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