Revista da Fapese de Pesquisa e Extensão, v. 1, p. 23-42, mar./jun. 2005
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Refrigeração usando gás natural
como fonte de energia
R E S U M O
Gabriel F. da Silva
Marcelo A. G. Carnelossi
Vahideh R. R. Jalali*
E
ste trabalho tem como objetivo desenvolver méto-do alterna
tivo de conservação de produtos agríco-las em câmara refri
gerada usando o gás natural como fonte energética. Para isso
foi construída uma unidade piloto na Universidade Federal de
Sergipe para estudar a geração de frio utilizando gás natural em
câmaras de armazenamento e fazer um estudo comparativo com o
sistema convencional de armazenamento de vários produtos agrícolas da região. Essa unidade piloto de estudo consiste em três câmaras frias acopladas a unidade de refrigeração por absorção que
usa gás natural em queima direta e uma câmara que utiliza o sistema por compressão a energia elétrica. Essa proposta leva em consideração a problemática atual das dificuldades de atendimento ao
crescente consumo de energia elétrica produzida através do tradicional processo das usinas hidrelétricas e o crescimento do consumo do gás natural como fonte energética alternativa. Nosso objetivo é o de contribuir para o aumento do uso do gás natural como
fonte de energia em sistemas de geração de frio destinados ao armazenamento e conservação de alimentos e climatização, bem como
contribuir para o uso do gás natural em diversas etapas de processamento de alimentos. A unidade piloto de refrigeração contou com
o apoio financeiro da FINEP/CTPETRO, PETROBRAS e SERGAS.
PALAVRAS-CHAVE: Refrigeração, Armazenamento de alimentos, Gás
natural
* Professores Doutores do Departamento de Engenharia Química da
Universidade Federal de Sergipe, Cidade Universitária, Jd. Rosa Elze, São
Cristóvão – Sergipe, CEP: 49.100-000
24
Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
1. INTRODUÇÃO
1.1. Histórico
A
corrida crescente pela adoção e desenvolvimento de novas tecnologias no armazenamento e
conservação dos alimentos, objetiva não somente
minimizar os custos, mas também melhorar a segurança operacional das instalações, viabilizar a utilização de formas limpas de energia, aumentar a qualidade e o nível de segurança dos alimentos estocados, atendendo as exigências de mercado, às leis ambientais e trabalhistas. Para isto, faz-se necessário
buscar fontes energéticas alternativas que possam ser
utilizadas a baixo custo e com segurança. Este projeto traz como alternativa tecnológica a utilização do
gás natural como fonte energética na preservação e
conservação dos alimentos in-natura.
O estudo foi desenvolvido no intuito de se contribuir para o aumento da participação do gás natural
na matriz energética especificamente no segmento de
armazenamento e conservação de alimentos. O objetivo foi estabelecer um método alternativo de conservação de produtos agrícolas em câmara frigorífica utilizando gás natural como fonte energética. Sendo assim, foi construída uma unidade piloto para estudar
a geração de frio em câmaras de armazenamento e
estabelecer um estudo comparativo entre o sistema
alternativo proposto, absorção água/amônia e, o sistema convencional por compressão a energia elétrica.
A unidade piloto consiste em um sistema de refrigeração constituído de três câmaras frigoríficas
com paredes de isopainéis de poliuretano, dimensões 2mx3mx2m com capacidade máxima de
estocagem de 2.000 kg cada; um chiller de absorção
água/amônia com queima direta de gás natural, consumo máximo de 2,7m3/h e capacidade de 5 TR’s;
painel de controle e um sistema de abastecimento
de gás natural comprimido com duas carretas contendo em cada uma três cilindros com capacidade
de 23,8 m3 totalizando 71,4 m3 por carreta, válvulas
reguladoras e de bloqueio e medidor de vazão de gás.
Foram realizados estudos em caráter experimental
com vários alimentos in-natura no tratamento póscolheita para determinar as condições operacionais
e otimização do sistema de refrigeração alternativo.
A variação da temperatura nas câmaras ficou entre 4 a 10 ºC variando ±1ºC, sendo que o tempo para
estabilizar a temperatura de armazenamento foi de
2h de operação para ambos os sistemas. Foi realizado um estudo comparativo da viabilidade técnica e
econômica entre o sistema proposto e o sistema convencional por compressão usando energia elétrica.
O sistema por absorção água/amônia usando gás natural como fonte de energia mostrou-se viável para
produção de frio comparado com o sistema convencional a energia elétrica. A tecnologia de utilização
do gás natural como fonte de energia no armazenamento refrigerado de alimentos in-natura é economicamente viável, entretanto, para se obter maior
rentabilidade no projeto do sistema de refrigeração
por absorção água/amônia, é necessário otimizar as
condições operacionais usando o máximo de sua
capacidade de estocagem e agregar valor ao produto
estocado. O gás natural se constitui em uma importante fonte energética, podendo substituir formas
convencionais de energia que são largamente utilizadas na conservação e armazenamento refrigerado
de alimentos in-natura.
1.2. Utilização do Gás Natural
Percebe-se, entretanto, que o aumento da utilização do gás natural e as reformas dos setores
energéticos em diversos países são processos quase
simultâneos que se retro-alimentam, havendo uma
estreita correlação entre o maior uso do gás natural e
a abertura dos mercados de energia no mundo.
Tendo em vista o estabelecimento desta meta estratégica, o gás natural está se tornando um importante vetor na matriz energética brasileira, pois vem
sendo também cada vez mais utilizado como combustível alternativo em substituição aos derivados
líquidos do petróleo (óleo combustível na indústria,
e gás reformado de nafta e GLP na rede de distribui
Revista da Fapese de Pesquisa e Extensão, v. 1, p. 23-42, mar./jun. 2005
Refrigeração usando gás natural como fonte de energia
ção doméstica) e em substituição a outros combustíveis que são considerados ecologicamente “incorretos”, como é o caso da lenha.
Um dos aspectos que mais caracteriza o gás natural é a possibilidade de seu estado físico ser adaptado às condições de transporte desde a zona onde é
produzido até a região onde será consumido, podendo-se destacar as três seguintes alternativas principais: gasodutos, sob a forma liquefeita, e sob a forma
de compostos derivados.
A opção estratégica de elevar a participação do
gás natural na matriz energética brasileira para cerca de 12% até 2010, estabelecida pelo governo federal a partir da aprovação do relatório da Comissão do
Gás Natural, em março de 1993, indicava a necessidade, do lado do acesso ao mercado, de se adequar à
estrutura de transporte do gás a esse objetivo. No Sudeste e Sul, foi necessária a ligação dutoviária ao longo da região costeira, onde há a maior concentração
humana e, portanto, maior consumo potencial. A
interligação do Nordeste com a Bacia de Campos, integrando toda a região litorânea, será facilitada pela
produção de gás na área norte da Bacia de Campos.
1.3. Sistemas de Refrigeração a Gás Natural
Existem vários modelos de sistema de refrigeração
por absorção que usa gás natural em queima direta. O
25
sistemas mais comuns são os que operam com água/
brometo de lítio, mais usado para climatização, com
temperatura limite de água gelada de 7oC e amônia/
água, usado para refrigeração. A seguir, na Figura 1,
será mostrado um sistema de absorção comercial.
A Figura 2 apresenta os modelos de chiller de absorção água/amômia com queima direta de gás natural de fabricação Robur para as diversas utilizações
em aquecimento e resfriamento. O modelo HT (a), é
usado para aquecimento de ambiente em regiões firas. O modelo TK (b), é usado para climatização
residencial e comercial, como também em processos
industriais para resfriamento, a temperatura da água
gelada pode atingir 4oC na saída de água gelada. O
modelo LB (c), recém lançado no mercado, é utilizado para refrigeração para conservação de frutas, hortaliças e flores, a temperatura pode chegar a –10oC
na saída de água gelada. Os modelos (d) e (e) também recém lançados são bombas de calor que servem para aquecimento e resfriamento.
Ambos os modelos são fabricados com capacidade de 3TRs e 5TRs, podendo ser utilizados conjugados para atender a necessidade do cliente, como
mostra a Figura 3. Ainda sua utilização é pouco difundida no mercado brasileiro, uma unidade de 5TRs
custa hoje na ordem de U$ 8.000,00 (oito mil dólares). Uma das barreiras de utilização esta no seu preço comparado com equipamentos similares a energia elétrica, além da dificuldade de importação.
Figura 1 – Sistema de refrigeração por absorção comercial
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Figura 2 – Chillers de Fabricação Robur.
(a)
(b)
(c)
Figura 3 – Arranjos para utilização do chiller de Fabricação Robur
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Refrigeração usando gás natural como fonte de energia
2.4 Armazenamento de Alimentos
O armazenamento dos produtos destinados à cozinha é dividido em duas áreas: estocáveis e perecíveis. Os estocáveis são os alimentos de maior tempo
de duração ou validade como cereais, temperos, enlatados, açúcar, farináceos, café, óleo comestível, etc; já
os perecíveis contam com menor tempo de duração,
como ovos, batatas, alguns legumes, frutas e verduras, que são estocados em uma área própria (perecíveis), ou ainda outros alimentos que necessitam de
refrigeração, são estocados nas quatro câmaras
frigoríficas, cada uma com a faixa de temperatura adequada.
Segundo Potter (1995), um dos melhores índices
do desenvolvimento tecnológico de uma sociedade
é a amplitude de suas instalações para o processamento, transporte, armazenamento e venda de alimentos refrigerados e congelados que, dito em outros termos é a chamada cadeia do frio, que torna
estes métodos caros e, muitas vezes, inalcançáveis a
grande parte da população, especialmente em países subdesenvolvidos.
A cadeia do frio consiste no tratamento prévio e
adequado do alimento terminado ou da matéria-prima alimentar e submetida às temperaturas próprias.
Estas temperaturas devem ser respeitadas no transporte, armazenamento entre outros., até o produto
ser consumido. Quaisquer alterações destas condições podem significar a deterioração do alimento.
Na refrigeração, a temperatura da câmara onde
se encontram os produtos a conservar não é tão baixa e quase nunca inferior a 0o C, obtendo-se assim,
uma conservação por dias ou semana dependendo
do produto. As câmaras, originalmente, eram feitas
de paredes de concreto e revestidas de material isolante, tal como cortiça e madeira. Posteriormente, utilizaram-se as fibras de madeira compactada e lã de
vidro.
Mais recentemente, com a descoberta de materiais sintéticos derivados do petróleo, tais como o po-
27
liestireno expansível ou espumas rígidas de poliuretanas, descobriu-se o verdadeiro isolante. Junto com
a descoberta da espuma rígida de poliuretanas, considerada o melhor isolante, acontecem trocas substanciais na confecção das câmaras frigoríficas onde
são substituídas as paredes de concreto por estruturas metálicas, nas quais se colocam bem mais baratas que as paredes e permitem o aproveitamento de
maior espaço. Esse sistema foi baseado na compressão, liquefação e expansão de um gás. A substância
refrigerante sofre mudanças de estado ao percorrer o
interior das três partes distintas do sistema: o compressor, o condensador e o evaporador.
Os alimentos devem ser conservados de acordo
com suas características. O modo como são fabricados os métodos de conservação, visam o aumento da
vida útil dos alimentos e impedem as doenças nas
pessoas. Dentre os métodos de conservação, podemos citar:
· Refrigeração: consiste em submeter o alimento
a temperaturas de 0° a 10°C. Cada tipo de alimento tem uma temperatura adequada de conservação que o mantém em bom estado por mais
tempo. A refrigeração retarda a multiplicação
bacteriana sem matar as bactérias;
· Congelamento: caracteriza-se pela manutenção
de alimentos à temperaturas mais baixas do que
0°C em geral, utiliza-se a temperatura -18°C. O
alimento adquire consistência de gelo, e a baixa temperatura impede a multiplicação
bacteriana.
· Cocção: é o uso do calor como forma de preparo dos alimentos. As carnes principalmente devem ser bem cozidas, pois o calor destrói a maior
parte dos microorganismos e parasitas eventualmente existentes no alimento.
· Esterilização: é o uso combinado do calor e pressão, variáveis de acordo com o tipo de alimento.
É um método conseguido apenas nas indústrias
de alimentos e que mata todas as bactérias.
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
· Liofilização: é um método de dissecação. Sublimação da água de um alimento congelado por
meio do vácuo e da aplicação do calor ao recipiente de dissecação.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Unidade Piloto de Refrigeração
A Unidade Piloto de Refrigeração é constituída
pela unidade de geração de frio por absorção água/
amônia com queima direta de gás natural, sistemas de controle, três câmaras (1, 2 e 3) para teste
de armazenamento de cereais, frutas e hortaliças e
um sistema por compressão com câmara para fins
de comparação. Componentes: Unidade de geração de frio por absorção água amônia usando gás
natural com queima direta, sistema de controle,
três câmaras acopladas a unidade de geração de
frio por absorção, construídas com isopainéis de
poliuretano com dimensões de 2mx3mx2m e portas giratórias, uma câmara frigorífica com
isopainéis de poliuretano de dimensões de
2mx3mx2m acoplada a um sistema de geração de
frio por compressão.
A Figura 4 apresenta o layout da Unidade Piloto
de Refrigeração e a Figura 5 apresenta o chiller de
absorção instalado.
2.2. Sistema de Gás Natural Comprimido - GNC
O projeto e montagem das duas carretas foram
realizados pela TECNOGAS, com a responsabilidade técnica de Ana Maria Mendonça, como também
a instalação da linha de abastecimento de gás comprimido para o chiller e para o laboratório.
As Figuras 8 e 9 apresentam as carretas para alimentação de gás comprimido na Unidade Piloto de
Refrigeração e sistema de medição de gás natural.
3.3. Programa para Estimativa do Custo de
Armazenamento
O software CAAL 1.0 foi desenvolvido pelo Engenheiro Químico Marcos Fábio de Jesus, sob orientação do Prof. Dr. Gabriel Francisco da Silva, durante a
execução do projeto “Preservação Armazenamento de
Alimentos Utilizando Gás Natural Como Fonte de Energia”, financiado pela FINEP, PETROBRAS e SERGAS.
A necessidade de uma estimativa confiável da viabilidade econômica para o armazenamento de alimentos justifica o desenvolvimento do software CAAL
1.0. Este programa computacional, desenvolvido em
ambiente visual (BORLAND DELPHI 6.0), permite a
estimativa da carga térmica do sistema de refrigeração e, com base neste valor, a estimativa do custo de
armazenamento de um determinado produto.
A estimativa da carga térmica, feita através do CAAL
1.0, está respaldada na metodologia proposta por Dossat
(1980), que decompõem a carga térmica do ambiente
refrigerado em quatro contribuições principais.
O valor estimado para o custo de armazenamento do produto escolhido, é determinado com base,
além da carga térmica, nos valores do PCI e do preço
do metro cúbico do gás natural, do preço da energia
elétrica total consumida pelo sistema, da eficiência
da câmara de refrigeração, entre outros.
As telas principais, menu de cálculo, caracterização
e comparativo dos dois sistemas de refrigeração do programa CAAL 1.0 são apresentadas nas Figuras 10 e 11.
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Figura 4 – Layout da Unidade Piloto de Refrigeração
(a)
(b)
Figura 5 – Vista das instalações do sistema de refrigeração. (a) Vista geral do sistema; (b) Detalhe do Chiller.
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
(a)
(b)
Figura 6 – Vista geral das câmaras Frigoríficas. (a) câmaras acopladas ao sistema de absorção, (b) câmara acoplada
ao sistema de compressão
(a)
(b)
Figura 7 – Vista da instalação das tubulações e painel de controle. (a) alimentação de água gelada nas três câmaras;
(b) painel de controle
(a)
(b)
Figura 8 – Sistema de alimentação de GNC
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(a)
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(b)
Figura 9 – Acoplamento das carretas na linha de alimentação de GNC no LTA e sistema de
medida gás na entrada do chiller de absorção
(a)
(b)
Figura 10 – Tela principal do software e menu de cálculo do CAAL 1.0
(a)
(b)
Figura 11 – Tela de caracterização das câmaras e material e tela de
comparação dos dois sistemas de refrigeração
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Otimização das Condições de
Armazenamento
Foram feitos vários experimentos na Unidade Piloto de Refrigeração. Inicialmente foram feitos testes
preliminares e ajustes da UPR. Foram feitos experimentos para testar o tempo de regime para cada sistema. Foram feitos estudos de otimização das condições operacionais para as três câmaras, consumo
energético e estudos de armazenamento de várias
frutas e hortaliças. Por fim foi implementado um programa computacional para estimativa do custo de
armazenamento de alimentos.
Foram realizados testes preliminares para verificar se a unidade piloto atende as especificações
exigidas para o estudo proposto pelo projeto. O start
up foi realizado com sucesso, o sistema operou durante uma semana sem problemas, foram testadas
várias condições nas câmaras e as temperaturas de
projeto foram atingidas. As temperaturas mínimas
necessárias para o estudo objeto do projeto foram 4oC
nas câmaras 1 e 2 e 5oC na câmara 3, sendo que o Set
em ambas era de 4oC. A câmara 4 atingiu a temperatura de -5oC, temperatura exigida pelo projeto.
3.1.1. TEMPO DE REGIME
Foram realizados vários experimentos para estudo do tempo de regime com as câmaras sem material e com material nas temperaturas de 6oC e 10oC. As
Figuras 12 e 13 apresentam a variação da temperatura com o tempo de armazenamento.
Figura 12 – Tempo de regime para os sistemas por absorção e compressão com o set-point em 6ºC,
com as câmaras sem material.
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Figura 13 – Tempo de regime para os sistemas por absorção e compressão
com o set-point em 6ºC, contendo 200Kg de laranjas.
3.1.2. CUSTO ENERGÉTICO ENTRE OS SISTEMAS EM ESTUDOS
Foram obtidos dados nos experimentos dos consumos de gás natural e energia elétrica nos sistemas
de refrigeração por absorção e compressão.
Para se realizar um comparativo no consumo dos
dois sistemas é necessário colocar os dados de consumo nas mesmas unidades. Para o sistema de absorção
foi usado o custo de gás natural por metros cúbico e
para o sistema de compressão foi usado o custo da
energia elétrica por kWh. Foram consideradas duas
situações: 1 - Custo de gás natural R$ 0,54/m3 e de
energia elétrica R$ 0,36/kWh e 2 - Custo de gás natural R$ 0,54/m3 e de energia elétrica R$ 0,28/kWh.
operacional dos sistemas de absorção e compressão
foi realizado com as câmaras sem material e com material nas temperaturas de 6oC e 10oC para um período de armazenamento de 72 horas.
As Figuras 14 e 15 mostras os resultados para os
experimentos realizados a 6oC e 10oC.
b) Custo de gás natural: R$ 0,54/m3 e de energia
elétrica: R$ 0,28/kWh.
a) Custo de gás natural: R$ 0,54/m3 e de energia
elétrica: R$ 0,36/kWh
Foram realizados vários experimentos com armazenamento de laranja. O estudo comparativo
do custo operacional dos sistemas de absorção e
compressão foi realizado com as câmaras sem
material e com material nas temperaturas de 6oC
e 10oC para um período de armazenamento de 72
horas.
Foram realizados vários experimentos com armazenamento de laranja. O estudo comparativo do custo
As Figuras 16 e 17 mostras os resultados para os
experimentos realizados a 6oC e 10oC.
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
Figura 14 – Comparação do custo energético para os sistemas de
absorção e compressão na temperatura de 10oC com material nas câmaras.
Figura 15 – Comparação do custo energético para os sistemas de
absorção e compressão na temperatura de 6oC com material nas câmaras.
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Figura 16 – Comparação do custo energético para os sistemas de absorção e
compressão na temperatura de 6oC com material nas câmaras.
Figura 17 – Comparação do custo energético para os sistemas
de absorção e compressão na temperatura de 10oC com material nas câmaras.
Revista da Fapese de Pesquisa e Extensão, v. 1, p. 23-42, mar./jun. 2005
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
Com o custo de gás natural: R$ 0,54/m3 e de energia elétrica: R$ 0,28/kWh, foi observado que o sistema
de compressão tem uma ligeira vantagem quando se
compara com o sistema de absorção nas mesmas condições. Para um período longo de armazenamento,
acima de 72 horas, o custo do sistema de absorção se
aproxima do custo do sistema de compressão. Dependendo das condições de armazenamento o sistema de
absorção supera o sistema de compressão.
3.2. Programa para Estimativa do Custo de
Armazenamento
O CAAL 1.0 disponibiliza para o usuário a facilidade e, sobretudo, a segurança e rapidez na estimativa da carga térmica de um ambiente refrigerado
e, conseqüentemente na estimativa do custo do armazenamento de alimentos. O custo estimado poderá ser apresentado na forma de comparativo entre os
sistemas de refrigeração convencionais e os sistemas
por absorção, que utilizam o gás natural como fonte
de energia ou de forma individual para cada sistema. Para que isso seja possível, o software CAAL 1.0
apresenta diversos recursos.
As Tabelas 1, 2 e 3, mostram, claramente, que o
custo do armazenamento da mangaba, assim como
para qualquer produto, varia numa relação diretamente proporcional com a carga térmica total do
ambiente refrigerado, bem como numa relação inversamente proporcional com a temperatura de armazenamento. Isso quer dizer que, quanto maior a
carga térmica do ambiente refrigerado maior o custo
do armazenamento. Dessas tabelas também podemos
concluir que, o sistema de refrigeração por absorção
se mostra mais viável economicamente quando utilizado no armazenamento a baixas temperaturas.
Quando comparado com os dois sistemas, absorção água/amônia e compressão, o sistema de absorção apresenta custo operacional menor para temperas de armazenamento abaixo de 10oC, considerando os parâmetros de consumo para o gás natural R$
0,54/m e e energia elétrica R$ 0,28/kWh. Estes
parâmetros podem sofrer alterações de região para
região e de faixa de consumo do cliente. Com os dados experimentais pode-se simular o custo
operacional caso a caso. Um parâmetro importante
dos dados experimentais é que as curvas de tendência do custo energético com o período de armazenamento apresentam menor inclinação para o sistema
de absorção, fazendo com que, quanto maior o tempo de armazenamento, o sistema de absorção vai
aumentando as vantagens comparando com o sistema de compressão.
A variação da temperatura nas câmaras gira em
torno de 2oC, devido a Unidade não possuir um sistema de controle mais preciso. Para o armazenamento
industrial esta variação de temperatura não afeta a
qualidade dos alimentos.
O programa computacional CAAL, desenvolvido,
permite simular um sistema de refrigeração dando um
diagnostico da carga térmica total para um determinado produto de armazenamento, dimensiona o chiller
de refrigeração em função das câmaras frigoríficas desejadas e capacidade de armazenamento e fornece
uma previa de consumo de gás natural ou energia elétrica. Este programa será de grande utilidade para o
dimensionamento de sistemas de refrigeração.
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Tabela 1. Custo do Armazenamento de 1000kg de Mangaba, Armazenadas a 6oC, Estimado Através do
Software CAAL 1.0, para os dois Sistemas.
Produto
Massa (kg)
Carga Térmica
Total (kCal/h)
Custo Diário
de Armaz. (R$/dia)
Sistema
Mangaba
1000
4475,7546
42,9451
Absorção
Mangaba
1000
4475,7546
63,7112
Compressão
Economia (%): 48,4
Tabela 2. Custo do Armazenamento de 1000kg de Mangaba, Armazenadas a 18oC, Estimado Através do
Software CAAL 1.0, para os dois Sistemas.
Produto
Massa (kg)
Carga Térmica
Total (kCal/h)
Custo Diário
de Armaz. (R$/dia)
Sistema
Mangaba
1000
2675,4919
36,9034
Absorção
Mangaba
1000
2675,4919
44,6696
Compressão
Economia (%): 21,0
Tabela 3. Custo do Armazenamento de 1000kg de Mangaba, Armazenadas a 24oC, Estimado Através do
Software CAAL 1.0, para os dois Sistemas.
Produto
Massa (kg)
Carga Térmica
Total (kCal/h)
Custo Diário
de Armaz. (R$/dia)
Sistema
Mangaba
1000
1844,6014
34,115
Absorção
Mangaba
1000
35,8811
Compressão
1844,6014
Economia (%): 5,2
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
3.3. Estudos de Viabilidade Técnica e Econômica
O estudo técnico e econômico da Unidade Piloto
de Refrigeração tem por finalidade estabelecer a viabilidade técnica e econômica dos sistemas de refrigeração que o compõe. Referente ao estudo técnico,
este determinará o perfil de consumo de energia elétrica e gás natural de acordo com a potência nominal dos equipamentos, fazendo um comparativo entre os dados obtidos experimentalmente e o consumo teórico nominal, tanto para o sistema de absorção quanto para o sistema de compressão. A análise
econômica tem como objetivo determinar a viabilidade financeira dos sistemas e compará-los, indicando qual tecnologia é considerada a mais viável.
Na elaboração de uma análise econômica algumas etapas são necessárias, como a escolha de um
método de organização, um método de avaliação, a
aplicação de métodos que determinem os critérios
utilizados e agregação de valores.
Para desenvolver uma análise de investimento
deve-se utilizar um método organizacional simples
e de resultados claros e corretos. Um plano de investimento pode ser resumido montando um fluxo de
caixa. Nele se contabilizam as entradas (receitas) e
saídas (despesas efetivas). A diferença entre estas
variáveis geram um fluxo líquido de recursos para o
projeto. Devem ser levados em consideração na montagem de um fluxo de caixa aspectos como origens e
modalidades de financiamento; contabilidade e classe de custos; estudo conjunto de custos e receitas;
método de avaliação de custos; estimativa de investimento de capital; adequação do investimento à capacidade; demanda e oferta; dimensão do projeto;
localização do empreendimento; estudo de mercado; vida útil e vida econômica de um projeto; valor
residual; tributação; depreciação; sistemas de amortização de empréstimos; lucro tributável dentre outros fatores importantes.
As aplicações de métodos que determinam um
fluxo de caixa constituem em critérios de avaliação
econômica e podem ser definidos como critérios baseados na liquidez (pay-back descontado) e critérios
baseados na rentabilidade: Método do valor anual
uniforme equivalente (VAUE); Método do valor presente líquido (VPL); Método da taxa interna de retorno (TRI); análise de viabilidade. Estes métodos funcionam como indicadores econômicos e determinam
a viabilidade e aceitação do projeto.
Um projeto pode agregar valores ao fluxo de caixa utilizando métodos como a análise de sensibilidade, alavancagem financeira, efeito do endividamento nos indicadores econômicos (debt/equity ratio)
e custos afundados.
Um aspecto bastante relevante numa análise econômica é o estudo de mercado, este constitui um ponto de partida para a elaboração de grande parte do
projeto. O objetivo é determinar a quantidade de bens
ou serviços provenientes do novo empreendimento
que os consumidores poderão adquirir sob determinadas condições estabelecidas. Um estudo de mercado permite a orientação e dimensionamento do projeto.
Os métodos de análise devem auxiliar as tomadas
de decisões procurando organizar os dados e propor
várias alternativas, cabe ao empreendedor comparálas e analisar o caminho melhor a ser tomado.
3.3.1. COMPARATIVO ENTRE O CONSUMO TEÓRICO E O
EXPERIMENTAL
A Tabela 4 mostra o comparativo do consumo de
energia elétrica e gás natural para os sistemas de compressão e absorção. Os dados experimentais dependem da carga térmica de cada material. A capacidade utilizada em cada câmara foi de 2.000 kg de produto.
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Refrigeração usando gás natural como fonte de energia
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Tabela 4 – Consumo de Energia para Armazenamento de Alimentos
Sistemas de Refrigeração
Armazenamento de Laranja
Compressão
Absorção
Armazenamento de Tomate
Compressão
Absorção
Armazenamento de Cebola
Compressão
Absorção
Consumo
Energia Elétrica
(kWh/dia)
Gás Natural
(m3/dia)
Nominal
Experimental
155,52
126,00
-
Nominal
Experimental
-
66,37
51,72
Nominal
Experimental
155,52
92,83
-
Nominal
Experimental
-
66,37
58,52
Nominal
Experimental
155,52
90,28
-
Nominal
Experimental
-
66,37
56,91
3.3.2. COMPARATIVO ENTRE OS INDICADORES
ECONÔMICOS
A Tabela 5 mostra o comparativo entre os indicadores econômicos obtidos no EVTE para cada
produto estudo. O sistema de absorção leva uma
ligeira vantagem com o sistema de compressão,
quando utilizamos os parâmetros VPL e TRI.
3.3.3. COMPARATIVO PARA O TEMPO DE RETORNO
A Tabela 6 apresenta o comparativo para o tempo de
retorno no armazenamento de frutas e hortaliças para os
sistemas de absorção e compressão. Os dois sistemas
apresentam o mesmo tempo de retorno quando se armazena o mesmo produto. Para o armazenamento de cebola o tempo de retorno foi maior que os demais produtos.
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Gabriel F. da Silva; Marcelo A. G. Carnelossi; Vahideh R. R. Jalali
Tabela 5 – Indicadores Econômicos para o Armazenamento de Alimentos
Sistemas de Refrigeração
Armazenamento de Laranja
Absorção
Compressão
Armazenamento de Tomate
Absorção
Compressão
Armazenamento de Cebola
Absorção
Compressão
Indicador
100% Recurso
Próprio
Debit / Equity
Ratio 30/70
VPL
TRI
R$ 789.782,99
159%
R$ 799.733,95
214%
VPL
TRI
R$ 783.503,57
166 %
R$ 792.900,14
224 %
VPL
TRI
R$ 998.918,49
196 %
R$ 1.008.769,45
266 %
VPL
TRI
R$ 1.010.757,30
209 %
R$ 1.020.153,86
283 %
VPL
TRI
R$ 194.993,44
51%
R$ 204.994,40
66 %
VPL
TRI
R$ 206.730,09
56 %
R$ 216.126,65
72%
Tabela 6 – Tempo de Retorno para o Armazenamento de Alimentos
Investimento
100% Recurso
Próprio
Debit / Equity
Ratio 30/70
Armazenamento de Laranja
Absorção
Compressão
Inferior a 1ano
Inferior a 1ano
Inferior a 1ano
Inferior a 1ano
Armazenamento de Tomate
Absorção
Compressão
Inferior a 1ano
Inferior a 1ano
Inferior a 1ano
Inferior a 1ano
Armazenamento de Cebola
Absorção
Compressão
1 a 3 anos
1 a 3 anos
1 a 2 anos
1 a 2 anos
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Refrigeração usando gás natural como fonte de energia
O estudo de viabilidade técnica e econômico da
Unidade Piloto de Refrigeração foi satisfatório, o qual
estabeleceu um perfil do consumo de energia elétrica e gás natural de acordo com a potência nominal
dos equipamentos e os dados experimentais. Foi realizado um comparativo entre os dados obtidos experimentalmente e o consumo teórico nominal, tanto
para o sistema de absorção quanto para o sistema de
compressão.
Nosso objetivo foi determinar a viabilidade financeira dos sistemas e compará-los, indicando qual
tecnologia é considerada a mais viável. Através das
análises foi observado que ambos os sistemas são viáveis para armazenamento de frutas e hortaliças, sendo que o sistema de absorção água/amônia em queima direta mostrou-se uma ligeira vantagem em comparação com o sistema de compressão usando energia elétrica. Todos os projetos apontaram para uma
viabilidade com expressiva liquidez e tempo de retorno variando até três anos.
5. CONCLUSÕES
Para que se tenha uma homogeneidade nos valores do tempo de regime das câmaras para um mesmo set-point de operação, é necessário um melhor
controle das vazões na entrada e saída das câmaras
de refrigeração. Assim a taxa de calor será distribuída uniformemente para o interior das unidades.
O custo no armazenamento de um certo produto
obtido pelo consumo de gás natural, que é inversamente proporcional à temperatura de armazenamento, ou seja, quanto menor a temperatura de armaze-
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namento, maior será o consumo de gás natural e, conseqüentemente, maior o custo do armazenamento.
A durabilidade do produto armazenado está associada à temperatura de armazenamento. Quanto
menor essa temperatura, maior o tempo de armazenamento. Mas, deve-se ter o cuidado de escolher a
temperatura correta para cada produto, pois o armazenamento em uma temperatura inadequada, poderá levar a perda total ou parcial do produto armazenado. Essa escolha está baseada nas características
físico – químicas do produto. Além da temperatura,
um outro fator que influencia diretamente no tempo
de armazenamento de um produto é a sua integridade física. Caso o produto sofra qualquer dano físico,
por mais superficial que pareça, a probabilidade de
contaminação por microorganismo aumenta muito,
e isso diminui consideravelmente o tempo de armazenamento desse produto.
O custo do armazenamento é diretamente proporcional à carga térmica total do sistema refrigerado e
inversamente proporcional à temperatura de armazenamento, portanto é necessário se ter um sistema bem
isolado e câmaras frigoríficas com material adequado
e instalação de acordo com as normas técnicas.
O estudo de viabilidade técnica e econômico da
Unidade Piloto de Refrigeração foi satisfatório, o qual
estabeleceu um perfil do consumo de energia elétrica e gás natural de acordo com a potência nominal
dos equipamentos e os dados experimentais. Foi verificado que os dois sistemas são economicamente
viáveis, sendo que o sistema absorção usando Gás
Natural leva uma ligeira vantagem para o sistema de
compressão.
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