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1. SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO Figura 60 Gr fico do consumo el trico dos condensadores antes e depois 105 Consumo El trico Compressores Condensadores 2 100 000 2 050 000 2 000 000 1 950 000 1 900 000 1 850 000 1 800 000 1 750 000 1 700 000 1 650 000 1 600 000 1 550 000 1 500 000 2009 2010 kWh 2010 2011 kWh Consumo kWh SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO Figura 61 Gr fico do consumo el trico dos compressores condensadores A implementa o das a es citadas foram respons veis por uma economia anual de R 241 000 00 equivalentes a uma redu o no consumo el trico de 1 7 GWh O investimento total foi de R 301 960 00 distribu dos em a Aquisi o de sistema de purga de incondens veis com as respectivas v lvulas solen ides e v lvulas de bloqueio R 58 710 00 b Aquisi o de novas v lvulas e pilotos de controle para possibilitar a separa o de regimes R 32 530 00 c Aquisi o de sensor de n vel para o tanque de gua gelada R 8 120 00 d Aquisi o da esta o meteorol gica R 3 890 00 e Montagem eletromec nica e automa o R 198 710 00 Os valores relacionados aos investimentos foram obtidos atrav s de or amentos e propostas de fornecedores de equipamentos e de servi os de montagem eletromec nica e automa o com as devidas obs
2. A metodologia consiste em realizar uma avalia o dos componentes do sistema de refrigera o de forma a diagnosticar as causas de inefici ncia e identificar oportunidades para melhoria do mesmo Algumas oportunidades consistem na implementa o de a es atreladas a investimento e outras consistem apenas em a es operacionais sem necessidade de investimento Refrigera o pode ser definida como um processo f sico no qual ocorre a transfer ncia cont nua de energia t rmica de um corpo ambiente ou subst ncia havendo em seguida a transfer ncia do calor retirado para outro corpo outro ambiente ou outra subst ncia sendo considerados os processos cujas redu es ou conserva es de temperatura sejam inferiores temperatura do ambiente circundante Sistemas de refrigera o s o utilizados com o objetivo de viabilizar processos processar e conservar produtos ou efetuar climatiza o para conforto O calor transferido de um corpo mais quente para um mais frio de tr s formas diferentes radia o condu o e convec o Estes dois ltimos modos de transfer ncia de calor em particular s o predominantes na concep o dos dispositivos de refrigera o No processo produtivo de cerveja que o caso do estudo apresentado o sistema de refrigera o tem uma import ncia vital ele o respons vel pelas etapas de refrigera o que o processo de fabrica o exige bem como pela conserva o dos produtos em tanques
3. o UNIJU UERGS DeTEC Departamento de Tecnologia Panambi 2003 134p MATOS C J G An lise e Implementa o da Norma ANSI ISA S88 01 no Controle Automatizado de um Sistema em Processo por Batelada Disserta o de Mestrado Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE Rio de Janeiro 2007 123p MAYEKAWA DO BRASIL REFRIGERA O MYCOM Unidade Compressora Alternativo Manual de opera o e manuten o Aruj 2008 111 MAYEKAWA DO BRASIL REFRIGERACAO MYCOM Unidade Compressora Parafuso Manual de opera o e manuten o Aruj 2008 MAYEKAWA MFG CO LTD MYCOM Screw Performance Software V 13 9ep 2008 MONTEIRO M A G ROCHA L R R Centrais El tricas Brasileiras FUPAI EFFICIENTIA Gest o Energ tica Eletrobr s Rio de Janeiro 2005 OSTENDORP C Chilled Water Plant Optimization by Ressetting the Condenser Water Temperature Energy Engineering Vol 7 n 05 2010 p 9 23 PILLIS J Screw Compressors Basics YORK Refrigeration Technical Description of FV19D SABROE REFRIGERATION AB Tradu o e Adapta o da Engenharia de Aplica o da Divis o de Contrato YORK Refrigeration Joinville 2005 PIRANI M J Refrigera o e Ar Condicionado Parte I Refrigera o UFBA Departamento de Engenharia Mec nica Salvador 2005 PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVA O DE ENERGIA EL TRICA PROCEL Dados da institui o 2011 Dispon vel em www eletrobras gov br procel Acesso em 15
4. 49 V lv la PM3 Dain O68 assa dapaiDa incas adoDaaDa is DeiTa les esiDafnrogaD a e TasiDed irinen 52 V lv la PM3 seryo c ntrolada ass eniinn iaaa 52 Controladores EKC 347 e EKC 361 ussianananiasasiianio mts iineaisa aranha 53 Fluxograma na produ o de cerveja eeeessseeeeseeeesssssseerrreressssssseesrere 54 Cozinhadorde INOS 0s at Sa 56 Tanques Termentadores MAIradOr es s i5 s lt covcssasssedacusshndesecegesenssdonsnensesedees 57 Esta o de filtra o de CEVEA assess sanscensceniteassiwssems rinin ineine aa 58 Linha de envasamento de chope em barris vidssnisieicoretsdoeseasionoieteciuasiien 59 Linha de envase de ceryeja emi Lats a acesa iiiras da soda dor taoa Onda onda o 60 Linha de envasamento de cerveja em garrafas cesesesesesesesersesesarmanteninas 60 Processo produtivo e temperaturas da CctVejduudicunusnnieenoeudie 61 Trocador de calor para resfriamento de mosto ee eeeeeeeeeeeeneeeeeeeeeees 62 Centr fuga de cerveja no processo FERMAT jsgeasismesannss psdansi trace nntiiada nadas 63 Esta o para fabrica o de gua desaerada Aldox 64 Sistema de refrigera o do estudo de CASO usa ssmanssamensasganssasansaames ssa 66 Bicos aspersores com entupimento distribui o de gua n o uniforme 73 Fluxograma para limpeza de condensador evaporativo 74 Acoplamentos motor ventilador com correias faltantes 75 M dia di ria da p
5. Aldox Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 65 Al m destes processos existem outros pequenos consumos como resfriamento de fermento e de adega de l pulo por exemplo Por m eles representam quantidade muito pequena se comparados aos processos consumidores descritos acima No presente caso com exce o ao processo de resfriamento de mosto e da refrigera o dos tanques fermentadores e maturadores nos demais processos acima descritos utilizada a solu o de etanol a temperaturas que variam entre 3 C e 6 C Para os tanques fermentadores e maturadores a am nia a baixa press o l quida bombeada para as camisas dos mesmos portanto n o utilizado o fluido secund rio 66 5 ESTUDO DE CASO CARACTERIZA O O sistema de refrigera o utilizado para o estudo de caso composto pelos equipamentos listados a seguir e ilustrados pelo fluxograma apresentado na Figura 39 sonia 4 Mata aA o hos neces F Aminyps Alts Press o Lequads A Pand Premier alo erie D Etanol Gelade Fermat Processos Fermat Tongue Kanal Filna o Filtra o 7 Aldaua Aldar Resfriadores umbionte Tinos fermento 3 Mostu Queste F Agua Golada Mosto ia Fria ATF BATO Figura 39 Sistema de refrigera o do estudo de caso a Compressores Total de 8 compressores de am nia modelo parafuso com sistema de resfriamento de leo por termosif o detalhados na Tabela 2 sen
6. o de regimes Figura 53 os compressores do sistema de etanol operam com press o de suc o entre 2 1 a 2 3 bar e os compressores do circuito de gua gelada energizam as novas solen ides pilotos mantendo as solen ides pilotos j existentes nas URLs para resfriamento de gua desenergizadas A press o de suc o dos compressores do sistema de gera o de gua gelada dever ser regulada para 3 3 bar i V lvula PM3 e solen ide piloto EVM da v lvula principal de modula o de press o de evapora o da URL Figura 54 Esquem tico de URL e v lvulas de controle de suc o b Cria o de dois grupos independentes de controle em filas de compressores A configura o proposta tem como objetivo manter os compressores que possuem inversor de freq ncia sempre como mestres de cada regime de modo a obter ganhos no consumo de energia el trica utilizando esta modula o dispon vel Configura o de separa o de regimes 92 Para o circuito de resfriamento de ATF dever o ser respeitadas as seguintes condi es Configura o Normal Compressor 4 mestre Compressor 6 escravo Configura o 2 Compressor 4 mestre Compressor 7 escravo Configura o 3 Compressor 7 mestre Compressor 6 escravo Para o circuito de resfriamento de solu o de etanol dever o ser respeitadas as seguintes condi es Configura o Normal Compressor 8 mest
7. gua para resfriamento Para o religamento do sistema N vel abaixo de 80 vaz o de 25 N veis entre 70 e 79 estabelecer 50 da vaz o De 60 a 69 a vaz o deve ser 75 da nominal N veis inferiores a 60 restabelecer vaz o em 100 97 Utilizando o software de MAYEKAWA 2008 no qual poss vel se obter todos os indicadores e caracter sticas dos modelos de compressores MYCOM verifica se a diferen a entre as capacidades e do COP dos compressores operando com press es de suc o de 2 2 bar condi o unificada e de 3 2 bar condi o com separa o de regimes como mostrado nas Tabelas 9 e 10 que reproduzem as telas do software 98 Tabela 9 Dados do compressor MYCOM N250 VSD operando no regime de suc o de 2 2 bar SINGLE STAGE SCREW COMPRESSOR DATE MODEL REFRIGERANT RECOMMENDED PORT BOOSTER COMPRESSION RATIO CAPACITY CAPACITY ABSORBED POWER DRIVE SHAFT SPEED COMPRESSOR SPEED INDICATOR POSITION CONDENSING TEMP EVAPORATIVE TEMP SUCTION SUPERHEAT LIQUID SUBCOOLING SUCTION TEMP OIL SUPPLY TEMP SUCTION PRESS DISCHARGE PRESS OIL SUPPLY PRESS SUCTION PRES DROP DISCHARGE PRES DROP SWEPT VOLUME LOAD VOL FLOW RATE DISCHARGE TEMP REFRIG FLOW RATE SUC REFRIG FLOW RATE DIS REFRIG FLOW RATE SUC REFRIG FLOW RATE DIS INJECT OIL FLOW RATE LUB OIL FLOW RATE F SIDE OIL FLOW RATE TOTAL OIL FLOW
8. lulas de fermento remanescentes em um fen meno conhecido por fermenta o secund ria O processo dura alguns dias permitindo a ocorr ncia das rea es qu micas para a estabiliza o No final da etapa a cerveja est praticamente conclu da com aroma sabor e corpo definidos 4 5 Filtra o Ap s a matura o o processo de filtra o tem como objetivo remover as impurezas e part culas restantes de leveduras al m de garantir a clarifica o e eliminar eventual turbidez conhecida como a etapa de acabamento da cerveja Utilizam se diversos tipos de meios filtrantes al m do uso de terra infus ria O processo n o altera a composi o ou sabor da bebida mas fundamental para garantir sua apresenta o deixando a l mpida transparente e brilhante Uma esta o de filtra o mostrada na Figura 30 Figura 31 Esta o de filtra o de cerveja Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 59 Ainda nesta fase de filtra o realizada uma etapa de carbonata o pois o teor de CO existente n o suficiente para atender os requisitos do produto Al m da inje o de g s carb nico tamb m realizada uma etapa conhecida como blendagem no caso da produ o de cerveja concentrada Consiste em adicionar gua desaerada cerveja filtrada obtendo assim a cerveja pronta para o envase 4 6 Envasamento Esta uma fase importante para garantir a qualidade e a estabilidade da cerveja
9. o ou seja nas serpentinas de condensa o e no tanque de acumula o de l quido uma vez que o refrigerante em estado l quido opera como um selo impedindo a sua migra o at outras regi es da instala o As duas maiores conseqii ncias da presen a de incondens veis no sistema de am nia s o Aumento de press o de condensa o que resultante da soma das press es parciais de compress o 83 Redu o no coeficiente de transfer ncia de calor do condensador que o resultado da resist ncia da difus o do vapor de refrigerante no sentido da superf cie fria da serpentina imposta pelo g s incondens vel Nas publica es de ROCKWELL 1994 e ROCKELL e QUAKE 1998 j foi comprovado que manter as instala es livres da presen a de gases n o condens veis aumenta a efici ncia do sistema e reduz os custos de consumo de energia Para identificar se a quantidade de incondens veis espalhada no sistema de am nia est afetando a capacidade de condensa o e elevando a press o de descarga um procedimento simples descrito a seguir e est indicado na Figura 48 para facilitar a visualiza o a Medir a press o de NH na tubula o de equaliza o na descarga dos compressores ou no man metro existente no reservat rio de AAPL b Medir a temperatura do l quido na parte inferior do tanque de NH l quida a partir do exterior do mesmo com um term metro de contato ou infravermelho como se indica na Fi
10. um insumo fundamental para assegurar o desenvolvimento econ mico e social de um pa s Devido a sua import ncia foi criado pelos Minist rios de Minas e Energia e da Ind stria e Com rcio e gerido por uma secretaria executiva subordinada Eletrobr s o PROCEL Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica Seu objetivo promover a racionaliza o da gera o e do consumo de energia el trica para que se elimine o desperd cio e se reduza os custos e os investimentos setoriais PROCEL 2011 A racionaliza o de seu uso apresenta se como alternativa de baixo custo e de curto prazo de implanta o MONTEIRO e ROCHA 2005 Em alguns casos significativas economias podem ser obtidas apenas com mudan as de procedimentos e de h bitos al m de impactar positivamente o meio ambiente Dentre os aspectos econ micos envolvidos nas atividades de racionaliza o do uso de energia deve se destacar a valoriza o da imagem e a vis o estrat gica da empresa Hoje o mercado exige produtos de empresas comprometidas com a es de prote o ao meio ambiente Devido propor o que os equipamentos componentes do sistema de refrigera o representam no consumo de energia el trica a sua efici ncia energ tica cada vez mais relevante 17 A proposta contida neste trabalho tem como objetivo aumentar a efici ncia energ tica de um sistema de refrigera o industrial atrav s da diminui o de seu consumo de energia el trica
11. 17 Compressor MYCOM 160 LM fluido refrigerante am nia regime 25 C 35 C A cs a v GS S a ty oO Oo O O O oO oO oO oO on 5 N e D o co o o i Capacidade Figura 17 Pot ncia demandada no eixo do compressor em fun o da capacidade Salvador 1999 A varia o de velocidade tem se apresentado como a melhor alternativa do ponto de vista energ tico para controle de capacidade nos compressores parafuso e pode ser efetuada utilizando se os acionamentos por inversores de freq ncia que permite que a pot ncia do compressor decres a com a rota o dos rotores e com a raz o de compress o Uma t pica varia o da freq ncia causar uma perda em torno 40 x de 3 quando operando carga total al m de uma perda adicional de 2 5 na efici ncia do motor Isto d uma perda de aproximadamente 5 5 carga total PILLIS 2005 Como a maioria das instala es industriais composta por um grupo de compressores o ideal que alguns dos compressores do sistema sejam dotados de inversor de freqii ncia para que possam variar sua velocidade de acordo com a varia o da demanda carga t rmica Os demais compressores operariam na base do sistema ou seja atendendo uma carga t rmica m nima fixa O perfil de carga t rmica bem como as condi es de opera o esperadas numa determinada aplica o devem ser levados em conta para verificar a viabilidade de controle por veloc
12. 550 0 1 1 de Cerveja a Placas Filtra o 550 0 Linha 2 1 Resfriador de gua desaerada ALDOX 1 2 0 C 79 5 EM 4 0 C 54 C 1 Resfriador de agua desaerada ALDOX 2 450 0 322 6 20 C 102 2 1 107 2 4 0 C 54C 500 0 Para a gua tratada gelada ATG o nico consumo o de resfriamento de mosto Na Tabela 6 e mostrado o detalhamento dos trocadores de calor respons veis pelo resfriamento de mosto 70 Tabela 6 Processos Consumidores de ATG Resfriador de Mosto Sala 1 e Sala 2 Alfa Laval modelo M 15MFHC 5 passes Lado do Processo wa 1050 th ai C m s Condi es de Projeto Lado de Servi o Jaz o i E importante afirmar novamente que os processos durante a fabrica o n o ocorrem simultaneamente existindo constantemente a oscila o de carga t rmica Quanto aos dados de consumo de energia el trica na Tabela 7 s o mostrados todos os equipamentos componentes do sistema de refrigera o com suas devidas pot ncias A tarifa de energia el trica m dia de consumo no caso estudado de R 0 141 kWh e a f brica funciona 24h por dia durante praticamente o ano todo Todo o sistema de utilidades possui sistema de coleta e gerenciamento na medi o de energia o que facilitou a coleta dos valores medidos antes e depois das a es para melhoria de efici ncia e otimiza o do sistema de refrigera o O sistema de refrigera o nas ind st
13. Os fabricantes de condensadores evaporativos apresentam em seus cat logos t cnicos os fatores de corre o para capacidade de rejei o de calor de acordo com o fluido refrigerante a ser utilizado al m das temperaturas de condensa o e temperatura de bulbo mido de projeto Estas tabelas ou gr ficos s o utilizados no dimensionamento e sele o dos condensadores Outro aspecto importante o fator de corre o de capacidade para dessuperaquecimento do fluido refrigerante em fun o da temperatura de suc o usual em instala es de sistema de refrigera o por am nia Estes valores podem ser observados na Tabela 1 46 Tabela 1 Fatores de corre o para capacidade de rejei o de calor SEMCO 2007a Fatores de Capacidade para Dessuperaquecedores de R717 Am nia Temp Suc o PC 25 20 15 5s o 5 Utilizando se a Primeira Lei da Termodin mica e considerando que neste processo o meio de resfriamento n o altera sua fase pode se escrever Qc mc Tya Ta 10 onde c Calor recebido pelo meio de resfriamento m vaz o m ssica do meio de resfriamento Cp calor espec fico a press o constante do meio de resfriamento Toa temperatura do meio de resfriamento na sa da do condensador Tea temperatura do meio de resfriamento na entrada do condensador 3 3 Reservat rios Separadores de L quido Para armazenar a carga total de refrigerante seja durante as paradas de manuten
14. R 241 000 00 correspondentes a uma redu o no consumo el trico de 1 7 GWh ano O payback simples portanto de 1 25 anos PALAVRAS CHAVE Refrigera o Industrial Efici ncia Energ tica Ind stria de bebidas 10 TASSINI J O Energy Efficiency in Industrial Refrigeration Systems Case Study 2012 113 p Dissertation Master in Mechanical Engineering Engineering College S o Paulo State University Guaratinguet 2012 ABSTRACT In some types of industry where cooling systems are required for example dairy products beverages and frozen foods the cooling system is responsible for a significant portion of electricity consumption Aiming to reduce this consumption a case study was performed in a beverage industry and all the refrigeration systems components were analyzed The cooling system operates using anhydrous ammonia NH3 as the refrigerant in the main circuit and ethanol solution in the secondary circuit it consists of screw compressors evaporative condensers plate and frame coolers pumps and expansion valves with electronic control Usually refrigeration systems have several processes and production stages to meet for different products depending on the products temperature requirements Moreover they are designed to attain the highest demand expected which gives a great opportunity to optimize the off peak periods of consumption We have described and itemized whole refrigeration systems components as w
15. RATE OIL HEAT REJECTION OIL SPEC HT OIL DENSITY COP SUPER HEAT is NOT counted in refrigeration capacity WITH THERMO SIPHON OIL COOLER Refrigeration oil is not soluble with refrigerant mineral oil When choosing the motor set a safety factor of more than 10 for the brake power 13 8 kw TR kw rpm rpm degC degc degC degC degC degC MPaA MPaA MPaA MPaA MPaA m3 h degC m3 h m3 h kg h kg h L min L min L min L min kw J kgk kg m3 MYCOMW 13 9ep 08 22 2010 N250VS M AMMONIA L False 4 22 1425 2 405 3 330 1 3550 3550 100 35 7 68 7 68 0 32 1 35 1 55 1900 100 76 1770 552 4622 4622 90 3 84 6 14 6 189 139 2 1930 4 32 99 Tabela 10 Dados do compressor MYCOM N250 VSD operando no regime de suc o de 2 2 bar SINGLE STAGE SCREW COMPRESSOR DATE MODEL REFRIGERANT RECOMMENDED PORT BOOSTER COMPRESSION RATIO CAPACITY CAPACITY ABSORBED POWER DRIVE SHAFT SPEED COMPRESSOR SPEED INDICATOR POSITION CONDENSING TEMP EVAPORATIVE TEMP SUCTION SUPERHEAT LIQUID SUBCOOLING SUCTION TEMP OIL SUPPLY TEMP SUCTION PRESS DISCHARGE PRESS OIL SUPPLY PRESS SUCTION PRES DROP DISCHARGE PRES DROP SWEPT VOLUME LOAD VOL FLOW RATE DISCHARGE TEMP REFRIG FLOW RATE SUC REFRIG FLOW RATE
16. as maiores temperaturas de etanol gua gelada poss veis Outra a o tomada que representa boa pr tica foi de preparar e treinar os operadores para trabalharem sempre nos limites superiores das faixas de temperatura de produto requeridas em cada processo sem comprometer a qualidade O conceito de uso de press o de suc o flutuante de acordo com as necessidades otimizadas de consumo a base para chegar a um ganho consistente em consumo de 103 energia el trica para refrigera o O ideal se trabalhar sempre nos limites superiores de temperatura do fluido secund rio solu o de etanol e da gua gelada o que representa menor consumo energ tico e conseqiientemente menor custo As a es com impacto em aumento de press o de suc o representadas pela purga de leo e opera o nos limites superiores de temperaturas de fluido secund rio e de gua gelada trouxeram um aumento significativo nas press es de evapora o suc o operativas A Tabela 11 cont m os dados m dios de press o de suc o de Setembro de 2009 a Agosto de 2010 condi o antes e Setembro de 2010 a Agosto de 2011 condi o depois referentes ao regime de suc o para o sistema de etanol Tabela 11 Press o de suc o do regime de resfriamento de etanol SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO Press o de suc o antes bar 2 10 2 05 2 15 Press o de suc o depois bar 2 20 225 2 30 0 10 0 18 0 15 Percentual de aumento
17. de refrigerante Vapor de refrigerante Refrigerante l quido Ar A ambiente gua de reposi o Drenagem Refrigerante Dp l quido gua de condensa o Figura 18 Tipos de condensadores a Resfriado a ar b resfriado a gua tipo carca a tubos c de placas d evaporativo Stoecker e Jabardo 2002 O processo de condensa o dividido em tr s fases e apresentado na Figura 19 a Dessuperaquecimento O fluido refrigerante em estado gasoso quando descarregado do compressor est a alta temperatura Este processo consiste em reduzir esta temperatura retirando o calor sens vel do fluido refrigerante ainda no estado gasoso at que seja atingida a temperatura de condensa o b Condensa o Ao atingir a temperatura de condensa o come a o processo de mudan a de estado ou seja retirado calor latente do fluido refrigerante mantendo a temperatura constante durante este processo c Sub resfriamento Ap s a condensa o agora no estado l quido saturado retirado mais calor sens vel do fluido Este processo nem sempre ocorre 42 A Dessuperaquecimento s 1 182kcalkg 8 Condensa o C Sub resfriamento h kcalkg h 109 0 hy 149 2 hy 156 3 Fases da condensa o adaptada de Martinelli Junior 2003 Figura 19 3 2 1 Condensadores Evaporativos Por permitirem opera o a temperaturas de condensa o relativamente baixas os condensadores do t
18. de Julho de 2011 ROCKWELL T C Punging Noncondensable Gases Improves System Efficiency and Reduces Costs Refrigerating Engineers amp Technicians Association Vol 7 n Ol 1994 4p ROCKWELL T C QUAKE T D Purge Your Way to Energy Savings Refrigerant Management 1998 2p 112 SALVADOR F Projeto de um Sistema de Refrigera o Industrial com Set Point Vari vel Disserta o de Mestrado Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo EPUSP Departamento de Engenharia Eletr nica S o Paulo 1999 SANTOS M S RIBEIRO F M Cervejas e refrigerantes S o Paulo CETESB 2005 58 p SEMCO EQUIPAMENTOS SCD Condensadores Evaporativos Cat logo T cnico S o Paulo 2007a SEMCO EQUIPAMENTOS VXC Condensadores Evaporativos Cat logo T cnico S o Paulo 2007b SHEHATA B Refrigeration Optimization Anheuser Busch InBev Nova York 2009 SOLA A V H KOVALESKI J L Efici ncia energ tica nas ind strias cen rios e oportunidades XXIV ENEGEP Florian polis 2004 p 3326 3333 STOECKER W F SAIZ JABARDO J M Refrigera o Industrial 2 Edi o Editora Edgard Blucher S o Paulo 2002 TASSINI J O SILVEIRA J L MAGALH ES SOBRINHO P Industrial Refrigeration System Optimization with Suction Separation Schemes Beverage Industry 21st International Congress of Mechanical Engineering COBEM v em cd Natal 2011 TESTO Transmisor de Humedad Testo 6681 El Transmissor de
19. de bebidas podem ser estudadas e aplicadas em diversos setores da planta seja no sistema de refrigera o no sistema de ar comprimido bombeamento uso de gua sistema de produ o de vapor cogera o ilumina o motores entre outros Pr ticas para redu o no consumo de gua para a produ o de cerveja a es para recupera o do calor no processo de fervura retorno de condensado aplica o de motores de alto rendimento s o apresentadas por SANTOS e RIBEIRO 2005 SOLA e KOVALESKI 2004 estudaram alguns segmentos de ind stria incluindo produ o de bebidas questionando temas como conscientiza o para efici ncia energ tica gest o energ tica e pol ticas de uso de tecnologias energeticamente eficientes LEITE 2010 aborda efici ncia energ tica em diversos segmentos industriais mostrando os tipos de uso de energia e respectivos potenciais de ganho Afirmam tamb m que existe uma excelente oportunidade para avan ar nesta dire o aproveitando a experi ncia acumulada os resultados dos estudos e o momento pol tico favor vel para construir estrat gias de longo prazo que estimulem o mercado industrial de efici ncia energ tica Na ind stria de alimentos e bebidas os principais processos e equipamentos consumidores de energia t rmica para uso final na forma de aquecimento direto s o os secadores e fornos J o calor de processo utilizado no cozimento destila o evapora o pasteuriza o esterili
20. e adegas Os sistemas de refrigera o industrial operam em grande parte do tempo fora de suas condi es nominais de projeto e isto se deve ao fato de serem projetados para atender todos os processos de forma simult nea ou seja para atender a maior demanda esperada Al m de outras a es de melhoria de efici ncia no sistema de refrigera o utilizar propriedades e par metros de modula o para os per odos de demanda fora de pico uma premissa importante para a redu o do consumo de energia 18 O trabalho estruturado como segue No cap tulo 2 apresentada uma revis o bibliogr fica sobre efici ncia energ tica em ind stria de bebidas bem como sistemas de refrigera o com ciclo de refrigera o por compress o de vapor No cap tulo 3 s o detalhados os componentes do sistema de refrigera o com conceitos sobre o seu funcionamento e princ pios de opera o No cap tulo 4 s o abordados os processos envolvidos na produ o de cerveja bem como descritas as etapas nas quais s o necess rios processos de refrigera o No cap tulo 5 feita a caracteriza o do objeto do estudo de caso No cap tulo 6 s o detalhadas todas as a es para aumento na efici ncia energ tica do caso estudado com seus respectivos resultados No cap tulo 7 a conclus o do trabalho realizado apresentada 19 2 EFICI NCIA ENERG TICA E REFRIGERA O A es para melhoria de efici ncia energ tica em ind stria
21. ea Pi Evaporador gt Volume de Controle Figura 3 Processo de transfer ncia de calor no evaporador Eletrobr s 2005 O m A h 1 Capacidade Frigorifica kW Vazao de fluido refrigerante kg s Entalpia do fluido refrigerante no ponto 1 kJ kg Entalpia do fluido refrigerante no ponto 4 kJ kg Normalmente se conhece a capacidade frigor fica do sistema de refrigera o que deve ser igual carga t rmica para opera o em regime permanente A completa determina o dos estados representativos do ciclo padr o de compress o de vapor pode permitir a avalia o da vaz o de refrigerante e a vaz o volum trica deslocada pelo compressor al m de propiciar uma estimativa adequada de press es e temperaturas 2 2 3 2 Pot ncia de Compress o A quantidade de energia por unidade de tempo que deve ser fornecida ao refrigerante no compressor para se obter a eleva o de press o necess ria ao ciclo 26 chamada de pot ncia de compress o Este processo de compress o adiab tico revers vel isentr pico como observado na Figura 4 Considerando se desprez veis as varia es de energia cin tica e potencial e aplicando se a primeira lei da termodin mica em regime permanente no volume de controle da Figura 4 tem se We m h h 2 W Pot ncia de compress o kW m Vaz o de fluido refrigerante kg s h Entalpia do fluido refrigerante no ponto 2 kJ kg h
22. efeito de refrigera o ASHRAE 1986 A redu o da temperatura de condensa o press o de descarga ou a eleva o da temperatura de 30 evapora o press o de suc o implicam num aumento do COP como podemos observar nos diagramas e gr ficos das Figuras 8 e 9 a seguir Press o i kgficm2 NHOQoO 2 1 1 1 RaVs a T alpia kcal k Entalpia g 30 0 40 0 50 0 50 0 Temperatura de Condensa o Tc em Celsius Figura 8 Influ ncia da temperatura de condensa o press o de descarga no COP Eletrobr s 2005 Press o a Casfioerte de Parona COP Entalpia kcal kg Figura 9 Influ ncia da temperatura de evapora o press o de suc o no COP Eletrobr s 2005 2 2 5 Sistema com Separa o de Regimes Multipress o Sistemas com separa o de regimes de suc o s o sistemas de refrigera o por compress o de vapor que possuem dois ou mais n veis de baixa press o entre o dispositivo de expans o e a suc o do compressor Sistemas que contam com separa o de regimes podem ser encontrados por exemplo em ind strias de bebidas latic nios frigor ficos etc 31 Como s o diversos os processos na produ o de cerveja com diversos requerimentos de temperatura poss vel operar com coletores independentes de fluido refrigerante de modo a aumentar ao m ximo a efici ncia do sistema Ou seja ao inv s de possuir um nico regime de suc o para todos os c
23. foi implementado nesta unidade industrial tendo por objetivo a redu o na press o de descarga at o ponto em que o ganho em energia el trica na compress o seja maior que a energia el trica de condensa o utilizada para reduzir esta press o Este ponto determinado pela temperatura de bulbo mido pois conforme mencionado anteriormente ainda que a instala o possua infinitos condensadores em opera o a temperatura da gua de condensa o tende a atingir a temperatura de bulbo mido 77 Como nenhuma instala o frigorifica conta com infinitos condensadores o ideal que seja considerado um intervalo no qual as press es de condensa o estejam razo veis para uma dada temperatura de bulbo mido O gr fico da Figura 44 representa estes valores que foram mostrados por SHEHATA 2009 baseados em ensaios e an lises experimentais e foi adotada como par metro para a automa o dos condensadores evaporativos da instala o estudada 15 14 F 13 2 y 0 0146x 0 293x 10 092 Bh 12 a A E 11 9 vu amp 10 9 B E T T T T T T T 1 10 12 5 15 17 5 20 22 5 25 27 5 30 Temperatura de Bulbo Umido C Figura 44 Press o tima de descarga em fun o da TBU A equa o da press o tima de descarga em fun o da temperatura de bulbo mido obtida por regress o P 0 0146 TBU 0 293 TBU 10 092 15 onde Pp press o tima de descarga bar TBU temperatura
24. o descritos e detalhados os componentes de um sistema de refrigera o industrial bem como os par metros que t m influ ncia sobre sua efici ncia 3 1 Compressores O compressor um equipamento mec nico capaz de transferir a energia recebida do motor el trico para o fluido refrigerante e se caracteriza como um dos principais componentes do sistema de refrigera o Sua fun o aumentar a press o do fluido refrigerante e promover a circula o desse fluido no sistema Nas instala es industriais os principais tipos de compressores encontrados s o alternativo e parafuso utilizando R 717 am nia anidra NH3 como fluido refrigerante YORK REFRIGERATION 2008 A escolha do tipo de compressor depende essencialmente da capacidade da instala o da temperatura de vaporiza o e do fluido refrigerante utilizado Dependendo da concep o de projeto os compressores podem ser classificados como herm ticos semi herm ticos e abertos sendo que em instala es industriais s o encontrados predominantemente compressores abertos que permitem manuten es e revis es peri dicas com mais facilidade Neste tipo de compressor o eixo de acionamento do compressor atravessa a carca a permitindo o acionamento por um motor externo Esse tipo de compressor adequado para operar com am nia podendo tamb m utilizar refrigerantes halogenados 34 3 1 1 Compressores Alternativos Os compressores alternativos s o amplamente
25. o podem ser citados caf instant neo queijos e bebidas como cerveja vinhos sucos c tricos STOECKER e JABARDO 2002 Entre os principais sistemas de refrigera o est o os sistemas por absor o os sistemas por efeito termoel tricos e os sistemas por compress o de vapor Os sistemas por compress o de vapor s o predominantes especialmente nas instala es industriais para processamento e armazenagem de alimentos e em equipamentos de pequeno porte como refrigeradores e condicionadores de ar compactos O ciclo de refrigera o tem como finalidade atingir as temperaturas necess rias ao processamento e armazenagem dos produtos Os requisitos de temperatura e press o ideais de opera o do ciclo de refrigera o s o determinados pelo conhecimento das caracter sticas do produto e do processo bem como do ciclo e seus componentes 21 2 2 Ciclo de Refrigera o por Compress o de Vapor No ciclo de refrigera o por compress o de vapor o trabalho fornecido ao compressor utilizado para elevar a press o e a temperatura do fluido refrigerante gasoso que chega ao compressor O vapor a alta press o e temperatura segue at o condensador onde rejeita calor para o meio condensando o fluido refrigerante O l quido condensado segue em dire o a um dispositivo de expans o onde passa do estado l quido a alta press o num processo isoent lpico para uma mistura l quido vapor a baixa press o e temperatura O fluido re
26. uma condi o de refer ncia definida em fun o das temperaturas de condensa o e de bulbo mido do ar ambiente local STOECKER e JABARDO 2002 Num condensador evaporativo a principal contribui o para o resfriamento da gua utilizada no processo de condensa o do fluido refrigerante dada pela evapora o de parte desta gua que recircula no condensador evaporativo assim como ocorre nas torres de resfriamento Quando a temperatura da gua superior temperatura de bulbo mido do ar ocorre o aumento da entalpia do ar sendo que a gua transfere o calor necess rio para esta eleva o A temperatura de gua na sa da dos condensadores evaporativos recircula o tende temperatura de bulbo mido do ar 45 Existe uma significativa influ ncia da temperatura de bulbo mido sobre a capacidade de condensa o Observa se que o fator de corre o aumenta com a temperatura de condensa o e se reduz com a temperatura de bulbo mido como pode ser observado na Figura 22 A condi o de refer ncia corresponde a uma temperatura de condensa o de 40 C e TBU ambiente de 27 C STOECKER e JABARDO 2002 2 4 T T F Temp condensa o 45 C 41 C md 182 37 C 33 C 29 C Fator de corre o N 5 10 15 20 Temperatura de bulbo mido C Figura 22 Fator de corre o para capacidade de condensador evaporativo de am nia STOECKER e JABARDO 2002
27. utilizados em sistemas de refrigera o em sistemas de pequena e m dia capacidade e podem ser de simples efeito pist o de uma cabe a comprimindo apenas para um lado ou de duplo efeito pist o de duas cabe as comprimindo g s nos dois sentidos de um ou mais cilindros abertos herm ticos ou semi herm ticos e horizontais verticais em V em W ou radiais A Figura 11 apresenta esquematicamente o princ pio de funcionamento de um compressor alternativo aberto O fluido refrigerante evaporado succionado 2 atrav s da v lvula de passagem de suc o onde as impurezas s o retidas pelo filtro e entra na c mara de suc o do c rter 3 4 Quando o pist o 5 inicia o curso de suc o a press o dentro das camisas 6 diminui fazendo com que o g s existente na c mara de suc o entre nos cilindros ap s abrir as v lvulas de suc o 7 Quando o pist o inicia seu curso para cima a v lvula de suc o se fecha e o g s comprimido Quando a press o do g s nos cilindros ultrapassa a press o de c mara de descarga as v lvulas de descarga 8 se abrem e o g s descarregado atrav s do tubo em forma de cotovelo 9 e conduzido para o condensador MAYEKAWA 2008 a suc o t b descarga Figura 11 Mecanismo compressor alternativo Mayekawa 2008 35 A efici ncia volum trica efetiva definida como n 2100 8 V onde Q vaz o que entra no compressor m s V taxa de de
28. 1 9 0 2 2 FEVEREIRO 12 2 12 1 0 1 MAR O ABRIL JUNHO AGOSTO 12 6 11 8 10 9 11 0 12 4 11 5 10 4 10 5 0 2 0 5 JULHO 10 8 10 3 0 5 5 5 0 5 1 2 0 3 3 0 7 6 MAIO 11 4 10 7 5 89 6 2 A es com Impacto na Press o de Evapora o Suc o Na an lise do lado de baixa press o o conceito de press o de suc o flutuante de extrema import ncia A principal premissa para se obter os melhores resultados em efici ncia energ tica operar o sistema com a maior press o de suc o poss vel desde que seja suficiente para atender a demanda instant nea e operar com press es de suc o reduzidas apenas em momentos em que a carga t rmica requerida for maior As principais oportunidades encontradas s o descritas a seguir 6 2 1 Separa o de Regimes O trabalho de efici ncia energ tica realizado verificou uma grande oportunidade para se operar com divis o de regimes de suc o dividindo assim o sistema em dois subconjuntos sendo um deles respons vel pela refrigera o de gua e o outro respons vel pela refrigera o de etanol mantendo as descargas unificadas O sistema de refrigera o com a separa o de regimes proposta exibido na Figura 53 90 E rr s Dumb 4 i URLI i ae E Ean cenas o y Tanques FAM Fermas 1 Processes Furmati Tanque Eee 35 Filtra o 1 Filtra o 2 Aldex 1 Mitox 2 Re
29. AEE E EE EEEE AEE TDR RT 102 Gr fico do consumo el trico dos compressores antes e depois 104 Gr fico do consumo el trico dos condensadores antes e depois 104 Gr fico do consumo el trico dos compressores condensadores 105 Tabela 1 Tabela 2 Tabela 3 Tabela 4 Tabela 5 Tabela 6 Tabela 7 Tabela 8 Tabela 9 Tabela 10 14 LISTA DE TABELAS Fatores de corre o para capacidade de rejei o de calor 46 Dados dos compressores de am nia do sistema i 67 Dados dos condensadores evaporativos do sistema 67 Fatores de corre o para condensadores evaporativos 68 Processos e Consumos do Sistema Etanol usppoponiaananro basta 69 Processos Consumidores de ATG sad di 70 Equipamentos e pot ncias Clciicds pas asa ou fase datas 71 Press o de descarga ssutisesrriiiiiiniieniuis rict esinin nsn pg 88 Dados do compressor MYCOM N250 VSD operando no regime de suc o AAPG AAPL ABPG ABPL ALDOX ATF ATG ATQ CLP COP CVP CVQ EKC 347 EKC 361 EVM FERMAT NH PID PM PMI PMS PROCEL PT 1000 R 717 SV TBU URL 15 LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS Am nia a Alta Press o Gasosa Am nia a Alta Press o L quida Am nia a Baixa Press o Gasosa Am nia a Baixa Press o L quida Sistema para produ o de gua desaerada gua Tratata Fria gua Tratada Gelada g
30. DEZEMBRO 2 07 2 21 0 20 10 JANEIRO FEVEREIRO MARCO ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO 2 12 2 09 2 12 2 00 2 04 2 02 2 10 214 2 28 2 25 2 23 2 31 2 32 2 29 2 30 2 30 6 3 Resultados no Consumo El trico Os dados do sistema de gerenciamento de consumo el trico foram coletados e dispostos em uma tabela comparativa entre o per odo de SETEMBRO 2009 AGOSTO 2010 quando ainda n o haviam sido aplicadas as a es para aumento de 0 16 0 16 0 11 0 31 0 28 0 27 0 20 0 19 104 efici ncia e SETEMBRO 2010 a AGOSTO 2011 com as a es tomadas e ou em andamento Estes dados de consumo atrelados aos respectivos ganhos em kWh podem ser observados nos gr ficos exibidos nas Figuras 59 60 e 61 Consumo kWh 1 900 000 1 850 000 1 800 000 1 750 000 1 700 000 1 650 000 1 600 000 1 550 000 1 500 000 1 450 000 1 400 000 1 350 000 1 300 000 Consumo El trico Compressores 2009 2010 kWh 2010 2011 kWh SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO Figura 59 Grafico do consumo el trico dos compressores antes e depois Consumo kWh 245 000 240 000 235 000 230 000 225 000 220 000 215 000 210 000 205 000 200 000 195 000 190 000 185 000 180 000 175 000 170 000 Consumo El trico Condensadores 2009 2010 kWh 2010 2011 kWh
31. DIS REFRIG FLOW RATE SUC REFRIG FLOW RATE DIS INJECT OIL FLOW RATE LUB OIL FLOW RATE F SIDE OIL FLOW RATE TOTAL OIL FLOW RATE OIL HEAT REJECTION OIL SPEC HT OIL DENSITY COP SUPER HEAT is NOT counted in refrigeration capacity WITH THERMO SIPHON OIL COOLER Refrigeration oil is not soluble with refrigerant mineral oil When choosing the motor set a safety factor of more than 10 for the brake power 13 8 kw TR kw rpm rpm degC degc degC degC degC degc MPaA MPaA MPaA MPaA MPaA m3 h degC m3 h m3 h kg h kg h L min L min L min L min kw J kgk kg m3 MYCOMW 13 9ep 08 22 2010 N250VS M AMMONIA L False 3 21 1869 1 531 4 358 3 3550 3550 100 35 0 65 0 65 0 42 1 35 1 55 1900 100 75 6 1790 717 6015 6015 77 8 82 2 14 1 174 125 8 1930 5 22 100 poss vel verificar um aumento significativo no coeficiente de performance de aproximadamente 21 nos compressores que passaram a operar com regime de suc o mais elevado Apesar de um aumento na pot ncia absorvida de 8 5 a capacidade no circuito de refrigera o aumentou em 31 Esta verifica o pode significar menos compressores em opera o ou o aproveitamento da capacidade de modula o atrav s do inversor de freqii ncia que traz ganhos no consumo de energia 6 2 2 Pu
32. Entalpia do fluido refrigerante no ponto 1 kJ kg Compressor N i _ Volume de Controle Figura 4 Processo de compress o adiab tico revers vel no compressor Eletrobr s 2005 A pot ncia real de compress o pode tamb m ser razoavelmente estimada se a efici ncia do compressor for corretamente assumida Estes dados est o dispon veis em cat logos dos fabricantes de compressores e s o fundamentais para o correto dimensionamento do sistema 27 2 2 3 3 Calor Rejeitado no Condensador A fun o do condensador transferir calor do fluido refrigerante para o meio de resfriamento gua ou ar Esta vaz o determinada atrav s de um balan o de energia no volume de controle da Figura 5 Assim considerando o regime permanente tem se Qc m h hs 3 W Calor rejeitado no condensador kW m Vaz o de fluido refrigerante kg s h Entalpia do fluido refrigerante no ponto 2 kJ kg h Entalpia do fluido refrigerante no ponto 3 kJ kg Meio Externo os it Volume de Controle Figura 5 Processo de transfer ncia de calor no condensador Eletrobr s 2005 28 2 2 2 3 4 Dispositivo de Expans o No dispositivo de expans o o processo te rico adiab tico sem gera o de trabalho como mostra a Figura 6 Aplicando se a primeira lei da termodin mica em regime permanente e considerando desprez veis as varia es de energia cin tica e 4 potencial
33. Humedad Industrial Cat logo T cnico 9p 2006 113 YORK REFRIGERATION Treinamento em Refrigera o Industrial com Am nia Joinville 2008
34. Modular e controlar a a Reduzir capacidade gar p do compressor capacidade do compressor compressor escravo fs ache mestre utilizando inversor de a 100 capacidade limite 40 frequ ncia H Desligar o compressor compressores E gain escravo que estiver a operando h mais opera o tempo Desliga Compressor Mestre Figura 55 Diagrama representativo da automa o Sequ ncia de partida e fila de compressores do sistema etanol Compressor mestre 8 ou eventualmente compressor 7 acionado e aumenta a sua capacidade utilizando os controles por inversor de freqii ncia e v lvula de deslizamento at que se atinja a press o de suc o de opera o definida 2 1 a 2 3 bar Se durante um per odo de tempo X a ser determinado a capacidade do compressor mestre alcan ar 100 e a press o de suc o definida n o for alcan ada o compressor mestre envia um sinal ao CLP para acionar o pr ximo compressor escravo 94 da fila que vai aumentando a sua carga utilizando controle de capacidade atrav s da sua v lvula de deslizamento buscando a press o de suc o estabelecida Em caso de a press o de suc o ser atendida antes que o compressor escravo atinja 100 de sua capacidade o compressor mestre vai reduzindo a sua capacidade utilizando o inversor de frequ ncia para modula o e o compressor escravo fica a 100 da sua capacidade Se a press o de suc o continuar apresentando valor acima da estabelecida
35. Pereira Coordenador BANCA EXAMINADORA AN E OC Prof Dr PEDRO MAGALH ES SOBRINHO Orientador Unesp Feg Ufo ATELLI E a ds Prof Dr CHRISTIAN JEREMI CORONADO RODRIGUEZ UNIFEI Janeiro de 2012 DADOS CURRICULARES JUSSARA OLIVEIRA TASSINI NASCIMENTO 19 11 1983 GUARULHOS SP FILIA O Julio Tassini Luiza Niza Bandeira de Oliveira Tassini 2004 2008 Curso de Gradua o Faculdade de Engenharia de Guaratinguet UNESP 2009 2012 Curso de P s Gradua o em Engenharia Mec nica n vel de Mestrado na Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet da Universidade Estadual Paulista de modo especial minha m e e ao meu noivo Tico que me incentivaram durante o mestrado me dando apoio e acreditando no meu potencial AGRADECIMENTOS Agrade o primeiramente a Deus fonte de vida e luz por estar sempre iluminando meu caminho e por colocar pessoas especiais ao meu redor Agrade o aos meus pais pelo esfor o pela educa o pelos exemplos de vida pelo apoio incondicional em todas as etapas da minha vida e ainda por acreditarem em mim abdicando de algumas coisas em prol de minha forma o A todos os professores que trabalham por paix o ao ensino sobretudo aos amigos Jos Luz Silveira e Pedro Magalh es Sobrinho pelas oportunidades pelos incentivos pelos conselhos e por acreditarem em meu potencial AmBev pela oportunidade de aprendizado e aplica o do conhe
36. S Ss saia ain land tania alada dadas 40 3 2 1 Condensadores Evaporativos cccccsseescccccccceecessssseeeececceceseaaaaseseeeeeeeaea 42 3 3 RESERVAT RIOS SEPARADORES DE L QUIDO sssessesssssesossessesoessesossossessessesossossossss 46 3 4 EVAPORADORES UNIDADES RESFRIADORAS DE L QUIDO URLS 47 3 5 VALVULAS DE EXPANS O jose inan dee eanitan caia clicada rerticani ini qre lata dai 49 3 5 1 V lvulas de Expans o Manual ccccccccccccccceceeseeeeeeecceeeeeeaaaeeeceseeeeaea 49 35 2 V lvulas de Expans o Autom tica sis ccisccccsssncsissacsacescevoossesassccesssseosvosesesteasans 50 3 5 3 V lvulas de Expans o Termostatica cccccceeccccccessesccecceseeceeeaeeeeeeeeaaees 50 3 5 4 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 6 1 6 1 1 6 1 2 6 1 3 6 1 4 6 2 6 2 1 6 2 2 6 2 3 6 3 V lvulas de Expans o PM cccccsssescccceeseecceccaeesccecaueescceeeaeeseeeseueeseeeees 51 PROCESSO PRODUTIVO DE CERVEJA ccssssssssssscccsssssssssssssccccsscessssssees 54 MALTAGEM csscssasevstesniseaccvacevsbsvcavnaccousevedcvedoseconaneescevadesnscoacovenceassvecssnsveucvsasveecenioes 54 BRASSAGEM ana na T 55 FERMENTA O sscscssscstosscecsssressctsscssectssttst tto trdt ttt ttt tott tr b n inn assassina nani sn casais da nda 56 MATURA O qa sa ia di IC Ad SS di add 57 FILTRA O nas Oi DD ei ETES 58 ENVASAMENTO ja sstasaseanstaiinas ia Cid T
37. TO ETANOL Bomba de ATF circuito prim rio Bomba de ATF circuito prim rio ele ojo 206 08 7 36 7 36 mi o Bomba de ATG envio para processo circuito secund rio Bomba de ATG envio para processo circuito secund rio TOTAL BOMBEAMENTO CIRCUITO GUA TOTAL GERAL N GO w So 22 08 22 08 58 88 3768 32 71 T2 6 ACOES DE MELHORIA DE EFICI NCIA E RESULTADOS Segundo SHEHATA 2009 as a es para melhoria na efici ncia e otimiza o de um sistema de refrigera o industrial devem avaliar a o sistema de refrigera o desde a sua gera o na sala de m quinas envolvendo o sistema de compress o e condensa o a distribui o que compreende o sistema de bombeamento e por fim o consumo nos trocadores de calor de processo As a es s o classificadas em a es com impacto na press o de condensa o descarga a es com impacto na press o de evapora o suc o 6 1 A es com Impacto na Press o de Condensa o Descarga A press o de descarga dos compressores determinada por tr s fatores e Capacidade de refrigera o dos compressores em funcionamento no sistema que define a vaz o de am nia e A capacidade de condensa o dos condensadores em funcionamento que define a vaz o de am nia que se condensa e passa pelos condensadores e A temperatura de bulbo mido que determina a temperatura m nima de condensa o e press o de descarga que p
38. UNESP Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguet Guaratinguet 2012 JUSSARA OLIVEIRA TASSINI EFICI NCIA ENERG TICA EM SISTEMAS DE REFRIGERA O INDUSTRIAL ESTUDO DE CASO Disserta o apresentada Faculdade de Engenharia de Guaratinguet Universidade Estadual Paulista para obten o t tulo de Mestre em Engenharia Mec nica na rea de Transmiss o e Convers o de Energia Orientador Prof Dr Pedro Magalh es Sobrinho Co orientador Prof Dr Jos Luz Silveira Guaratinguet 2012 T213e Tassini Jussara Oliveira Efici ncia Energ tica em Sistemas de Refrigera o Industrial Estudo de Caso Jussara Oliveira Tassini Guaratinguet s n 2012 113 f il Bibliografia f 109 113 Disserta o Mestrado Universidade Estadual Paulista Faculdade de Engenharia de Guaratinguet 2012 Orientador Prof Dr Pedro Magalh es Sobrinho Co orientador Prof Dr Jos Luz Silveira 1 Refrigera o 2 Energia Conserva o 3 Bebidas Ind stria I T tulo CDU 621 56 043 unesp yr UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA CAMPUS DE GUARATINGUET JUSSARA OLIVEIRA TASSINI ESTA DISSERTA O FOI JULGADA ADEQUADA PARA A OBTEN O DO T TULO DE MESTRE EM ENGENHARIA MECANICA PROGRAMA ENGENHARIA MEC NICA REA TRANSMISS O E CONVERS O DE ENERGIA APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELO PROGRAMA DE P S GRADUA O ua Ta re e Prof Dr Marcelo dos Santos
39. a devido abertura para descarga ocorrer antes da press o do g s atingir a press o de descarga o que provoca a eleva o da press o de descarga Pd Sistema Trabalho Perdido Pd Interna J Press o Vd Volume Vs Figura 16 Sub compress o diagrama p V Pillis 2005 Quando ocorre sobre compress o ou sub compress o o funcionamento do compressor n o prejudicado e n o h altera o no volume deslocado por m a pot ncia requerida maior do que ocorreria na situa o desej vel quando as aberturas de descarga est o localizadas corretamente de acordo com a raz o entre volumes necess ria acarretando maior custo energ tico 39 A capacidade de um compressor parafuso pode ser controlada de modo a variar a quantidade de g s que entra na c mara de acordo com a demanda e varia o de carga t rmica Pode ser utilizada a v lvula interna deslizante conhecida na pr tica como slide valve SV bem como controle por velocidade vari vel utilizando inversor de freq ncia No entanto vale ressaltar aqui que para cargas inferiores a 50 verifica se uma efici ncia relativamente baixa dos compressores parafuso com controle de capacidade operados pela slide valve SALVADOR 1999 Al m disso apesar de se manter a mesma raz o entre volumes tanto carga parcial como carga total a pot ncia consumida n o se reduz significativamente conforme pode ser observado na Figura
40. a maltose e a glicose em lcool e g s carb nico A fermenta o divida na etapa aer bia onde as leveduras se reproduzem e na etapa anaer bia onde as leveduras realizam a fermenta o O controle da temperatura varia de acordo com os tipos de cerveja e um bom processo de fermenta o exige um 57 rigoroso controle e manuten o de temperaturas Cervejas do tipo Lager s o fermentadas em temperaturas mais baixas enquanto as do tipo Ale fermentam em temperaturas um pouco mais elevadas AMBEV 2011 No t rmino da fermenta o parte da levedura utilizada decantada e a cerveja passa por um processo de refrigera o at 1 5 C onde centrifugada para a remo o da quantidade remanescente de leveduras e sedimentos Por fim obt m se um excesso de leveduras que se multiplicaram durante o processo sendo parte dele reutilizado no pr ximo fabrico ou pr xima batelada A Figura 30 mostra os tanques fermentadores e maturadores mma Bans i Figura 30 Tanques fermentadores maturadores Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 4 4 Matura o Ap s a fermenta o existe uma grande quantidade de subst ncias indesej veis presentes na cerveja Estas subst ncias indesejadas s o eliminadas no processo de matura o e estabiliza o onde a cerveja mantida em descanso nos tanques fermentadores em temperatura aproximada de 0 5 C e o a car residual consumido 58 pelas c
41. a no sistema de condensa o garante uma maior vida til aos condensadores al m de trazer garantir a capacidade esperada da instala o Em instala es industriais de grande porte normalmente encontram se empresas l deres mundiais em tratamento qu mico realizando este trabalho Deve se assegurar que a concentra o de sais n o exceda e n o seja inferior aos limites m ximo e m nimo respectivamente de ciclos de concentra o estabelecidos Uma adequada manuten o de todos os par metros anal ticos da gua dos condensadores evaporativos com o objetivo de ajustar e melhorar a purga de fundo das bacias bem como a dosagem de produtos qu micos s o de extrema import ncia para a manuten o dos equipamentos em bom estado de conserva o Uma das causas mais comuns de deteriora o dos equipamentos que comprometem a efici ncia energ tica se deve a situa es de falta de gerenciamento e controle do tratamento de gua para refrigera o Al m disso deve se otimizar a purga de fundo nas bacias e ajustar a dosagem de produtos qu micos de boa qualidade como anti incrustante dispersante anti corrosivo e biocida Est o dispon veis no mercado v lvulas solen ides com sistema temporizado como exibido na Figura 47 para automatizar a purga de fundo de acordo com os par metros anal ticos da gua de cada condensador Figura 47 V lvulas autom ticas para purga de fundo das bacias dos condensadores Foto obtida pelo auto
42. arafuso Adaptado de Mayekawa 2008 O g s comprimido pela rota o dos rotores acoplados e ent o percorre o espa o entre os l bulos enquanto transferido axialmente desde a suc o at a descarga Conforme comenta PILLIS 2005 uma caracter stica que fundamental no projeto de compressores a raz o entre volumes Quando a raz o entre volumes do compressor for muito alta para uma dada condi o de opera o a press o de descarga interna maior que a press o de descarga do sistema o que chamado de sobre compress o conforme pode ser observado na Figura 15 Esta situa o acarreta um trabalho maior comparada situa o que ocorre quando a compress o interrompida quando as press es interna e do sistema se equalizam mostrando que o consumo de energia maior neste caso j que n o ov necess rio realizar o trabalho de compress o at este n vel de press o devido dissipa o do trabalho durante a expans o do fluido entre as press es de descarga interna e do sistema 38 Pd Interna f r Trabalho Perdido Vd Volume Vs Figura 15 Sobre compress o diagrama p V Pillis 2005 Se a raz o entre volumes muito baixa para as condi es de opera o do sistema ocorre a sub compress o conforme representado na Figura 16 Este caso mostra a ocorr ncia de realiza o de trabalho extra para elevar a press o de descarga interna at o n vel da press o interna do sistem
43. capacidade produtiva um assunto muito difundido e em utiliza o nas ind strias atualmente j que todo o sistema seja de refrigera o de ar comprimido vapor etc s o projetados para atender picos de demanda No sistema de refrigera o como diversas etapas comp em o processo produtivo e nem sempre est o ocorrendo de forma simult nea o conceito de opera o com press o de evapora o ou suc o flutuante revela se como uma tima oportunidade para possibilitar redu o no consumo energ tico al m claro da separa o de regimes de suc o que t m um grande impacto na redu o no consumo de energia pelos compressores de am nia O conjunto de a es com objetivo de aumento em efici ncia apresentadas contou com um investimento total de R 302 000 00 e trouxe como resultado uma economia anual de R 241 000 00 equivalentes a 1 7 GWh Esta economia representa aproximadamente uma redu o de 8 do total do consumo el trico do sistema de refrigera o Portanto o payback de 1 25 anos mostra tamb m a atratividade econ mica desta otimiza o al m da melhoria na performance energ tica e da produ o com menor impacto ambiental Ent o conclui se que as a es para otimiza o dos par metros operativos de sistemas de refrigera o industrial constituem uma importante ferramenta para melhoria na efici ncia de consumo de energia e se apresentam como alternativa vi vel para implementa o Vale ressaltar que os resu
44. cimento adquirido e aos amigos que l tive a chance de conhecer especialmente Rafael Pimenta Jair Mendes Rafael Maianti e Marcos Sardinha pela amizade e pela troca de experi ncias As minhas grandes amigas da rep blica Viracopos em especial Mari pela amizade pelo conv vio pela compreens o pelos conselhos e pelo companheirismo Aos amigos que sempre torceram por mim Em especial ao Tico meu grande companheiro pelo exemplo de for a dedica o empenho e por estar ao meu lado em todos os momentos dando est mulo apoio conselhos carinho e compreens o Uma grande atitude faz muito mais que acender as luzes no nosso mundo parece que ela magicamente nos conecta a todos os tipos de oportunidades casuais que estavam de alguma forma ausentes antes da mudan a Earl Nightingale O que for teu desejo assim ser tua vontade O que for tua vontade assim ser o teus atos O que forem teus atos assim ser teu destino Deepak Chopra SUM RIO RESUMO sssscasis sis casscasstecscavscasscsvedasacazecssasaxscenes svesusssaned AE EEEE 9 ABSTRACT A EA E EAE T 10 LISTA DE FIGURAS ausaanse nos a asso ndalo isa iai ainda o a 11 LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS sissecsssscsessiccosssssessssececsvecccasatscacedscusacacsttencucseacasees 15 1 INTRODUCA DO qu E OENE EANES 16 2 EFICI NCIA ENERG TICA E REFRIGERA O ssssesssscsssscsssscossscsssscossee 19 2 1 INTRODU O REFRIGERA O sssseessseeeeessocceessooeeesooceessco
45. compressor mestre dever reduzir a sua capacidade utilizando o inversor de fregii ncia para modula o at 40 e permanecer assim por um tempo Y se a press o de suc o operativa for atingida mantendo o compressor escravo em sua capacidade nominal Se a press o de suc o continuar a ser atendida ap s este tempo ser enviado um sinal ao CLP para desligar o escravo da fila fazendo com que compressor mestre volte a modular buscando a press o de suc o definida c Instala o de sensor de n vel no tanque gua gelada e automa o que permita a modula o dos compressores dedicados a este regime Utiliza o dos sinais de n vel do tanque de gua gelada em sinais de 4 a 20 mA para constru o de nova l gica de controle de modula o das v lvulas proporcionais de entrada de gua para resfriamento de modo a garantir opera o sem picos com a separa o de regimes Esta l gica de controle necess ria para que o sistema n o seja perturbado com as oscila es de carga t rmica Como o sistema de gua gelada atende 96 dois processos de resfriamento de mosto a l gica a obedecer deve levar em conta duas condi es A condi o 1 prev os dois resfriadores de mosto operando simultaneamente Para possibilitar que os controles proporcional integral e derivativo PID dos compressores parafuso de NH existentes com suas respectivas bandas morta e proporcional atendam as varia es de carga t rmica do circui
46. dades Resfriadoras de L quido URLs O evaporador constitui a interface entre o processo de produ o e o circuito de refrigera o E onde ocorre a troca de calor entre o fluido refrigerante e o produto a ser refrigerado ocorrendo com isto a evapora o do fluido refrigerante Existem 48 aplica es onde o evaporador troca calor diretamente com o produto ou casos em que utilizado para trocar calor com um fluido intermedi rio que posteriormente pode ser usado no processo produtivo para a troca de calor com o produto final Em ind strias aliment cias de bebidas usual operar o circuito de refrigera o utilizando um fluido intermedi rio normalmente solu o de etanol ou glicol que podem chegar a temperaturas abaixo de 0 C sem riscos de congelamento Esta op o ganhou espa o ao inv s da opera o com expans o direta com am nia j que um vazamento de am nia pode significar a contamina o do produto al m de outros riscos com seguran a e opera o Entretanto existem ind strias que ainda operam utilizando sistemas completos com refrigera o por expans o direta e outras que ainda a utilizam em parte do circuito de refrigera o Os evaporadores podem ser de diversos tipos assim como os condensadores Nas instala es industriais normalmente s o de placas ou do tipo casco tubo nas instala es mais antigas Os evaporadores de placas s o os mais encontrados j que possuem maior rea de superf cie e oc
47. de bulbo mido C 78 Devem ser considerados tamb m os limites m nimos e m ximos Portanto para TBU lt 10 6 C adota se Paescarga 8 62 bar e para TBU gt 29 4 C Paescarga 14 10 bar Vale ressaltar que esta metodologia aplic vel para instala es de refrigera o com am nia que utiliza condensadores evaporativos independentemente do tipo de compressor Foi adquirida uma esta o meteorol gica psicr metro para coletar os sinais de temperatura de bulbo mido instant neas que possui sensores baseados no princ pio capacitivo de alta precis o Seu princ pio de opera o est exibido na Figura 44 Um sistema de eletrodos com uma camada constitu da de pol meros ultra sens vel e outra camada em ouro absorve o vapor da atmosfera Sensor de Temperatura Sensor de Umidade Psicr metro Figura 45 Princ pio de opera o da esta o meteorol gica TESTO 2006 Assim a camada higrosc pica do pol mero absorve essas mol culas de gua do vapor que alteram sua constante diel trica Este sistema de eletrodo com camadas diferentes atua como um capacitor que mede a umidade relativa do ambiente atrav s de sua capacit ncia A mudan a de capacit ncia com a mudan a da umidade convertida em um sinal el trico pelo circuito eletr nico do sensor de umidade TESTO 2006 O equipamento que pode ser visto na Figura 46 disponibiliza uma sa da anal gica de 4 20 mA que foi levada at o CLP do siste
48. diferen as entre o ciclo te rico e o ciclo real s o descritas abaixo e podem ser observadas na Figura 2 a Queda de press o nas linhas de descarga l quido e de su o assim como no condensador e no evaporador b Eventual sub resfriamento do fluido refrigerante na sa da do condensador j que nem todos os sistemas s o projetados com sub resfriamento c Superaquecimento da suc o do compressor que um processo importante de modo a evitar a entrada de l quido no compressor d Processo de compress o isentr pico no ciclo te rico e no ciclo real politr pico 24 ha hg hy hy hz hot h Figura 2 Diferen as entre o ciclo te rico e o ciclo real de refrigera o Eletrobr s 2005 2 2 3 Balan o de Energia para o Ciclo de Refrigera o por Compress o de Vapor Considera se o sistema operando em regime permanente nas condi es de projeto ou seja temperatura de condensa o Tc e temperatura de evapora o To 2 2 3 1 Capacidade Frigor fica A quantidade de calor por unidade de tempo que retirada do meio ou do produto que se quer refrigerar atrav s do evaporador do sistema de refrigera o chamada de capacidade frigor fica Q representada na Figura 3 Pela primeira lei da termodin mica aplicada a um volume de controle e considerando que o sistema opera em regime permanente e que as varia es de energia cin tica e potencial s o desprez veis tem se onde 25 on
49. do EVM um piloto mec nico chamado CVP e um piloto eletr nico chamado CVQ que opera em conjunto com o controlador de temperatura modelo EKC 361 e um sensor de temperatura do tipo PT 1000 uma das maneiras mais precisas para se controlar a temperatura de evapora o Por se tratar de um regulador proporcional e integral poss vel obter uma varia o m nima da temperatura desejada e tamb m age como prote o anti congelamento pois a v lvula modula de acordo com a temperatura de sa da do l quido resfriado DANFOSS 2001 52 OR Re PRRI N Figura 25 V lvula PM3 Danfoss Danfoss 2001 O piloto mec nico CVP opera nos casos de sobre press o quando a am nia evapora e chega a determinada press o regulada mecanicamente no piloto o mesmo se abre e permite que a am nia a baixa press o gasosa ABPG escoe para a aspira o dos compressores Figura 26 V lvula PM3 servo controlada Danfoss 2001 53 A inje o de am nia opera em conjunto com o controlador de n vel modelo EKC 347 para modular a vaz o de inje o de l quido atrav s de pulsos de tens o A quantidade de l quido injetada regulada atrav s da configura o do controlador intervalos de acionamento e tempo de dura o dos pulsos Na Figura 26 observa se um painel de comando de uma URL que opera com estes controles No primeiro display verifica se o controlador EKC 347 que representa o n vel do separador de l quido 38 4 e o se
50. do que os compressores 1 2 3 5 e 6 s o acionados atrav s de soft starter e os compressores 4 7 e 8 s o acionados atrav s de inversores de frequ ncia 67 Tabela 2 Dados dos compressores de am nia do sistema Calor Compressor Parafuso Modelo i rejeitado SABROE ECO VMY 347M com resfriamento de leo por termo sif o SABROE ECO VMY 347M com resfriamento de leo por termo sif o SABROE ECO VMY 347M com resfriamento de leo por termo sif o f f A yi m MYCOM N 250 VSD TS com resfriamento de g 5 e ape er ae er leo por termo sif o MYCOM N 250 VSD TS com resfriamento de sou ael EA mms rr leo por termo sif o SABROE SAB 202 LM com resfriamento de PRE on E ame an leo por termo sif o MYCOM N 250 VSD TS com resfriamento de 90 350 1291 270 6 368 0 1 660 8 leo por termo sif o a 7 j MYCOM N 250 VSD TS com resfriamento de sec ses m a agi leo por termo sif o Capacidade Total de Compress o hi 2 300 1 3 128 1 14 016 b Condensadores Evaporativos Total de 7 condensadores evaporativos com ventiladores centr fugos conforme Tabela 3 sendo que o fator de corre o do fabricante SEMCO para os modelos VLC para temperatura de condensa o igual a 35 C e temperatura de bulbo mido igual a 26 C igual a 1 51 Estes fatores de corre o para a capacidade de rejei o de calor podem ser observados na Tabela 4 Tabela 3 Dados dos condensadores evaporativos do sistema Fa
51. e descarga estiver abaixo da press o tima definida pelo CLP por 3 minutos os ventiladores dos condensadores que possuem inversor de fregii ncia devem reduzir carga em conjunto at atingirem a freqii ncia m nima de 30 Hz Se permanecerem assim por 3 minutos os ventiladores dos demais condensadores que n o possuem inversor de freqii ncia devem ser desativados em sequ ncia o primeiro que foi ativado deve ser o primeiro a ser desativado obedecendo a segii ncia e alternando as filas e os ventiladores dos condensadores que possuem inversor de frequ ncia continuam modulado e assim sucessivamente Esta pr tica fez com o sistema respondesse em tempo real s oscila es nas condi es ambientais clim ticas Os maiores ganhos est o durante as noites e durante o per odo de inverno onde contamos com TBU menores e podemos reduzir a pot ncia el trica gasta nos ventiladores Por m durante os dias considerados quentes com temperaturas de bulbo mido entre 22 e 24 C press o tima entre 10 7 e 11 4 bar nos quais era comum a opera o manter press es de condensa o em torno de 12 0 bar verificou se uma tima oportunidade em gastar mais energia no sistema dos condensadores com o objetivo de reduzir o consumo dos compressores j que estes sim s o os maiores consumidores de energia el trica no circuito de refrigera o 81 6 1 3 Tratamento de gua dos Condensadores Evaporativos Um tratamento efetivo na gua utilizad
52. e os 2 compressores mestre escravo permanecerem com carga de 100 por um tempo X enviado um sinal ao CLP para acionar o pr ximo compressor escravo da fila que vai aumentando a sua carga buscando o valor de press o de suc o estabelecido e assim por diante A press o de suc o para a opera o do compressor mestre valor definido para o set point de press o de suc o no painel do compressor na tela de par metros operativos deve ser 0 1 bar maior que a definida para os compressores escravos Este recurso faz com que o compressor mestre possua maior capacidade de modula o e utilize o inversor de freqii ncia para este fim possibilitando maiores ganhos energ ticos Sequ ncia de al vio de carga do sistema etanol Em caso de a press o de suc o ser atendida e os compressores estejam a 100 de sua capacidade o compressor mestre vai reduzindo a sua capacidade utilizando o inversor de frequ ncia para modula o at 40 e permanecer assim por um tempo Y a ser determinado Se a press o de suc o continuar a ser atendida ap s o tempo Y ser enviado um sinal ao CLP para desligar o primeiro compressor escravo da fila e o compressor mestre volta a modular buscando a press o de suc o definida e assim por diante Sequ ncia de partida e fila de compressores do sistema gua gelada Compressor mestre 4 ou eventualmente o compressor 7 deve ser acionado e fazer o aumento de capacidade utilizando controles por inverso
53. eesesooeesssoceessoceeeesooeeessoeeee 20 22 CICLO DE REFRIGERA O POR COMPRESS O DE VAPOR ccssssssssssccecssssssssssecees 21 2 2 1 Ciclo Te rico de Refrigera o por Compress o de Vapor 21 2 2 2 Ciclo Real de Refrigera o por Compress o de Vapor 23 2 2 3 Balan o de Energia para o Ciclo de Refrigera o por Compress o de Vapor 24 2244 Capacidade BUG OCA gies scsecesececeseseseescesescvevesessvevesecevesasestivnseserviesacestnavaievaveisaens 24 2 2 3 2 Potencia de COMP TESSAG apesar rindo sanita Aedes dani nos nando nanda 25 2 2 3 3 Calor Rejeitado no Condensadl sccsssssssosssssssssesssssccsssccssssssssssccsssccssssensces 27 2 2 3 4 Dispositivo de EXpans o vaiisciversesseveinsvrnnistevesrirenimenvennawnniseeteneveieinasees 28 2 2 4 Coeficiente de Performance COP cccccccseccccsecccceccceeeccceeceeeseceeeneeees 28 2 2 5 Sistema com Separa o de Regimes Multipressao cccceeeeeeeeeneeees 30 3 COMPONENTES DO SISTEMA DE REFRIGERACAO cccsssssssssssssssseseees 33 3 1 COMPRESSORES sscessscssscssesesssesssevsseneseanssavaesessansesnseassscusssesesssenssseseuesssesesasasaseaasesaee 33 3 1 1 Compressores Alternativos semesussipraniongecamusetu ragiva purciuesinoagiss ua insednasaios guiada 34 3 1 2 Compressores Parafuso oacicccsieicccsesoiciccasssavedeusesssgsssiuiihenwasseiassiasesenouctions saivesauiee 35 3 2 CON DENSA DOR E
54. ell as all actions and requirements to improve the energy efficiency of the installation The energy efficiency improvements actions that were implemented in this industrial plant study had a total investment of R 302 000 00 These improvementes resulted in an annual saving of R 241 000 00 as well a relative a reduction in electricity consumption of 1 7 GWh year Therefore the simple payback is 1 25 years KEYWORDS Industrial Refrigeration Energy Efficiency Beverage Industry Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21 Figura 22 11 LISTA DE FIGURAS Ciclo te rico de refrigera o por compress o de vapor 22 Diferen as entre o ciclo te rico e o ciclo real de refrigera o 24 Processo de transfer ncia de calor no evaporador 25 Processo de compress o adiab tico revers vel no compressor 26 Processo de transfer ncia de calor no condensador 27 Processo no dispositivo de EXPANSAG ussisssicrrecassesanederrsrvarrrabaredaraaavaaaenens 28 Diagrama p h do ciclo frigor fico de Carnot sasaansesmosbissadosasisa dem sanbanah sa 29 Influ ncia da temperatura de condensa o press o de descarga no COP 30 Influ ncia da temperatura de
55. em ser purgados mais facilmente Por m em uma instala o com produ o cont nua como o caso aqui apresentado raramente se tem condi es de parada total A solu o encontrada foi a instala o de um sistema de purga autom tica multiponto conforme exibido na Figura 52 que permite a coleta de n o condens veis em v rios pontos da instala o Existem v rios fabricantes de equipamentos deste tipo no mercado Estes equipamentos reduzem a concentra o de n o condens veis a uma porcentagem m nima e com uma perda desprez vel de fluido refrigerante O equipamento instalado faz uma purga segiiencial em um ponto por vez e conta com um painel de controle remoto dotado de um CLP e interface para opera o e monitoramento do sistema Reservat rio a E gt ai x A a 88 Purga de incondens veis com equipamento autom tico GEA 2009 V rias a es tomadas em conjunto proporcionaram a redu o da press o de descarga condensa o Como todas elas impactam em somente um indicador press o de descarga dif cil mensurar o quanto cada uma delas colaborou para o resultado obtido Os resultados s o apresentados na Tabela 8 Tabela 8 Press o de descarga SETEMBRO 11 3 11 0 0 3 OUTUBRO Pressao de descarga antes bar 11 5 Press o de descarga depois bar 10 9 0 6 Percentual de redu o 3 5 o NOVEMBRO 11 9 11 6 0 3 3 DEZEMBRO 12 0 11 7 0 3 3 JANEIRO 12 1 1
56. era o Os processos produtivos que necessitam de refrigera o s o exemplificados pelo fluxograma da Figura 35 e detalhados a seguir Taiques de Press o ENVASE 2 Filtra o oC gc C LC 48 HC ec Iii Bnissagem z Centrifues Restr l Biendugem 5 Rest f ento FERMAT Filira o tir Mosto Tq 4 z Fermentador Maturadior apa Desai Figura 35 Processo produtivo e temperaturas da cerveja a Resfriamento de Mosto utilizada gua gelada a temperatura m dia de 2 5 C para resfriar o mosto proveniente da sala de brassagem de aproximadamente 95 C A temperatura de sa da do mosto frio deve ser aproximadamente 9 C e a gua quente gerada neste resfriamento reutilizada para o pr ximo fabrico lembrando que a cerveja produzida por bateladas Na Figura 35 pode ser visto um trocador de calor a placas utilizado no processo de resfriamento de mosto Concluindo para que este processo de resfriamento de mosto seja realizado necess rio que a gua a temperatura ambiente seja refrigerada at atingir a temperatura aproximada de 2 0 C gerando assim a gua gelada 62 Figura 36 Trocador de calor para resfriamento de mosto Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado b Refrigera o do Tanque Fermentador c Para manter a temperatura durante o processo de fermenta o os tanques fermentadores precisam ser refrigerados constantemente e este processo contro
57. erva es referentes qualidade dos mesmos Os custos com a manuten o dos condensadores evaporativos que contemplam substitui o das correias bicos aspersores limpeza entre outros n o foram considerados nesta an lise j que na organiza o estudada j existe um plano de 106 manuten o para os equipamentos existentes e os custos envolvidos neste setor n o s o considerados como capital de projeto de efici ncia energ tica O tempo de retorno simples o ndice mais difundido no meio t cnico para an lises de viabilidade Esse ndice n o leva em considera o a taxa de juros Esta an lise foi feita apenas dividindo se o custo da implanta o pelo benef cio auferido Considerando o ganho m dio anual que foi verificado durante o per odo analisado o payback simples de 1 25 anos ou seja um ano e tr s meses 107 7 CONCLUS ES Neste trabalho foram apresentadas as oportunidades encontradas e a es que podem melhorar a efici ncia e consequentemente reduzir o consumo el trico de um sistema de refrigera o industrial por compress o de vapor empregando am nia como fluido refrigerante e composto por compressores parafuso condensadores evaporativos unidades resfriadoras de l quido evaporadores a placas para resfriamento de gua gelada e solu o de etanol e dispositivos de expans o v lvulas servo controladas Diversos par metros que t m influ ncia sobre a efici ncia de cada um dos compone
58. evapora o press o de suc o no COP 30 Compressor dedicado a um regime de press o de suc o 31 Mecanismo compressor alterMativO ccscccssessensseossnndscesvecssenssensssnseensies 34 Geometria b sica do compressor parafuso asesjasassenaosbrnsiisedasantesiaenttnsua a 35 Separador de leo filtro c alesce tessssee iaoi 36 Conjunto compressor PALA USO iiss 1iccdvcetccssscdaaesedecodiindedetsiadsdatiesdeteaceisvauans 37 Sobre compress o diagrama p V ias ai 38 Sub compress o diagrama p V ccccccccceeeeeeeeeeeeeennaeeeeeeeeeeeeeeeennaeeeeeeeees 38 Pot ncia demandada no eixo do compressor em fun o da capacidade 39 Tipos de COMO SIS AU ONES ureien ei EEEE E EEEE A 41 Fases da condensa o i ocvdsdccaantetsxerrdetcisasdctstersdededsantedsserededddeendctedsdededus 42 Condensador Gvaporave duas sea aadaa dO 42 Condensador evaporativo com ventiladores axiais tti 43 Fator de corre o para capacidade de condensador evaporativo de am nia Figura 23 Figura 24 Figura 25 Figura 26 Figura 26 Figura 28 Figura 29 Figura 30 Figura 30 Figura 32 Figura 33 Figura 34 Figura 35 Figura 35 Figura 37 Figura 38 Figura 39 Figura 40 Figura 41 Figura 42 Figura 43 Figura 44 Figura 44 Figura 46 12 Reservat rio de am nia a alta press o l quida AAPL 47 Exemplos de unidade resfriadora de l quido URL
59. frigerante ent o retira calor do ambiente ou sistema a ser refrigerado utilizando esse calor para se vaporizar seguindo em dire o ao compressor onde completa o ciclo 2 2 1 Ciclo Te rico de Refrigera o por Compress o de Vapor O ciclo de Carnot o ciclo de maior rendimento t rmico poss vel e destaca se por se tratar de um ciclo ideal revers vel que opera entre dois n veis de temperatura Representa um meio relativamente simples de se avaliar a influ ncia das temperaturas de opera o Define se como ciclo te rico de refrigera o por compress o de vapor um ciclo no qual os processos s o mais pr ximos aos do ciclo real Desta forma torna se mais f cil comparar o ciclo real com o ciclo te rico que ter melhor performance operando nas mesmas condi es do ciclo real STOECKER e JABARDO 2002 A Figura 1 representa o ciclo te rico de um sistema de refrigera o por compress o de vapor com seus principais componentes e o seu respectivo ciclo te rico constru do sobre um diagrama de Mollier no plano P h Os processos termodin micos que constituem o ciclo te rico em seus respetivos equipamentos s o a Processo 12 Ocorre no compressor sendo um processo adiab tico revers vel e portanto isoentr pico O refrigerante entra no compressor 22 press o do evaporador Po e com t tulo igual a 1 x 1 O refrigerante ent o comprimido at atingir a press o de condensa o P e ao sair do comp
60. gundo display composto pelo controlador EKC 361 representa a temperatura de sa da do l quido refrigerado no caso solu o de etanol 25 com temperatura de 5 3 C LALA a na E q Figura 27 Controladores EKC 347 e EKC 361 Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 54 4 PROCESSO PRODUTIVO DE CERVEJA Neste cap tulo descrito de forma sucinta o processo de fabrica o de cerveja A cerveja uma bebida fermentada elaborada atrav s do extrato de malte de cevada gua l pulo e fermento cervejeiro Na sua composi o qu mica formada basicamente de uma pequena quantidade de lcool et lico g s carb nico e a cares n o ferment veis O processo de elabora o consiste basicamente da maltea o da cevada fase de obten o do malte de cevada moagem do malte de cevada mostura o clarifica o da mostura fervura do mosto resfriamento do mosto fermenta o do mosto matura o da cerveja verde filtra o da cerveja maturada e envase da cerveja pronta MATOS 2007 O processo produtivo detalhado a seguir e exemplificado atrav s do fluxograma da Figura 28 Fermenta o Cerveja verde Maturagao Cerveja maturada Filtra o Cerveja filtrada Envasamento Pasteuriza o Figura 28 Fluxograma na produ o de cerveja 4 1 Maltagem Em geral o malte obtido em instala es dedicadas conhecidas como maltarias Ap s a colheita no campo a cevada
61. gura 48 atentando se para que a zona de medi o n o se encontre exposta ao sol c Com a temperatura medida obter a press o correspondente em uma tabela de vapor saturado de am nia d Se a press o medida no item a superar em 0 4 bar a press o correspondente temperatura verificada no item c conclui se que existe presen a relevante de gases n o condens veis portanto necess rio o procedimento de purga 84 Leitura da temperatura de liquido sub resfriado Colator de NH3 liquido Leitura de press o de NH3 Tanque _ Leiturade temperatura do liquido Figura 48 Procedimento para verifica o da presen a de incondens veis Os procedimentos de purga de incondens veis podem ser realizados de forma manual ou com sistemas que executam a purga multiponto A purga manual nos condensadores evaporativos pode ser realizada de duas formas distintas 1 Caso gt Purga pelas v lvulas de purga na sa da de am nia l quida dos condensadores evaporativos que deve ser realizada em momentos quentes do dia quando a carga operativa n o estiver muito elevada e quando a press o de descarga esteja atingindo a press o tima indicada para a temperatura de bulbo mido O detalhamento exibido no fluxograma da Figura 49 85 Fechar a v lvula de entrada de am nia g s no condensador evaporativo a ser purgado a bomba e os ventiladores do m dulo a ser purgado devem estar desligados E
62. idade vari vel em compressores j que h limites de velocidade abaixo dos quais pode haver falhas de lubrifica o nos mancais Neste caso o fabricante deve ser consultado 3 2 Condensadores Condensadores s o os elementos do sistema de refrigera o que t m a fun o de transformar o g s quente a alta press o oriundo do compressor em l quido rejeitando o calor contido no fluido refrigerante para algum meio Os quatro tipos de condensadores aplicados na refrigera o industrial est o apresentados na Figura 18 Podem ser resfriados a ar a resfriados a gua casco tubo b ou a placas c e evaporativos d Na refrigera o industrial predomina o tipo evaporativo bem como os conjuntos de condensadores a placas com torres de resfriamento MARTINELLI JUNIOR 2003 Os condensadores evaporativos possuem caracter stica construtiva semelhante a uma torre de resfriamento O calor rejeitado pelo refrigerante transferido sucessivamente gua e ao ar ambiente Nos condensadores a placas o fluido refrigerante condensado e escoa no sentido descendente enquanto a gua circula no 41 sentido ascendente A gua aquecida pela condensa o do refrigerante circulada por bombas atrav s de uma torre de resfriamento de onde retorna ao condensador a b Ar de condensa o Vapor de refrigerante efrigerante liquido Ar ambiente y refrigerante c d l quido pr Vapor
63. ipo evaporativos s o os mais utilizados em instala es de refrigera o industrial Seu detalhamento pode ser observado na Figura 20 a seguir SERPENTINA DE CONDENSA O Figura 20 Condensador evaporativo Semco 2007a 43 Na parte superior est o instalados os bicos aspersores que distribuem e pulverizam a gua sobre as serpentinas de condensa o A gua escoa em contra corrente com o ar for ado pelo ventilador O ar for ado sobre a serpentina causa a evapora o de uma pequena quantidade de gua e portanto esta evapora o retira calor da serpentina resfriando a com conseqiiente condensa o do g s As serpentinas s o projetadas para uma baixa perda de carga com tubos em espiral a fim de possibilitar o r pido escoamento do fluido O sistema de distribui o de gua consiste de distribuidores e ramais de pulveriza o com bicos aspersores pl sticos de grande di metro para evitar entupimento por sujeira permitindo um completo molhamento da serpentina Os eliminadores de gotas separam as gotas de gua do fluxo de ar atrav s de deflex es direcionais O detalhe do condensador evaporativo mostrado na Figura 20 trata se de um modelo com ventilador centr fugo Existem tamb m modelos com ventiladores axiais instalados na parte superior que operam como exaustores exemplo da Figura 21 O princ pio de opera o o mesmo descrito anteriormente sendo que a nica diferen a o posicionamento e o tipo do
64. lado risca para que n o haja problemas relacionados qualidade do produto Como o processo de fermenta o exot rmico durante todo este ciclo o tanque precisa ser mantido s temperaturas determinadas sendo que a fermenta o dividida em fases Refrigera o entre a Fermenta o e a Matura o FERMAT A fermenta o finaliza em temperatura aproximada de 14 C e ap s seu t rmino a cerveja transferida do tanque fermentador para o tanque maturador sendo que a matura o mantida a temperaturas negativas em torno de 0 5 C Portanto necess ria uma redu o brusca da temperatura da cerveja durante esta transfer ncia que denominada trasfega Refrigera se a cerveja em trocadores de calor a placas Al m disso a cerveja centrifugada para a remo o das part culas em suspens o Uma centr fuga mostrada na 63 Figura 37 O processo chamado de FERMAT por ocorrer entre as fases de fermenta o e de matura o Figura 37 Centr fuga de cerveja no processo FERMAT Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado d Refrigera o do Tanque Maturador Nem sempre ocorre pois nesta fase a cerveja j n o libera mais calor por m normalmente todos os tanques possuem dispositivos para mant los refrigerados camisas com serpentinas pois os tanques podem operar como fermentadores ou como maturadores A carga t rmica relativamente baixa pois os tanques s o isolados e a tempera
65. lizada atrav s do filtro coalescente onde as pequenas part culas de leo s o retidas em gotas maiores sendo direcionadas at o fundo do coletor do filtro Este leo ent o coletado e retorna ao compressor para reutiliza o Um separador de leo com as respectivas indica es mostrado na Figura 13 i 1 Elemento Coalescente A A Entrada da mistura lco z s lf B Saida gas C Retomo de leo para o compressor Figura 13 Separador de leo e filtro coalescente Mayekawa 2008 O leo lubrificante do compressor pode ser resfriado de tr s formas sendo a Inje o de l quido utiliza o fluido refrigerante injetado diretamente em um ponto do bloco do compressor pr ximo descarga de g s a alta press o b Resfriamento por gua utiliza trocadores de calor de placas ou casco e tubos para a troca de calor com gua em circuitos com torres de resfriamento c Resfriamento por termosif o utiliza trocador de calor do tipo casco e tubos para troca de calor com am nia l quida provinda dos condensadores Funciona como um evaporador inundado por gravidade com temperatura de evapora o controlada pela press o do condensador 37 O ciclo de opera o possui tr s fases suc o compress o e descarga Os componentes do conjunto compressor motor separador de leo podem ser observados na Figura 14 com as indica es de tubula o de suc o e descarga de g s Figura 14 Conjunto compressor p
66. ltados obtidos em moeda nacional bem como o payback podem sofrer varia es em fun o da tarifa m dia de energia el trica consumida e v rios outros fatores tais como infla o taxa de juros deprecia o etc Como sugest es para trabalhos futuros tem se Estudo do sistema de bombeamento de solu o de etanol e de gua gelada do sistema de refrigera o Utiliza o de par metros exerg ticos para melhoria em processo An lise ambiental para determina o de cr ditos de carbono pela redu o no consumo de energia el trica An lise do enquadramento tarif rio da unidade produtiva fator de carga e escolha entre a op o mais favor vel de sistema de tarifa o entre outras 109 8 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS AMBEV Fabrica o de Cerveja Dispon vel em lt http www ambev com br pt br consumidores fabricacao da cerveja fabricacao da cerveja gt Acesso em 20 de Setembro de 2011 AMERICAN SOCIETY OF HEATING REFRIGERATION AND AIR CONDITIONING ENGINEERS ASHRAE Handbook of Equipment Atlanta 1986 AMERICAN SOCIETY OF HEATING REFRIGERATION AND AIR CONDITIONING ENGINEERS ASHRAE Handbook of Refrigeration Systems and Applications Atlanta 1986 BAJAY S V GORLA F D ROCHA C R Oportunidades de Efici ncia Energ tica para a Ind stria Relat rio Setorial alimentos e bebidas Brasilia CNI 2010 60 p BARBOSA R M Contribui o do Mercado de Carbono para a Viabilidade de P
67. ma de refrigera o Desta forma a equa o foi programada no controlador para determinar a press o de condensa o na qual o sistema deve operar 79 Figura 46 Esta o Meteorol gica TESTO 2006 Na linha de equaliza o da descarga dos compressores j existe um transmissor de press o e o programa tem por objetivo fazer a compara o desta medi o com o resultado determinado pela equa o Quando a press o medida no transmissor estiver acima da press o determinada pela equa o significa que preciso mais capacidade de condensa o e quando a press o medida pelo transmissor estiver abaixo da press o determinada pela equa o programada significa que a capacidade de condensa o pode ser reduzida Foi utilizado um limite de 0 2 bar para esta compara o entre press o medida e press o ideal para evitar que condensadores sejam ativados e ou desativados com frequ ncia e prejudicando assim a vida til dos mesmos importante informar aqui que dos 7 condensadores evaporativos 5 possuem inversor de frequ ncia no acionamento de seus ventiladores o que facilitou bastante esta implementa o pois a capacidade de modula o excelente O ideal que pelo menos um ter o da capacidade de condensa o seja provido de inversores de freqii ncia na ventila o SHEHATA 2009 pois permite que o sistema module velocidade freqii ncia sem que seja necess rio o liga desliga constante de motores Outra recome
68. nda o importante que as bombas de recircula o sempre sejam mantidas em opera o mesmo que os ventiladores estejam desligados seja por manuten o ou por ter atingido a press o ideal de condensa o Esta boa pr tica mant m a condensa o m nima fazendo com que n o escoe am nia em estado gasoso para o coletor de sa da Garante tamb m que n o haja incrusta es nas serpentinas ocasionadas pela incorpora o de sedimentos na superf cie das mesmas devido a alta 80 temperatura Em caso de necessidade de parada para manuten o que envolva a necessidade de deixar as bombas de recircula o inoperantes o ideal que se feche a v lvula de entrada de AAPG am nia a alta press o gasosa neste condensador Segue a seguir a l gica utilizada neste estudo Sequ ncia de partida Os ventiladores dos condensadores n 1 2 3 6 e 7 que possuem conversores de frequ ncia nos seus ventiladores dever o ser os primeiros a ser acionados em ordem de rod zio que pode ser alterado no sistema supervis rio Se os condensadores atingirem 85 de carga e n o atenderem a faixa da press o tima de descarga por 1 minuto o CLP envia um sinal para ativar o pr ximo condensador da fila 4 ou 5 que j s o acionados em 100 da sua capacidade pois o acionamento n o possui modula o de velocidade e os condensadores que possuem inversor de frequ ncia voltam a modular e assim sucessivamente Sequ ncia de al vio Se a press o d
69. nterior dos gr os O malte direcionado para um tanque com gua quente onde existe controle rigoroso da dura o do processo e temperaturas de cozimento dando in cio produ o do mosto O mosto um l quido turvo e adocicado que consiste em uma solu o aquosa de a cares que dar o seguimento ao processo de fermenta o O mosto prim rio separado e filtrado com o objetivo de eliminar o baga o de malte Ap s a filtra o segue para um segundo cozimento no cozinhador de mosto conforme exibido na Figura 29 Nesta etapa s o adicionados mistura os tipos de l pulo de acordo com a cerveja a ser produzida l pulo amargor e l pulo arom tico caramelo entre outros e uma fervura intensa nesta etapa confere a cor e sabor al m 56 de esterilizar o mosto e conferir os aromas florais herbais e o sabor amargo caracter stico Figura 29 Cozinhador de mosto Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado Em fun o dos par metros da cerveja a ser produzida utiliza se outra fonte de a car al m do malte conhecido como adjunto ou gritz Os tipos de adjunto mais comuns s o gritz de milho arroz trigo ou a high maltose que possui custo mais elevado por m tem como benef cio a produ o de mosto com maior concentra o 4 3 Fermenta o Os tanques fermentadores recebem o mosto j resfriado juntamente com a levedura fermento Nessa fase o fermento transforma o a car do mosto como
70. ntes do sistema foram discutidos e analisados de modo a verificar a viabilidade de implementa o A melhoria em efici ncia energ tica nas instala es de refrigera o industriais imprescind vel para se atingirem os objetivos do novo modelo de desenvolvimento tanto pela diminui o da intensidade energ tica global como pelo aumento dos resultados econ micos Verificou se que al m do trabalho de implementa o das a es de projeto o treinamento e conscientiza o da equipe envolvida na opera o s o extremamente importantes pois a aplica o das a es aqui expostas complementar aplica o das a es operativas da equipe do setor de utilidades O ideal que todos os envolvidos saibam o porqu de cada a o executada al m de conhecer os conceitos e fundamentos utilizados nesta execu o A comprova o dos resultados obtidos pode enfatizar a necessidade e a import ncia da mudan a de h bitos na opera o e determinar uma forma de acompanhamento rigoroso para manter a continuidade das a es aplicadas seja atrav s do acompanhamento dos ndices delega o de metas individuais ou coletivas entre outros V rias a es s o dependentes umas das outras como por exemplo podemos citar a purga de incondens veis limpeza e manuten o de condensadores evaporativos um correto tratamento de gua e a automa o do sistema de condensa o atrav s da temperatura de bulbo mido 108 Modula o da
71. ntinas pressurizando assim os incondens veis na parte superior Abrir a v lvula de purga no coletor de entrada superior do condensador utilizando o mesmo procedimento de interliga o da mangueira na sa da da v lvula at um recipiente grande com gua Purgar por v rios minutos at que pare de borbulhar ar Uma vez que o borbulhamento termine fechar a v lvula de purga Abrir lentamente as v lvulas de sa da de l quido Funcionamento normal do condensador Figura 50 Procedimento de purga de incondens veis pela entrada de am nia gasosa 87 O procedimento de purga manual tamb m pode ser realizado no reservat rio de am nia l quida conectando uma mangueira em uma v lvula de purga e levando a outra extremidade da mangueira at uma bombona com gua na qual ser realizada a purga por borbulhamento O ideal se purgar por v lvulas que n o fiquem muito pr ximas entrada de am nia l quida no reservat rio conforme mostrado pelo ponto X na Figura 51 Figura 51 Purga de incondens veis no reservat rio de l quido Apesar de necess rios os procedimentos de purga de incondens veis realizados de forma manual n o s o totalmente efetivos pois o ar pode migrar de um lado para o outro dependendo das condi es de carga e montagem O procedimento manual mais efetivo nas condi es de sistema totalmente parado quando o ar tende a se acumular nas partes mais altas do sistema condensadores evaporativos e pod
72. o e act da 59 PASTEURIZA O asudadvaduadodanacocadsaacaiaaisfadocadssadsnadaLa 60 ETAPAS NO PROCESSO PRODUTIVO QUE REQUEREM REFRIGERA O ssceeeeeeeee 61 ESTUDO DE CASO CARACTERIZA O cccerereeeneneesesesererereeenensasasese 66 ACOES DE MELHORIA DE EFICI NCIA E RESULTADOS 72 A ES COM IMPACTO NA PRESS O DE CONDENSA O DESCARGA cccceecececessssss 72 Limpeza e Manuten o dos Condensadores Evaporativos 73 Automa o dos Condensadores Evaporativos em Fun o da Temperatura de MEAT RG DO assa 76 Tratamento de Agua dos Condensadores Evaporativos scccceseeeeees 81 Purga de TACOMA EMSA VES quan gorila SS a 82 A ES COM IMPACTO NA PRESS O DE EVAPORACAO SUCCAO ccccsssssssssssssseeees 89 Separa o de Regimes erre er eeee eee e rare eee renenana 89 Purga de leo nos evaporadores ccccccsseeccccceseececeeeeeecceeeaueeeeeeeaaneees 100 Operar com as maiores temperaturas de etanol gua gelada poss veis 102 RESULTADOS NO CONSUMO ELETRICO sscsscssscsccsssscescscsscesescssccsescescscssessceseses 103 CONCETIS ES an en ee nee eee 107 REFERENCIAS BIBLIOGR FICAS a citicsniinynnrinnaiinmenaitinniateinins 109 TASSINL J O Efici ncia Energ tica em Sistemas de Refrigera o Industrial Estudo de Caso 2012 113 f Disserta o Mestrado em Engenharia Mec nica Faculdade de Engenharia Camp
73. o ou durante as varia es de carga t rmica durante o processo produtivo todo sistema de refrigera o deve ter um reservat rio permitindo que os evaporadores sejam continuamente abastecidos Em sistemas industriais est localizado usualmente abaixo dos condensadores de forma a receber por gravidade o refrigerante l quido A carga total de refrigerante n o deve ultrapassar 90 do volume do reservat rio para uma temperatura de armazenamento de at 40 C Para temperaturas de armazenamento maiores que 40 C a carga de refrigerante n o deve ser superior a 80 do volume do reservat rio ELETROBR S 2005 47 Na pr tica s o chamados reservat rio de l quido garrafa ou tanque de acumula o os reservat rios que armazenam o refrigerante a alta press o proveniente dos condensadores Um exemplo pode ser observado na Figura 23 LEE N va Figura 23 Reservat rio de am nia a alta press o l quida AAPL Os reservat rios de l quido de baixa press o t m a fun o de separar l quido e vapor e evitar que o refrigerante em estado l quido seja aspirado pelos compressores S o na pr tica chamados de separadores de l quido A outra fun o do separador a de absorver as varia es de volume de refrigerante conseq entes das mudan as de carga e na press o de suc o ocasionadas pela varia o de capacidade dos compressores e varia o da carga t rmica dos equipamentos de processo 3 4 Evaporadores Uni
74. ompressores e fazer o controle de temperaturas e press es de evapora o atrav s de v lvulas de expans o dos evaporadores opera se com dois coletores independentes de am nia e compressores dedicados a cada um destes dois sistemas os quais diferem nos par metros de press o de suc o operacionais de acordo com os processos atendidos Na Figura 10 pode se observar um compressor dedicado a regime de press o de suc o Numa instala o real por exemplo um conjunto poderia operar temperatura de 5 0 C para atender determinado processo enquanto outro poderia operar 0 5 C para resfriar gua ES mm O oM V lvula de Seguran a E Baira Prosc o i V lvula de Seguran a Alta Press o Pode de leo com visor de evel Figura 10 Compressor dedicado a um regime de press o de suc o Atualmente a proposta de separa o de regimes apresenta um custo de projeto bastante elevado al m da necessidade de paradas para a adequa o o que representa tamb m certo preju zo por deixar de produzir Portanto qualquer decis o de se implementar divis o de regimes em ind strias que j operam com sistema unificado deve ser baseada em uma an lise econ mica A redu o na pot ncia consumida 32 precisa compensar o custo dos equipamentos adicionais para justificar tal investimento TASSINI SILVEIRA e MAGALH ES SOBRINHO 2011 33 3 COMPONENTES DO SISTEMA DE REFRIGERA O Neste cap tulo s
75. oss vel atingir ainda que infinitos condensadores sejam colocados em funcionamento As a es aqui descritas t m por objetivo reduzir a press o de condensa o ou de descarga at um limite estabelecido chamado aqui de press o tima de descarga Esta redu o impacta diretamente no consumo de energia el trica pois reduz o trabalho de compress o que o maior respons vel pelo consumo de energia el trica como observado na Tabela 7 173 6 1 1 Limpeza e Manuten o dos Condensadores Evaporativos Para garantir que o sistema de condensa o tenha condi es de atingir as press es de descargas recomendadas a es simples de limpeza e manuten o fazem com que as propriedades fluido din micas dos condensadores evaporativos sejam mantidas de modo a maximizar o seu rendimento As capacidades nominais de cada condensador da instala o listados na Tabela 3 consideram equipamentos limpos e livres de incrusta es com o sistema de bombeamento e espalhamento de gua funcionando de acordo ao esperado e com a devida efici ncia de ventila o Esta situa o n o foi a encontrada nesta instala o Constantemente verificava se press es de descarga muito elevadas principalmente em dias muito quentes e ou quando a carga t rmica exigia maior pot ncia de compress o pelo fato de haver v rios processos ocorrendo simultaneamente A opera o deve garantir a limpeza das bacias dos condensadores e do filtro que est po
76. oto obtida pelo autor durante o estudo realizado A boa pr tica de purgar o leo dos evaporadores tem de ser realizada diariamente e o ideal que seja feito um gerenciamento das quantidades de leo purgadas atrav s de um balan o com a quantidade de leo reposta nos compressores o que pode ser til at para identificar poss veis problemas de arraste de leo causado por algum compressor em espec fico O gerenciamento da atividade tamb m uma forma importante de se garantir que o procedimento est sendo executado de forma efetiva A purga de leo tamb m pode ser realizada manual ou automaticamente A Figura 57 mostra leo sendo purgado de um separador de forma manual Figura 57 Purga manual de leo no evaporador Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 102 A purga semi autom tica pode ser realizada atrav s da instala o de potes de coleta de leo interligados na coluna de l quido dos evaporadores Estes potes similares ao mostrado na Figura 58 s o dotados de resist ncias internas que ao serem acionadas evaporam a am nia presente na mistura leo am nia e fazem com que ABPG retorne ao separador de l quido Figura 58 Purga semi autom tica de leo utilizando pote de coleta com resist ncia Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado Existem tamb m sistemas de purga de leo autom ticos que fazem a purifica o do leo para posterior retorno ao sistema 6 2 3 Operar com
77. pois necess rio cuidado especial com poss veis fontes de contamina o perda de CO e incorpora o de oxig nio extremamente prejudicial ao produto Podem ser usadas garrafas e latas envase realizado pelas enchedoras e barris embarrilamento Na Figura 32 observa se uma linha de envasamento de chope Na Figura 33 exibida uma linha de envasamento de latas Na Figura 34 pode ser vista uma parte de uma linha de envase em garrafas Figura 32 Linha de envasamento de chope em barris Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 60 Figura 33 Linha de envase de cerveja em latas Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado Figura 34 Linha de envasamento de cerveja em garrafas Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 4 7 Pasteuriza o Com o intuito de garantir maior durabilidade ao produto devido elimina o de microorganismos realizado o procedimento de pasteuriza o Nesse tratamento Z t rmico a cerveja aquecida at 60 C e resfriada naturalmente at chegar 61 temperatura ambiente O produto pasteurizado possui validade de seis meses ap s o envase O processo usado em cervejas em lata e garrafa n o altera a composi o ou sabor Nos barris a cerveja normalmente n o pasteurizada e apresenta menor prazo de validade variando de 10 a 15 dias necessitando assim de consumo mais r pido AMBEV 2011 4 8 Etapas no processo produtivo que requerem refrig
78. r de freqii ncia e v lvula de deslizamento buscando atingir a press o de suc o definida nos seus par metros de controle e opera o Caso a capacidade do compressor mestre chegue a 100 e n o atinja a press o de suc o desejada por um per odo de tempo X transmitido um sinal ao CLP para 95 acionar o compressor escravo que fazendo controle de capacidade de modo a alcan ar a press o de suc o estabelecida Como o compressor escravo deste circuito pode ser o n mero 6 ou 7 importante ressaltar que quando se opera compressor 6 o controle de capacidade ser realizado apenas utilizando a v lvula de deslizamento enquanto ao se operar o compressor 7 como escravo a capacidade de modula o ser maior j que os dois compressores do circuito mestre escravo contariam com controle de capacidade atrav s de inversor de freqii ncia Se a press o de suc o for atendida antes que o compressor escravo atinja 100 de sua capacidade o compressor mestre vai reduzindo a sua capacidade utilizando o inversor de freqii ncia para modula o e o compressor escravo fica a 100 da sua capacidade Assim como no circuito de refrigera o para resfriamento da solu o de etanol neste caso a press o de suc o para a opera o do compressor mestre tamb m dever ser 0 1 bar maior que a definida para o compressor escravo o que proporciona maiores ganhos energ ticos Sequ ncia de al vio de carga do sistema gua gelada o
79. r durante o estudo realizado 82 E dif cil mensurar e avaliar resultados e condi es de antes e depois de um bom tratamento de gua pois os resultados v o muito al m da capacidade de condensa o do sistema e como foi afirmado anteriormente t m impacto sobre a conserva o e manuten o dos equipamentos 6 1 4 Purga de Incondens veis Outra a o para aumento de efici ncia que tem apresentado bons resultados refere se a manter o circuito de refrigera o livre da presen a de ar ou gases incondens veis A presen a de incondens veis no sistema de refrigera o causa uma s rie de problemas operacionais As pr prias pessoas que trabalham na opera o de sistemas de refrigera o costumam afirmar que neste tipo de sistema que opera com press es de suc o positivas n o existe incorpora o de incondens veis De fato em instala es frigor ficas em ind strias que processam carnes bovinas e de aves quando se opera com press es de suc o negativas na ordem de 1 0 bar a incorpora o de ar no sistema ocorre com maior frequ ncia YORK REFRIGERATION 2008 Por m ar pode ser incorporado mesmo em sistemas com press o positiva em ocasi es de troca de leo no sistema de compress o quando o v cuo n o efetivo na abertura nas linhas substitui o ou limpeza de filtro coalescente etc Todo o ar que penetra no sistema por ocasi o destes e outros fatores tendem a acumular se nas regi es de alta press
80. re Compressores 5 3 2 1 escravos em ordem de rod zio que pode ser alterado no sistema supervis rio permitindo qualquer combina o entre eles Configura o 2 Compressor 7 mestre Compressores 5 3 2 1 escravos que permitam a altera o do rod zio da mesma forma que o proposto na configura o normal Configura o de sistema unificado Compressores 4 7 8 mestres Demais compressores escravos Uma observa o importante que o compressor n mero 7 interligado s duas linhas de suc o Portanto pode ser utilizado tanto no circuito de gera o de gua gelada como tamb m no circuito para resfriamento de solu o de etanol desde que sejam respeitadas as suas configura es de opera o e sejam posicionadas corretamente as v lvulas nas tubula es de suc o de acordo com o desejado As vari veis principais de comando s o press o de suc o do sistema de etanol e press o de suc o do sistema de gua gelada sendo que os transdutores de press o j s o existentes Quando o sistema operar em regime unificado dever seguir somente o transdutor de press o do sistema de refrigera o de etanol Na Figura 55 exibido o diagrama referente sequ ncia de partida e al vio quando o sistema opera utilizando a separa o de regimes com o detalhamento a seguir 93 Ligar compressor mestre Aumentar capacidade do compressor mestre utilizando inversor de frequ ncia
81. re verificar o filtro Ativar o condensador no supervis rio Acionar a el trica para remover gaveta na sala el trica e colocar etiqueta de bloqueio de energia no painel Colocar etiqueta de bloqueio de energia na sala do supervis rio Verificar filtro se sujo retirar para limpeza com gua e escova de a o Limpar a bacia Retirar eliminador de Ligar bomba gotas Acionar el trica para remo o da gaveta da bomba na sala el trica Desligar bomba Acionar a el trica para repor todas as gavetas na sala el trica e retirar etiqueta de bloqueio de energia Repor gua do condensador Fluxograma para limpeza de condensador evaporativo 75 Quanto efici ncia do sistema de ventila o outros cuidados com manuten o e conserva o garantem o rendimento fluido din mico dos condensadores No caso dos modelos com ventiladores centr fugos importante avaliar periodicamente os acoplamentos verificando as correias quanto folga ou ruptura Na Figura 42 observam se acoplamentos nos quais existem correias faltantes ou com folga elevada As correias acabam deslizando e o consumo de energia el trica n o est sendo convertido na energia de ventila o necess ria al m de apresentar distor o harm nica de corrente sa RNA Figura 42 Acoplamentos motor ventilador com correias faltantes Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado As a es de rotina explicadas neste t pico envol
82. ress o de descarga do sistema de refrigera o 76 Press o tima de descarga em fun o da TBU asenensorscuecaaascmmroaceseses s 17 Principio de opera o da esta o meteorol gica ssa aniciianowacses 78 Esta o Meteorol gia iors ss ecciisoreuesditcansstcucesncesdnunesdvesmnsnSemavivesannse eens aes 79 Figura 47 Figura 48 Figura 49 Figura 50 Figura 51 Figura 52 Figura 53 Figura 54 Figura 55 Figura 56 Figura 57 Figura 58 Figura 59 Figura 60 Figura 61 13 V lvulas autom ticas para purga de fundo das bacias dos condensadores Procedimento para verifica o da presen a de incondens veis 84 Procedimento de purga de incondens veis pela sa da de am nia liquida Shas OPERA DA SPA UR URNA RR IS RR IRA RN A 86 Purga de incondens veis no reservat rio de l quido 87 Purga de incondens veis com equipamento autom tico 88 Sistema de refrigera o com separa o de regimes c 90 Esquem tico de URL e v lvulas de controle de suc o 91 Diagrama representativo da autOMacadO ssseececcceeeeeeeeeesnneeeeeeeeeeees 93 Exemplo de evaporador com presen a de OlEO sssaseescessesusaianosencentodoos 101 Purga manual de leo no Sy apOradOn Ss sessao asas ieee 101 Purga semi autom tica de leo utilizando pote de coleta com resist ncia ts sug spied AE
83. ressor est superaquecido temperatura T ELETROBR S 2005 Condensador Lado de Alta Press o Lado de Baixa Press o Dispositivo de Expans o Compressor hz3 h4 hy ho h Figura 1 Ciclo te rico de refrigera o por compress o de vapor Eletrobr s 2005 b Processo 2 3 Ocorre no condensador sendo um processo de rejei o de calor do refrigerante para o meio de resfriamento ar gua ou outro fluido press o constante Neste processo o fluido refrigerante resfriado da temperatura T at a temperatura de condensa o Tc e a seguir condensado at se tornar l quido saturado na temperatura T3 ELETROBR S 2005 23 c Processo 3 4 Ocorre no dispositivo de expans o sendo uma expans o irrevers vel a entalpia constante processo isent lpico desde a press o Pc e l quido saturado x 0 at a press o de vaporiza o P Observe que o processo irrevers vel e portanto a entropia do refrigerante na sa da do dispositivo de expans o s4 ser maior que a entropia do refrigerante na sua entrada s3 ELETROBRAS 2005 d Processo 4 gt 1 Ocorre no evaporador sendo um processo de transfer ncia de calor a press o constante P consequentemente a temperatura constante To desde vapor mido estado 4 at atingir o estado de vapor saturado seco x 1 ELETROBR S 2005 2 2 2 Ciclo Real de Refrigera o por Compress o de Vapor As principais
84. rga de leo nos evaporadores A utiliza o dos leos lubrificantes para os compressores de fundamental import ncia Por m quando um sistema de refrigera o est em funcionamento uma parcela da quantidade de leo dos compressores passa pelo separador de leo e arrastado para o sistema fen meno conhecido como arraste de leo Isto ocorre por diversos motivos tais como altera o brusca no controle de capacidade do compressor a filtros coalescentes saturados ou por problemas no compressor O leo arrastado acaba se depositando nas partes mais baixas dos equipamentos principalmente nos evaporadores ou nos separadores de l quido de baixa press o A presen a de leo no evaporador atua como um isolante t rmico e faz com que sejam necess rias menores temperaturas de evapora o para compensar a defici ncia na troca t rmica Como resultado os compressores consomem mais pot ncia el trica e ficam com capacidade reduzida j que a press o de suc o decresce Um sintoma t pico de presen a de leo no evaporador mostrado na Figura 56 Observa se que h forma o de gelo na parte superior do trocador devido baixa temperatura em sua superf cie causando condensa o e solidifica o de vapor de gua presente no ar enquanto que na parte inferior onde h presen a de leo as temperaturas n o s o suficientemente baixas para formar gelo 101 Figura 56 Exemplo de evaporador com presen a de leo F
85. rias produtoras de cerveja respons vel pelo consumo el trico de 30 a 40 do total de energia el trica consumida pela planta Esta informa o foi obtida nas visitas algumas ind strias do setor realizadas durante esta pesquisa Para o caso estudado os equipamentos do sistema de refrigera o representam uma m dia de 34 do consumo anual de toda a f brica No pr ximo cap tulo s o descritas e detalhadas todas as a es de aumento de efici ncia para o sistema de refrigera o considerado com os respectivos resultados alcan ados Tabela 7 Equipamentos e pot ncias el tricas Equipamento Compressor parafuso MYCOM N 250 VSD TS Compressor parafuso MYCOM N 250 VSD TS TOTAL COMPRESSORES Condensador Evaporativo SEMCO BAC VLC 800 NO 5 Condensador Evaporativo SEMCO BAC VLC 800 75 55 2 Condensador Evaporativo SEMCO BAC VLC 800 15 55 2 Condensador Evaporativo SEMCO BAC VLC 454 47 5 34 96 JOBIM oo JL HN ny BY NO Pot ncia El trica Nominal CV 500 500 4250 T Pot ncia El trica Nominal kW 368 368 3128 55 2 Bomba de recircula o de etanol circuito prim rio 60 44 16 Bomba de etanol para processo circuito secund rio 40 29 44 Bomba de etanol para processo circuito secund rio 40 29 44 40 NO Bomba de etanol para processo circuito secund rio Bomba de etanol para processo circuito secund rio E 40 29 44 29 44 TOTAL BOMBEAMENTO CIRCUI
86. rojetos de Ffici ncia Energ tica T rmica e de Troca de Combust veis em Cervejarias Disserta o de Mestrado Universidade de S o Paulo S o Paulo 2010 CIA CERVEJARIA BRAHMA Sistema de Refrigera o com Am nia Revis o A Rio de Janeiro 1993 DANFOSS Reguladores de Press o e Temperatura Cat logo T cnico S o Paulo 2001 ELETROBRAS FUPAIEFFICIENTIA Efici ncia Energ tica em Sistemas de Refrigera o Industrial e Comercial Rio de Janeiro Eletrobr s 2005 316p 110 FERRAZ F GOMES M O hist rico da Refrigera o Fluidos Refrigerantes Oz nio Processo de Forma o Destrui o Sistemas de Refrigera o Componentes se um Sistema de Refrigera o CEFET BA Santo Amaro 2008 60p FRIOPLUS Aumento da Ffici ncia Frigor fica com o Uso do Purgador de Ar Multiponto Artigo de Fio Plus Engenharia Treinamento e Representa es dispon vel em lt http www frioplus com br artigos 3 php gt acessado em 20 de agosto de 2011 GEA Economizando Energia Purgador Autom tico de Ar Multiponto GEA Refrigeration Technologies Brasil Cat logo T cnico Porto Alegre 2009 GEORGE R M Freezing Processes Used in the Food Industry Trends in Food Technology vol 4 p 134 138 1993 LEITE A A F OPORTUNIDADES DE EFICI NCIA ENERG TICA PARA A IND STRIA SETORES COM MAIOR POTENCIAL DE EFICI NCIA ENERG TICA SUM RIO EXECUTIVO CNI Bras lia 2010 86p MARTINELLI JUNIOR L C Refrigera
87. s ventiladores Enquanto os ventiladores centr fugos s o acoplados atrav s de correias os ventiladores de fluxo axial s o acoplados diretamente aos motores el tricos Figura 21 Condensador evaporativo com ventiladores axiais Semco 2007b 44 Os ventiladores centr fugos descarregam o ar na dire o normal dire o de entrada enquanto os ventiladores axiais mant m a dire o do ar no eixo antes e ap s sua passagem pelo rotor O dimensionamento e sele o dos condensadores evaporativos levam em considera o diversos fatores como o tipo do refrigerante a temperatura de bulbo mido deve ser utilizada a m dia das maiores temperaturas de bulbo mido do local da instala o entre outros Mais detalhes podem ser encontrados em ASHRAE 1986 bem como nos cat logos dos fabricantes que disp em de exemplos tabelas e gr ficos para facilitar a sele o Os efeitos das temperaturas de bulbo mido e de condensa o influenciam diretamente a capacidade dos condensadores evaporativos bem como a temperatura de suc o existindo fatores de corre o para a capacidade de rejei o de calor one Cam 9 onde O com Capacidade de Condensa o corrigida kW Or Capacidade de Condensa o na condi o de refer ncia kW F Fator de Corre o Estes fatores de corre o dependem do fabricante e do modelo do condensador onde os dados s o apresentados em termos das capacidades dos diversos modelos a
88. segue para estas instala es para os 55 procedimentos de limpeza sele o de gr os embebi o germina o e secagem dos gr os Os procedimentos s o necess rios para que o amido do cereal possa ser transformado em a car ferment vel o que essencial para a fabrica o da cerveja A primeira etapa na maltaria a limpeza para separa o de palha pedras etc Em seguida feita a sele o dos gr os com o objetivo de homogeneizar o malte Na embebi o os gr os s o armazenados em silos recebem gua e oxig nio e depois de algumas horas atingem maiores teores de umidade e ficam prontos para a germina o Na germina o que dura alguns dias os gr os s o dispostos em estufas com controle de umidade e temperatura para que brotem as rad culas SANTOS e RIBEIRO 2005 No final do processo a cevada germinada passa por secagem ou torrefa o nos fornos de secagem onde interrompido o processo de germina o pela a o do calor Nesse processo chamado de carameliza o ou cura dependendo da intensidade o malte pode assumir colora es e aromas que diferenciam as cervejas 4 2 Brassagem Ap s o recebimento do malte proveniente das maltarias todo processo produtivo a partir daqui ocorre nas cervejarias O malte triturado atrav s de moinhos de rolo ou martelo com o objetivo de expor a parte interna dos gr os para concluir a a o enzim tica disponibilizando as prote nas e o amido presentes no i
89. sfnadores ambionte Tinas formense Mosto Quente ATQ Figura 53 Sistema de refrigera o com separa o de regimes Foram levantados v rios requisitos e a es a serem tomadas para permitir a unidade a operar de forma eficiente e economizar energia el trica no sistema de refrigera o permitindo assim a opera o com a separa o de regimes Estas a es s o descritas a seguir a Instala o de novas v lvulas solen ides piloto de suc o para permitir o sistema operar unificado ou com separa o de regimes Devem ser instaladas nas v lvulas principais das 2 URLs dos circuitos de gera o de gua gelada paralelas s rvores existentes de v lvulas principais de modula o da press o de evapora o PM 3 que s o mostradas na Figura 54 uma nova solen ide piloto EVM em 24Vcc com sinal digital de entrada e sa da no CLP existente para possibilitar a opera o de forma autom tica com sistema de suc o separado ou unificado em caso de necessidade por manuten o de compressores por 91 exemplo Na tela de sistema supervis rio dever o ser disponibilizadas condi es de opera o com sistema unificado com separa o de regimes Na condi o de sistema unificado na qual todos os compressores operam com press o de suc o entre 2 1 a 2 3 bar Figura 38 devem ser energizadas as solen ides ja existentes mantendo as novas solen ides pilotos desenergizadas Para condi o de opera o com separa
90. sicionado a montante da bomba de recircula o de gua para que a efici ncia da bomba seja mantida Outro aspecto importante a limpeza desobstru o dos bicos aspersores Caso o espalhamento e a pulveriza o de gua n o sejam uniformes como exibido na Figura 40 a capacidade condensa o comprometida acarretando um problema adicional que pode ser a incrusta o nas serpentinas Figura 40 Bicos aspersores com entupimento distribui o de gua n o uniforme Foto obtida pelo autor durante o estudo realizado 74 Durante o processo de limpeza outros itens importantes devem ser levados em considera o como o bloqueio de energia para a seguran a e prote o do operador limpeza das serpentinas e eliminadores de gotas etc Foi elaborado um fluxograma com os passos que devem ser seguidos durante a limpeza garantindo assim a efetividade dela Este fluxograma pode ser verificado na Figura 41 IN CIO Drenar gua do condensador Repor gua do condensador Lavar com lava jato e jatear serpentina Drenar gua do condensador Retirar etiqueta de bloqueio de energia da sala do supervis rio Figura 41 Desligar bomba desligamento autom tico dos ventiladores Abrir condensador Acionar a el trica para repor gaveta da bomba na sala el trica Verificar bicos aspersores substituir em caso de obstru o ou quebra e limpar se estiver entupido Limpar novamente a bacia e
91. slocamento do compressor m s dada pelo volume coberto pelos mbolos do ponto morto superior PMS ao ponto morto inferior PMI durante o tempo de aspira o por unidade de tempo 3 1 2 Compressores Parafuso Os compressores parafuso s o hoje muito usados em refrigera o industrial para a compress o de am nia e outros gases e s o geralmente utilizados em instala es de grande carga t rmica Por n o possu rem v lvulas de admiss o e descarga este tipo de compressor funciona em alta rota o combinando grandes capacidades com dimens es externas reduzidas Um compressor parafuso uma m quina de deslocamento positivo que possui dois rotores acoplados montados em mancais para fixar suas posi es na c mara de trabalho numa toler ncia estreita em rela o cavidade cil ndrica O rotor macho tem um perfil convexo ao contr rio do rotor f mea que possui perfil c ncavo PILLIS 2005 Sua geometria b sica pode ser observada na Figura 12 Suc o muy Passagens Regi o de Alta Press o l Descarga Figura 12 Geometria b sica do compressor parafuso Pillis 2005 36 Os espa os entre os rotores e a folga existente entre os mesmos e a carca a s o selados por meio de inje o de leo entre os rotores O compressor parafuso selado com leo aumenta o rendimento volum trico retirando parte do calor ganho na compress o MAYEKAWA 2008 A separa o do leo nebulizado misturado ao g s rea
92. sperar aproximadamente uma hora para que toda a am nia se condense e evacue parao coletor de sa da de l quido Desta forma s restar am nia g s ar na serpentina que ser purgada equil brio bif sico pois a am nia condensada ser drenada para o coletor at o n vel do tanque termosif o Fechar a v lvula de sa da Purgar pela v lvula de purga na linha de sa da de am nia l quida deve ser interligada uma mangueira na sa da da v lvula at uma bombona contendo gua no qual ser realizada a purga por borbulhamento Uma vez que o borbulhamento termine quando cessam as bolhas de ar nota se o ru do caracter stico de sa da de am nia abrir pouco e lentamente a sa da de l quido dos condensadores e continuar purgando Fechar as v lvulas de purga Abrir completamente as v lvulas de sa da de l quido Ligar a bomba e os ventiladores Abrir as v lvulas de entrada de g s com o equipamento em funcionamento normal Figura 49 Procedimento de purga de incondens veis pela sa da de am nia l quida 86 2 Caso gt Purga pelas v lvulas de purga na entrada de am nia g s dos condensadores evaporativos O procedimento descrito no fluxograma da Figura 50 Fechar as duas v lvulas de sa da de am nia l quida no m dulo do condensador evaporativo a ser purgado mantendo em opera o a bomba e os ventiladores Esperar alguns minutos para que a am nia se condense e alague a parte inferior das serpe
93. tanto Qj 5 296 kW URLs 5 e 6 utilizadas pra refrigerar gua tratada fria ATF 1 434 kW cada considerando vaz o de gua tratada fria igual a 456 7 m h e resfriamento de 29 C at 2 0 C Portanto O 2 868 kW Evaporadores Serpentinas de refrigera o nas camisas dos tanques fermentadores e maturadores considerando a pior condi o de ocupa o dos tanques Oran 2 353 kW 69 Somando se todas as cargas de resfriamento 10 517 kW gera o Agora que foram descritas todas as cargas t rmicas de gera o s o listados os processos consumidores O sistema de etanol Ove 5 297 kW atende diversos processos e consumos A Tabela 5 detalha todos os consumos deste circuito Tabela 5 Processos e Consumos do Sistema Etanol Temperatura Temperatura de Entrada de Saida do do Produto Produto Tentrada Etanol Tinas de coleta de Fermento 110 hl Resfriadores de Fermento a placas 5 300 kg h de 15 0 C para 2 0 C Resfriadores de Ambiente para Adega de L pulo Resfriador de Ambiente para Ante c mara de L pulo Resfriador de Ambiente para Sala de Comando Fabrica o 1 Resfriador de Ambiente para PLC s Fabrica o Fabrica o Utilidades 1 Resfriador de Ambiente para Sala de PLC s Packaging Resfriador de cerveja centrifugada FERMAT Linha 1 Resfriador de cerveja centrifugada FERMAT Linha 2 Resfriador de Cerveja a Placas Filtra o Linha 1
94. te l quido em fun o da taxa de evapora o Consiste basicamente em bulbo capilar e corpo S o controladas simultaneamente pela press o de suc o e pela temperatura do fluido sa da do evaporador de modo a garantir leve superaquecimento do fluido que aspirado pelo compressor As v lvulas de expans o termost ticas s o usadas em instala es de refrigera o com um ou mais evaporadores secos com qualquer tipo de fluido refrigerante DANFOSS 2001 51 3 5 4 V lvulas de Expans o Servo Pilotadas As v lvulas de expans o do tipo PM s o as principais v lvulas operadas por piloto para regular press o e temperatura de evapora o em sistemas de refrigera o industrial sendo as mais encontradas na ind stria aliment cia Trata se de um regulador de press o e temperatura acionado por pilotos formando assim um conjunto servo controlado Podem ser usadas em todos os sistemas de refrigera o seja por expans o direta sistema bombeado sistema de adsor o ou em sistema de evaporador inundado Como s o v lvulas servo operadas a sua fun o determinada pelo tipo de piloto utilizado e controlam a vaz o de refrigerante de forma proporcional ou de forma liga desliga de acordo com o sinal enviado pelo piloto Nas ind strias de bebidas usualmente utiliza se do modelo PM 3 que possui 3 conex es para pilotos como podemos observar nas Figuras 25 e 26 Elas s o montadas utilizando um piloto solen ide denomina
95. tem se h h onde h Entalpia do fluido refrigerante no ponto 3 kJ kg h Entalpia do fluido refrigerante no ponto 4 kJ kg Dispositivo de Expans o A g Volume de rh Controle h3 h4 Processo no dispositivo de expans o Figura 6 Eletrobr s 2005 2 2 4 Coeficiente de Performance COP O par metro de efici ncia utilizado na an lise das instala es frigor ficas o Coeficiente de Efici ncia ou Coeficiente de Performance COP Coefficient of 5 Performance definido por COP Qo W C onde Q calor removido do ambiente a baixa temperatura energia til W trabalho l quido energia gasta 29 A Figura 7 mostra esquematicamente o diagrama p h para o Ciclo de Carnot Neste caso o coeficiente de performance pode ser escrito como T s s T COP arnat 6 Ti s s Ti s s3 T T onde os indices referem se aos estados da Figura 7 T temperatura K s entropia kJ kgK Pressao Entalpia Figura 7 Diagrama p h do ciclo frigorifico de Carnot Pode se dizer ainda que o COP do ciclo est relacionado s diferen as de temperatura entre o ambiente refrigerado e o evaporado e entre o condensador e a atmosfera Para um ciclo de compress o a vapor b sico temos COP ani 7 2 1 onde os indices se referem aos estados apresentados na Figura 1 A obten o de um COP elevado est relacionada a redu o do trabalho necess rio para um dado
96. terizam se por terem controle estritamente manual onde a vaz o atrav s da v lvula depende da diferen a de press o no orif cio e da abertura que realizada manualmente 50 A principal desvantagem deste tipo de v lvula a de n o responder s mudan as de carga do sistema tendo a necessidade de serem ajustadas manualmente cada vez que a carga se modificar Portanto adequada apenas para instala es nas quais a carga t rmica relativamente constante 3 5 2 V lvulas de Expans o Autom tica A v lvula de expans o autom tica funciona para manter uma press o constante no evaporador alagando a sua superf cie dependendo das mudan as de carga constitu da por uma agulha e assento fole ou diafragma de press o e uma mola de tens o vari vel por meio de um parafuso regulador CIA CERVEJARIA BRAHMA 1993 A v lvula operar automaticamente para regular a vaz o de refrigerante l quido dentro do evaporador de modo que a press o mantida independente da sua carga As caracter sticas de opera o da v lvula de expans o autom tica s o tais que a mesma se fecha suavemente quando o ciclo do compressor desligado e permanece fechada at que o ciclo do compressor seja ligado outra vez YORK REFRIGERATION 2008 3 5 3 V lvulas de Expans o Termost tica S o as mais utilizadas e o seu controle feito pelo superaquecimento do g s de aspira o que deixa o evaporador e regula a vaz o do refrigeran
97. to de gua gelada dever ser definido que at 70 do n vel do tanque de gua gelada a vaz o de gua para resfriamento dada pelo valor de vaz o definido em cada URL ser a nominal de projeto 100 Para n veis entre 70 e 80 deve ser reduzida a vaz o das duas URLs em 75 da vaz o nominal atrav s da modula o das v lvulas proporcionais De 80 a 90 a vaz o a dever ser 50 da vaz o nominal para n veis de 90 a 100 vaz o de 25 da nominal e finalmente em 100 de n vel as v lvulas de controle e a v lvula borboleta com atuador eletro pneum tico da entrada de gua para resfriamento dever o ser fechadas Para o religamento do sistema com n vel abaixo de 90 a l gica estabelece vaz o de 50 da vaz o nominal de projeto entre 70 e 79 a l gica deve estabelecer 75 da vaz o e abaixo de 69 a vaz o deve ser re estabelecida em 100 A condi o 2 considera um ou nenhum consumidor em opera o Para possibilitar que o controle PID dos compressores atendam s varia es de carga t rmica do circuito de gua gelada dever o ser estabelecidas as seguintes condi es de vaz o de gua nas URLs de acordo com o n vel do tanque de gua gelada N vel at 60 vaz o nominal de projeto N veis entre 60 e 70 vaz o 75 da vaz o nominal De 70 a 80 a vaz o deve ser estabelecida em 50 da vaz o nominal De 80 a 100 vaz o ser 25 da nominal Em 100 devem ser fechadas as v lvulas da entrada de
98. tor d Condensador Evaporativo Modelo REE Nominal Corrigida correcao GW amp w SEMCO BAC modelo VLC 800 3 419 SEMCO BAC modelo VLC 600 3419 SEMCO BAC modelo VLC 800 3 419 2 264 SEMCO BAC modei VLC454 SEMCO BAC modelo VLC 908 SEMCO BAC modde VLC 908 Capacidade Total de Condensa o 1 849 1 225 3 699 2 449 3 699 2 449 ee SECO BAC modo VLC 454 ae e os mo 1228 68 Tabela 4 Fatores de corre o para condensadores evaporativos SEMCO 2007a Temp Refrigerante R717 Am nia Cond Temperatura de Bulbo Umido C PC A 1 37 1 59 1 92 216 247 291 358 J J J 1 25 1 43 1 69 1 87 2 10 241 284 1 07 1 19 1 36 1 47 1 61 1 78 2 00 2 17 2 35 2 70 3 52 4 34 ee Pe ea 1 08 1 15 123 apii iae pisi isi marana 0 59 0 62 0 66 0 0 54 0 56 0 59 63 0 65 068 0 69 0 70 073 0 77 0 80 No caso apresentado vale ressaltar que o compressor 6 atua como compressor reserva do sistema c d Evaporadores URLs Total de 6 Evaporadores URLs marca APV modelo LR 9GNSS sendo URLs 1 2 3 e 4 utilizadas para refrigerar a solu o de etanol a 25 fluido intermedi rio que posteriormente segue at o tanque de etanol gelado para ser bombeado aos consumidores do processo 1 324 kW cada considerando vaz o de solu o de etanol igual a 116 m h e refrigera o de 5 4 C at 4 5 C Por
99. tura deve ser apenas mantida e Refrigera o na Filtra o A cerveja proveniente da matura o aproximadamente a 0 C passa novamente por outro trocador de calor a placas at que atinja temperatura m dia de 2 0 C para que seja realizado o processo de filtra o 64 f Blendagem com gua desaerada Esta etapa n o foi citada no processo produtivo por ser um processo relativamente novo e n o ser padr o para todas as cervejarias Por m no presente caso a cerveja produzida com maior grau de concentra o grau plato a qual na pr tica chamada de cerveja concentrada Ap s a filtra o a cerveja dilu da em gua livre de oxig nio extremamente prejudicial cerveja pois provoca a sua oxida o Esta gua produzida num processo chamado ALDOX que possui esta denomina o por tratar se de um projeto da Alfa Laval AL e tratar da desoxigena o da gua DOX Na Figura 38 mostrada uma instala o de desoxigena o de gua Como interessa apenas o consumo de carga t rmica de refrigera o n o cabe aqui descrever todo o processo de desoxigena o da gua por m esta etapa na produ o deve ser considerada entre as demais pois a gua ap s a desoxigena o processo em que se utiliza vapor e CO deve apresentar temperatura aproximada de 2 C que a temperatura na qual utilizada para a dilui o da cerveja concentrada Figura 38 Esta o para fabrica o de gua desaerada
100. ua Tratada Quente Controlador L gico Program vel Coeficiente de Performance Piloto Mec nico Piloto Eletr nico Controlador de N vel no Separador de L quido Controlador de Temperatura no Evaporador Piloto Solen ide Processo Entre as Etapas de Fermenta o e Filtra o Am nia Proporcional Integral Derivativo V lvula de Expans o Servo pilotada Ponto Morto Inferior Ponto Morto Superior Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica Sensor de Temperatura Am nia V lvula de Deslizamento Slide Valve Temperatura de Bulbo mido Unidade Resfriadora de L quido 16 1 INTRODUCAO A gest o dos recursos de energia hoje um dos principais desafios que em nivel mundial a sociedade moderna enfrenta O desenvolvimento econ mico prevalecente nas ltimas d cadas caracterizou se pela utiliza o muito intensa de energia gerada a partir de recursos de origem f ssil A natureza finita desses recursos naturais e O impacto ambiental da sua produ o e consumo alertaram o mundo para a necessidade de mudan a dessas premissas de suporte ao modelo de desenvolvimento Aliada a esta realidade surgiram ainda as evid ncias da globaliza o que hoje nos demonstram a interdepend ncia de fatores que antes eram olhados como independentes tais como o acesso e a utiliza o de energia e o desenvolvimento econ mico o combate pobreza e as preocupa es ambientais e clim ticas entre outros A energia
101. upam relativamente pouco espa o al m de apresentarem pre os competitivos Utilizando a Primeira Lei da Termodin mica e considerando que n o ocorre condensa o do vapor de gua do ar podemos escrever Oy n e Taa Ta 11 onde Q Capacidade frigor fica do evaporador m vaz o m ssica do fluido a ser resfriado Cp calor espec fico a press o constante do fluido a ser resfriado Tea temperatura de entrada do fluido a ser resfriado no evaporador Toa temperatura de sa da do fluido a ser resfriado no evaporador Os evaporadores de placas acoplados a um separador de l quido dedicado bem como seu dispositivo de expans o com os devidos controles de press o e temperatura 49 s o na pr tica chamados de Unidades Resfriadoras de L quido URLs e s o mostradas na Figura 24 Figura 24 Exemplos de unidade resfriadora de l quido URL 3 5 V lvulas de Expans o As v lvulas de expans o reduzem a press o e regulam a vaz o do fluido refrigerante Quando est instalada na linha de l quido a alta press o ela reduz bruscamente a press o e conseqiientemente a temperatura Am nia a alta press o l quida AAPL transformada em am nia a baixa press o l quida ABPL com forma o de flash g s de am nia Quando est instalada na linha de l quido de baixa press o ela regula a vaz o da am nia controlando a temperatura de evapora o 3 5 1 V lvulas de Expans o Manual Carac
102. us de Guaratinguet Universidade Estadual Paulista Guaratinguet 2012 RESUMO Em alguns tipos de ind stria como por exemplo a de latic nios bebidas e frigor ficos o sistema de refrigera o respons vel por uma parcela significativa no consumo de energia el trica Tendo como objetivo a redu o deste consumo foi realizado um estudo de caso em uma ind stria produtora de bebidas sendo analisados todos os componentes do sistema de refrigera o O sistema de refrigera o analisado utiliza am nia anidra NH3 como fluido refrigerante no circuito principal e solu o de etanol no circuito secund rio sendo composto por compressores do tipo parafuso condensadores evaporativos evaporadores de placas conjunto de bombas e v lvulas expansoras com controle eletr nico Usualmente os sistemas de refrigera o atendem diversos processos e etapas de produ o que diferem nos requisitos de temperatura de produto Al m disso por serem projetados para atender a maior demanda esperada constituem uma grande oportunidade de otimiza o nos per odos fora de pico de consumo Foram descritos e detalhados os componentes do sistema de refrigera o bem como todas as a es e requisitos necess rios para melhoria na efici ncia energ tica da instala o A implementa o destas a es de melhoria de efici ncia na planta industrial estudada contou com um investimento total de R 302 000 00 e foram respons veis por um ganho anual de
103. vem quest es operativas e de manuten o consideradas portanto como a es sem investimento e de f cil implementa o Na Figura 42 exibido gr fico com os resultados obtidos atrav s da tomada destas a es Foi considerado per odo com m dias de temperatura de bulbo mido similares bem como carga t rmica de produ o elevada que ocorre durante estes meses Observa se uma mudan a no patamar das m dias di rias de press es de descarga operativas Esta queda deve se ao fato de que o sistema de condensa o estava sendo insuficiente para reduzir a press o de descarga Haviam muitos ventiladores em manuten o problemas de limpeza entre outros 76 Antes m dia 12 0 bar xd dm we a 7 gi o i nn Depois m dia 11 4 bar a N 11 5 oO Do n S Bags U o a 10 9 5 o 1 o in T T T T T T T 1 30 12 19 01 08 02 28 02 Figura 43 M dia di ria da press o de descarga do sistema de refrigera o 6 1 2 Automa o dos Condensadores Evaporativos em Fun o da Temperatura de Bulbo mido sabido que a capacidade de condensa o se reduz com o aumento de temperatura de bulbo mido STOECKER e JABARDO 2002 e que a temperatura da gua de condensa o e consequente press o de descarga pode ser otimizada atrav s da condi o de temperatura de bulbo mido local OSTENDORP 2010 trazendo ganhos em efici ncia O conceito de press o tima de descarga
104. za o e principalmente limpeza lavagem a quente de m quinas e instala es frequentemente com gua em press o elevada Os principais processos consumidores de energia el trica s o refrigera o resfriamento e condicionamento de ar Para for a motriz s o extrus o moagem tritura o ou pulveriza o e mistura BAJAY GORLA e ROCHA 2010 BARBOSA 2010 afirma que as cervejarias t m gasto anual m dio superior a US 200 000 000 00 com consumo de energia Estes custos s o respons veis por 3 a 8 do custo total de produ o o que torna a efici ncia energ tica e a redu o do consumo um importante recurso para redu o no custo produtivo As medidas de 20 melhoria em efici ncia tanto para o setor de utilidades quanto para outros setores ser vista como uma boa oportunidade de redu o de custos 2 1 Introdu o Refrigera o O emprego dos meios de refrigera o j era do conhecimento humano mesmo na poca das mais antigas civiliza es FERRAZ e GOMES 2008 Cerca de 25 da produ o de alimentos perec veis no mundo refrigerada GEORGE 1993 existindo ainda uma vasta estrutura para produ o transporte e estocagem desses alimentos Por outro lado refrigera o pode ser utilizada em processos de mudan a das caracter sticas ou mesmo estrutura qu mica denominando se processamento de alimentos Entre aqueles que s o submetidos a processos que utilizam refrigera o durante sua prepara

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