No processo de resfriamento das carcaças de frango por imersão em água gelada existem variáveis conflitantes, necessitando definição das prioridades para dimensionamento do sistema.
As curvas de resfriamento dependem das massas das carcaças, do coeficiente de enchimento (litros de água/kg de frango), do diferencial de temperatura da água gelada nos tanques, do movimento das carcaças, da agitação da água gelada nos tanques, etc.
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Estas variáveis, entre outras, podem alterar não linearmente o percentual de absorção da água pelas carcaças.
O projeto do resfriamento das carcaças de frangos por imersão em água gelada deve garantir:
a- Temperatura máxima de (4)ºC, no centro do peito, de todas as carcaças,
b- Controle da absorção de água, reduzindo presença excessiva de água livre para atendimento das exigências do “drip test” conforme mercados consumidores,
c- Ausência da contaminação cruzada,
d- Garantia na estabilização do processo (TPA/h),
e- Redução no indicador de investimento (R$/TPA),
f- Redução no indicador das áreas de edificações (m2/TPA),
g- Redução no indicador do consumo da mão de obra (Hh/TPA),
h- Redução no indicador do consumo de energia (Kwh/TPA),
i- Redução no indicador do consumo de água (m3/TPA),
j- Redução no indicador do consumo de químicos para higienização (g/TPA),
k- Aumento da disponibilidade (redução nas paradas para manutenção corretiva),
l- Etc.
SUGESTÃO PARA ROTEIRO E MELHORES PRÁTICAS
01- Definir a quantidade de tanques
Adotar no máximo dois tanques (um tanque para pré-resfriamento e um tanque para resfriamento).
Quantidades maiores de tanques exigem maiores investimentos, maiores consumos de água, maiores consumos de energia elétrica, etc.
02- Definir o tipo de transportador
Adotar o transportador tipo “rosca sem fim”, que é o mais utilizado pelas indústrias para o resfriamento de frangos por imersão em água gelada, por garantir melhor controle do tempo de retenção.
03- Definir o nível da água nos tanques
No transportador tipo rosca sem fim, as carcaças tendem a ficar em um lado do helicóide, prejudicando o coeficiente de enchimento.
Nível da água acima do eixo melhora o coeficiente de enchimento.
Existe patente de dispositivo que expulsa as carcaças para o outro lado do helicóide, melhorando o coeficiente de enchimento (litros de água/kg de frango) minimizando este problema. É importante observar que este dispositivo aumenta a agitação da água no tanque.
A agitação da água no tanque é uma variável importante para definição das curvas de resfriamento e controle do percentual da absorção de água pelas carcaças de frango.
Neste exemplo ilustrativo será adotado nível da água de 500 mm acima do eixo.
04- Definir as dimensões dos tanques
Neste exemplo ilustrativo, será adotado coeficiente de enchimento de 3,89 litros de água/Kg de frango para o tanque de pré-resfriamento e 3,69 litros de água/Kg de frango para o tanque de resfriamento.
Considerando o exemplo da dispersão, ilustrado nas curvas de resfriamento acima, adotaremos tanques de diâmetro 2.500 mm com 04 x módulos de 7.000 mm sendo:
01 x módulo de 7.000mm para o tanque de pré-resfriamento.
Volume de água = 25.550 litros
03 x módulos de 7.000 mm para o tanque de resfriamento.
Volume de água = 76.650 litros
05- Definir o tempo de retenção
O tempo de retenção deve atender a necessidade de resfriamento das carcaças mais pesadas.
No exemplo adotaremos retenção total de 112 minutos.
O tempo de retenção no tanque de pré-resfriamento não deve ultrapassar 30 minutos.
No exemplo adotaremos (112/4) = 28 minutos de retenção no pré-resfriamento.
No exemplo adotaremos (112-28) = 84 minutos de retenção no resfriamento.
06- Definir energia adicional a ser inserida nos tanques de pré-resfriamento e resfriamento
Para ser possível resfriar as carcaças de frango com 2,500 Kg de massa em 112minutos, é necessário inserir energia adicional no tanque de pré-resfriamento e no tanque de resfriamento para reduzir o diferencial de temperatura da água nos tanques.
Apenas com a vazão da água de renovação, definida pela legislação, o tempo de retenção seria maior exigindo tanques maiores.
Vazão da água de renovação exigida pela legislação:
No primeiro tanque, a vazão da água de renovação não será inferior a 1,5 litros por carcaça
No último tanque, a vazão da água de renovação não será inferior a:
1,0 litros por carcaça com massa de até 2,500 Kg
1,5 litros por carcaça com massa de 2,501 até 5,000 Kg
2,0 litros por carcaça com massa acima de 5,001 Kg
Dimensionamento da energia adicional a ser inserida no tanque de pré-resfriamento:
Dimensões definidas do tanque de pré-resfriamento: Diâmetro = 2.500 mm x Comprimento = 7.000 mm
Retenção definida no tanque de pré-resfriamento = 28 minutos
Calor cedido no processo de pré-resfriamento:
Q = m x c x ΔT
Q = Calor cedido pelas carcaças (Kcal/h)
m = Massa das carcaças (Kg/h)
c = Calor específico da carcaça de frango (Kcal/Kg)
ΔT = Diferença de temperatura entre a entrada e saída da carcaça (ºC)
Massa e calor cedido pelas carcaças considerando o exemplo de dispersão ilustrado acima:
m= (300×0,950Kg)/4= 71,25 Kg Q= (71,25×0,79x(38-14,0))/(28/60)= 2.895 Kcal/h
m= (750×1,150Kg)/4= 215,62 Kg Q= (215,62×0,79x(38-14,6))/(28/60)= 3.986 Kcal/h
m= (450×1,250Kg)/4= 140,62 Kg Q= (140,62×0,79x(38-15,2))/(28/60)= 5.428 Kcal/h
m= (900×1,350Kg)/4= 303,75 Kg Q= (303,75×0,79x(38-15,8))/(28/60)= 11.415 Kcal/h
m= (1.200×1,450Kg)/4= 435,00 Kg Q= (435,00×0,79x(38-16,4))/(28/60)= 15.906 Kcal/h
m= (1.350×1,550Kg)/4= 523,12 Kg Q= (523,12×0,79x(38-17,0))/(28/60)= 18.597 Kcal/h
m= (1.650×1,650Kg)/4= 680,62 Kg Q= (680,62×0,79x(38-17,6))/(28/60)= 23.505 Kcal/h
m= (1.500×1,750Kg)/4= 656.25 Kg Q= (656,25×0,79x(38-18,2))/(28/60)= 21.997 Kcal/h
m= (1.650×1,850Kg)/4= 763,12 Kg Q= (763,12×0,79x(38-18,8))/(28/60)= 24.804 Kcal/h
m= (1.200×1,950Kg)/4= 585,00 Kg Q= (585,00×0,79x(38-19,4))/(28/60)= 18.420 Kcal/h
m= (1.500×2,050Kg)/4= 768,75 Kg Q= (768,75×0,79x(38-20,0))/(28/60)= 23.425 Kcal/h
m= (900×2,150Kg)/4= 483,75Kg Q= (483,75×0,79x(38-20,9))/(28/60)= 14.004 Kcal/h
m= (1.050×2,250Kg)/4= 590,62 Kg Q= (590,62×0,79x(38-21,8))/(28/60)= 16.197 Kcal/h
m = (450×2,350Kg)/4= 264,37 Kg Q = (264,37×0,79x(38-22,6))/(28/60)= 6.892 Kcal/h
m = (150×2,450Kg)/4= 91,87 Kg Q = (91,87×0,79x(38-23,5))/(28/60)= 2.255 Kcal/h
Quantidade de carcaças no tanque de pré-resfriamento = 15.000 / 4 = 3.750 carcaças
Somatória da massa de carcaças no tanque de pré-resfriamento = 6.574 Kg
Capacidade da linha de abate = 3.750 / (28 / 60) = 8.036 aves/hora
Somatória do calor cedido pelas carcaças no tanque de pré-resfriamento = 209.726 Kcal/h
Calor cedido pela chapa do tanque de pré-resfriamento + superfície da água:
Área da chapa do tanque em contato com a água = 41,81 m2
Superfície da água = 15,96 m2
Coeficiente de transferência de calor = 10 Kcal/m2ºC
Diferença de temperatura entre o ar da sala e o chapa do tanque/água = 8ºC
Q = (41,81 + 15,96) x 10 x 8= 4.622 Kcal/h
Calor cedido pelo ar comprimido para borbulhamento no tanque de pré-resfriamento:
Vazão de ar comprimido = 200 m3/h
Peso específico do ar = 1,08 Kg/m3
Entalpia do ar = 18 Kcal/Kg
Q = 200 x 1,08 x 18 = 3.888 Kcal/h
Calor total cedido no tanque de pré-resfriamento = 209.726 + 4.622 + 3.888 = 218.236 Kcal/h
Vazão da água de renovação no tanque de pré-resfriamento = 8.036 carcaças x 1,5litro = 12.054 litros/h
Considerando apenas vazão de renovação:
ΔT = 218.236 / 12.054 = 18,1ºC
ΔT desejado = (9,5 – 1) = 8,5ºC
Diferença = (18,1 – 8,5) = 9,6ºC
Energia adicional necessária no tanque de pré-resfriamento = 9,6ºC x 12.054 Kg/h = 115.718 Kcal/h
Dimensionamento da energia adicional a ser inserida no tanque de resfriamento:
Dimensões definidas do tanque de resfriamento: Diâmetro = 2.500 mm x Comprimento = 21.000 mm
Retenção definida no tanque de pré-resfriamento = 84 minutos
Calor cedido no processo de resfriamento:
Q = m x Abs x c x ΔT
Q = Calor cedido pelas carcaças (Kcal/h)
m = Massa de carcaças (Kg/h)
Abs = Água absorvida pelas carcaças no pré-resfriamento (%)
c = Calor específico da carcaça de frango (Kcal/Kg)
ΔT = Diferença de temperatura entre a entrada e saída da carcaça (ºC)
Massa e calor cedido pelas carcaças considerando o exemplo de dispersão ilustrado acima:
m= ((300×0,950Kg)/4)x3x1,065= 227,64 Kg Q= (227,64×0,84x(14-2))/(84/60)= 1.639 Kcal/h
m= ((750×1,150Kg)/4)x3x1,060= 685,69 Kg Q= (685,69×0,84x(14,6-2))/(84/60)= 5.184 Kcal/h
m= ((450×1,250Kg)/4)x3x1,060= 447,19 Kg Q= (447,19×0,84x(15,2-2))/(84/60)= 3.542 Kcal/h
m= ((900×1,350Kg)/4)x3x1,060= 965.92 Kg Q= (965,92×0,84x(15,8-2,5))/( 84/60)= 7.708 Kcal/h
m= ((1.200×1,450Kg)/4)x3x1,055= 1.376,77 Kg Q= (1.376,77×0,83x(16,4-2,5))/( 84/60)= 11.346 Kcal/h
m=(( 1.350×1,550Kg)/4)x3x1,055= 1.655,69 Kg Q= (1.655,69×0,83x(17,0-2,5)/( 84/60)= 14.233 Kcal/h
m= ((1.650×1,650Kg)/4)x3x1,055= 2.154,18 Kg Q= (2.154,18×0,83x(17,6-3))/( 84/60)= 18.646 Kcal/h
m= ((1.500×1,750Kg)/4)x3x1,055= 2.077,03 Kg Q= (2.077,03×0,83x(18,2-3))/( 84/60)= 18.717 Kcal/h
m= ((1.650×1,850Kg)/4)x3x1,050= 2.403,84 Kg Q= (2.403,84×0,83x(18,8-3))/(84/60)= 22.517 Kcal/h
m= ((1.200×1,950Kg)/4)x3x1,050= 1.842,75 Kg Q= (1.842,75×0,83x(19,4-3,5)/( 84/60)= 17.371 Kcal/h
m= ((1.500×2,050Kg)/4)x3x1,050= 2.421,56 Kg Q= (2.421,56×0,83x(20,0-3,5))/( 84/60)= 23.688 Kcal/h
m= ((900×2,150Kg)/4)x3x1,050= 1.523,81 Kg Q= (1.523,81×0,83x(20,9-3,5))/( 84/60)= 15.719 Kcal/h
m= ((1.050×2,250Kg)/4)x3x1,045= 1.851,61 Kg Q= (1.851,61×0,83x(21,8-4))/( 84/60)= 19.540 Kcal/h
m= ((450×2,350Kg)/4)x3x1,045= 828,82 Kg Q= (828,82×0,83x(22,6-4))/( 84/60)= 9.140 Kcal/h
m= ((150×2,450K)/4)x3x1,045= 288,03 Kg Q= (288,03×0,83x(23,5-4))/(84/60)= 3.330 Kcal/h
Quantidade de carcaças no tanque de resfriamento = (15.000 / 4) x 3 =11.250 carcaças.
Somatória da massa de carcaças no tanque de resfriamento = 20.751 Kg
Capacidade da linha de abate = 11.250 / (84 / 60) = 8.036 aves/hora
Somatória do calor cedido pelas carcaças no tanque de resfriamento = 192.320 Kcal/h
Calor cedido pela chapa do tanque de resfriamento + superfície da água:
Área da chapa do tanque em contato com a água = 110,83 m2
Superfície da água = 47,88m2
Coeficiente de transferência de calor = 10 Kcal/m2ºC
Diferença de temperatura entre o ar da sala e o chapa do tanque/água = 10ºC
Q = (110,83 + 47,88) x 10 x 10 = 15.871 Kcal/h
Calor cedido pelo ar comprimido para borbulhamento no tanque de resfriamento:
Vazão de ar comprimido = 600 m3/h
Peso específico do ar = 1,08 Kg/m3
Entalpia do ar = 18 Kcal/Kg
Q = 600 x 1,08 x 18 = 11.664 Kcal/h
Calor total cedido no tanque de resfriamento = 192.320 + 15.871 + 11.664 = 219.855 Kcal/h
Vazão da água de renovação no tanque de resfriamento = 8.036 carcaças x 1,0litro = 8.036 litros/h
Considerando apenas vazão de renovação:
ΔT = 219.855 / 8.036 = 27,4ºC
ΔT desejado = (4 – 1) = 3ºC
Diferença = (27,4 – 3) = 24,4ºC
Energia adicional necessária no tanque de resfriamento = 24,6ºC x 8.036 Kg/h = 196.078 Kcal/h
Alternativas para redução no diferencial de temperatura da água nos tanques:
a- Aumentar a vazão da água de renovação
m = Q / (c x ΔT)
m = massa de água (Kg)
Q = Quantidade de calor necessário (Kcal/h)
c = Calor específico da água (Kcal/Kg)
ΔT = Diferença da temperatura desejado da água no tanque (ºC)
Massa de água adicional no tanque de pré-resfriamento = 115.718 / (1 x (9,5-1)) = 13.614 Kg/hora
Massa de água adicional no tanque de resfriamento = 196.078 / (1 x (4-1)) = 65.359 Kg/hora
Vazão total de água adicional necessário = 13.614 + 65.359 = 78.973 litros/hora
É inviável aumentar a vazão da água de renovação, devido consumo adicional exagerado de água e energia
b- Encamisar os tanques
Q = S x K x ΔT
Q = Capacidade de troca térmica da camisa do tanque (Kcal/h)
S = Superfície da chapa do tanque em contato com a água (m2)
K = Coeficiente global de transmissão de calor (Kcal/m2 x ºC)
ΔT = Diferença média logarítmica da temperatura entre a água do tanque e o fluído refrigerante
Capacidade de troca térmica no tanque de pré-resfriamento = 180 x 41,81 x 5 = 37.629 Kcal/h
Capacidade de troca térmica no tanque de resfriamento = 180 x 110,80 x 4,5 = 89.748 Kcal/h
Falta de capacidade no tanque de pré-resfriamento = 115.718 – 37.629 = 78.089 Kcal/h
Falta de capacidade no tanque de resfriamento = 196.078 – 89.748 = 106.330 Kcal/h
É inviável encamisar os tanques, devido falta de superfície necessária para troca térmica
c- Inserir gelo nos tanques
m = Q / cl
m = massa de gelo (Kg/h)
Q = Quantidade de calor necessário (Kcal/h)
cl = Calor latente do gelo (Kcal/Kg)
Massa de gelo necessário no tanque de pré-resfriamento = 115.718 / 80 = 1.446 kg de gelo/hora.
Massa de gelo necessário no tanque de resfriamento = 196.078 / 80 = 2.451 kg de gelo/hora.
É a alternativa mais utilizada, mas, é necessário equipamento adequado para geração de gelo em escamas e um bom projeto para reduzir problemas na distribuição do gelo nos tanques.
d- Recircular a água dos tanques em trocador de calor externo
Instalar trocador de calor com capacidade de 115.718 Kcal/h na recirculação de água do tanque de pré-resfriamento.
Instalar trocador de calor com capacidade de 196.078 Kcal/h na recirculação de água do tanque de resfriamento.
É a alternativa mais eficiente para economizar energia, mas, a recirculação aumenta a agitação da água no tanque, e são necessários cuidados adicionais na higienização.
A agitação da água no tanque é uma variável importante para definição das curvas de resfriamento e controle do percentual da absorção de água pelas carcaças de frango.
Considerando que um risco no aço inox é o suficiente para abrigar colônias de bactérias e que algumas delas possuem capacidade de formar biofilmes é importante:
a- Reavaliar o critério de cloro livre no tanque de pré-resfriamento e no tanque de resfriamento.
b- Evitar formação de biofilme maduro de salmonella, principalmente após paradas prolongadas (nos fins de semana, feriados, etc.). O processo de higienização deve dar atenção especial ao acréscimo de superfícies (de difícil acesso) que entram em contato com a água de recirculação, (Rotor e carcaça da bomba, Tubulação, Filtros, Válvulas, Trocador de calor, Etc.).
7- Definir sistema para correção da presença excessiva de água livre.
Para retirar água livre excessiva, presente entre a pele e o músculo, assim como, nas cavidades das carcaças e pescoços, é recomendado um “tombador giratório” e/ou “nória” de gotejamento após o resfriamento das carcaças de frango por imersão em água gelada.
8- Instalar tanque pulmão de água gelada
Apenas com a vazão da água de renovação definida pela legislação:
Vazão = 2,5 litros/ave x 8.036 aves/hora = 20.090 litros/hora,
O tempo necessário para encher os tanques seria de (25.550 + 76.550) / 20.090 = 5,08 horas.
É recomendado tanque pulmão de água gelada com capacidade mínima de 100.000litros.
9- Instalar sistema para recuperação de calor
A água de drenagem pode ser utilizada para pré-resfriar a água de renovação.
É necessário filtragem da água residual para ser utilizada como fluído refrigerante.
A filtragem da água residual deve possibilitar a máxima recuperação de calor e contribuir para redução da carga na Estação de Tratamento de Efluentes.
10- Definir fluído refrigerante
Amônia (R717) é o fluído refrigerante mais utilizado pelas indústrias alimentícias devido ao baixo custo (R$/Kg), baixo volume específico (m3/Kg), alto calor de vaporização (Kcal/kg) e ser um refrigerante natural com baixo consumo de energia (Kwh) no ciclo de compressão a vapor.
Conceitos de projetos inadequados, despreparo de operadores, instalações antigas com pouca ou nenhuma manutenção favorecem acidentes com vazamentos de amônia, o que têm motivado indústrias alimentícias a buscarem alternativas para aumento da segurança dos colaboradores.
É importante reduzir o volume do fluído refrigerante amônia, enclausurar equipamentos com evaporação direta, instalar sistema para detecção, ventilação e lavagem do ar concentrado de amônia.
11- Definir trocadores de calor
a- Trocador de calor para resfriamento da água de renovação
Instalar trocador de calor tipo placas, com sistema de alimentação do fluído refrigerante amônia por gravidade, sendo necessária instalação de dispositivos para proteção contra congelamento.
O trocador de calor utilizando amônia como fluído refrigerante deve ser enclausurado na casa de máquinas.
A casa de máquinas deve possuir dispositivos para detecção de vazamentos e sistema de ventilação com lavagem do ar concentrado de fluído refrigerante amônia.
b- Fábrica de gelo
O gelo deve ser produzido com água potável, em escamas e triturado para facilitar a distribuição nos tanques.
A fábrica de gelo deve ser enclausurada, com instalação de dispositivos para detecção de vazamentos e sistema de ventilação com lavagem do ar concentrado de fluído refrigerante amônia.
c- Resfriamento da água de recirculação
Trocador de calor tipo casco e tubos, com fluído refrigerante amônia no casco e recirculação da água dos tanques nos tubos facilitam escovação e higienização.
O trocador de calor deve ser enclausurado com instalação de dispositivos para detecção de vazamentos e sistema de ventilação com lavagem do ar concentrado de fluído refrigerante amônia.
d-Recuperação de calor
O trocador de calor tipo placas, utilizando a água residual em contra fluxo com a água de resfriamento possibilita recuperação da energia utilizada para resfriamento da água de renovação próximo a 60%.
É necessário instalação de filtros para a água residual, com sistema de retro lavagem para limpeza do trocador de calor a placas.
Periodicamente é necessário rever conceitos e todas as iniciativas devem ser consideradas. Uma solução que não era viável ontem pode ser muito interessante hoje, mas, é imprescindível considerações de praticas anteriores. Caso deseje dicas, principalmente do que não fazer, e que contribuam para aumentar a assertividade e garantir o recebimento da compra para sistemas de ventilação, climatização e refrigeração, entre em contato através do e-mail [email protected] ou através de minha página www.custooportunidade.com.br
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