AUMENTO DA PRESSÃO DE SUCÇÃO

O projeto de separação de regimes foi uma das grandes oportunidades encontradas para aumentar a eficiência dos novos sistemas de refrigeração construídos.

Antes havia apenas um sistema de refrigeração por fábrica para atender todas as cargas térmicas, assim a PS deveria ser baixa o suficiente para atender o ponto mínimo de

temperatura do processo.

Evaporadores de fluidos que não precisavam ser resfriados a tal ponto, tinham restrita a pressão de evaporação na válvula PM-3. Apenas 20% da carga térmica precisava de uma PS

tão baixa, então se alterou o conceito de projeto para as novas fábricas que seriam construídas. Passaram a ser montados dois sistemas de refrigeração por fábrica, um operando com uma PS em torno de 3,1 bar, para produzir etanol a 0 °C, e outro operando a uma PS de 2,1

bar, para produzir etanol -3,0 °C. Desta forma se conseguiu operar a maioria dos compressores com um COP maior.

A tabela 5 apresenta os dados do mesmo compressor, obtidos do software da Mycom (MYCOM Screw Performance Software V. 13.9ep), operando com as PS diferentes,

mencionadas anteriormente. Neste caso, o COP do compressor operando a uma PS de 3,1 bar

é, praticamente, 30% maior que operando a 2,1 bar. Sua capacidade aumenta quase 33% e a potência absorvida não chega a ser 3% maior, comparando os dois casos.

Sempre que se opera com uma PS maior, mantendo a mesma PD, aumenta-se o COP do

sistema, pelo aumento da capacidade do compressor, mas também se aumenta a potência absorvida pelo motor. Neste caso o aumento não foi tão significativo, porém há casos que é.

Tabela 5 - Comparação dos dados do mesmo compressor operando com PS diferentes

Fonte: (MAYEKAWA, 2008b).

Isso foi uma das restrições para aplicar o projeto de separação de regimes em alguns sistemas de refrigeração existentes, pois seria necessária a substituição dos motores dos compressores por equipamentos maiores, inviabilizando o projeto. Em outros casos seria necessária a instalação de um novo tanque de etanol e novas bombas também.

Nos sistemas de refrigeração antigos houve alguns casos em que foi possível separar os regimes com a configuração existente. Diferente dos novos projetos, nestes sistemas somente parte da carga térmica, relativa à água gelada, pode ser desvinculada da carga total, devido à dificuldade de instalar um novo tanque de etanol com as respectivas tubulações e bombas.

Em um deles, cuja configuração era de cinco compressores parafuso Sabroe modelo SAB 202 LM-E, projetados para operar com amônia, succionando a 2,1 bar e descarregando a 12,5 bar, com capacidade de 1.532.100 kcal/h e o COP = 5,09, operando a plena carga, acoplados a motores elétricos de 550 CV, foi viável este projeto. Todos os equipamentos possuíam o controle UNISAB II.

A divisão dos circuitos foi realizada, sendo um para água gelada e outro para etanol, de forma que o circuito de água gelada pudesse operar com uma PS maior.

Para isso foi construída uma nova tubulação de aspiração para os compressores. Um compressor ficou dedicado ao circuito de geração de água gelada, enquanto os demais continuaram operando para gelar etanol, sendo que um dos compressores do sistema de etanol era coringa, ou seja, poderia operar também no circuito de água gelada. As tubulações do compressor coringa são apresentadas na figura 42.

Figura 42 - Tubulações do compressor coringa

Fonte: (Autor).

No próprio UNISAB II foi alterada a configuração e set point do sistema de refrigeração, em que o compressor dedicado ao circuito de água gelada operaria. Este compressor passou a trabalhar com uma PS média de 3,1 bar. A capacidade deste compressor

passou para 1.869.100 kcal/h e o COP = 6,20 com a máquina operando a capacidade total. Neste projeto também foram instalados dois inversores de frequência para controle de capacidade dos compressores, sendo um para o circuito de água gelada e outro para o circuito de etanol.

O investimento total deste projeto foi de R$ 340.000,00 e a energia economizada por ano foi de mais de 1,1 GWh, o que em dinheiro representou R$ 168.000,00 por ano.

Outro projeto que foi identificado com a ajuda da ferramenta desenvolvida e posteriormente foi implementado para a melhora de eficiência do sistema de refrigeração, aumentando a PS foi a instalação de potes de coleta de óleo e água com resistor elétrico.

O arraste de óleo dos compressores, principalmente em sistemas de refrigeração com compressores alternativos pode ser um problema, pois o óleo arrastado acaba nos evaporadores, inundando estes trocadores de calor, diminuindo a área de troca térmica e exigindo que o sistema opere com uma PS mais baixa.

A lubrificação nos compressores é necessária para o bom funcionamento da máquina, porém, é parte deste óleo que acaba sendo arrastado, devido ao filtro coalescente saturado ou outro problema do tipo.

É característico em evaporadores com óleo a formação de gelo somente na parte superior, se a temperatura do fluido a ser gelado for menor que zero. O óleo presente na parte inferior não permite a formação de gelo conforme a figura 43.

Figura 43 - Evaporador com óleo

Fonte: (Autor).

Outro ponto de atenção, em sistemas que utilizam amônia é a quantidade de água presente no fluido, que, dependendo da porcentagem, pode mudar significativamente a características dele e diminuir a capacidade de troca térmica, além de apresentar problemas de corrosão das tubulações e de peças dos equipamentos.

Tanto o óleo como a água devem ser removidos do sistema. Em muitos sistemas de refrigeração estudados não haviam pontos adequados para a purga de óleo, já em outros havia estes pontos, mas a purga não era efetiva, nem segura, pois parte da amônia era drenada junto com o óleo.

Os potes de coleta de óleo com resistor elétrico permitem fazer uma drenagem mais segura e são instalados na coluna de líquido dos evaporadores com uma tubulação conectando ele ao separador de líquido. A mistura é coletada e a resistência é ligada por um tempo, no qual a amônia é evaporada e retorna ao separador de líquido, ficando apenas óleo e água no pote. Após este tempo, eles podem ser drenados manualmente, conforme a figura 44.

Além do procedimento de drenagem de óleo periodicamente, a gestão da quantidade de óleo reposta por compressor e da quantidade de óleo drenada nos evaporadores começou a ser realizada, a fim de identificar se havia algum compressor com problema de arraste.

Em um sistema de refrigeração que possuía três evaporadores casco e tubo, foi reposta uma grande quantidade de amônia com umidade. Posteriormente foi realizado o teste, descrito nesta na seção 2.6, utilizando uma bureta, e como resultado foi detectado a presença de quase 7% de água na amônia, o que forçava o sistema a operar com a PS de 1,9 bar, em média.

Figura 44 - Drenagem manual de óleo em um evaporador

Fonte: (Autor).

Foram instalados três potes de coleta de óleo e água com resistor elétrico, um em cada evaporador e implantado um procedimento de purga três vezes ao dia, até que a situação fosse normalizada, ou seja, a quantidade de amônia na água fosse menor que 0,5%.

Em um mês o percentual caiu de 7% para 2% e em três meses o sistema voltou a operar de maneira satisfatória. Desta forma a PS média do sistema passou a ser de 2,2 bar.

O investimento foi de aproximadamente R$ 150.000,00 e a economia em energia elétrica de quase 0,7 GWh por ano, ou cerca de R$ 200.000,00. O tempo de retorno de investimento, neste caso, foi curto em função da tarifa de energia desta unidade fabril ser alta, em relação às demais unidades.