Chiller Para Laticínio

Em um laticínio, o resfriamento não é item de eficiência operacional: é requisito sanitário. O leite recebido precisa ser levado à temperatura de armazenamento dentro de um prazo definido, e cada etapa seguinte — pasteurização, fabricação, maturação, expedição — tem faixas de temperatura que sustentam a segurança do produto e a validade do lote.

O que define o projeto, porém, é uma característica da planta e não do produto: a carga chega concentrada em janelas. E é a resposta a essa concentração que separa uma instalação econômica de uma instalação caríssima.

O cálculo da carga instantânea, e o susto que ele dá

Vale fazer a conta com números concretos. Uma planta que recebe 20 mil litros de leite por hora, com o produto entrando a 35 °C e precisando sair do trocador de placas a 4 °C: o leite tem calor específico da ordem de 3,9 quilojoules por quilo e por kelvin e densidade próxima de 1,03, o que dá cerca de 20,6 mil quilos por hora.

O calor a remover é o produto da massa, do calor específico e da diferença de 31 kelvin: algo próximo de 2,5 milhões de quilojoules por hora, ou cerca de 690 kW. Dividido por 3,517 — o equivalente de uma tonelada de refrigeração —, isso dá aproximadamente 195 toneladas de refrigeração de demanda instantânea, sem contar as demais etapas nem as perdas do circuito.

Dimensionar o chiller para essa demanda é o caminho intuitivo e o mais caro possível. Porque essa demanda existe durante a janela de recebimento, e não durante o dia inteiro.

A acumulação, e a redução que ela permite

Suponha que a janela de recebimento seja de quatro horas. A energia térmica a remover no dia é o produto da demanda instantânea pelo tempo: cerca de 690 kW por quatro horas, aproximadamente 2.760 quilowatt-hora térmicos.

Se essa produção de frio for distribuída ao longo de 20 horas de operação, a capacidade necessária cai para algo próximo de 138 kW — cerca de 39 toneladas de refrigeração. Uma fração da capacidade que o pico exigiria, para a mesma demanda diária.

É isso que um banco de gelo ou um tanque de água gelada com volume adequado faz: produz frio nas horas de carga baixa e o entrega no pico, com um chiller sensivelmente menor operando em regime estável. Os ganhos se acumulam em quatro frentes. Capital investido muito menor. Consumo específico melhor, porque o equipamento opera em regime contínuo próximo do ponto de melhor eficiência em vez de ciclar. Possibilidade de deslocar a produção de frio para fora do horário de ponta, com efeito tarifário. E temperatura de entrega mais estável, porque a acumulação desacopla a produção do consumo.

O dimensionamento real precisa considerar margens — a janela pode se estender, o recebimento pode variar entre dias, e o sistema precisa recuperar a acumulação antes do próximo pico. Mas a ordem de grandeza da economia é a que a conta acima mostra, e ela é a decisão de projeto mais relevante em uma planta de lácteos.

Temperatura, glicol e a proteção do evaporador

A água gelada em laticínio costuma trabalhar próxima de 1 °C a 2 °C, para permitir que o trocador de placas leve o leite à temperatura exigida com a área disponível. Operar nessa faixa aproxima o evaporador do risco de congelamento, porque a temperatura de evaporação do refrigerante fica alguns kelvin abaixo da temperatura de saída do fluido.

Isso faz de três itens requisitos de projeto e não recursos adicionais. A vazão garantida na faixa em que o evaporador foi selecionado, com verificação de filtros por perda de carga e purga de ar nos pontos altos. A proteção instrumental, com o interlock que impede o compressor de operar sem vazão testado de fato e não conferido por inspeção — o rompimento de tubos por congelamento é o dano mais caro do equipamento. E, quando a temperatura desce abaixo de aproximadamente 5 °C, a solução de água e glicol, com concentração definida pela temperatura mais baixa que o fluido atinge, verificada periodicamente porque muda com reposições e perdas.

Em sistemas com banco de gelo, o circuito opera com solução em temperatura ainda mais baixa durante a fase de acumulação, e a correção de capacidade e de perda de carga pelo fluido é parte do dimensionamento — a solução tem calor específico menor e viscosidade maior que a água.

Higiene e qualidade da água

O circuito de água gelada que troca calor com produto precisa de barreira sanitária adequada, com trocadores e materiais compatíveis e rotina de higienização definida. Não é uma decisão de refrigeração, e ela condiciona o projeto do sistema e a escolha dos componentes.

A qualidade da água do circuito determina quanto tempo a capacidade se mantém. Dureza elevada e sólidos em suspensão depositam nas superfícies de troca, e cada camada acrescenta resistência térmica que o equipamento compensa com pressões mais altas e consumo maior, até não alcançar mais o setpoint — e em uma planta que trabalha a 1 °C, essa margem é curta. O indicador é a temperatura de aproximação no evaporador, comparada à referência de partida.

Disponibilidade e o custo de uma hora sem frio

Em alimentos, uma variação térmica pode comprometer lotes inteiros, gerar retrabalho e inviabilizar a produção do dia. Esse custo precisa entrar na decisão de projeto com número, porque é ele que justifica escolhas que, olhadas isoladamente, parecem gasto adicional.

A principal é o fracionamento da capacidade: dois chillers atendendo a capacidade total permitem manter a operação com um equipamento fora, para manutenção programada ou por falha, e ainda operam com melhor eficiência em carga parcial. A redundância precisa alcançar bombas e rejeição de calor — dois chillers alimentados por uma única bomba têm a disponibilidade da bomba — e o controle precisa alternar a ordem de partida para distribuir horas entre as máquinas.

A segunda é a manutenção baseada em parâmetros. Em instalação de operação contínua, a perda de desempenho não se anuncia com parada: aparece como aumento da aproximação nos trocadores, elevação das pressões de trabalho e crescimento do consumo por tonelada. Regime intenso pede intervenção a cada três a seis meses, com vistoria completa ao menos uma vez por ano, incluindo inspeção de compressores e lubrificantes com análise laboratorial do óleo, limpeza dos trocadores decidida pela aproximação medida, verificação de estanqueidade com detector eletrônico e sistema pressurizado, análise elétrica e eletrônica, avaliação da qualidade da água gelada e testes de pressão e desempenho.

A terceira é a preparação para receber capacidade em emergência: um desvio no circuito, com válvulas de isolamento e terminações em flange ou engate rápido, e um ponto elétrico dedicado, transformam a reposição por locação em uma operação de horas em vez de dias.

Sistemas para laticínio na Controlcal

A Controlcal projeta, monta, automatiza e mantém sistemas de água gelada há mais de quarenta anos, em São Paulo, com base na Mooca, e em aplicação de lácteos isso significa dimensionar pelo perfil real da planta: as janelas de recebimento, a carga de cada etapa, a temperatura exigida e a acumulação que permite atender o pico com capacidade menor.

Fornecemos equipamentos novos, seminovos revisados com garantia e reformados, para venda, locação ou permuta. Para parada programada, aumento sazonal de recebimento ou falha de equipamento, a locação repõe capacidade rápido e sem exigir investimento em ativo — o que em planta de alimentos é frequentemente a diferença entre uma parada de horas e uma perda de produção.