Face aos elevados consumos de energia, os estabelecimentos de transformação de alimentos vêm-se actualmente na contingência de analisar e cuidar dos mesmos através da aplicação de medidas e acções que promovam uma boa utilização da energia.
A eficiência energética pode oferecer uma gama de poupança em vários domínios tais como a redução dos custos energéticos, redução dos custos de manutenção e confiança no sistema, melhoria da segurança, aumento da produtividade, melhor adequação da carga de refrigeração e capacidade dos equipamentos, melhor ambiente de trabalho e redução do consumo de recursos e de emissão de gases com efeito de estufa (Victoria, 2009).
O valor de poupança de energia nos sistemas de refrigeração está relacionado com o número e o tipo de medidas aplicadas e da qualidade da tecnologia usada. Uma simples melhoria das práticas operacionais ou uma boa construção da instalação, com um mínimo de despesas pode proporcionar muitas vezes uma redução dos consumos da energia até 15% ou mais, enquanto, que a utilização das melhores técnicas dos elementos do sistema de refrigeração pode actualmente atingir um potencial de redução de consumo de energia entre 15 a 40% (Guilpart, 2009; Manske, 1999; Victoria, 2009).
81% 11% 6% 2%
Distribuição dos consumos totais de energia das centrais de fruta da Catalunha
Refrigeração Tratamento e calibração Iluminação Outras
Segundo Victoria (2009) a melhoria da eficiência energética em sistemas já existentes pode ser alcançada mediante um plano de acção que envolva os seguintes passos: i) análise da potência frigorífica necessária, ii) análise da qualidade do isolamento utilizado, iii) avaliação da distribuição do fluido frigorígeneo no sistema, iv) avaliação dos sistemas de controlo do sistema e os processos de rejeição do calor; v) optimizar a manutenção e finalmente, vi) avaliar a melhoria do sistema após a intervenção. Uma descrição detalhada da influência de cada um destes passos na eficiência energética do sistema de refrigeração pode ser encontrada em IIR (1982), Reindl, (2005) e Victoria (2009). No caso de instalações novas, os principais passos são i) desenho do sistema integrado - como um todo; ii) estimativa da eficiência do sistema para todo o ano; iii) selecção adequada do compressor; iv) selecção dos evaporadores e condensadores; v) selecção do fluido de transferência; vi) aproveitamento do calor; e, finalmente, vii) selecção do fluido frigorígeneo. Uma descrição detalhada sobre o procedimento e a influência de cada um dos passos encontra-se em Reindl (2005) e Victoria (2009). Landymore (2012) refere também que no sector da refrigeração já ocorreram melhorias significativas nas tecnologias dos sistemas de refrigeração, só que algumas das soluções são difíceis de implementar por pequenos e médios estabelecimentos por serem muito dispendiosas.
Ainda, segundo o mesmo autor, nos sistemas de refrigeração e ar condicionado, o compressor é o maior consumidor de energia eléctrica, sendo que na maioria dos casos, consome cerca de 70% do total de electricidade. Uma das formas de combater os consumos de energia eléctrica é diminuir o seu tempo de funcionamento. Este autor apresenta um equipamento electrónico para acoplar aos sistemas de refrigeração (é instalado entre o termostato ou controlador primário e o compressor) de modo a que o compressor reduza o consumo de energia eléctrica. O Energy Saving Modules TM tal como é designado o módulo de controlo, é uma tecnologia para complementar o sistema de controlo de funcionamento do compressor, gerindo de forma automática o seu tempo de trabalho. Este módulo usa a informação recebida para ajustar dinamicamente a duração de cada ciclo de arrefecimento, a fim de ajudar o compressor a trabalhar mais vezes nas suas condições mais eficientes em termos energéticos. O processo, conhecido como “optimização do compressor” pode reduzir o seu tempo de funcionamento até cerca de 30%.
Em França, no sector dos lacticínios, onde os consumos de energia eléctrica no frio é de aproximadamente 740 GWh, estão a ser implementadas um conjunto de medidas de eficiência energética quer ao nível das instalações frigoríficas propriamente ditas, quer ao nível dos processos de tratamento e do fabrico. Dentro destas medidas, destacam-se o abaixamento da temperatura de condensação, o aumento da temperatura de evaporação, a utilização de variadores de velocidade, a utilização de um controlo avançado das instalações frigoríficas, o redimensionamento dos pasteurizadores, a avaliação das economias de energia, a estima do número de equipamentos utilizados nos processos e os consumos de energia associados. Os ganhos energéticos estimados em relação aos valores de consumo iniciais situam-se entre os 10 a 20% (Gautherin et al., 2007).
De acordo com Mirade (2012) a análise precisa do consumo de energia no sector de fabrico de queijos, permite destacar quatro áreas principais de consumo de energia, que são duas correspondentes ao consumo de energia eléctrica e outras duas à energia térmica. Em relação à energia eléctrica temos as bombas, ventiladores, motores dos sistemas rolantes de transporte e iluminação (35%) e os sistemas de refrigeração e equipamentos de armazenamento do leite (20%) e relativamente à energia térmica temos os sistemas de aquecimento, evaporadores e secadores (40%) e os equipamentos afectos ao processo de limpeza diária (5%).
Alguns autores são da opinião que pode ser alcançada uma grande economia de energia nos estabelecimentos de alimentos se forem implementadas sistemas de gestão e políticas de monitorização dos consumos de energia, eficientes (AlQdah, 2010; Fritzson and Berntsson, 2006; Muller et al., 2007; Xu et al., 2009), ou se as tecnologias existentes e sistemas convencionais forem bem conservados (Gigiel and Collett, 1989; IIR, 1982; James and James, 2010). A economia de energia também pode ser alcançada se forem melhorados os sistemas actuais, como, por exemplo, usando motores eléctricos de alta eficiência (CE, 2006; Worrell, 2009), ou implementando sistemas de velocidade variável nos motores (Abdelaziz et al., 2011; González- Ramírez et al., 2013; Qureshi and Tassou, 1996; Saidur, 2009; Tassou, 1998; Teitel et al., 2008). O desenvolvimento de novas tecnologias de conservação de alimentos com potencial muito reduzido de impacto ambiental (James, 2011; Lung et al., 2006; Pereira, 2010; Tassou, 2010), juntamente com a redução de desperdícios de alimentos e (ou) a sua utilização, por sua vez, também pode ser usado como uma fonte de energia (Nguyen, 2010; Plemper, 2003; Virmond, 2011). Podemos em alguns casos também aproveitar o calor disponível nas indústrias como por exemplo o calor dos condensadores e dos condensados (Fritzson and Berntsson, 2005; Kapustenko et al., 2008).
Picque (2009) aplicou em laboratório a técnica de variação sequencial do fluxo de ar na maturação do queijo no interior de câmaras de cura. Através do controlo do fluxo de ar de forma sequencial no interior da câmara de maturação de queijo (1/3 do tempo de maturação) com mais de 2/3 do corte do ar conclui que as propriedades do queijo não se alteraram e que se atingia economias de energia desde 41 kWh a 170 kWh dependendo da estratégia aplicada. No seguimento desta investigação a mesma foi alargada à escala industrial e neste caso consegue-se alcançar uma redução do consumo de energia da ordem dos 18% (Mirade, 2012).
Ainda, no seio desta investigação nasceu o projecto Europeu TRUEFOOD financiado pela Comissão Europeia, que teve como objectivo estudar estratégias de gestão do fluxo variável de ar (SAV) no interior de câmaras à escala industrial, com a intenção de manter as características de cor, sabor e aroma idênticas à dos queijos curados mediante fluxo contínuo, e concluíram que as propriedades dos queijos não sofreram alterações e que se obtém as características típicas destes produtos.
Moreno (2006) refere que o processo de secagem de produtos, como os enchidos, presunto e queijo, é o mais dispendioso em termos energéticos e, por conseguinte, é de opinião que uma das possibilidades de reduzir os consumos energéticos consiste em aproveitar as condições do ar exterior ao secador quando estas são adequadas para o processo de secagem que se realiza no
interior do secador. Com este procedimento podem atingir-se poupanças de energia de cerca de 24,7%. De acordo com o mesmo autor, outra técnica possível para reduzir os consumos de energia na secagem de enchidos e presuntos, consiste na utilização de materiais dessecantes ou absorventes que são introduzidos no circuito de circulação de ar que entra no secador dos produtos. Com esta técnica podem obter-se economias de energia de cerca de 50 %. No entanto apresenta a desvantagem de ser muito cara.
Ainda relativo à secagem de presunto, Ortega (2011) apresenta uma técnica relacionada com o tempo de funcionamento das unidades de tratamento do ar, que em condições bem controladas podem estes equipamentos ser desligados durante períodos de tempo controlados, em que a energia é mais cara. Durante a paragem dos equipamentos são garantidas as condições de temperatura e humidade relativa dentro dos parâmetros pretendidos para que não ocorram alterações nos produtos. Neste caso, as condições ambientais internas da câmara de secagem mantem-se devido à acumulação térmica (frio) e ao intervalo dentro dos quais os parâmetros temperatura e humidade relativa podem variar. Com esta técnica consegue-se uma poupança dos custos com a energia eléctrica da ordem dos 5% e uma redução de cerca de 50% no pico da potência eléctrica absorvida.
Igualmente, também em 1991 foram auditados 31 estabelecimentos de carne da mesma região (Sarvisé, 1993). Estes estabelecimentos apresentavam um consumo de 22669 tep dos quais 10337 tep correspondiam a energia eléctrica (45,6%) e o restante 12332 tep, correspondia a energia térmica (54,4%). Após serem aplicadas algumas medidas de poupança de energia – automatização das centrais frigoríficas, melhoramento do isolamento das câmaras de refrigeração e controlo dos processos de descongelamento dos evaporadores – resultou uma economia de energia das instalações frigoríficas de 2058,5 tep/ano, ou seja 19,9% da energia eléctrica consumida. O mesmo autor, realizou igualmente em 1991, na região da Catalunha um estudo a 12 estabelecimentos da fileira dos lacticínios, que totalizava um consumo energético de 11945 tep dos quais 2461 correspondia a energia eléctrica (20,6%). Estas indústrias já possuíam um grau tecnológico evoluído e a economia de energia na área do frio alcançada foi de 2,7% da energia eléctrica. As medidas sugeridas foram a substituição dos sistemas de acumulação de frio que se encontravam instalados (centrais de circuito indirecto), por outros de maior rendimento e a instalação de condensadores evaporativos.
Com base num estudo de 50 auditorias energéticas realizadas a centrais de fruta, da região da Catalunha, que envolveu 818 câmaras de refrigeração, ICAEN (2010) estimou um potencial de poupança de energia total de 5916558 kWh/ano e propõe um conjunto de medidas de eficiência energética, tais como, implementação de condensadores evaporativos (7,2 %), melhoria do funcionamento dos evaporadores (23,9 %), substituição do refrigerante (8,4 %), redução das perdas de frio/calor (10,5%), substituição do processo de descongelamento no evaporador (16,5%) e regulação da velocidade dos motores aplicando variadores de velocidade (33,6%). O tempo médio para retorno do investimento aplicado é de 4,35 anos.
Um estudo similar ICAEN (2009) apresenta também uma série de medidas de eficiência energética e respectivas poupanças de energia eléctrica na fileira da carne, para o frio
industrial. Este estudo é o resultado de auditorias energéticas realizadas em 51 estabelecimentos e 441 câmaras de refrigeração. Os resultados obtidos apontam para um consumo total de energia de 108824 MWh/ano distribuído em 66187 MWh/ano de energia eléctrica (60%) e 42637 MWh/ano de energia térmica (40%). A poupança de energia eléctrica no frio industrial é de 20000,8 MWh/ano, através da implementação de medidas de eficiência energética de diminuição das perdas de frio através de cortinas de ar (22,6%), implementação de condensadores evaporativos (46,7%), alteração dos sistemas de descongelamento dos evaporadores (4,2%), melhoramento do rendimento dos evaporadores – implementação de válvulas electrónicas (23,6%) e alteração do fluido frigorígeneo (2,9%).
Acções de melhoramento da utilização num matadouro são também apresentadas num relatório da Comissão Europeia (EC, 2005). As acções de eficiência energética implementadas contemplam a componente térmica e eléctrica. As principais acções implementadas foram no controlo computorizado dos consumos de energia eléctrica e de combustíveis, melhoria dos isolamentos, vedação de fugas em ar comprimido, monitorização do tempo de trabalho dos sistemas de refrigeração. O isolamento das válvulas e condutas são monitorizados através de computador para detectar fugas de água quente e de vapor. Foi igualmente instalado um sistema informático com accionamento de alarme, quando as portas das câmaras e dos cais são deixadas abertas. Também foi colocado isolamento nas paredes e nos telhados para proteger o aquecimento ou arrefecimento do exterior. Cerca de 25 a 40 % das perdas de calor são provenientes do lado de fora das paredes do edifício mal isolado. Um bom isolamento permite a redução de tais perdas em cerca de 75%.
Um estudo realizado em 1991, em 31 estabelecimentos de fruta na região da Catalunha, (Sarvisé, 1993), apresenta um consumo total de energia de 4304 tep aos quais corresponde 48848 MWh de consumo de energia eléctrica. Do diagnóstico final foi estimado uma poupança energética de 885,5 tep, correspondendo a aproximadamente 20,5% do consumo da energia eléctrica. As principais medidas de poupança de energia a implementar neste caso: são automatização da central frigorífica; controlo do sistema de descongelamento; instalação de condensadores evaporativos; ampliação da superfície dos evaporadores; instalação de humidificadores electrónicos de alto rendimento; e reparação de paredes das câmaras.
Através dos casos apresentados anteriormente vislumbram-se várias medidas possíveis para aplicar nos sistemas de refrigeração com vista à melhoria da sua eficiência energética. Na tabela 1.2 e 1.3 apresentamos uma síntese das medidas elencadas nesta secção e ainda outras propostas por outros autores.
Tabela 1.2 - Medidas principais de eficiência energética aplicadas aos sistemas de refrigeração
Medidas Poupança de energia (%) Referências
Usar sistemas de frio com um único nível de aspiração
↑
Consegue-se até 20% de poupança de energia se tivermos sistemas de refrigeração por nível de aspiração(Langley, 2009)
Regulação do fluxo volumétrico dos compressores
↑
Economia de energia até 20% nos compressores de parafuso comparativamente aos compressores tradicionais(CySTE, 2011; Gameiro, 2002);(Defra, 2012) ;(ICAEN, 2010); (Qureshi, 1996; Tassou,
1998))(Landymore, 2012)) Adequação da potência de projecto
↑
Economia variável (CySTE, 2011); (Langley, 2009), (Defra, 2012) Monotorização e controlo da central defrio.
↑
Economia de energia até 9%. (CySTE, 2011);(Gameiro, 2002) (Defra, 2012),(López, 2005) Utilização do sub-arrefecimento dofluido frigorígeneo
↑
temperatura); 9% (baixa temperatura) Economia de energia de 1% (média (CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012) Redução da temperatura condensação↑
cada 1°C de redução. Um pequeno Economia de energia de 2 a 3% poraumento da capacidade frigorífica.
(CySTE, 2011); (Gameiro, 2002), (Defra, 2012),(ETSU, 2000),
(Little, 1996) Utilização da pressão de condensação
flutuante
↑
Economia de energia até 30% (Christophe, 2010; Manske et al., 2001; Reindl, 2005)Utilização de condensadores bem dimensionados
↑
Um aumento de 10 °C da temperatura de condensação proporciona um aumento do consumo de energia de 30%.(CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012), (ETSU, 2000),
(Little, 1996) Redução do superaquecimento
↑
Economia de energia de 1 a 1,5% 2002);(Langley, 2009) (Garcia and Rubio, Utilização de válvulas electrónicas↑
Economia de energia até 20% (CySTE, 2011); (Defra, 2012) (EECA;2010); Aumento da temperatura deevaporação de aspiração
↑
Economia de energia de 1 a 4 % para cada 1°C de aumento. Aumento da capacidade frigorifica do compressor de 4 a 6%.((CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012),(ETSU, 2000) Comprimir o vapor do fluido
frigorígeneo em várias etapas, em
temperaturas negativas
↑
Economia de energia até 25% (CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012) Reduzir as perdas de transporte dofluido frigorígeno na linha de sução
(diâmetro da tubagem maior)
↑
Economia de energia de 1,5 a 2,5%(CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012)
Regulação da velocidade dos motores, com frequência variável (VFD) - Variable Frecuency Drives.
↑
Economia de energia de cerca de 30 a 70%(CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012) (López, 2005) (Victoria, 2009; Widell, 2010) Utilização de condensadores
evaporativos
↑
total da energia consumida Economia de energia de 6 a 12% do((CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012) (EREN, 2008) (Hajidavalloo e Eghtedari, 2010;
ICAEN, 2009; López, 2005) Utilização do nível óptimo da carga de
refrigerante
↑
Economia de energia 1 a 4% ((CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012) Diminuição das más práticas deoperação das câmaras de refrigeração
↑ Economia de energia 4 a 8%
(CySTE, 2011);(Langley, 2009); (Defra, 2012) Mudança de refrigerante tradicionalpor ecológico
↑
Economia de energia 10 a 15 %(CySTE, 2011); (Langley, 2009), (Gameiro, 2002; ICAEN, 2010;
Pagan et al., 2004) Substituição do sistema de
Tabela 1.3 - Medidas genéricas de eficiência energética
Medidas Poupança de energia (%) Referências
Utilização de bom isolamento nas câmaras de refrigeração e
espessuras adequadas
↑
Economia de energia de 1 a 5%(CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Garcia e Rubio, 2002),(Langley,
2009) Substituição de compressores de
pistão por rotativos (scroll)
↑
Economia de energia de 6 a 16% (CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012),(Langley, 2009) Redução das cargas térmicas dosprodutos
↑
Economia variável (James, 1996) Descongelamento do evaporadorregular e se possível com gás quente
↑
Economia de energia de 5 a 10% em relação à energia gasta na refrigeração(Manske et al., 2001) (ICAEN, 2009, 2010) Substituição de motores eléctricos
por outros de alta eficiência
↑
Economia de energia 3 a 15% (CySTE, 2011); (Gameiro, 2002); (Defra, 2012; EC, 2003, 2006) Manutenção das portas fechadas ecom boas vedações. Utilizar cortinas de ar ou plásticas ou portas giratórias.
↑
Economia de energia até 10%((CySTE, 2011); (Gameiro, 2002), (Defra, 2012), (ICAEN, 2010),
(López, 2005) Instalação de sensores de presença
para iniciar a iluminação
↑
total consumida Economia de energia de 0,16% da energia (ICAEN, 2009) Implementação de um plano degestão energética
↑
consumidaEconomia de energia de 13% da energia total (López et al., 2005) Utilização de um bom isolamentodas envolventes e coberturas
↑
Economia de energia de 1 a 3% (Garcia e Rubio, 2002) Arrefecimento do óleo delubrificação dos compressores de
parafuso
↑
Economia de energia de 3% a 10% (Reindl, 2005),(Victoria, 2009) Realização de uma manutençãoprogramada aos sistemas de
refrigeração
↑
Economia de energia entre 4 a 8%((Reindl, 2005),(Victoria, 2009)) (CE, 2006)
Recuperação do calor de
condensação
↑
Economia de energia de 12% (López et al., 2005) Usar bomba de calor quandoadequada aos processos produtivos
↑
Economia de energia de 8,6% (López et al., 2005) Substituição de lâmpadasincandescentes por lâmpadas
fluorescentes compacta
↑
Economia de energia de 70 a 80% (ICAEN, 2009) Controlo e regulação do arcomprimido