pressão.

 

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Geraldo Passarelli

 

O calor latente de evaporação do fluído refrigerante depende da diferença de entalpia entre a temperatura de evaporação e a temperatura do líquido.

Exemplo para temperatura de evaporação de -34ºC e do líquido +35ºC...

Calor latente de evaporação = (390,41 – 139,65) = 250,76Kcal/kg

Exemplo para temperatura de evaporação de -34ºC e do líquido -34ºC...

Calor latente de evaporação = (390,41 – 63,15) = 327,26Kcal/Kg.

Abaixo uma ilustração de como recuperar o fluído refrigerante evaporado na serpentina.

 

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Geraldo Passarelli

 

Estando o gás a +35ºC, é possível condensa-lo com o ar atmosférico a +25ºC.

Para aumentar a pressão do gás pode ser utilizado os sistemas de absorção ou compressão.

Abaixo uma ilustração simplificada para facilitar o entendimento da diferença entre os sistemas de absorção e compressão.

 

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Geraldo Passarelli

 

No sistema de absorção é utilizado a energia térmica para elevar a pressão do fluído refrigerante, enquanto que no sistema de compressão é utilizado a energia elétrica.

Abaixo uma ilustração comparando o custo de operação entre os sistemas de (absorção x compressão).

 

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Geraldo Passarelli

 

Na ilustração acima pode ser observado que o custo de operação do sistema de compressão é menor.

O sistema de compressão é o mais utilizado pelas indústrias alimentícias devido à alta disponibilidade e o baixo custo da energia elétrica.

Abaixo uma ilustração das variáveis que podem contribuir para aumento na eficiência do ciclo de compressão.

 

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Geraldo Passarelli

 

Na figura ilustrada acima, pode ser observado diversas variáveis que podem contribuir para o aumento da eficiência no processo de transferência de calor do produto para o fluído refrigerante e do fluído refrigerante para a atmosfera.

A temperatura de evaporação (ºC) influi diretamente na potência consumida da compressão (Kwh), que depende da massa deslocada do fluído refrigerante (Kg/h) e do diferencial da pressão de aspiração x pressão de condensação, ?P (Kgf/cm2).

Abaixo uma ilustração da potência consumida para congelamento de frango por ar forçado em diversas temperaturas de evaporação.

 

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Geraldo Passarelli

 

Abaixo uma ilustração da potência consumida para congelamento de empanado de frango por ar forçado em diversas temperaturas de evaporação.

 

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Geraldo Passarelli

 

A temperatura de evaporação é muito importante para definir a temperatura do ar forçado.

Abaixo uma ilustração das curvas de resfriamento e congelamento do frango por ar forçado.

 

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Geraldo Passarelli

 

Como pode ser observado na ilustração acima, a temperatura do ar forçado influi na velocidade de resfriamento e congelamento.

Abaixo uma ilustração do consumo de energia, considerando a simultaneidade da carga térmica no congelamento de frango por ar forçado em um Túnel de Retenção Variável TRV.

 

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Geraldo Passarelli

 

Na ilustração acima, a potência consumida foi calculada considerando que o frango é retirado ao atingir a temperatura de -18ºC.

Abaixo uma ilustração comparando a capacidade da (sala de máquinas x freezer)

 

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Geraldo Passarelli

 

No exemplo ilustrado acima, pode ser observado que elevando a temperatura do ar forçado a capacidade de congelamento da sala de máquinas aumenta, mas a capacidade de congelamento do freezer diminui.

Abaixo uma ilustração comparando o investimento em (sala de máquinas x freezer)

 

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Geraldo Passarelli

 

No exemplo ilustrado acima, pode ser observado que aumentando a temperatura do ar forçado o investimento na sala de máquinas diminui, mas, o investimento em freezer aumenta.

Dependendo do produto, a temperatura do ar forçado pode alterar o rendimento.

Abaixo uma ilustração, comparando o custo da energia elétrica com o custo da quebra no resfriamento e congelamento do empanado de frango.

 

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Geraldo Passarelli

 

No exemplo ilustrado acima pode ser observado que no congelamento de empanado de frango, elevando a temperatura do ar forçado, o custo de energia elétrica diminui, mas, a somatória do custo é maior devido ao aumento da quebra no processo de resfriamento e congelamento.

Abaixo uma ilustração, comparando o custo da energia elétrica com o custo da quebra no resfriamento e congelamento do IQF de frango.

 

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Geraldo Passarelli

 

No exemplo ilustrado acima pode ser observado que no congelamento de IQF de frango, elevando a temperatura do ar forçado, o custo de energia elétrica diminui, mas, a somatória do custo é maior devido ao aumento da quebra no processo de resfriamento e congelamento.

É importante observar que no processo de resfriamento e congelamento dos produtos:

a-      Quanto maior for a desnaturação das proteínas miofibrilares durante a transformação do músculo em carne, maior poderá ser a quebra.

b-      Quanto maior for a relação da (área superficial do produto exposto x volume), maior poderá ser a quebra.

c-       Quanto maior for a presença de colóides hidrofílicos e outros solutos em produtos processados, menor poderá ser a quebra.

d-      Quanto maior for o erro no dimensionamento da carga térmica sensível e latente, assim como, o selecionamento da serpentina de resfriamento, maior poderá ser a quebra.

e-      Quanto maior for o erro no dimensionamento da vazão e distribuição do ar forçado, maior poderá será a quebra.

f-       Etc.

Abaixo uma ilustração exemplificando a variação do faturamento, em diversas temperaturas do ar forçado, considerando o congelamento como único gargalo para aumento no volume de produção.

 

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Geraldo Passarelli

 

No exemplo ilustrado acima, pode ser observado que elevando a temperatura do ar forçado ocorre perda no faturamento, devido à redução na capacidade de congelamento.

Abaixo uma ilustração exemplificando a variação do custo de mão de obra, em diversas temperaturas do ar forçado, considerando o congelamento como único gargalo para aumento do volume de produção.

 

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Geraldo Passarelli

 

No exemplo ilustrado acima, pode ser observado que elevando a temperatura do ar forçado, o custo da mão de obra pode ser maior dependendo do produto, do processo e do volume de produção.

Foi considerado a mesma capacidade da linha de produção (01TPA/hora), para facilitar a comparação entre:

a-      Capacidade da sala de máquinas x freezer,

b-      Investimento da sala de máquinas x freezer,

c-       Consumo de energia elétrica x quebra,

d-      Faturamento,

e-      Mão de obra.

Os valores ilustrados neste comentário podem variar para mais ou para menos dependendo do produto e do volume de produção.

Respostas a um questionário elaborado por SKU (Stock Keeping Unit) possibilita:

a-      Definir as necessidades para transferência de calor do produto para o fluído refrigerante e do fluído refrigerante para a atmosfera,

b-      Especificar os limites de controle (mínimos e máximos),

c-       Dimensionar a capacidade nominal e efetiva das instalações,

d-      Dimensionar e identificar os indicadores praticados,

e-      Dimensionar e especificar os indicadores teóricos para atendimento das necessidades,

f-       Conhecer o benchmarking do mercado,

g-      Identificar lacunas e mensurar as oportunidades.

Foi considerado apenas as variáveis mensuráveis, sendo desconsiderado variáveis subjetivas, muito importantes, tais como, (valor agregado ao produto, valorização da marca, etc.).

Lacunas e oportunidades no processo para transferência de calor:

a-      Para os consumidores = Melhoria nos atributos de qualidade e segurança do produto,

b-      Para os acionistas = Aumento na lucratividade e rentabilidade,

c-       Para os gestores = Melhoria dos indicadores técnicos e financeiros,

d-      Para os fornecedores = Venda de equipamentos, materiais de aplicação e serviços.

Lições aprendidas, principalmente do que não fazer podem contribuir, mas, periodicamente é necessário rever os conceitos e todas as iniciativas devem ser consideradas. Uma solução que não era viável ontem, pode ser muito interessante hoje.

É muito importante o gerenciamento do consumo de energia (Kwh/TPA), mas, não é razoável perseguir indicadores equivocados, muito menos adotar uma solução que prejudique o DRE (Demonstrativo de Resultado do Exercício).

Redação AI

Geraldo Lopes Passarelli

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

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