Higiene e Segurança Alimentar na Distribuição de Produtos Alimentares Paulo Baptista, Pedro Dinis D inis Gaspar, João Oliveira
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Ficha Técnica Título Higiene e Segurança Alimentar na Distribuição de Produtos Alimentares
Autor Paulo Baptista, Pedro Dinis Gaspar e João Oliveira
Editora Forvisão - Consultoria em Formação Integrada, S.A. Largo Navarros de Andrade, n.º1, 3º Dir. 4800-160 Guimarães Tel. 253 511 904 / Fax 253 415 341
[email protected] / www.forvisao.pt
Projecto Gráco e Design Forvisão, S.A.
Impressão e Acabamentos Ideal, artes grácas - Guimarães
ISBN 978-972-8942-02-1
Depósito Legal 253360/07
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Índice
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Introdução
007
Capítulo 1 – Distribuição alimentar 1.1.Aevoluçãodadistribuiçãoalimentaremportugal
015
1.2.Asprincipaiscaracterísticasdadistribuiçãoemportugal
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1.3.Osmodelosdecanaisdedistribuiçãodeprodutosalimentares
016
1.4.Aimportânciadadistribuiçãonascadeiasalimentares
017
1.5.Asimplicaçõesdaatitudedoconsumidornopontodevendanasegurançadosprodutosalimentares
018
Osperigosassociadosàdistribuiçãodeprodutosalimentares,assuasorigenseasmedidasdecontrolo 1.6.Osperigosassociadosàdistribuiçãodeprodutosalimentares,assuasorigenseasmedidasdecontrolo
019
paragarantiadasegurançaalimentar Capítulo 2 - Estrutura física das instalações de expedição e distribuição 2.1.Enquadramento
027
2.2.Consideraçõesiniciaisdeconstrução
027
2.2.1. Localização
027
2.2.2. Denição de layout e da sua dimensão
028
2.2.3. Disposição e colocação
028
2.3.Concepçãodainstalação
029
2.4.Caisdecargaedescarga
030
2.5.Armazénsrefrigerados
032
2.5.1. Pavimentos
032
2.5.2. Paredes
033
2.5.3. Preparação da superfície
033
2.5.4. Acabamentos
033
2.5.5. Tectos
034
2.5.6. Portas
034
2.5.7. Instalação eléctrica
035
2.5.8. Inovações no armazenamento refrigerado
035
2.6.Isolamento
036
2.6.1. Tipos de isolamento
036
2.6.2. Resistência térmica do isolamento
037
Capítulo 3 – Sistemas de refrigeração 3.1.Enquadramento
043
3.2.Fluidosfriogénicos
043
3.3.Cicloderefrigeração
048
3.4.Componentesessenciaisdeumsistemaderefrigeraçãoporcompressãodevapor
050
3.4.1. Compressor
050
3.4.2. Condensador
050
3.4.3. Evaporador
050
3.4.4. Válvula de expansão
051
3.4.5. Ventilador
051
3.4.6. Equipamento de regulação e controlo
051
3.5.Cicloderefrigeraçãoporcompressãodevapor
051
3.6.Ciclorealdecompressãodevapor
055
Capítulo 4 – Equipamentos de refrigeração 4.1.Enquadramento
061
4.2.Omercadomundialdeequipamentosderefrigeração
061
4.3.Equipamentosexpositoresrefrigerados
065
4.3.1. Expositores verticais - murais
068
4.3.2. Expositores horizontais - ilhas
069
4.3.3. Vitrinas
070
070
4.4.Característicasgerais
4.4.1. Funcionamento
071
4.4.2. Serviço
071
4.4.3. Economia
071
4.4.4. Ecologia
071
4.4.5. Marketing
071
4.4.6. Cortinas de ar
072
4.4.7. Outras considerações
077
077
4.5.Aplicaçõesdecomercialização
4.5.1. Versão lacticínios
077
4.5.2. Versão de carne
079
4.5.3. Versão de hortofrutícolas
081
4.5.4. Versão de produtos congelados e gelados
081
Capítulo 5 – Carga de arrefecimento 5.1.Introdução
089
5.2.Cargatérmicaportransmissão
090
5.2.1. Resistência térmica condutiva
091
5.2.2. Resistência térmica radiativa
091
5.2.3. Resistência térmica convectiva
092
4
5.3. Carga térmica por inltração do ar ambiente
092
5.4.Cargatérmicaporradiaçãotérmica
094
5.5.Cargastérmicasinternas
097
5.6.Cargatérmicadosprodutosalimentares
097
5.6.1. Carga térmica de armazenamento
097
5.6.2. Carga térmica devido à respiração dos produtos
097
098
5.7.Cargastérmicasinternas
5.7.1. Carga térmica do mecanismo de descongelação
098
5.7.2. Carga das resistências de anti-embaciamento
099
5.8.Cargatérmicatotal
099
5.9.Outrasconsiderações
100
Capítulo 6 – O i mpacto dos equipamentos de refrigeração na segurança ali mentar e as tendências futuras 6.1.Impactodosequipamentosderefrigeraçãonasegurançaalimentar
107
6.2.Tendênciasfuturas
111
6.2.1. Redução da carga térmica
111
6.2.2. Melhoria dos componentes do equipamento expositor refrigerado
112
Capítulo 7 – Legislação e regulamentação aplicável à distribuição de produtos alimentares 7.1.Introdução
121
7.2.Legislaçãoportipodeprodutos
121
7.2.1. Produtos hortofrutícolas
121
7.2.2. Carnes e produtos cárnicos
122
7.2.3. Pescado e outros produto do mar
123
7.2.4. Lacticínios
125
7.2.5. Ovoprodutos
125
7.2.6. Outros produtos
126
5
6
Introdução
02
Todososintervenientesnumacadeiaalimentartêmaresponsabilidadedeassegurarasegurançadosprodutos alimentaresnasfasesemqueintervêm,independentementedanaturezadasactividadesquedesenvolvem.Nesta incluem-seasempresasqueoperamnadistribuiçãoecomercializaçãodeprodutosalimentaresbemcomooutras quedirectaouindirectamenteinteragemnestaactividade,comoporexemploosfabricantesdeequipamentosde frioparaaconservaçãodealimentosnospontosdevendaaoconsumidor. Aimportânciadosalimentosnasaúdedosconsumidoreseosperigosqueestespodemrepresentarquandonão sãodevidamentemanipuladosaolongodacadeiaagro-alimentar,sãohojerealidadesperfeitamentereconhecidas portodos.Aminimizaçãodasocorrênciascomimpactoparaoconsumidordeveconstituirumapreocupaçãopara todosintervenientesnacadeia,desdeoagricultoratéaoconsumidor.Nestacadeia,otransporteeadistribuição deprodutosalimentares(incluindoacomercialização)émuitasvezesumdoselosmaisfracosnagarantiada segurançaalimentar. A distribuição e comercialização de produtos alimentares tem especicidades as quais é indispensável que os operadoresdosectortenhamconhecimento. Nestasincluem-se,naturalmente, todos osaspectosrelacionados comasboaspráticasdehigienenamanipulaçãoeconservaçãodeprodutosalimentares.Acompreensãodas boas práticas é reforçada se esse conhecimento for sustentado por um conhecimento mais aprofundado de questõestécnicasrelacionadascomaconservaçãodosprodutosalimentares.Assim,conhecimentostaiscomoos relativos:i)aosperigosassociadosaprodutosalimentareseassuasorigens,ii)aimportânciadasboaspráticas comomedidaspreventivasdaocorrênciadosperigoseiii)aimportânciadosequipamentosnaconservaçãodos alimentos,sãoimportantesparareforçaraconsciencializaçãoaoníveldocumprimentodasboaspráticasaplicáveis àactividade. Emboraa realidadesejamuitovariável nosectorda comercializaçãoedistribuiçãode produtosalimentares,é possívelobservarfrequentementecomportamentos,porpartedosoperadores,quesedesviamdasboaspráticas aplicáveis. O nível de formação é muitas das vezes deciente, ou mesmo inexistente. Muitas vezes o pessoal envolvido na distribuição e comercialização de produtos alimentares não possui formação especíca adequada em domíniosrelacionadoscomasegurançaalimentar,econsequentementenãotêmsensibilidadeparaasimplicações queasuaactividadepodetersobreosprodutos.Porestasrazões,oconhecimentoadequadodosmeiosdisponíveis paraadistribuiçãoecomercializaçãodeprodutosalimentares,oconhecimentodasimplicaçõesdaactividadena qualidadeesegurançaalimentardosprodutosalimentarese oconhecimentodasboaspráticassãoelementos importantes,necessáriosparasustentaro desenvolvimentodecompetênciasdosoperadoresintervenientesna distribuiçãoecomercializaçãodeprodutosalimentares. É nesteenquadramento que, com este livro, se pretende apresentar de uma formasistemática osprincipais elementosrelevantesparaumaadequadacompreensãodaspráticasaoníveldadistribuiçãoecomercialização
de produtos alimentares e das suas implicações ao nível da segurança alimentar. De modo a compreender adequadamente estas implicações é fundamental uma adequada compreensão dos processos e dos meios tecnológicosdisponíveis.Estelivrodáparticularatençãoaosprodutosalimentaresmaissusceptíveisdesofrerem alteraçõesquepodemterimplicaçõesqueraoníveldaqualidadequeraoníveldasegurançaalimentardosmesmos: osprodutosvulgarmentedesignadosporperecíveis.Estesprodutos,requeremfriodurantedurantetodaacadeia alimentar.Porestemotivo,amanutençãodasadequadascondiçõesderefrigeraçãoconstituiumelementocrítico paragarantiraqualidadeeasegurançaalimentardosprodutosalimentaresperecíveisnasetapasdedistribuição ecomercialização. Osdiferentestiposde sistemase equipamentosde refrigeraçãoutilizadosna distribuiçãoe comercializaçãodeprodutosalimentares,bemcomoassuasimplicaçõesaoníveldaconformidadedoproduto, sãoanalisadosediscutidosnestelivro. Estelivroencontra-seorganizadoem7capítulos: i)Distribuiçãoalimentar; ii)Estruturafísicadeinstalaçõesdeexpediçãoedistribuição; iii)Sistemasderefrigeração; iv)Equipamentosderefrigeração; v)Cargadearrefecimento; vi)Oimpactodosequipamentosderefrigeraçãonasegurançaalimentareastendênciasfuturas; vii)Legislaçãoeregulamentaçãoaplicávelàdistribuiçãodeprodutosalimentares. Atravésdaabordagemdestestemas,osobjectivosgeraisquesepretendematingirsão: •
Apresentarediscutiraimportânciadadistribuiçãonascadeiasalimentaresdopontodevistadesegurança alimentar;
•
Apresentarediscutirasimplicaçõesdaatitudedoconsumidornopontodevendanasegurançadosprodutos alimentares;
•
Detalharosaspectosrelevantesnaconcepçãodeinstalaçõesdearmazenamentodeprodutosalimentaresa temperaturacontrolada,incluindoosaspectosrelevantesemtermosdesegurançaalimentar;
•
Identicar e descrever os principais uidos frigorigéneos utilizados em equipamentos de refrigeração, discutindoosprincípiosbásicosdetransferênciadecaloremequipamentosdefrio;
•
Apresentar os tipos de equipamentos de frio nos pontos de venda e as suas principais características (Expositores frigorícos horizontais, verticais, abertos, fechados), analisando comparativamente os equipamentos disponíveis e discutindo as suas vantagens/desvantagens e a sua adequabilidade face à naturezadosprodutosaconservar;
•
Descreveras principais características deequipamentosexpositoresrefrigeradosutilizadosparaprodutos alimentares,demonstrandoaaplicaçãodosdiferentestiposdeequipamentosexpositoresrefrigeradospara váriostiposdeprodutosalimentaresediscutindoasuaimportâncianapreservaçãodaqualidadeesegurança alimentardessesprodutos;
•
Caracterizar os principais tipos de cargas térmicas que inuem no funcionamento dos equipamentos de frio, explicitandoosprincípiosfísicossubjacentesaosdiferentesfenómenosdetransferênciadecalorassociados aosdiferentestiposdecargatérmica;
8
•
Descreveraimportânciaecaracterizaroimpactodosequipamentosderefrigeraçãonagarantiadaqualidade edasegurançaalimentardosprodutos;
•
Identicar a principal legislação aplicável à distribuição de produtos alimentares, sistematizando por tipo de produtos. Paulo Baptista
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Capítulo 01
02
12
Distribuiçãoalimentar
02
1.1
-AevoluçãodadistibuiçãoalimentaremPortugal
1.2
-AsprincipaiscaracterísticasdadistribuiçãoemPortugal
1.3
-Osmodelosdecanaisdedistribuiçãodeprodutosalimentares
1.4
-Aimportânciadadistribuiçãonascadeiasalimentares
1.5
-Asimplicaçõesdaatitudedoconsumidornopontodevendanasegurançadosprodutosalimentares
1.6
- Osperigosassociadosàdistibuiçãodeprodutosalimentares,assuasorigenseasmedidasdecontrolo paragarantiadasegurançaalimentar
Objectivos do Capítulo •Apresentar a evolução da distribuição alimentar em Portugal e caracterizar as principais características da distribuição em Portugal, no sentido de facilitar um adequado enquadramento à abordagem das questões relacionadascomsegurançaalimentar; •Apresentarosmodelosdecanaisdedistribuiçãodeprodutosalimentares; •Apresentarediscutiraimportânciadadistribuiçãonascadeiasalimentaresdopontodevistadesegurança alimentar; •Apresentare discutirasimplicaçõesdaatitudedoconsumidornopontodevendanasegurançadosprodutos alimentares; •Apresentarosperigosassociadosàdistribuiçãodeprodutosalimentaresediscutirasprincipaisorigensdos perigos na distribuição de produtos alimentares e as medidas de controlo a implementar para garantia da segurançaalimentar.
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1.1-A
evolução da distribuição alimentar em Portuga l
Nopassado,opequenocomércioalimentarasseguravaoabastecimentodetodasasfamílias,independentemente dacategoriasocial,havendoapenasdistinçãoentreprodutosadquiridos.Emvirtudedomercadoretalhistase caracterizarpelaexistênciadeumgrandenúmerodepequenosestabelecimentos,aredededistribuiçãoalimentar emPortugalcaracterizava-sepelaexistência deumnúmeroelevadodedistribuidoresdepequenadimensão e abrangendoumaáreadedistribuiçãorestrita. Em meados da década de 80 a realidade da distribuição alimentar em Portugal começou a sofrer mutações signicativas com o advento da Grande Distribuição. O aparecimento de lojas de grandes dimensões onde se podem encontrarnummesmo espaço umagrande variedadede produtos,alimentares e nãoalimentares, traduz-senumamais-valiaparaoconsumidor.Estepassaadispordageneralidadedosprodutosquenecessita noquotidianonummesmolocalcomumamultiplicidadedeescolhaquenãolheeraoferecidanopassado.A dimensãodestaslojaseacrescentedimensãodosgruposeconómicosaqueestaspertencemreforçamtambém acapacidade negocialdestasempresasjuntodosseusfornecedores.Assim,comas elevadasquantidadesde produtosvendidos,nomeadamenteprodutosalimentares,ascadeiasdedistribuiçãoconseguemobtercondições favoráveisnanegociaçãocomosfornecedoresoquelhespermitiuofereceraoconsumidorprodutosapreços mais baixos. A entrada de Portugal na União Europeia na segunda metade da década de 80 e a liberalização dosmercadostevetambémumimpactomuitoimportanteaoníveldosectoralimentar.Aimportaçãodeprodutos alimentares cresceu de forma substancial e o consumidor passou a dispor de produtos alimentares mais sosticados queanteriormentenãodisponha.Ascadeiasdedistribuiçãomodernativeramtambémaquiumpapelimportante. Pelasuadimensãoeeventualmentetambémpelasuaorigem,ascadeiasdedistribuiçãointroduziramessesnovos produtosnomercado. Duranteadécadade90assistiu-seaumcrescimentocontínuodonúmerodelojasdecadeiasdedistribuição,o qualsetemmantidoatéàactualidade.
1.2-As
principais características da distribuição alimentar em Portugal
AdistribuiçãoalimentaremPortugalestáactualmenteconcentradanadesignadadistribuiçãomoderna,naqualse incluiascentraisdecompraquerepresentamumamultiplicidadedepequenosassociadoscomlojasdepequena dimensão.Existemactualmentenomercadonacionalumconjuntodemaisde10insígniaspertencentesquer agruposnacionais queramultinacionais.Aníveldasempresasnacionais,destacam-seasinsígniasModelo e ContinentedaSonaeeasinsígniasPingoDoce,FeiraNovaeRecheiodogrupoJerónimoMartins.Em2004,a Sonae possuía em Portugal 282 lojas com uma área de venda de 433.000 m2equeapresentaramumvolume devendasbrutasde2957milhõesdeeuros.Nomesmoano,ogrupoJerónimoMartinstinha,emPortugal,190 lojas Pingo Doce, 28 lojas Feira Nova e 34 lojas Recheio, representando no total mais de 393.000 m2.Ovolume devendasfoi,em2004,de2450milhõesdeeuros.Deentreasinsígniasinternacionais,oJumbo(Auchan)e oCarrefour têmunidadesde grandesdimensões, comcorrespondêncianas empresasnacionais nasinsígnias ContinenteeFeiraNova.Estaslojas,oshipermercados,encontram-selocalizadasnavizinhançadosprincipais centrosurbanosdopaís,comdestaqueparaLisboaePorto.Ageneralidadedasrestantesinsígnias,taiscomoo Intermarché/Ecomarché,Leclerc,Lidl,Plus,MiniPreçoestabeleceram-seinicialmenteemcentrosurbanosdemenor dimensão ou em áreas mais periféricas dos principais centros urbanos. Ao nível dos “cash & carry” destacam-se as
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insígniasRecheio(grupoJerónimoMartins),Makro(Metro–Alemanha)eEllos(pequenosassociados).Existem ainda alguns “cash & carry” de menores dimensões, de carácter mais local ou regional mas que conjuntamente comosprimeirosconcentramumapartesubstancialdascompras. AlgumasdasprincipaiscaracterísticasetendênciasdadistribuiçãoalimentaremPortugalincluem: •Umaprogressivaintegraçãodacadeiaalimentar,nomeadamentenaaproximaçãoàproduçãoprimária,com acriaçãoderelaçõespriveligiadascomprodutoresougruposdeprodutores(e.g.clubedeprodutoresda Sonae); •Redução de stocks e redução do tempo de entrega de produtos por parte dos fornecedores, baseado numa abordagem que se aproxima do “Just-in-time”, nomeadamente através de tecnologia de informação e comunicação(e.g.EDI)quesuportamatrocadeinformaçãoeatomadadedecisões; •Sincronizaçãodoprocessologísticocomaprocuradoladodoconsumo,atravésdoaumentodafrequência deentregaspelosfornecedoresedadiminuiçãodotamanhodelotes); •Coordenaçãodasdecisõeslogísticasnacadeiadedistribuiçãoalimentaratravés daintroduçãodapadronização deprodutosesistemasdegestãoquereduzamoueliminamaprobabilidadedeerroassociadaàintervenção humana. Aníveldecaracterísticasrelevantesemtermosdesegurançaalimentar,adistribuiçãomodernatemtambém introduzido melhorias signicativas na forma como os produtos alimentares são colocados à disposição dos consumidores.Aestenívelédedestacar: •Aadequabilidadedosequipamentosde frio queosprincipaisgruposde distribuiçãoqueintervemnaárea alimentarpossuemnassuasinstalaçõesdearmazenamentoenassuaslojas; •Amelhoriadacapacidadederastrearosprodutoscomercializadosnaloja; •Oreforçodasactividadesdecontrolodequalidadeefectuadosaosprodutos,queraoníveldarecepçãoquer na amostragem para efeitos de vericação (e.g. análises microbiológicas ao produto); •Apreocupaçãocomcritériosdequalidadeesegurançaalimentarnaselecçãodefornecedores. Estas melhorias não signicam contudo que tudo esteja bem e que todas as empresas de distribuição se situem nummesmopatamardedesenvolvimento.Existemaspectosquenecessitamdesermelhorados.Deentreos anteriores,arastreabilidadedesdeoscentrosdearmazenamento/entrepostosdedistribuiçãoatéàslojas,constitui um ponto onde ainda existem lacunas signicativas. As práticas ao nível do manuseamento de produtos constituem pontosfracosquecarecemigualmentedeatençãoredobradaporpartedosoperadoresdestesector.Arotatividade do pessoal é muitas vezes um factor que diculta o atingir os padrões adequados ao nível das boas práticas nestas empresas.
1.3-Os
modelos de canais de distribuição de produtos alimentares
OaparecimentodestemodelodelojasconsubstanciouoaparecimentodadistribuiçãomodernaemPortugal.À medidaqueadistribuiçãomodernaseexpandiaocomérciotradicionalentravaemdeclinio.Aspequenaslojasde bairroiamprogressivamentedesaparecendo,incapazesdecompetircomasgrandessuperfíciesemexpansão. Tambémaprópriaimagemdemodernidadeeoconfortodaslojasdascadeiasdedistribuiçãoconstituiramfactores deatracçãodoconsumidor.Adécadade90,frutotambémdocrescimentoeconómicoaqueseassistiuemPortugal, correspondeu a uma época de alterações signicativas nos hábitos de consumo dos portugueses. Neste período
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intensicou-se o consumismo em detrimento dos hábitos de poupança que anteriormente caracterizavam a atitude dosportugueses.Todosestesfactorescontribuíramparaocrescentenúmerodecadeiasdehipermercados,de lojas de discount e lojas “cash & carry”, cada vez mais próximas do consumidor. Para responder à entrada de grandes grupos de distribuição, as pequenas empresas que possuem lojas de pequenasdimensãoequetendemaapostarnaqualidadeenofactorproximidadetêmprogressivamentereagido àconcorrênciaatravésdacriaçãodediferentestiposderedesdeassociaçãoedecooperação,designadamente ocasodascooperativasderetalhistas,agrupamentosdecompras.Talcomoasgrandessuperfícies,estareacção dosretalhistasaomercadoobrigoutambémàcriaçãodegrandescentrosdearmazenamentoedistribuição. Assim,hojetemosdoismodelosprincipaisdedistribuiçãodeprodutosalimentaresquenapráticasãoidênticos, sendoqueoqueosdistingueéaresponsabilidadeeaextensãodasuaintervençãonacadeiaalimentar,desdeo fabricante até ao consumidor nal. No caso das cadeias de distribuição moderna (Figura 1.1), a responsabilidade começaporvezesnasinstalaçõesdoprópriofornecedor,quandootransporteédaresponsabilidadedaprópria empresa de distribuição. A sua responsabilidade mantém-se nos centros de armazenamento/entrepostos de distribuiçãoeprolonga-seatéàslojasondeoprodutoécolocadoàdisposiçãodoconsumidor.Asactividades de transporte, quando da responsabilidade da empresa de distribuição, são na maior parte dos casos subcontratadasaempresasdetransporteespecializadas.Asactividadesdearmazenamentoelogísticanoscentros dearmazenamento/entrepostosdedistribuiçãopodemtambémsersub-contratadasaoperadoreslogísticos. Nocasodepequenasempresasindependentes,adiferençaestáessencialmentenaresponsabilidadeaonívelda logísticadetransportesedoarmazenamentonoscentrosdearmazenamento/entrepostosdedistribuição,queé asseguradapelasestruturasnasquaisestasseencontramassociadas.
Figura 1.1 – Modelo de canal de distribuição de cadeias de distribuição
Figura 1.2 – Modelo de canal de distribuição de pequenas empresas associadas em centrais de compras
1.4-A
importância da distribuição nas cadeias alimentares
Acolocaçãodosprodutosalimentaresàmesadoconsumidorexigecondiçõesdearmazenamentoedetransporte quedevemserrespeitadasparasemanteraqualidadeeasegurançadosalimentosaolongodetodaacadeia, desdeaorigematéaodestino.Todaaevoluçãoaoníveldadistribuiçãolevouà necessidadedearmazenaros alimentosduranteperíodosdetempomaisoumenosprolongadosecomoaumentodasdistânciasdedistribuição, osalimentospassaramaestarexpostosamaiornúmerodefactoresquecontribuemparaasuadegradação.
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No novo conceito de distribuição as operações de logística que incluem as actividades de transporte, de armazenamentoeaconstituiçãoegestãodestocks,obrigamaocumprimentoderigorosasmedidasdehigienee segurançaalimentar,durantetodooprocesso,porpartedosagenteseconómicosenvolvidos.Estaimportâncianão derivadofactodestasoperaçõesadicionaremsegurançaaoprodutomasdapossibilidadededuranteasmesmas, caso ocorram falhas, a segurança do consumidor nal poder ser posta em causa. Efectivamente, no processo de distribuição,nãoéefectuadaemgeralqualqueractividadecomobjectivodereforçaraqualidadeeasegurança alimentar.O objectivoprincipalé colocaro produtoatempadamenteà disposiçãodoconsumidor,mantendoas característicasomaispróximopossíveldasquepossuíanaorigem.Otipodeperigosquepodemocorrerdepende empartedanaturezadosprodutosalimentares.Istoéparticularmenteverdadeparaosperigosmicrobiológicos. Os produtos alimentares perecíveis, que requerem frio para a manutenção das suas características, são os maiscríticosnasetapasassociadasàdistribuiçãoalimentar.Qualquerabusodetemperaturaqueestetipode produtossofrateminevitavelmenteconsequênciasnareduçãodaqualidadedoprodutoepodeeventualmenteter implicaçõesemtermosdesegurançaalimentar.Talaconteceseascondiçõesàsquaisoprodutotenhasidoexposto potenciaremodesenvolvimentomicrobiológicoqueconduzaaqueacargamicrobianainicialmentepresenteatinga níveisinaceitáveis. Também énecessárioassegurarqueo modocomosãorealizadasas operaçõeslogísticasnadistribuiçãonão introduzamperigosfísicosouquímicosnosprodutosalimentares. Deformaaminimizaros perigosdecontaminaçãodosalimentosnadistribuiçãoé deextremaimportânciaque osintervenientesconheçamosmecanismosdecontaminaçãodosalimentoseosperigosbiológicos,físicose químicosaqueestãosujeitos.Paraalémdoconhecimentodosdiferentesperigosassociadosàdistribuiçãoé tambémrelevantequeosintervenientesadquiramconhecimentosrelativamenteàorigemefontedosdiferentes perigos,paraestaremaptosaagirdeformaaminimizaraocorrênciadealgunsdessesperigos(verSecção1.6).
1.5-As implicações da atitude do consumidor no ponto
segurança dos produtos alimentares
de venda na
Oconsumidorrepresentatambémumpapelrelevantenagarantiadasegurançaalimentar,namedidaemqueo seucomportamentonomanuseamentodosalimentosnospontosdevenda,podepôremcausaaqualidadedos mesmos.Narealidade,oconsumidornomomentodecomprapodeteratitudesquecontribuemnegativamentepara aqualidadeeasegurançaalimentardosprodutosalimentares.Entreassituaçõesemqueopróprioconsumidor podeterumimpactonegativonosprodutosestão: •Asmáspráticasdehigienenamanipulaçãodeprodutos,emparticularprodutosalimentaresfrescosnão embalados(e.g.hortofrutícolas),taiscomoomanuseamentosemqualquerhigienizaçãopréviadasmãos,o falareotossirdirectamentesobreoproduto; •Acolocaçãodeprodutosfrescosemlocaisquenãoosprópriosparaosprodutos(e.g.misturadediferentes hortícolas); •Oapalpardosprodutos,nomeadamentefrutos,paraavaliaroseugraudematuração,provocandodanosque vãofacilitarodesenvolvimentomicrobiano; •Aselecçãodeprodutosrefrigeradosparacompraeposteriorrecolocaçãonosexpositores,quandoexisteum iatodetempoentreoactoinicialdeescolhaedereavaliaçãodaescolha;
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• A abertura de portas de expositores de produtos refrigerados e de produtos congelados antes ter denido o produtoquepretendepegar; •Amanutençãodasportasdeexpositoresdeprodutosrefrigeradosedeprodutoscongeladosabertosapóster retiradooprodutopretendido; • O danicar materiais de embalagem de produtos pré-embalados; •Oprocederaoconsumo/provadeprodutosexpostosparavenda(e.g.frutos,frutossecos); •Todaequalquermanipulaçãodesnecessáriodeprodutosalimentares. Nageneralidadedasvezes,oconsumidornãoestáconscientedopotencialimpactodosseusactosnaqualidade e segurança alimentar dos produtos. Tal resulta da falta de sensibilidade e de formação que a maioria dos consumidorestememrelaçãoàsquestõesdesegurançaalimentar.Estafaltadeformaçãolevaaque,apóso actodecompra,eletenhaoutrasatitudesquepodemtambémcomprometerasegurançadosprodutosporsi compradosmesmoantesdechegaràsuaresidência.Aestenívelasmáspráticascomeçamaindadentrodaslojas quando o consumidor não deixa a compra de produtos refrigerados e congelados para o nal das suas compras, e transportaestesprodutosatemperaturaspróximasde20ºCenquantorealizatodasasoutrascompras.Tambémno transporte,porvezesoconsumidornegligenciaoimpactodestaactividadenosprodutoscomprados.Novamente esteimpactoéparticularmenterelevantecomosprodutosrefrigeradosecongelados,quandooconsumidorapós concluirascomprasnãoefectuaoregressoacasadeimediatoouquandooptaporefectuarascomprasemlojas demasiadoafastadasdasuaresidênciaequeobrigamatemposprolongadosnopercurso.Naturalmenteoimpacto dotempodetransportenaqualidadeesegurançaalimentardoprodutoétantomaiorquantomaiortemperatura, peloqueestasituaçãopodesercríticanoVerão. Existeumoutropapelimportantequeoconsumidortambémtemaobrigaçãodeassumirdeformaacontribuir paraoreforçodaseguançaalimentaraolongodetodaacadeia:acomunicaçãodesituaçõesdeprodutos deterioradosquedetecteantesounomomentodoconsumo.Muitasvezes,pordesconhecimentodecomo reclamar,porcomodismooupordesvalorizarasituação,oconsumidorabstem-sedeefectuarareclamação. Tambémsemprequedetectesituaçõesdeprodutosqueseencontramnospontosdevendaemcondições impróprias para consumo, o consumidor deve reclamar. O reclamar implica uma análise da reclamação econsequentementeumaanálisedacausadanãoconformidadesubjacenteàreclamação.Destemodo,a reclamaçãoconstituiumaoportunidadeparamelhorianamedidaemqueobrigaaodesencadeamentodeacções correctivasparaevitarareocorrênciadoproblema.
1.6-Os
perigos associados à distribuição de produtos alimentares, as suas origens e as medidas de controlo para garantia da segurança alimentar
Nesta secção procura-se sistematizar os principais perigos que estão presentes nas três principais etapas associadasàdistribuiçãodeprodutosalimentares: •Otransporte; •Oarmazenamento; •Acolocaçãodoprodutoàdisposiçãodoconsumidornopontodevenda.
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Para cada uma destas etapas são identicados de forma genérica os principais perigos e as situações que as originam, identicando igualmente um conjunto de práticas relevantes para controlar os perigos (Tabela 1.1). Conformejádiscutidonassecçõesanteriores,amanutençãodatemperaturaassumeumdestaqueparticular.Atal nãoseráestranhoofactode,apósatransformação,osprodutosalimentaresrefrigeradosseremtransportadosem média2,5vezes,queremveículosdelongaoudecurtadistância.Estima-sequenospaísesdesenvolvidos,cerca de70%detodososprodutosalimentaressãocongeladosourefrigeradosquandoproduzidosequecercade50% davendadeprodutosalimentaresérealizadaatravésdaconservaçãoeexposiçãoemfrio.
Tabela 1.1 – Principais perigos associados à distribuição de produtos alimentares, as suas origens e medidas de controlo para garantia da segurança alimentar
TRANSPORTE
Perigos
Medidas de Controlo
• • • •
Desenvolvimentomicrobiológicodevidoacondiçõesinadequadasdetemperaturanotransporte; Contaminaçãopormanipulaçãoinadequadadeprodutosalimentaresnãoembalados; Contaminação por manutenção deciente do equipamento de frio do veículo e das condições físicas da caixa de carga; Contaminaçãoporperdadehermeticidadedasembalagens,derivadadamámanipulaçãonapreparaçãoda carga (rotura, golpes, sobrecarga, protecção insuciente das embalagens); • Contaminaçãoporperdadehermeticidadedasembalagensdevidoamauacondicionamentonotransporte; • Contaminaçãoquímicadoprodutoportransporteconjuntamentecomprodutosquímicos(e.g.detergentes)ou veículosutilizadosnotransportedeprodutosnãoalimentares. • Regulaçãodatemperaturadosistemadefrioparaascondiçõesdetransporterequeridaspeloproduto(para produtosrefrigeradosecongelados); • Calibraçãodassondasdetemperaturaassociadasàmonitorizaçãoecontrolodatemperaturanotransporte (paraprodutosrefrigeradosecongelados); • Acondicionamentodoprodutodeformaaassegurarumaadequadacirculaçãodear(paraprodutosrefrigerados econgelados); • Monitorizaçãodatemperaturadoveículoduranteotransporte(paraprodutosrefrigeradosecongelados); • Controlodascondiçõesàrecepçãodoveículo:estadodelimpezadosveículos(incluindoodoresestranhos), temperaturadoveículoàrecepção; • Cumprimentodeboaspráticasdehigienenamanipulaçãodeprodutosalimentares,nacargaedescargade produtosalimentares; • Supervisãodaspráticasdemanipulação,nacargadeprodutosalimentares; • Cumprimentodosplanosdelimpezaedesinfecçãoestabelecidosparaosveículosdetransporte; • Comprovaçãodocumprimentodosprogramasdelimpezaedesinfecçãodosveículosdetransporte; • Manutençãodossistemasderefrigeraçãodosveículos; • Manutençãodobomestadodascaixasdecargadosveículos; • Utilização de embalagens adequadas com suciente protecção; • Limitaçãodaalturadesobreposiçãodeembalagensdeformaaevitarsobrecargasqueprovoquemdanosno produto; • Respeitarascondiçõesdepaletizaçãodoproduto.
ARMAZENAMENTO
Perigos
• • • • •
Desenvolvimentomicrobiológicodevidoacondiçõesinadequadasdetemperaturanoslocaisdearmazenagem; Contaminaçãopormanipulaçãoinadequadadeprodutosalimentaresnãoembaladosnoarmazém; Contaminação por manutenção deciente das condições físicas das instalações; Contaminação por manutenção deciente das condições de higiene das instalações; Contaminaçãoporperdadehermeticidadedasembalagens,derivadadamámanipulaçãonosarmazéns;(rotura, golpes, sobrecarga, protecção insuciente das embalagens); • Contaminaçãoquímicadoprodutoporarmazenamentoconjuntamentecomprodutosquímicos(e.g. detergentes).
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• Regulaçãodatemperaturadascâmarasderefrigeraçãoedecongelaçãoparaascondiçõesdearmazenamento requeridaspeloproduto(paraprodutosrefrigeradosecongelados); • Utilizaçãodecaisdedescargarefrigeradosparaarecepçãodeprodutosrefrigeradosoucongelados; • Calibraçãodassondasdetemperaturaassociadasàmonitorizaçãoecontrolodatemperaturano armazenamento(paraprodutosrefrigeradosecongelados); • Minimizaçãodotempoentrearecepçãodeprodutosrefrigeradosecongeladoseasuacolocaçãonas respectivascâmarasdefrio; • Monitorizaçãodatemperaturadascâmarasderefrigeraçãoedecongelaçãoduranteoarmazenamentoeda temperaturanoscaisdedescargarefrigerados; • Nãocolocação/manutençãodeprodutosrefrigeradosoucongeladosforadascâmarasapropriadas; • Manutençãodasportasdascâmarasderefrigeraçãoedecongelaçãoencerradas,abrindo-asapenasotempo mínimoindispensávelpararealizaroperaçõesdemanuseamentodeproduto; • Planeamentodanecessidadedereposiçãodeprodutoparaminimizarasaberturasdecâmarasderefrigeração
Medidas de Controlo
oudecongelação; • Controlodarotação/gestãodestocks; • Estabelecimento de regras de armazenagem dos diferentes lotes, a m de poder controlar e isolar qualquer tipo deproblema; • Controlodascondiçõesàrecepção:estadodasembalagens,estadodelimpezadoveículo,temperaturado veículo e do produto à recepção, vericação das cargas transportadas; • Cumprimentodeboaspráticasdehigienenamanipulaçãodeprodutosalimentares; • Supervisãodaspráticasdemanipulação; • Cumprimentodoplanodelimpezaedesinfecçãoestabelecido; • Comprovaçãodocumprimentodosprogramasdelimpezaedesinfecçãodoslocais; • Manutençãodossistemasdefriodascâmarasderefrigeraçãoedecongelação; • Utilização de embalagens adequadas com suciente protecção; • Evitarsobrecargas,limitandoaalturadesobreposiçãodeembalagens; • Respeitopelascondiçõesdepaletizaçãodoproduto; • Desenhofuncionalemanutençãodobomestadofísicodasinstalações.
PONTO DE VENDA • Desenvolvimentomicrobiológicodevidoacondiçõesinadequadasdetemperaturanosexpositores; • Contaminaçãopormanipulaçãoinadequadadeprodutosalimentaresnãoembaladosnopontodevenda;
Perigos
• Contaminação por manutenção deciente das condições físicas das instalações e dos equipamentos; • Contaminação por manutenção deciente das condições de higiene das instalações e dos equipamentos; • Contaminaçãoporperdadehermeticidadedasembalagens,derivadadamámanipulaçãonopontodevenda; (rotura, golpes, sobrecarga, protecção insuciente das embalagens).
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• Regulaçãodatemperaturadosexpostoresderefrigeradosecongeladosparaascondiçõesrequeridaspelo produto(paraprodutosrefrigeradosecongelados); • Calibraçãodassondasdetemperaturadosexpositoresderefrigeraçãoecongelaçãoassociadosàmonitorização econtrolodatemperaturanosexpositores(paraprodutosrefrigeradosecongelados); • Monitorizaçãodastemperaturasdosexpositoresdeprodutosrefrigeradosedeprodutoscongelados; • Nãocolocação/manutençãodeprodutosrefrigeradosoucongeladosforadascâmarasapropriadas; • Nãocolocaçãodeprodutoemexcessonosexpositoresdeprodutosrefrigeradosecongelados; • Comunicação/sensibilizaçãodeboaspráticasaosconsumidores(e.g.manterportas–deexpositores –fechadas); • Reposiçãorápidadeprodutosnasprateleirasouarcas(paraprodutosrefrigeradosoucongelados);
Medidas de Controlo
• Vericação da rotação dos produtos no linear, nomeadamente assegurando a não existência de produto com o prazodevalidadeexpirado; • Colocaçãodoslotesdeprodutomaisantigosnapartefrontaldoslineares; • Vericação do estado de integridade das embalagens dos produtos aquando da sua colocação nos linerares; • Cumprimentodeboaspráticasdehigienenamanipulaçãodeprodutosalimentares; • Supervisãodaspráticasdemanipulação; • Cumprimentodoplanodelimpezaedesinfecçãoestabelecido; • Comprovaçãodocumprimentodosprogramasdelimpezaedesinfecçãodoslocais; • Desenhofuncionalemanutençãodasinstalaçõesedosequipamentos,nomeadamentedossistemasdefriodos expositoresderefrigeraçãoedecongelação; • Utilização de embalagens adequadas com suciente protecção; • Disposiçãodoprodutoemcondiçõesqueminimizeoimpactodoconsumidorquandoomanipula.
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Capítulo 2
02
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Estruturafísicadeinstalaçõesdeexpediçãoedistribuição
2.1
-Enquadramento
2.2
-Consideraçõesiniciaisdeconstrução
02
2.2.1 -Localização 2.2.2
- Denição de layout e da sua dimensão
2.2.3 -Disposiçãoecolocação 2.3
-Concepçãodainstalação
2.4
-Caisdecargaedescarga
2.5
-Armazénsrefrigerados
2.5.1 -Pavimentos 2.5.2 -Paredes 2.5.3 -Preparaçãodasuperfície 2.5.4 -Acabamentos 2.5.5 -Tectos 2.5.6 -Portas 2.5.7 -Instalaçãoeléctrica 2.5.8 -Inovaçõesnoarmazenamentorefrigerado 2.6
- Isolamento
2.6.1 -Tiposdeisolamento 2.6.2 -Resistênciatérmicadoisolamento
Objectivos do Capítulo •Apresentar e discutir os requisitos relativos a instalações para a conservação de produtos alimentares nos diversostiposdeestabelecimentos; • Apresentar as principais características dos tipos de armazéns frigorícos (câmaras de refrigeração e câmaras de conservaçãodecongelados)ediscutirassuasvantagens; •Detalharosaspectosrelevantesnaconcepçãodeinstalaçõesdearmazenamentodeprodutosalimentaresa temperaturacontrolada,incluindoosaspectosrelevantesemtermosdesegurançaalimentar; •Ilustraraaplicaçãodosconceitoserequisitosrelevantesnaconcepçãodeinstalaçõesdefrioparaaconservação deprodutosalimentares.
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2.1-Enquadramento O desenvolvimento, concepção e manutenção da estrutura física dos estabelecimentos de armazenamento e distribuição são factores essenciais da segurança alimentar. A manutenção da temperatura dos produtos alimentaresperecíveis, sejam produtosrefrigeradosou congelados,constituium elementofundamentalparaa garantia da segurança alimentar ao longo de toda a cadeia, até ao consumidor nal. Existemdiferentestiposdeinstalaçõesparaaconservaçãodeprodutosalimentaresrefrigeradosoucongelados. Estas instalações, normalmente designadas por instalações refrigeradas são quaisquer edifícios ou secções deedifíciosqueconseguemcontrolarascondiçõesdearmazenamentousandoarefrigeração.Asinstalações básicas são armazéns refrigerados (ou câmaras de refrigerados) que protegem os produtos alimentares a temperaturasnormalmenteacimados0ºCearmazénsdecongelados(câmarasdecongelados),ondeosprodutos sãoconservadosatemperaturasinferioresa0ºC.Estetipodeinstalaçõespodemestarinstaladosemdiferentes tiposdeunidades,nasquaissepodemincluirinstalaçõesde processamento,entrepostosde armazenamento, instalaçõesdosdistribuidoresouretalhistas. Independentemente da localização da instalação, pretende-se que as instalações de frio sejam capazes de assegurarcondiçõesdentrodascâmarasquepreservemoprodutoarmazenado.Paraasseguraramanutenção defrioadequadaetemperaturasuniformesnosespaçosdearmazenamento,devemsertidosemconsideraçãoos seguinteselementos: • O uxo de circulação de ar e a sua inuência sobre o produto armazenado; •Oefeitodahumidaderelativa; •Aventilaçãodainstalação; •Atemperaturadoprodutoàentrada; •Atemperaturadearmazenamentoadequadaparaoproduto; •Otempodearmazenamentoexpectávelparaoproduto; •Osmovimentosdeentradaesaídanaáreadearmazenamento. O armazenamento refrigerado de produtos alimentares pode ser classicado em cinco categorias (ASHRAE, 2006): •Atmosferacontroladadelongoprazoparaoarmazenamentodefrutosevegetais; •Armazénsoucâmarasderefrigeradosparatemperaturasiguaisousuperioresa0ºC; •Armazénsoucâmarasdecongelaçãoparatemperaturasmaiselevadas,entre-2e-3ºC; •Armazénsoucâmarasdecongelação,paraprodutoscongeladosemgeral,normalmentemantidosde-20 a-29ºC; •Armazenamentodebaixatemperaturade-20a-29ºC,comcapacidadederefrigeraçãodeprodutosrecebidos com uma temperatura superior a -18ºC.
2.2-Considerações 2.2.1
iniciais de construção
- Localização
Aselecçãodolocaldeconstruçãoestánaturalmentecondicionadapelotipodeinstalaçãoàqualestáassociada. É no entanto possível identicar um conjunto de aspectos a ter em consideração em termos gerais, para os quais será necessário salvaguardar as eventuais restrições especícas existentes. Entre os aspectos a considerar na construçãoépossívelenumerar:
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•Aconveniênciadalocalizaçãoparaprodutores,transportadores,edistribuidores,considerandoaimportância deevitarocongestionamentodasáreas; •Afacilidadedeacessoaboasviasdecomunicaçãorodoviária,ferroviária,marítimaouaérea; •Adisponibilidadedeespaçoamploparaamovimentaçãodecamiões,espaçodafábricaútileparafutura expansão; •Adisponibilidadedeterrenoapreçosrazoáveis; •Aexistênciadeinfraestruturasapropriadas,incluindoofornecimentodeáguaeenergia; •Aexistênciadeinfraestruturasemeiosadequadosparaasseguraraeliminaçãoderesíduoseáguasresiduais; •Oimpactodobarulhodeequipamentotaiscomoosventiladoresesistemasdefriopossamternaspopulações casoalocalizaçãosejapróximadezonasresidenciais; •Aparênciaexternaquenãosejaagressivaàcomunidade; •Asegurançadasinstalaçõesedostrabalhadores; •Osrequisitosdesegurançaalimentar(Baptista,P.eNoronha,J.,2003).
2.2.2 - Denição do layout e da dimensão A conguração e dimensão do edifício de uma instalação de armazenamento de frio são determinadas pelos seguintesfactores: •Otipodetransporteutilizadonarecepçãoe/oudistribuiçãodeprodutosalimentares; •A percentagem relativa de produtos alimentares a serem armazenados em áreas de refrigeração e de congelação; •Aexistência de produtos que requeremcondiçõesespecialmentecontroladas, taiscomo frutos frescos e vegetais, que pode justicar a necessidade de existirem salas individuais de armazenamento; •Opescado,manteigas,enozestambémrequeremtratamentosespeciais.Ondeaocupaçãogeralpodeser reduzidadevidoacondiçõesdesazonalidade,deveserconsideradoofornecimentodeespaçosmultiusos; •Otempodearmazenamentoexpectávelparaosprodutos; •Adimensãodoslotesdeprodutosalimentaresaarmazenar,quepodecondicionarotipodeestantariaa utilizar (e.g. xa ou móvel); •Omododearmazenamentodoproduto.Nocasodeutilizaçãodepaletesapossibilidadedesobreporpaletes ou a utilização de estantaria (“racks”) que possibilitam a utilização de toda a altura do armazém e a paletização detodasasmercadoriasfechadasemcaixas; •Adisponibilizaçãode espaçosparaaluguer.Nestecasodeveráserconsideradaaexistênciadeumaárea isoladaparaasoperaçõesdoarrendatário.
2.2.3 - Disposição e colocação Tipicamente, a altura dos espaços refrigerados é de pelo menos 8.5 a 10.5 metros. A utilização de estantaria/ sistemas de “racks” para paletes permite alturas ainda superiores. Na prática, a altura da colocação de paletes sem os “racks” é de 4.5 a 5.5 metros, devido a limitações da resistência estrutural das caixas onde os produtos estãoembaladosquandodiversaspaletessãosobrepostas.Oespaçolivreacimaéusadoparaasunidadesdear,
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de distribuição de ar, de iluminação e, eventualmente, da rede de combate a incêndios. Geralmente, é necessário umespaçomínimode2a3metrosdotopodoprodutoàbasedaestruturametálicaparaassegurarquenão existeminterferênciasnacirculaçãodoarquecomprometamumaadequadadistribuiçãodoarnoespaçode armazenamento. Aáreadebasedainstalaçãoondeserãoarmazenadosváriostiposdeprodutosalimentarespodesercalculado combaseem130a160kg/m3,nopressupostoqueoscorredoreseovolumeacimadaestantarianoarmazém representam 40% do volume total. Em arranjos especícos ou instalações de produção, os produtos podem ser colocadoscommenoresáreasdecorredor,peloqueaquelevalorpodeserreduzidopara20%.
2.3-Concepção
da instalação
A maioria das instalações refrigeradas possuem uma estrutura de um único andar. Pequenas colunas em centrosabertospermitemoarmazenamentoempaletescomumcustomínimodoespaço.Estetipodeedifício normalmenteforneceespaçoparacargaedescargadeveículos.Nasuaconcepçãodevemserconsiderados osseguintesaspectos: • Diculdades de movimentação para realização de operações de carga e descarga, nomeadamente a movimentaçãohorizontaldosempilhadores; • Diculdade de utilização de toda a altura de estantaria devido à existência de muitos produtos alimentares armazenados,depequenoslotesegrandemovimentaçãodosmesmos; •Necessidadedetratamentodopavimentodeformaapermitirumaadequadaprotecçãofaceàscondições deuso; •Custode terreno com capacidade de construção.Uma instalação de umúnicopiso com uma altura de estantariamoderadaoubaixapossuiumelevadocustoporunidadedeáreaeunidadedevolumearmazenado devidoaoelevadoráciodecustodeconstruçãoecustodeterreno.Noentanto,oscustosoperacionaissão tipicamentemaisbaixoseminstalaçõescomumúnicopiso. A Figura 2.1 mostra o layout de uma instalação de refrigeração, com um único piso, para produtos congelados a -23ºC.Ainstalaçãoécompostatipicamentepelosseguinteselementos: •Saladoequipamentodefrio; •Caisdecargae/oudescargarefrigeradoscomportasdefechoemangasdeisolamento; •Portasautomáticasentreasáreas,oueventualmentenalgunspontosdecortinasplásticasoudevai-vem; •Armazenamentodebaixatemperaturamantidoa-23ºCoumenos; • Sistemas de “racks” para colocação de paletes, de modo a facilitar o manuseamento de pequenos lotes e respeitar o princípio do “rst-in, rst out”, ou do “rst end, rst out”; •Saladoequipamentodecongelação,paraprodutosemquesejanecessáriofazerbaixaratemperaturaantes dearmazenar; •Espaçodearmazenamentorefrigerado; •Espaçodegabineteparaarealizaçãodeactividadesdecarácteradministrativo; •Espaçoparaoarmazenamentodepaletesvazias; •Espaçoparaocarregamentodebaterias/empilhadores;
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•Sistemasdeprotecçãodeacordocomalegislaçãoemvigor; •Áreaderepousoparafuncionários. É por vezes usado um desenho modicado de instalações com um só piso para reduzir as distâncias de tráfego horizontaiseoscustosdeterreno.Umaalternativaélocalizarosserviçosnãoprodutivos(incluindogabinetese equipamentodefrio)maquinaria)numsegundopiso,porexemplo,sobreaáreadeplataformadoscamiões,de formaaafectaropisotérreoaoperaçõesprodutivasedearmazenamento.
Figura 2.1 – Layout de uma instalação de refrigeração
2.4-Cais
de carga e descarga
Osrequisitosdecontrolodetemperaturaparatodosospassosnomanuseamentolevaramaodesenvolvimento decaisdecargaedescargacomante-câmarasrefrigeradas.Estesespaçossãomuitoimportantesnosentidode manteroprodutoemcondiçõesadequadasdetemperaturaduranteasoperaçõesdecargaedescarga,minimizando a probabilidade de ocorrerem alterações signicativas na temperatura do produto que podessem pôr em causa a qualidadee,eventualmente,asegurançaalimentardoproduto.Narealizaçãodasoperaçõesdecargaedescarga éimportantequeosoperadorestenhamapreocupaçãodeminimizarotempoqueoprodutopermanecenocais. Nacarga,étambémmuitoimportanteassegurarque,antesdeseiniciaracarga,osistemadefriodoveículose encontraligadoequeacaixadetransporteseencontraàtemperaturapretendidaparaoprodutoatransportar. A colocação de mangas em volta das áreas de acostagem dos camiões reduz a inltração de ar exterior. Mangas insuáveis ou telescópicas que selem os espaços entre o camião e a doca reduzem ainda mais a entrada do arexterior.Deve-setertambématençãoaoespaçoentreocamiãoeocaisnaparteinferior,juntoàplataforma elevatóriaouàrampa.Oscustosdasportas,dasmangasedarefrigeraçãoinfuenciamigualmenteadimensãodo caisdedescargaedonúmerodeportas.
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Umatemperaturaentre2e7ºCnoscaisdedescargaapresentadiversasvantagens: •Reduzarefrigeraçãodacargaemáreasdebaixatemperatura,ondeaexigênciadeenergiaporunidadede capacidadeémaior; • Ocorre menor formação de gelo no armazenamento a baixas temperaturas, porque o ar a inltrar-se na área émaisfrioemenoshúmido; •Osprodutosrefrigeradosmantidosnasdocasmantêmumatemperaturamaisfavorável,mantendoassima qualidadedoproduto; •Aembalagemmantém-seembomestadoporquesemantémseca; •Os colaboradores nas instalações estão mais confortáveis dado que as diferenças de temperatura são menores.Énoentantonecessárioqueosoperadoresdisponhamdevestuárioeequipamentoapropriado paraosprotegeradequadamentedofrio; •Énecessáriaumamenormanutençãodosempilhadoresedeoutrosequipamentosporqueacondensaçãoé reduzida; •Éreduzidaoueliminadaanecessidadedeante-câmarasparaoespaçodecongelação; •Asáreasdochãomantêm-sesecas,particularmenteemfrentedasáreasdasportas.Istoajudaàmanutenção doespaçoeaumentaasegurança. Oscaisde cargae descarga refrigerados mantidosa temperaturas de2 a 7ºC requeremcerca de190Wde refrigeração por metro quadrado de área de pavimento (ASHRAE, 2006). Os cais de carga e descarga e os corredores devem ter espaço livre suciente para permitir a: •Movimentodebensdeeparaarmazenamento; •Colocaçãodepaletesedeequipamentonecessárioàsoperações; •Realizaçãodeactividadesdecontroloderecepção. Aalturadospavimentosdosveículosrefrigeradossãomuitovariáveismassãonormalmentemaioresdoqueas dosveículosnãorefrigerados.Aalturadasdocasdecamiõesdevemrespeitarosrequisitosdafrotadeveículos que é expectávelque utilizem as instalações. Os camiões de maiores dimensões geralmente requerem uma alturade1370mmacimadopavimento,noentanto,osveículosdedistribuiçãolocalpodemsermuitomenores.A instalaçãoderampasajustáveispermitecompensaralgumadiferençadealturasquepossaexistir.Apossibilidade deoempilhadorou oporta-paletespoderentrardentrodoveículodetransporteé umamais-valiapoisreduzo tempodasoperaçõesdecargaoudescarga. Onúmerodecaisdedescargadependedeváriosfactores,sendoqueadimensãodainstalaçãoearotação doprodutoarmazenadoconstituemoselementosmaisimportantes.Comoorientação,paraumacapacidadede armazenamentode30000m3,devemexistirentre7e10pontosdeacostagemdecamiões. As portas devem ser fortes mas sucientemente leves para uma fácil abertura e fecho. O material deve ser de boa qualidade,dispondodevedantesapropriadosquegarantamumfechocomumadequadoníveldeestanquicidade, demodoaminimizaracirculaçãodearfrioapartirdoespaçodearmazenamento.Recomenda-sequeasportas dearmazémdecongeladostenhamaquecimentodemodoaevitaraformaçãodegelonaportaquebloqueiea suaabertura.
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2.5-Armazéns refrigerados Noarmazenamentoemfrio,maisdoquenoutrasconstruções,oprojectodeveassegurarqueumaadequada instalaçãopodeserconseguidaemcondiçõesbastanteadversas.Osmateriaisdevemsercompatíveisunscom osoutroseaconstruçãodeveserfeitaportrabalhadorescuidadosossobavigilânciadeumsupervisorexperiente ecomformaçãoadequada.
2.5.1 - Pavimentos Ospavimentosdeinstalaçõesderefrigeraçãodefriopositivo(acimade0ºC)nãonecessitamdenenhumtratamento particularsobopavimento.Nocasodeinstalaçõesmantidasatemperaturasdecongelação,aformaçãodegelo debaixodopavimentopodelevaraolevantamentodochãoedascolunas.Aaplicaçãodeumretardadordevapor deveserconsideradaparaevitarqueosub-soloeventualmentecongeleeconsequentementequalquerhumidade no solo também congele e cause danos no pavimento. O aquecimento articial, quer através da circulação de ar atravésdecondutassubterrâneasouporglicolquecirculeemtubagensplásticas,éométodoadequadopara prevenirestefenómeno.Resistênciaseléctricasdeaquecimentoinstaladassobopavimentopodemtambémser usadosparapreveniraformaçãodegelo.Emclimasquentes,tubossubterrâneoscomarambientepodemtambém ser sucientes. A escolha do método de aquecimento depende do custo de energia, da abilidade e dos requisitos demanutenção.Ossistemasdecondutasdeardevemestarprotegidascomralosnaextremidadesparaprevenir aentradaderoedoresequaisqueroutrosmateriaisquepossamtaparapassagemdoar.Astubagensdevem possuirumainclinaçãoparaassegurarumaadequadadrenagemdaágua.AFigura2.2representaumsistemade tubagens de aquecimento no pavimento para armazéns de congelados (ASHRAE, 2006). Estetipodesistemadetubagenssubterrâneasétambémapropriadoparafacilitarumafuturaexpansãodaárea de armazenamento. O calor é fornecido por um qualquer tipo de sistema de permutadores de calor e o uido (e.g. propileno-glicol,águaglicolada)circulaaumatemperaturaquenormalmentevariaentre10e21ºC.Astubagens nas quais o uido circula são normalmente plásticas e são colocadas imediatamente por debaixo do isolante. Ocaloraserfornecidoatravésdastubagenscorrespondeaocalorperdidoatravésdopavimento.Umvalorde referênciade4.1W/m2 é um valor recomendado (ASHRAE, 2006).
Figura 2.2 - Sistema de tubagens de aquecimento no pavimento para armazéns de congelados
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Oaquecimentosobaáreadedocaemfrentedasportasdoarmazémdecongeladosajudaaeliminarahumidade naportaenasjuntasdopavimento. Osdrenosdopavimentodevemserevitadossepossível,particularmenteemarmazénsdecongelados.Seforem necessários, devem possuir dimensões curtas e serem colocados sucientemente altos para permitir que a drenagemeacanalizaçãosejaminstaladasacimadaestruturadoisolamento.
2.5.2 - Paredes Aconstruçãodasparedesdeveserconcebidadeformaqueomenornúmeropossíveldeelementospenetrena estruturaenvolventedoisolamento.Ondeforusadaaconstruçãodeparedesemcimentooutijolo,ocaixilhoda estruturadeveserindependentedasparedesexteriores.Aparedeexteriornãopodeserusadacomoparede estruturalamenosquesejausadoumtectodeisolamentosuspenso. Quandosãonecessáriaspartiçõesinterioresdoisolamento,arranjosdeduascolunasnaspartiçõesprevinemque membrosestruturaispenetremasparedesdeisolamento.Paraassegurarumbomníveldeoperaçãoeumtempo devidalongadoisolamento,aconstruçãodeumaestruturadeveserusadaquandopossível. Membranas resistentes a abrasões, tais como lmes de polietileno preto com espessura de 0.254mm, são adequadas comoretardadoresdevapor.Acontracçãodosacabamentosinterioresémaisimportantedoqueaexpansão,dado queatemperaturaaqueosarmazénssãonormalmentemantidossãomuitoinferioresàtemperaturaambiente aquandodainstalaçãodosmateriais.
2.5.3 - Preparação à superfície A superfície emque é aplicadoo materialde isolamento deve ser lisa e estarlivre desujidades.Quando as temperaturasforemdecongelação,asparedesdevemestarniveladasenãodevemserporosas.Casootipode cimento aplicado não seja no, a superfície deve ser tratada com revestimento tipo plasticante. No caso do isolante ser aplicado na forma de spray, a superfície deve ser aquecida e seca. Quaisquer rachas ou juntas deconstrução devemser preparadas.Todoa sujidadesoltadeve serremovidaparaassegurar uma boa ligaçãoentreoisolamentoeasuperfície.Superfíciesbastantelisaspodemrequereragentesdeligaçãoespeciais. Nenhumapreparaçãoespecialdasuperfícieénecessáriaparaospainéisdeisolamentousadosnorevestimento doedifício,assumindoqueassuperfíciessãorazoavelmentelisas.
2.5.4 - Acabamentos Ospainéisdaestruturadeisolamentocomexterioresemmetaloufacesinterioresreforçadasdeplásticosãoos maisutilizadosemarmazénsderefrigeradosecongelados.Estetipodeestruturaimpedeahumidadedecontactar comomaterialdeisolamento,protegendo-o.Asjuntasentrepainéisconstituempotenciaispontosdeentradade humidade,pelooacabamentoentrejuntasémuitoimportante. Todasasparedesdeisolamentoetectosdevemtertambémacabamentosinteriores.Oacabamentodeveser impermeávelaovapordeáguaeàhumidade.Paraseleccionarumacabamentointeriorquerespeiteosrequisitos deuso,devemserconsideradosváriosfactoresnosquaisdeincluemaresistênciaaofogo,osrequisitosde lavagem,osdanosmecânicos,apermeabilidadeahumidadee vapor.Todasasparedesinterioresdeespaços comisolamentotérmicodevemterprotecções(e.g.protecçõesmetálicasjuntoapilareseaesquinas)paraevitar apossibilidadededanosnosacabamentos(e.g.resultantesdechoquesdeempilhadores).
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2.5.5 - Tectos Nãoépoucocomum,asinstalaçõesderefrigeraçãopossuiremespaçosintersticiaisacimaouadjacentesaosespaços frioseminstalaçõesrefrigeradas.Arazãoparaesseespaçopodeserdeprojectoouexpansãodasinstalações. Ométododeconstruçãodetectossuspensosépreferívelparaconseguirumcompletoenvelopetérmicoedevapor. Osmateriaisdeisolamentopodemsercolocadosnotectooupavimentoacimadoespaçorefrigeradoemvezde coladoàestruturadotelhado.Seestetipodeconstruçãonãoforpossível,eoisolamentotiverdeserinstalado directamentesobo tecto,entãoo retardadordevapor,o isolamento,eosmateriaisdeacabamentodevemser mecanicamentesuportadospelaestruturaacimaem vezdeseremsuportados meramentecoma aplicaçãode adesivo. A qualidade da aplicação e uma adequada selagem dos pontos de penetração (e.g. pontos de xação do isolamento,colunas,condutas)éessencialparaassegurarumbomníveldeisolamento. Devidoaoespaçorefrigeradonãosernormalmentesujeitoavariaçõesdetemperatura,ocaixilhodaestruturaé normalmentedesenvolvidosemjuntasdeexpansãooucontracçãoseestiverinteiramenteincluídonaestruturade isolamento. Seasinstalaçõesderefrigeraçãonãopossuíremsistemasdeventilaçãoouderenovaçãodoar,ahumidadenoar irácondensarnasuperfíciefria,epodeoriginarporviadacorrosão,dapenetraçãodogeloouporoutrasformas adegradaçãodaestruturaenvolventedoisolamentoeconsequentementetambémdeste.Acolocaçãodeum desumidicador é uma das possibilidades. No entanto, o método mais frequentemente utilizado para prevenir a condensaçãoéventilarcontinuamenteespaço. Ostectossuspensossãomuitasvezesdesenhadosparapermitirapassagemdetubagensecablagensderedes dainfraestruturaetambémasrespectivasactividadesdeinspecçãoemanutenção.
2.5.6 -
Portas
Aselecçãoe aplicaçãodeportasdearmazénsdefriosãoumapartefundamentaldodesenhodasinstalações epossuemumimportantepapelnaeconomiageraldasoperações.Atendênciaépossuircadavezmenose melhoresportas.Osprodutoresoferecemmuitostiposdeportascomaespessuraadequadadeisolamentopara ousopretendido. No caso de portas em armazéns de frio negativo, quando ocorre a inltração de ar exterior, este mistura-se com oar dentrodos congeladores,formandocristaisdegelono ar.Estescristaispodem-seacumularnasparedes, nostectosepodemconduziraformaçãoeacumulaçãodegelonopavimento.Comoconsequência,aumentaa probabilidadedeacidentespessoaisedanosnosequipamentoseveículos.Aacumulaçãodegelodopavimento reduz também a produtividade pois a eciência das operações é diminuída em consequência das limitações que osempilhadoresvãoternasuamovimentação. Naselecçãodeumaportadevem-seteremconsideraçãováriosfactores,nosquaisseincluem: •Asuaadequabilidadeaotráfegoaquevaiestarsujeita,nomeadamenteemaspectosrelacionadoscoma rapidezdeaberturaeasuaresistênciaachoques; •Asuadimensão,naperspectivadasperdasdecalorqueocorremaquandodasuaabertura; •Acapacidadedeisolamento,paraminimizaratrocasdecalorcomoexterioratravésdela; •Osrequisitosdemanutenção,paraassegurarquearealizaçãodestetipodeactividadesnãocomprometea operacionalidadedainstalação.
34
Naconcepçãodasportasdevemsertidosemconsideraçãodiversoselementos,nosquaisseincluem: •Asportasdevemserrevestidasporumalevechapametálicaoudeplásticoquereforçamaprotecçãodas portas.Portasemáreasmaissujeitasachoquesdevemserprotegidascomchapasmetálicasmaisgrossas, natotalidadedaportaouapenasemparte; •Asportas demaior dimensãoou operadascommaisfrequência e mais sujeitasa danosdevem possuir igualmenteprotecçõeslateraisnasparedese,eventualmente,parasegurançadaspessoasprotecçãonas zonasdepassagem; •Parapreveniraformaçãodegeloeomaufuncionamentodasportasdaíresultante,asportaspodemter sistemasdeaquecimentoeléctricoautomático.Osdispositivosdesegurançaquerespeitamcódigoseléctricos devemserusados; •Asportasdevemestarlocalizadasdeformaaabrigarcomsegurançaosprodutosefacilitarumaoperação economicamente ecaz das operações de carga e descarga; •Asportasdevemternomínimoumtamanhoquedeixelivre,pelomenos,30cmdecadaumdosladosde umapalete; • As dimensões especícas de uma porta podem requerer variações desta recomendação. Normalmente uma alturade3metroséadequadaparaageneralidadedosempilhadoresutilizados.
2.5.7 - Instalação eléctrica Os cabos eléctricos devem ser levados para a sala refrigerada através do menor número possível de sítios (preferivelmenteum),furandoapenasumavezaparederetardadoradevaporeoisolamento.Oscabosrevestidosa plásticosãorecomendadosparaestetipodesituações.Asinstalaçõesdeluzesnoespaçodearmazémnãodevem serseladasaovapormasdevempermitirumalivrepassagemdahumidade.Deve-setomaratençãoparamanter aselagemdevaporentreoexteriordosserviçoseléctricoseoretardadordevapordoarmazémrefrigerado.
2.5.8 - Inovações no armazenamento refrigerado Armazéns automatizados Os armazéns automatizados normalmente contêm arranjos de “racks” altos e xos com estantaria móvel que pode sercompletamenteautomática,semi-automáticaoudecontrolomanual.Ossistemasdecontrolopodemserligados aumsistemadecomputadoresqueretémoinventáriocompletodeprodutosesuaslocalizações.Aautomação dearmazénséaindabastantelimitadaemPortugal.Emboraexigauminvestimentoinicialsubstancialmentemais elevado, existe um conjunto de vantagens na automação que podem justicar a opção: • Manutenção do “rst-in, rst-out”; •Aestruturainternaéalta,requerendoumespaçodeterrenomínimoefornecendoumcustopormetrocúbico maisbaixo; •Minimizaçãodosdanosnosprodutos; •Minimizaçãodoscustosdirectosdemanuseamentodomaterial.
35
Paraalémdocustoinicialdosistemaedoedifícioexistemoutrasdesvantagensrelativamenteaosarmazéns convencionaisquedevemserconsiderados: • O acesso pode ser mais lento, dependendo do uxo do produto e localização; •Oequipamentoderefrigeraçãopodeserdedifícilacessoparaamanutenção.
Método de refrigeração Tipicamentearefrigeraçãodosespaçosdearmazenamentoéefectuadaatravésdarefrigeraçãodoaredasua circulaçãonoespaçodearmazenamento.Existem,noentanto,soluçõesalternativasoucomplementaresemque sãoasparedes,ochãoeostectosquesãorefrigerados.Arefrigeraçãomecânicadeparedes,chãoetectos podeserumaopçãoeconómicaparaocontrolodatemperatura.Nestetipodeconcepção,existemtubagens queseencontramembebidasouespaçosdearatravésdosquaisoarrefrigeradocirculaparafornecerofrio.A refrigeraçãosuplementarporcirculaçãodearpodeserfornecidaporunidadesdearcondicionadodesalasfrias quefuncionamapenasquandonecessário.
2.6-Isolamento
2.6.1 -
Tipo de isolamento
Existemtrêsmétodosprincipaisdecriaroisolamentopretendido(verSecção2.5),nomeadamente: •Atravésdeisolamentomecanicamenteaplicado(isolamentorígido); •Aplicandoestruturasdepainéisisolados; • Através de sistemas adesivos ou de aplicação na forma de spray. Emqualquerdestastécnicas,omaterialdeisolamentoéseladodentrodeumaestruturaenvolventeemcontacto com o isolamento, apertando-o. Esta estrutura envolvente tem de ser resistente à humidade e ser sucientemente resistenteparanãoserfacilmentevioladaporacçãomecânicainadvertida.
Isolamento rígido Materiaisdeisolamento,taiscomopoliestireno,poliuretanoe materiaisfenólicos,provaramseremsatisfatórios comomateriaisdeisolamentoquandoinstaladoscomumretardadordevaporadequadoeacabamentoscom materiaisquefornecemprotecçãocontraincêndiosesuperfícieshigiénicas.Aselecçãodomaterialdeisolamento deveserbaseadanoscustosdomaterialdeisolamento,incluindoacabamentos,dosrequisitosdehigieneede protecçãocontraincêndios.
Painéis de isolamento Ousodepainéisdeisolamentopré-fabricadosparaparedesdeisolamentoeconstruçãodetectosencontra-se largamentedivulgado.Estespainéispodemsermontadosàvoltadaestruturadoedifíciooucontraoutrotipode paredes.Ospainéispodemserisoladosnafábricaquercompoliestirenooupoliuretanos.Outrosmateriaisde isolamentonãotendemaseremutilizadosnaconstruçãoempainéis.
36
As vantagens básicas, para além das económicas, da utilização de painéis de isolamento são a simplicação da reparaçãoemanutençãodevidoàsuasuperfícieexteriorservirtambémcomoretardadordevaporeseracessível. Estaéumagrandevantagemseaestruturavieraseralargadanofuturo.
Aplicação de espumas de isolamento Este método de aplicação ganhou grande aceitação como resultado do desenvolvimento do isolamento de poliuretano e do equipamento para instalação. As máquinas portáteis com mangueiras de spray alimentam o isolamentonascavidadesdasparedes,pavimentoetectos,paraenchersemjuntasoespaçofornecidopara construçãodeisolamentomonolítico.Noentanto,dadoqueestematerialnãooferecegranderesistênciaaovapor, asuaaplicaçãonaconstruçãodepavimentosdeveserlimitada.
2.6.2 - Resistência térmica do isolamento O valorda resistênciatérmica(R) doisolamento necessário variacom a temperaturamantidano espaçode refrigeração e as condições envolventes da sala. A Tabela 2.1 mostra os valores de resistência térmica recomendadosparadiferentestiposdeinstalações.AamplitudedosvaloresRdeve-seavariaçõesnoscustosde energia,materiaisdeisolamento,econdiçõesclimatéricas.Paravaloresmaisexactosdevemserconsultadoso projectistae/ouofornecedordomaterialdeisolamentoautilizar.Nãodevem,contudo,serutilizadosvaloresde resistênciatérmicainferioresaosqueconstamdaTabela2.1.
Tabela 2.1 – Valores resistência térmica recomendados para o isolamento
AMPLITUDE DA TEMPERATURA NO ARMAZÉM (ºC)
Pavimentos
Paredes/ tectos suspensos
Telhados
4 a 10
Isolamento do perímetro c)
4.4
5.3 a 6.2
-4 a 2
3.5
4.2 a 5.6
6.2 a 7.0
-23a-29
4.8 a 5.6
6.2a7.0
7.9 a 8.8
-40 a -46
5.3 a 7.0
7.9 a 8.8
8.8 a 10.6
RESISTÊNCIA TÉRMICA (m2K)/W
Se umarmazémde refrigerados pudervir a ser convertido num armazém de congelados no futuro, deve-se consideraroisolamentodainstalaçãocomvaloresRmaiselevadosparaaquelaqueéexpectávelvirasera secçãodecongelados.Sefornecessáriaumaelevadahumidaderelativanoarmazém,entãooisolamentodo pavimentodeveserpelomenosigualaorecomendadoparaasparedes.
37
38
Capítulo 3
02
40
Sistemasderefrigeração
3.1
-Enquadramento
3.2
-Fluidosfrigorigéneos
3.3
-Cicloderefrigeração
3.4
-Componentesessenciaisdeumsistemaderefrigeraçãoporcompressãodevapor
02
3.4.1 -Compressor 3.4.2 -Condensador 3.4.3 -Evaporador 3.4.4 -Válvuladeexpansão 3.4.5 -Ventilador 3.4.6 -Equipamentoderegulaçãoecontrolo 3.5
-Cicloderefrigeraçãoporcompressãodevapor
3.6
-Ciclorealdecompressãodevapor
Objectivos do Capítulo • Identicar e descrever os principais uidos frigorigéneos utilizados em equipamentos de refrigeração; •Apresentarosprincípiosbásicosdetransferênciadecaloremequipamentosdefrio; •Descreveroscomponentesessenciaisdeumsistemaderefrigeraçãoeoseumododefuncionamento.
42
3.1-Enquadramento Desde tempos imemoráveis o Homem debateu-se com a problemática da conservação de géneros alimentícios, pois o caráctersazonal e a distribuição irregular degéneros por regiões impuserama procura deformas de conservaçãoquepermitissemotransporteeoarmazenamentoparaposteriorconsumo.Osmétodostradicionais depreservaçãodealimentos(secagem,fumagem,salgaesalmoura)apresentamdiversasdesvantagens,como sejamaalteraçãodaaparênciaedosaborinicial,alimitaçãodotempodearmazenamento,entreoutros,embora sejam inteiramente adequados a prolongar o período de preservação dos alimentos. Como a conservação de alimentos se resume à prevenção ou retardamento da deterioração, independentemente do processo de refrigeraçãoutilizado,énecessárioteremconsideraçãoqueexistemdiversosgrausdequalidadedosprodutos alimentaresfrescosemfunçãodaetapadedeterioraçãoatésetornaremimprópriosparaconsumo.Oobjectivoda conservaçãodeprodutosalimentaresconsistenamanutençãodosalimentosnumescalãodequalidadeomais elevadopossívelnoquerespeitaàaparência,odor,saboreconteúdonutritivo,jáquedesteselementosdepende ovalorcomercial,alémdasegurançaalimentardosconsumidores. Ofrioconstituioúnicomeiodeconservaçãodealimentosnoseuestadonatural,peloqueoutrodosmétodos tradicionais destinados à conservação de alimentos perecíveis consistia na colocação de blocos de gelo em câmarasdegrandesdimensõesjuntamentecomosprodutosalimentaresarmazenadosduranteoInvernocomo objectivodeconsumiralimentosarrefecidospelocalordefusãodogeloarmazenado.Estemétodocontinuaactual, empaísesservidosporredesdefrioadaptadasetecnologicamenteavançadas,nasmalasisotérmicasutilizadas paraconservaremanterrefrigeradososalimentosebebidasemsituaçõesemquenãosepossarecorrerauma fonteexternadeenergia. Quando em meados do século XIX o Homem descobriu a propriedade frigorigénea dos gases, isto é, a capacidade deretirarcalordeumsistemaquandosubmetidoàexpansão,iniciou-seaproduçãoindustrialdegelo.Desde então,aactividadecomercialdeconservaçãodeprodutosalimentaresperecíveisemgrandeescaladesenvolveuseatéàimprescindívelnecessidadequepossuihojeemdia.
3.2-Fluidos frigorigéneos O sector da refrigeração teve uma franca expansão nos países desenvolvidos após a 2ª Guerra Mundial, data quando as cadeias de frio começaram a ser estabelecidas. No entanto, a evolução em tecnologias e em uidos refrigerantes foi mais lenta, e apenas em 1987 com a assinatura do Protocolo de Montreal, é que o sector da refrigeração iniciou modicações profundas que permitiram hoje em dia a existência de uma gama larga de novos uidos refrigerantes e tecnologias alternativas. A produção de frio articial baseia-se no princípio físico de acordo com o qual todo o fenómeno de evaporação é acompanhado pela dissipação de calor. Assim, será necessário construir um sistema baseado naquele princípio,quefuncionecontinuamente,istoéemcircuitofechado,queextraiocalordeumdeterminadorecinto hermeticamentefechado. Tipicamente,ossistemasderefrigeraçãofazemusodeumciclotermodinâmicodecompressãodevaporque será alvo de posterior descrição. Os uidos utilizados no ciclo de refrigeração são vulgarmente designados por
43
uidos frigorigéneos. Os uidos frigorigéneos usados no início da actividade comercial e industrial da refrigeração eram o amoníaco, o dióxido de enxofre e o cloreto de metilo. Dadas as propriedades destes uidos, o processo de refrigeração era, por vezes, perigoso, explosivo, inamável e tóxico. Além do que, necessitavam de pressão elevadaparaatingircapacidadefrigorigéneanecessáriaàfabricaçãoeconómicadegelo. As características destes uidos têm em consideração os seguintes requisitos de modo a tornarem a sua utilização em ciclos de compressão de vapor mais eciente e segura: • O uido deverá evaporar-se em condições de pressão não demasiado baixa e de temperatura sucientemente baixa, de modo a serem conseguidas temperaturas na superfície do evaporador sucientemente baixas de modo a que a transferência de calor com o uido que contacta permita refrigerá-lo, uido esse que, por sua vez,irácontactarcomosalimentos; • A compressão do uido deverá permitir liquefazê-lo a uma temperatura não muito superior à de um uido baratoeacessível,peloquenãopoderáatingirumapressãoeumatemperaturacríticanocircuito,jáquenão seriacondensável; • A compressão do uido deverá poder ser feita sem atingir grandes valores de pressão, uma vez que estes obrigamagrandestaxasdecompressãoeaumaumentodecustodocompressor; • O uido deve ainda ter um calor de vaporização tão elevado quanto possível, à temperatura de evaporação, parasepoderutilizarumcaudalemmassanãomuitoelevado; • O uido, no estado de vapor, deverá ter um volume especíco tão baixo quanto possível, para que o caudal acomprimirsejatambémtãobaixoquantopossível,nãoobrigandoaumesforçotãograndedecompressão, ouaumcompressordemaioresdimensões; • O uido não deverá congelar a uma temperatura próxima da do evaporador. A congelação do uido iria impedir osistemaderealizaropropósitoparaoqualfoiprojectado,jáquenaproximidadedopontodecongelaçãoo aumento da viscosidade do uido poderia anular ou reduzir a taxa de transferência de calor; • O uido a utilizar deverá ser quimicamente estável, na gama de pressões e temperaturas a utilizar, em mistura com o lubricante ou relativamente ao material de que é construído o equipamento, de modo a evitar acorrosãonoequipamento; • O uido deverá apresentar um baixo custo, permitir uma fácil detecção de fugas, de preferência não inamável/ explosivo,isoladamentenememmisturascomoar.Depreferênciadeverásernãotóxico,masnocaso deapresentarumqualquergraudetoxicidade,deveráserfácildeprevenircomautilizaçãodesistemas simples; • Adicionalmente, uido não deverá ser prejudicial ao ambiente, nomeadamente, à destruição da camada de ozonoemcasodeocorrênciadefugas. Somente em 1932 foi descoberto o Refrigerante 12 (R12), mais conhecido como Freon 12. Este clorouorcarboneto (CFC)quetemacaracterísticadeserendotérmicoquandoexpandeouquandovaporiza.OFreonéumgásinerte (não inamável, não explosivo, não tóxico e não corrosivo). A pressão necessária para que suas propriedades frigorigéneasocorramcom transferênciaapreciáveldecalor paraseraplicadapraticamente,erabeminferior à requerida pelos gases refrigerantes conhecidos até então. Era um “gás ideal” até ser descoberto o efeito de destruiçãodacamadadeozonodaatmosfera,fundamentalparabarraroexcessoderadiaçãosolarultra-violeta nasuperfíciedaTerra.
44
Na Tabela 3.1 é apresentada a comparação das características dos uidos frigorigéneos: Amoníaco e do Freon 12. Tabela 3.1 - Características dos uidos frigorigéneos - Amoníaco e R12
PROPRIEDADE
AMONÍACO (NH3)
R12 (CCl2F2)
Temperatura crítica
132 ºC
115 ºC
Temperaturadefusão
-78 ºC
-158 ºC
Entalpiade vaporização
Muitoelevada
1/8 do NH3
Estabilidade
Atacao Cobre eligas deCobre
Não corrosivo
Condutividade térmica
Elevada
10% do NH3
Toxicidade
Tóxico
Não tóxico
Destruição do ozono
Sem efeito
Nocivo
Custo
Muito barato
Muito caro
Dopontodevistaambiental,asactividadesrelacionadascomarefrigeraçãoeintegradasnumdesenvolvimento sustentável, possuem duas componentes principais: as emissões para a atmosfera de determinados gases refrigerantesutilizadosnossistemasderefrigeraçãoeaemissãodedióxidodecarbonoresultantedageraçãode energiarequeridaparaofuncionamentodessessistemas.AsemissõesparaaatmosferadeCFCsenumamenor escala, as emissões de hidroclorouorcarbonetos (HCFCs), exercem efeitos de redução da camada de ozono, sendo64%daproduçãodestinadaaousoemsistemasderefrigeraçãoearcondicionadoconformeindicado emAFEAS(2001).Oimpactodassubstânciascausadorasdareduçãodacamadadeozonoéquantitativamente medido através do seu Ozone Depleting Potential (ODP) Estas duas famílias de refrigerantes também são incluídasnoselementosquecontribuemparaoaquecimentoglobaldaTerradevidoaoefeitodeestufa.Embora os gases hidrouorcarbonetos (HFCs) fossem desenvolvidos com o intuito de substituir os CFCs e HCFCs já que nãodegradamacamadadeozono,têmtambémefeitosdirectosnoaquecimentoglobaldoplaneta.Atravésdo protocolodeMontreal,177paísescomprometeram-seatomarmedidasparaprotecçãodacamadadeozono. EsteprotocolodeterminaumaaboliçãogradualetotalcessaçãodofabricoeutilizaçãodeCFCsseguidospelos HCFCs. O objectivo do protocolo de Quioto, que ainda não foi raticado por um número suciente de países de modoatornar-senumaforçamotrizdealteraçãodecomportamentos,consistenareduçãoem5%dasemissões de seis gases, entre os quais se encontram os HFCs, entre 1990 a 2008 e 2012. Os benefícios ambientais das estratégias delineadas são avaliados segundo uma medida objectiva de mérito ambiental, baseada na denição de umciclodevidareal- Life Cycle Climate Performance(LCCP),queponderaaglobalidadedoimpactoambiental duranteociclodevidadosistemaderefrigeração,emboraestamediçãotambémpossaserefectuadacomo Global Warming Potential (GWP). De modo a combater o aquecimento global, as estratégias fundamentais a seguir consistemna redução do consumo energético, redução nas emissões de refrigerantes, investigação e desenvolvimento de novos uidos refrigerantes e tecnologias alternativas (tecnologias que possibilitem soluções alternativasadequadasaociclodecompressãodevapor,comosejamastecnologiasdeabsorçãoeabdorção, refrigeraçãosolar,arrefecimentodissecante,ciclodear,ciclodeStirling,arrefecimentotermoeléctrico,etc...).
45
OconceitoTotal Equivalent Warming Impact (TEWI)levaemcontanãosóasemissõesdirectas,mastambém indirectasdegasesutilizadosnossistemasderefrigeraçãoquecontribuemparao efeitode estufa.Osvalores médiosdasemissõesdirectaeindirectadoimpactototaldosectordarefrigeraçãonoaquecimentoglobalforam estimados respectivamente em 20 % devido a fugas de uidos refrigerantes das instalações de refrigeração, e em 80 % devido às emissões indirectas de dióxido de carbono gerado pela produção (essencialmente eléctrica) de energiarequeridaparaofuncionamentodossistemas(IIR,2000). Porimperativosambientaisrelacionadoscomaprotecçãodacamadadeozonodevidoàlibertaçãodegasescom efeito de estufa, isto é, os uidos frigorigéneos contendo cloro, as novas unidades frigorícas e de ar condicionado usam hidrouorocarbonetos (HFC), que apenas contêm como halogéneo o úor, como substitutos dos uidos frigorigéneosCFCs. Porexemplo,oR134aéumsubstitutodoR12,oqualpossuipropriedadessemelhantesàsdoR12,masnãoprovoca a destruição da camada de ozono. Outros uidos frigorigéneos também têm sido progressivamente utilizados para asubstituiçãodoR12.Entreestes,encontram-seoR600(n-butano),R600a(iso-butano)ouR600b(ciclo-pentano) preferencialmente utilizados em equipamentos domésticos. Todavia, os uidos frigorigéneos hidrocarbonetos cloradossãoaindaosmaisempregues,jáque,emboraossistemasmaisantigosqueforamconcebidospara trabalharcomR12possamseralteradosparaR134a,nãotemsidotomadaumaacçãoconsciencializadorapara substituir os uidos frigorigéneos, nomeadamente em pequenos sistemas domésticos.
Tabela 3.2 - Propriedades dos uidos frigorigéneos de uso doméstico
PROPRIEDADES
R12
R134a
R600a
Massa molar [kg/mol]
0.121
0.102
0.058
Temperatura ebulição [K]
243.2
246.6
261.5
Temperaturacrítica[K]
388
374
408
Pressão critica [MPa]
4.01
4.07
3.65
Densidade(25ºC)[kg/m3]
1470
1370
600
Pressão de vapor (25 ºC) [kPa]
124
107
58
Entalpia de vaporização (25 ºC) [kJ/kg]
163
216
376
Exemplos de uidos frigorigéneos inorgânicos comuns são o amoníaco (R717), dióxido de carbono (R744), azoto (R728), neon (R720), água (R718), etc. Como exemplos de uidos frigorigéneos orgânicos podem ser indicados o triclorouorometano (R11), diclorodicluorometano (R12), triuorotricloroetano (R113), tetrauoroetano (R134a), etano(R170),metano(R50),etc.NaseguinteTabela3.3sãoapresentadasalgumasdepropriedadesfísicasde uidos frigorigéneos.
46
Tabela 3.3 - Propriedades termodinâmicos de diversos uidos frigorigéneos
FLUIDO FRIGORIGÉNEO
TEMPERATURA DE EBULIÇÃO (ºC)
TEMPERATURA CRÍTICA (ºC)
PRESSÃO CRÍTICA (bar)
GAMA DE UTILIZAÇÃO (ºC)
Hidrogénio (R702a)
-252
-240
12,8
-
Azoto (R728)
-196
-147
34,0
-
Ar (R729)
-195
-141
37,7
-
Etileno (R1150)
-104
+9
50,4
-100 a -73
Dióxido de carbono (R744)
-79
+31
73,9
-
Propileno(R1270)
-48
+92
46,6
-45 a -10
Propano (R290)
-42
+97
42,4
-40 a -5
Amoníaco (R717)
-33
+132
113,0
-35 a 0
Tetrauoroetano (R134a)
-26
+101
40,6
-26 a 15
Butano (R600)
-1
+152
38,0
-
Água (R718)
+100
+374
221,0
+7 a +50
Nota: Uma forma rudimentar, mas simples, de avaliar a aplicabilidade de um dado uido como frigorigéneo num ciclo de refrigeração, consiste na determinação da sua temperatura de ebulição normal. Quanto mais baixa for a temperatura, menor será o nível de arrefecimento que se poderá alcançar no sistema.
Idealmente e numa fase inicial de selecção, os uidos frigorigéneos deverão ser avaliados através das propriedades apresentadasnaTabela3.4seguinte. Tabela 3.4 - Características relevantes dos uidos frigorigéneos
PROPRIEDADE
CARACTERÍSTICA DESEJADA
COMENTÁRIO
Temperaturacrítica
Inferioràtemperaturadecondensação
AproximaçãoaociclodeCarnotepermitir elevadoCOP
Temperatura de fusão
Baixa
No evaporador deverá existir líquido
Pressãodesaturação
Acima da pressãoatmosférica
Evitar entradas dearno sistema
Entalpia de vaporização
Elevada
Redução do caudal a processar
Volume especíco
Baixo
Condutividade térmica
Elevada
Elevadas taxas de transferência de calor
Estabilidade
Boa
Quer de substâncias puras quer de misturas
Solubilidade
Baixa
Evitar contaminação por água ou óleo
47
Reduçãodotrabalhodocompressoredas dimensõesdosistema
Toxicidade
Baixa
Permitirmanipulaçãosemriscode envenenamento
Inamabilidade
Baixa
Segurança na operação
Detectabilidade
Boa
Detecção de fugas
Destruição do ozono
Nenhuma
Prevenir a destruição da camada de ozono
Custo
Baixo
-
3.3-Ciclo
de refrigeração
Oprocessoderefrigeraçãoéumatransferênciadeenergia(naformadecalor),deumcorpofrioparaumcorpo quente,pelaaplicaçãodetrabalhoexterno(oucalor).Umequipamentoderefrigeraçãoévulgarmenteassociado ao inverso de uma “máquina de calor” (Figura 3.1).
QUENTE T2 Q2
QUENTE T2 Q2
W Q1
FRIO M áquina de calor
W Q1
T1
FRIO
T1
Bomba de calor (equipameentoderefrigeração)
Figura 3.1 - Esquema do processo de refrigeração
O funcionamento destes sistemas pode ser avaliado através do denominado Coeciente de Performance (Coefcient Of Performance – COP) da bomba de calor ou do equipamento de refrigeração, análogo à eciência
térmica( th) da máquina de calor. Qualquer destas quantidades dene o efeito útil do equipamento de refrigeração queconsistenaremoçãodecaloraoobjectofrio,ouseja,aobtençãodeumaquantidadeQ 1fornecendootrabalho W(usualmentedeumcompressor).
Outrosdoisimportantesparâmetrosigualmenteassociadosaosciclosderefrigeraçãosão: • O efeito refrigerante q [kJ/kg], que é o calor removido à fonte fria por unidade de massa de uido refrigerante; •AcapacidadederefrigeraçãoQ[kJ/s],queéataxadecalorremovidaàfontefria. Um ciclo de refrigeração simples (Figura 3.2) é o inverso do Ciclo de Carnot para o trabalho num uido condensável, formadoporumcompressor,umcondensador,umdispositivodeexpansãoeumevaporador.
48
Q23
CONDENSADOR
3
EXPANSOR W34
4
2
COMPRESSOR EVAPORADOR
1
W12
Q41 Figura 3.2 - Ciclo de refrigeração simples
Emborateoricamenteestesistemafuncione,napráticanãoéutilizadoemvaporescondensáveisumavezquea misturaquechegaaodispositivodeexpansãoéumlíquidooucontémumamisturadevaporelíquido.Naprática, émuitodifícilconseguirumsistemadeexpansão(oucompressão)demisturashúmidasdevidoaimpedimentos mecânicos. De forma a evitar estas diculdades práticas no ciclo de refrigeração, foram feitas duas modicações (Figura3.3): •Odispositivodeexpansãofoisubstituídoporumaválvula; • O uido é completamente evaporado na saída do evaporador, de modo a que ao compressor chegue somente gás.
Q23 3
CONDENSADOR
e o d ã a s l n u a v p l á x V e
4
2
COMPRESSOR EVAPORADOR
1
W12
Q41 Figura 3.3 - Ciclo de refrigeração modicado
Estaalteraçãoapresentanoentantoalgumasdesvantagens: •Comoaválvuladeexpansãocriaentropia,eaenergiadisponívelparapermutanoevaporadoréinferior; •Paraumadadataxadecompressão,otrabalhodocompressorésuperioraodociclosimplespoisnadescarga ogásestásobreaquecido; •OvalordoCOPéinferioraoCOPdoinversoidealdoCiclodeCarnotpoisacondensaçãonãoéisotérmicae aválvuladeexpansãoéirreversível. Umcicloderefrigeraçãoporcompressãodevaporconsistenumasériedeprocessosexecutadossobreeporum uido frigorigéneo. O ciclo é constituído dos seguintes processos: •Compressãodovapor(realizaçãodetrabalhosobreovapor,transferindo-lhepotência);
49
•Condensaçãodovapor(transferênciadecalorcomomeiofrio); •Expansãodolíquidoapóscondensação; •Evaporaçãodolíquido(transferênciadecalorcomomeioquente).
3.4-Componentes
essenciais de um sistema de refrigeração por compressão de vapor
Antes de avançar para análise dos ciclos de refrigeração, são apresentados esquematicamente os quatro componentes principais dos sistemas frigorícos de compressão de vapor: evaporador, compressor, condensador eválvuladeexpansão,deformaafamiliarizaroleitorcomossistemasdisponíveisnomercado.
3.4.1 - Compressor Equipamento destinado aumentar a pressão de um gás ou escoamento gasoso. Ao comprimir o uido frigorigéneo naformadevapor,paraalémdeaumentarasuapressão,aumentaasuatemperaturadovapor,atéumvalor situado sucientemente acima do valor de temperatura de um uido abundante e barato, ar ou água, que será utilizadonasuacondensação. Os compressores utilizados nos equipamentos de refrigeração operam com uidos bastante especícos e em condições de sucçãoe descarga pouco variáveis, possibilitando assim o seu fabrico em série. Consoante o funcionamentopodemsersubdivididosemdoisgrandesgrupos: •Volumétricos ou de deslocamento positivo :rotativos,alternativos,deparafuso,scroll, swing ; •Roto dinâmicos ou de deslocamento cinético :centrífugoseaxiais. Adicionalmente,consoanteotipodeacessoaoseuinterior,podemsersubdivididosem: •Aberto:compressorseparadodomotorsendoatransmissãousualmenteefectuadaporcorreias; •Semi-hermético: compressor acoplado a um motor eléctrico, estando ambos encerrados num invólucro metálico; •Hermético:compressoracopladoaummotoreléctrico,estandoambosencerradosnuminvólucrometálicoselado.
3.4.2 - Condensador Equipamento destinado a permitir a que o uido frigorigéneo comprimido, no estado gasoso, dissipe calor para um uido que constitui o meio externo. Durante este processo de transferência de calor, o uido perde energia e condensa-se. Os uidos externos utilizados para arrefecer o condensador são tipicamente a água ou o ar. No entanto,existeumtipodecondensadorondeépulverizadaáguanaparteexterioraostubos,deformaaaumentar atrocadecalor,aproveitandoocalorlatentedaágua(condensadorevaporativo).
3.4.3 - Evaporador Equipamento destinado a permitir que onde o uido frigorigéneo receba calor do meio que se pretende arrefecer. Não é mais do que um permutador de calor que arrefece um uido exterior a uma temperatura constante (a temperatura de vaporização do uido frigorigéneo à pressão de trabalho). Durante este processo de transferência
50
de calor, o uido recebe energia e evapora-se. Consoante o seu tipo de funcionamento, podem ser subdivididos emdoisgrupos: •Inundados:evaporadoremqueexisteumaquantidadedelíquido,cujovolumeécontroladopeloseunível; •Secos:evaporadoremquetodoolíquidoqueneleentra,sainascondiçõesdevapor.
3.4.4 - Válvula de expansão Equipamento destinado a permitir o controlo do caudal de uido frigorigéneo condensado ao evaporador, servindo assimcomoórgãodeseparaçãoentreazonadepressãomaiselevadaeazonadepressãomaisbaixanocircuito frigoríco de compressão de vapor. Asprincipaisválvulasquenecessitamdecorrenteeléctricasão: •Válvula motorizada :válvulaoperadaporumpequenomotoreléctrico(actuador); •Válvula solenóide :válvulaqueabreoufechaporacçãodoefeitoelectromagnético. Emtermosgenéricosorecursoaválvulaselectrónicaspermitemummelhorrendimentodainstalaçãoquando comparadocomorendimentoqueasválvulasconvencionaispermitem.
3.4.5 - Ventilador Quandoapropriadaaobtençãodemaiorestaxasdetransferênciadecalorouaformaçãodeumacortinadearem equipamentosderefrigeraçãoabertosaoarambiente,sãofrequentementeutilizadosventiladores.Consoanteo funcionamentopodemserdistinguidososseguintestipos: •Axial:ocaudaltendeaseguirnumadirecçãoparalelaàdoeixodoventilador; •Centrífugo:aadmissãoéefectuadaaxialmenteeadescargaradialmente,numplanonormalàdirecção daadmissão.
3.4.6 - Equipamento de regulação e controlo Osequipamentosderegulaçãoecontrolonormalmenteexistentesnumequipamentoderefrigeraçãodestinam-se avaliar as alterações duma propriedade do uido no ponto de leitura. Um sensor faz a medição da propriedade, enviandoumsinalproporcionalàgrandezalida.Osequipamentosdecontrolomaisusuaissão: •Termóstato :controlodetemperatura; •Pressostato:controlodepressão; •Higrostato:controlodahumidade(poucoutilizadonaspequenasunidades). Oposicionamentodosensornolocal(oulocais)acontrolaréimportante.Aqualidadedascondiçõesobtidasea eciência do sistema depende dum correcto posicionamento dos sensores.
3.5-Ciclo
de refrigeração por compressão de vapor
Osprocessosocorridosnumcicloderefrigeraçãoporcompressãodevaporretratamasalterações,detemperatura e de pressão responsáveis pelas transferências de calor, que o uido frigorigéneo sofre (Figura 3.4). Um modo gráco de esboçar os processos que ocorrem num ciclo é através dos diagramas de estado. Há vários tipos de
51
diagramasquepodemserutilizadosparaesteefeito,sendoosmaisusuaisosquerelacionamaspropriedadesdo uido: pressão, p, com a entalpia, h, (diagrama de Mollier) e os que relacionam a temperatura, T, com a entropia, s(Figura3.5). Inicialmente,serádescritoocicloidealdecompressãodevaporjáqueociclorealdesvia-sedocicloidealizado,não obstantesendoconstituídopelosmesmosprocessos.Estecicloidealédeseguidarepresentadoesquematicamente enodiagramadeMollier(p-h):
Ambiente (FonteQuente) QH
Condensador 3
2
W in
Válvulade expansão Compressor 4
1
Evaporador QL
Espaçorefrigerado (FonteFria)
Figura 3.4 - Representação esquemática do ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor
p
T 2
Liquido saturado
QH 3
2
QH
3
QL 4
1
W in
W in 4’
4
1 QL
Vaporsaturado
h
s
DiagramadeMollier( p-h).
Diagrama T-s.
Figura 3.5 - Ciclo de compressão de vapor ideal
52
NodiagramadeMollier(p-h)podemserdistinguidasasseguintesregiões: •Ponto 1 Ponto 2: O uido frigorigéneo entra no compressor como vapor saturado sofrendo uma compressãoadiabática,istoé,semtrocasdecalorcomoexterior(aliásisentrópica,aentropiaconstante)no compressor até a pressão de condensação. Durante este processo a temperatura do uido aumenta acima datemperaturadomeioenvolvente; •Ponto 2 Ponto 3: O uido frigorigéneo entra no condensador como vapor sobre aquecido onde é realizada a dissipação de calor isotérmica até atingir o estado de liquido saturado, todavia, com uma temperaturasuperioràdomeioenvolvente; Ponto 4:Expansãodolíquidoapóscondensaçãoaentalpiaconstanteatravésdeumtubo •Ponto 3 capilar ou válvula de expansão com o objectivo de regular a admissão de uido frigorigéneo ao evaporador. Durante este processo a temperatura do uido desce abaixo da temperatura do espaço que se pretende refrigerar. O arrefecimento provoca uma diminuição da pressão, sendo o uido frigorigéneo parcialmente vaporizado;
Ponto 1:Absorçãodecalordoespaçoquesepretenderefrigerarnoevaporador,sendooseu •Ponto 4 estadoalteradoparavaporsaturadoeretornandoaoPonto1. Matematicamente, o ciclo de refrigeração por compressão de vapor pode ser descrito pela formulação da EquaçãodaEnergia,aplicávelparaumsistemaemregimepermanente,paraumescoamentounidimensionalcom conservaçãodemassa,istoé,ms=me=m.
Emque, Potência caloríca [W]; h
Entalpia, [kJ/kg];
g
Aceleração da gravidade, ( = 9,81 [m/s2]);
e
Cota, [m];
m
Massa, [kg]; Potência, [W].
Aanálisedecadaumdosprocessospodeserrealizadaseparadamentepelaconsideraçãodevolumesdecontrolo (VC): •Ponto1
Ponto2:Compressão-Modeloidealdocompressor
Considerando as seguintes simplicações no denição do modelo baseado na equação de energia: (1) regime permanente:
;
53
(2)processodecompressãoéadiabáticoereversível,istoé,éisoentrópico: (3)existeconservaçãodemassa:me=ms = m :
;
;
(4)variaçõesdeenergiacinéticaepotencialsãodesprezáveis:
; (5)apressãoéconstante(estaéumaaproximação). SendoWotrabalhorealizadosobreoVC,oprocessoserádescritopor:
•Ponto2
Ponto3:Condensação-Modeloidealdocondensador
•Ponto4
Ponto1:Evaporação–Modeloidealdoevaporador
A aplicação da Equação da Energia aos processos decondensação e evaporação é análoga e assenta nos mesmospressupostos: (1) regime permanente:
;
(2) sóexistetrabalhodeescoamento (incluídonaentalpia):
;
(3)existeconservaçãodemassa:me=ms=m; ; (4)variaçõesdeenergiacinéticaepotencialsãodesprezáveisfaceàvariaçãodaentalpia: ; (5)apressãoéconstante(estaéumaaproximação).
54
Assim: Condensadorideal: Evaporadorideal: •Ponto3
Ponto4:Expansão-Modeloidealdaválvuladeexpansão
Assumindoque: (1) regime permanente:
;
(2) processo é adiabático:
;
(3)existeconservaçãodemassa:me=ms=m; ; (4)variaçõesdeenergiacinéticaepotencialsãodesprezáveis: . Aequaçãodaenergiavirá:
Expansãoideal: Istoé, Evaporador ideal:
(processo isoentálpico)
Consequentemente, é irreversível poisnão é isoentrópico: istoé, um processo adiabáticoisoentálpico não é isoentrópico.
3.6-Ciclo
real de compressão de vapor
Osciclosderefrigeraçãoporcompressãodevaporreaisdiferemdosciclosideiais,emgrandeparte,devidoàs irreversibilidadesdosprocessos.NaFigura3.6sãoapresentadosoesquemadeumciclorealporcompressãode vaporerespectivodiagramadeestadosT-squeesquematizamestasdiferenças.
55
Ambiente (FonteQuente)
4
Condensador
2
T
QH
3
3
5
2’
2
4 W in
Válvulade expansão
5 6 7
Compressor 6
8
1
1
Evaporador 7
8
QL
s Espaçorefrigerado (FonteFria)
Representaçãoesquemáticadociclorealderefrigeração
DiagramaT-s
porcompressãodevapor
Figura 3.6 - Ciclo de refrigeração real
Osdesviosqueocorremnosprocessospodemserdescritoscomo: • O uido frigorigéneo que abandona o evaporador e entra no compressor poderá não estar no estado de vapor saturado, já que não é possível controlar precisamente o estado do uido. Esta consequência deve-se em grande parte ao processo de transferência de calor entre o uido frigorigéneo e o ambiente envolvente. Para tal, o sistema é projectado para que o uido à entrada do compressor se encontre sobre-aquecido; • Perdas de pressão signicativas na tubagem entre o evaporador e o compressor por efeito de atrito e por transferência de calor, o que resulta num aumento do volume especíco e consequentemente na potência requeridaaocompressor; •Oprocessodecompressãorealenvolveefeitos deatritoquepoderãoaumentaroreduzir aentropia dependendo dosentidodatransferênciadecalordoprocesso; •O processo de condensação poderá não ser completodevido a perdasde pressão fazendo com que o uido à saída do condensador não se encontre no estado de liquido saturado. Assim, torna-se adequado sub arrefecer o uido antes de passar pela válvula de expansão. Assim,sendooobjectivodeumcicloderefrigeração,aremoçãodecalordoarambienteaserrefrigerado,oseu COP – Coeciente de Performance, é denido como sendo a razão entre o calor retirado e o trabalho realizado:
Idealmente, .
56
Capítulo 4
02
58
Equipamentoderefrigeração
4.1
-Enquadramento
4.2
-Omercadomundialdeequipamentosderefrigeração
4.3
-Equipamentosexpositoresrefrigerados
02
4.3.1 -Expositoresverticais-murais 4.3.2 -Expositoreshorizontais-ilhas 4.3.3 -Vitrinas 4.4
-Característicasgerais
4.4.1 -Funcionamento 4.4.2 -Serviço 4.4.3 -Economia 4.4.4 -Ecologia 4.4.5 -Marketing 4.4.6 -Cortinasdear 4.4.7
-Outrasconsiderações
4.5
-Aplicaçõesdecomercialização
4.5.1
-Versãolacticínios
4.5.2
-Versãodecarne
4.5.3
-Versãodehortofrutícolas
4.5.4
-Versãodeprodutoscongeladosegelados
Objectivos do Capítulo •Apresentarostiposdeequipamentosdefrionospontosdevendaeassuasprincipaiscaracterísticas(Expositores frigorícos horizontais, verticais, abertos, fechados), analisando comparativamente os equipamentos disponíveis e discutindoassuasvantagens/desvantagenseasuaadequabilidadefaceànaturezadosprodutosaconservar; •Apresentareosdiscutirosaspectosrelevantesateremconsideraçãonodesignhigiénicodeequipamentos,em particularexpositores; •Descrever as principais características de equipamentos expositores refrigerados utilizados para produtos alimentares; •Demonstraraaplicaçãodosdiferentestiposdeequipamentosexpositoresrefrigeradosparaváriostiposdeprodutos alimentaresediscutirasuaimportâncianapreservaçãodaqualidadeesegurançaalimentardessesprodutos.
60
4.1-Enquadramento O frio constitui o único meio de conservação de alimentos no seu estado natural. Porém apenas se revela ecaz casosejaaplicadocomcontinuidade,desdeaproduçãodosprodutosatéaoseuconsumo. Atemperaturaéumfactorimportanteparamanteraqualidadedosalimentosarmazenados,adiminuiçãoda temperaturafazcomqueocorraumadiminuiçãodavelocidadedasreacçõesqueproduzemadeterioraçãoda qualidadedosalimentos.Oefeitoconservadordofriobaseia-senainibiçãototalouparcialdosprincipaisagentes responsáveispelaalteraçãodosalimentos.Assim,aaplicaçãodofrionassuasvertentesmaisimportantes– refrigeraçãoecongelação-,permitealargaravidaútildosalimentos,quersejamfrescosouprocessados,durante períodos de tempo relativamente longos, com uma repercussão mínima nas suas características nutritivas e organolépticas. Tambémnadistribuiçãoosequipamentosdefriotêmvindoasercadavezmaisutilizadosdemodoapreservara qualidadedosalimentos.Osequipamentosdeexposiçãodeprodutosalimentaresperecíveisconservadospelo frio,conjuntamentecomosequipamentosdetransportesão,regrageral,porquestõestécnicasecomerciais,os pontos mais decientes da cadeia de frio. Osequipamentosdefrionospontosdevendapodemserde diversostipos(e.g.horizontais,verticais,abertos, fechados) segundo as características decorrentes da necessidade especíca de mercado, além do cumprimento dosdiversosrequisitosexigidospelanormalizaçãoparaacomercializaçãodeprodutosalimentaresconservados eexpostosemfrio. Acomponentedarefrigeraçãoaquiapresentadaéacomercial,emquearefrigeraçãotemcomoobjectivopreservar osprodutosalimentares,durantea fasedecomercialização,demodoa mantê-losemperfeitoestadosanitário enumelevadograudequalidadenoquerespeitaàaparência,odor,saboreconteúdonutritivo,jáquedestes elementosdependeovalorcomercialdoproduto.
4.2-O
mercado mundial de equipamentos de refrigeração
Dopontodevistaeconómicoosequipamentosderefrigeraçãocomercialemutilização,sãoaproximadamente10 milhões, correspondendo a vendas anuais de 18,6 mil milhões de dólares, subdivididas pelas categorias indicadas naTabela4.1(IIR,2002).
Tabela 4.1 - Vendas anuais de equipamentos de refrigeração
CATEGORIA
VENDAS ANUAIS (mil milhões de dólares)
Expositores abertos e fechados ao ar ambiente
3,00
Armários e ilhas
4,95
Pontos de venda automáticos
2,50
Máquinas de gelo
1,35
Componentes
6,80
Fonte: (IIR, 2002)
61
No entanto, estima-se que a procura mundial de equipamentos de refrigeração comercial aumente 5,3% anualmente (incluindo o aumento de preços) até 2008 para cerca de 26 mil milhões de dólares, com os países em desenvolvimento a registarem os ganhos mais elevados (Freedonia, 2005). Esta situação constitui uma melhoria substancial relativamente ao período 1998-2003, reectindo um crescimento económico acelerado na Europaorientaleemoutrasregiõesemdesenvolvimento.Odesenvolvimentoeconómicoirápromoveramaioria dos sectores consumidores de equipamentos de refrigeração nestas regiões.Os mercados maispromissores encontram-se na América Latina e na região Ásia/Pacico, onde o crescimento da população e a tendência de melhoria da qualidadede vidaestimularão a procura de equipamentos de refrigeração comercial. É visível a distânciaqueseparaospaísesindustrializadosdospaísesem desenvolvimento,poisapenas33%donúmero de frigorícos produzidos anualmente se destina a países subdesenvolvidos embora 80 % da população mundial habitenessesmesmospaíses(IIR,2002).AChinaapresentaráumdosmaioresaumentosnaprocura,estimandose cerca de 8 % por ano até 2008. A Índia também exibirá um forte ganho devido à industrialização e ao aumento de investimento xo. A América Latina, em particular o México e a Argentina irão beneciar da recuperação económica a seguir à recessãoque sofreramno início dadécada de2000. Ospaíses desenvolvidos daE.U.A.,Europa Ocidental e região Ásia/Pacico como sejam Austrália, Hong Kong, Japão, Nova Zelândia, Singapura e Coreia doSul,apresentamjámercadosestáveisdeequipamentosderefrigeraçãocomercial.Paraosmercadosdos E.U.A., Japão e Europa Ocidental apresentam-se previsões até 2008 de um crescimento abaixo da média quando comparados com os dos paísessubdesenvolvidos, embora com ummelhor desempenho que o registado no período 1998-2003. Em toda esta análise, os equipamentos que liderarão o mercado de venda de equipamentos derefrigeraçãocomercial,serãoosarmárioseilhasderefrigeração,seguidosdosexpositoresabertos.Nocaso particulardospaísesdesenvolvidosetendocomoreferênciaosE.U.A.,prevê-sequeaprocuradeequipamentos de refrigeração comercial cresça 5,5 % por ano até 2008 (incluindo o aumento de preços), excedendo os 8,6 mil milhõesdedólares(Freedonia,2004).Oaumentoresultarádeumamelhorianoinvestimentodecapitaisàmedida quearecuperaçãoeconómicaincentivaráarenovaçãoouexpansãodasinstalaçõesexistentes.Oaumentodeverse-á,emgrandeparte,àtentativadeimpulsionarascomprasdeprodutospelosconsumidores,comainstalação deexpositoresabertos.Asprevisõesindicamtambémumgrandeaumentodevendasdeequipamentocriogénico para unidades de cuidados de saúde, assim como para investigação médica e cientíca. Actualmente, a importância do sector da refrigeração comercialtem vindoa seracentuadapelanecessidade crescentedeprodutosalimentaresfrescosoucongeladosnasáreasurbanas,quenageneralidadesãoproduzidos eprocessadosnoutrasáreasequetêmnecessidadefundamentaldeseremmantidosemcondiçõesdepreservação durante o transporte e no armazenamento até serem consumidos. Há que ter em consideração que muitos produtos alimentaressãosazonais,peloquedeverãoserpreservadosdemodoaseencontraremdisponíveisdurantetodoo ano.Tambémacrescenteregulamentaçãodosectoreasexigênciasdosconsumidoresrelativamenteàqualidade dosprodutostempautadoocrescimentoo sector.Ascaracterísticasactuaisdosempreendimentoscomerciais, conduzemaumautilizaçãomaisintensivadeequipamentosdestinadosàexposiçãoeconservaçãoemfriode produtosalimentaresperecíveis,bemcomodosprópriossistemasderefrigeração(Flannicketal.,1994).Estes factoresconduzemaocrescimentodoconsumoenergéticoeamaiorescustosoperativosdosectorcomercialno quetocaaossistemasdeconservaçãopelofrio,paraalémdasdiversasconsequênciasambientaisdaíresultantes. Paralelamente,querpelaconcorrêncianomercado,querpelaevoluçãodasempresasrelacionadascomosserviços
62
dealimentação,éexigidoaestetipodeequipamentosumpotencialdemarketingquecorrespondaaonívelde desempenhocomercialpretendido,mesmoqueemprejuízodeumaevoluçãosustentadanodomínioenergético e ambiental. Por isso, a optimização do desempenho e da eciência energética de equipamentos de refrigeração reveste-sedeenormeimportância.Estaoptimizaçãoencontra-secondicionadaporvariadosfactores,peloquese tornafundamentalassegurarodesenvolvimentodemeioseinstrumentosdecálculoparamelhorarodesempenho energético,bem comoreduzira incidênciasobreocampoambiental, garantindoaadequadaconservaçãodos produtosalimentaresperecíveis. Faceao cruzamentode dados, os programasde conservaçãode energia implementadosem território NorteAmericano, destinados ao sector comercial dão um ênfase particular à iluminação e aos equipamentos de Aquecimento,VentilaçãoeArCondicionado(AVAC),jáqueconstituem65%doconsumoanualdeenergiaprimária (produção,distribuiçãoeperdasdetransmissão)(EIA,1995;ADL,1993).Todavia,todootipodeequipamentos utilizados no sector da refrigeração comercial constitui cerca de 20% desta carga. Os equipamentos de refrigeraçãoconsomemaproximadamente2,3%daelectricidadetotaldosedifícioscomerciaisdosEstadosUnidos (ASHRAE, 2006). Já em 1996 se estimava que o consumo anual de energia primária nos Estados Unidos no sectordarefrigeraçãocomercialfossedeaproximadamente291TWh(ADL,1996).NaFigura4.1éapresentadaa contribuiçãodosdistintoselementosqueconstituemoconsumoenergéticodeumsupermercado,comumvolume devendasde2milmilhõesdedólareseumaáreade4650m2 (Komor et al., 1998). Os supermercados possuem umadasintensidadesde usode electricidademaiselevadasdosedifícioscomerciais,correspondendo a1650 MJ/m2 por ano (Komor et al., 1998). Na Figura 4.2 é apresentada esta estimativa diferenciada pelos distintos equipamentos de refrigeração comercial, tendo em consideração que tanto na denominação “Grandes superfícies comerciais” como “Outros” (relativa a pequenos estabelecimentos comerciais), o consumo energético deve-se em grandeparteaosexpositoresrefrigerados.
Condensadores3%
Outros7%
Walk-ins4% Iluminação 38% Equipamentos expositores refrigerados 15%
Compressores 28%
Arcondicionado5%
Figura 4.1 - Consumo de energia eléctrica de um supermercado típico
Fonte: (ADL, 1996)
63
Máquinasdegelo10% Postosrefrigerados devendaautomática 14%
Grandes superfícies comerciais33%
Armáriosderefrigeração5%
Armáriosdecongelação7% Outros 8% Pontosdevendade bebidasrefrigeradas5% Câmaras refrigeradas 18%
Figura 4.2 - Consumo de energia primária no sector da refrigeração comercial (291 TWh)
Fonte: (ADL, 1996)
Aevoluçãodoconsumoenergéticodeelectricidadediscriminadopelosequipamentosderefrigeraçãocomercial nas análises realizadas em 1999 foi de: em qualquer tipo de equipamento, 485 TWh; em câmaras, 406 TWh; em expositores, 424 TWh, o que reecte o aumento do número de unidades em serviço (EIA, 1999). Aanáliseefectuada(ADL,1996)indicaqueexistemgrandespotencialidadesdereduçãodoconsumoenergético nal e de energia primária em cerca de 78 TWh (≈ 27 %), através de desenvolvimentos nas tecnologias actuais e assumindoaimplementaçãodetecnologiaseconomicamentemaisatractivasemtodosostiposdeequipamentos. AFigura4.3traduzopotencialdereduçãodoconsumodeenergiaprimáriasubdivididapelosváriostiposde equipamentos na utilização nal de energia. Câmarasrefrigeradas16,9%
Grandes superfícies comerciais15,5%
Máquinasdegelo5,3% Pontosrefrigerados devendadebebidas 8,5%
Postosrefrigerados devendaautomática 16,4%
Armários de congelação 8,2% Armáriosderefrigeração7,0%
Figura 4.3 - Potencial de redução do consumo energético no sector da refrigeração comercial (TWh)
Fonte: (ADL, 1996)
64
Opotencialdereduçãodoconsumoenergéticoestáassociadoaváriosfactoresemecanismos: • Utilização de ventiladores e compressores de maior eciência no processo (retorno de investimento inferior a2anos); •Sistemasdedescongelaçãoporgásfrigorigéneoquente; •Mecanismosdeanti-embaciamento,porgásquentee/oulíquidos; •Métodosdecontrolodosciclosdedescongelação(retornodoinvestimentoparaosúltimosquatrofactoresé deaproximadamentede5anos). O consumo de energia primária para a necessidade de refrigeração em estabelecimentos comerciais (supermercados)éestimadoemcerca96TWh.Ossistemasderefrigeraçãonestesestabelecimentospodemser divididosemdoissegmentosquefazemusodedistintastecnologias.Aspartesmaisvisíveisdestessistemassãoos equipamentosdeexposiçãoeconservaçãoemfriodeprodutosalimentares,fechadosouabertosaoarambiente. Nestetipodeequipamentos,opotencialdereduçãodoconsumoenergéticoéestimadoem13,2TWh,cerca de14%datotalidadedopotencialde reduçãodoconsumodeenergiaprimáriaemsupermercados.NaTabela 4.2,éapresentadaadiscriminaçãodopotencialdereduçãodeconsumodeenergiaeléctricaportecnologiasem equipamentosdeexposiçãoeconservaçãoemfriodeprodutosalimentares.
Tabela 4.2 - Potencial de redução do consumo de energia eléctrica para as várias tecnologias
POTENCIAL DE REDUÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO TECNOLOGIAS ELECTRICIDADE (%)
ENERGIA PRIMÁRIA (GWh)
Controlo do aquecimento de anti-embaciamento
5,7
1460,0
Controlo da descongelação
1,3
590,0
Descongelação por gás quente
3,1
880,0
Iluminação eciente - balastros electrónicos
2,0
31,9
Isolamento
0,3
290,0
MotorDCdoventiladordoevaporador(comutaçãoelect.)
8,2
7062,0
Permutadores de calor de sucção líquida
2,4
1170,0
Pás ecientes dos ventiladores
3,2
50,4
Fonte: (ADL, 1996)
4.3-Equipamentos
expositores refrigerados
Devidoaquestõesdemarketing,osprodutosexpostosemdiversosexpositoresrefrigeradosabertosnãopossuem umabarreirafísicaentreoconsumidoreoproduto.Anecessidadedoconsumidordepoderveremanusearsem constrangimentosoprodutoembaladoquepretendeadquirir,apresentadiversosproblemastécnicos.Acortinade
65
ar,quedeveráfornecerumabarreiratérmica,entreoprodutoeoconsumidor,nãoéperfeita,jáqueoarambiente quentee húmidodo estabelecimentocomercialinteragecomo arrefrigerado dointeriordo equipamentopelas viastérmicasemássicas,sendotambémaspiradoatravésdagrelhaderetornoparaosistemaderefrigeração. Aspectosrelativosàscaracterísticasgeométricasdosequipamentoslevamà saídadearrefrigeradopelazona inferiordoexpositor,dequeresultaumaperdadecapacidade.Todasestassituaçõesconduzemaoaumentoda cargatérmica. Factorescomosejamadisposiçãodosequipamentosnointeriordoestabelecimento,condiçõesdearmazenamento, condições ambiente, padrões de carga, entre outros, inuenciam directamente a temperatura dos produtos, a qual deverápermaneceromaisestávelpossívelepróximadoseuvaloradequadoenecessárioàconservação. Conforme expresso porAdams(1992), considera-se a comercializaçãocomo sendoa apresentação atractiva deprodutosalimentaresdemodoaencorajarasuacompraporpartedopúblicoemgeral.Paratal,osdiversos tiposdeexpositoresrefrigeradospossuemdiferentescaracterísticasrelativamenteàapresentaçãodosprodutose diferentesconsumosenergéticosdependendodotipodeprodutoalimentarqueirãoalbergar.Esteautorindicaque acomercializaçãodeprodutosalimentaresemfriocorrespondeacercade50%doconsumoenergéticototalde um estabelecimento comercial alimentar. Assim, verica-se que a correcta escolha dos equipamentos refrigerados inuencia directamente a apresentação dos produtos e consequente venda, bem como o consumo energético do local,peloque,naselecçãodeexpositoresrefrigerados,nãodeveráserapenasconsideradaaapresentaçãodo produto,mastambémoseuconsumoenergéticoecusto,jáqueosdoisfactoressãodeprimordialimportânciana rentabilidadedoestabelecimento. Antesdemaisénecessáriocategorizarosequipamentosderefrigeraçãoemfunçãodatemperaturadeserviço: i) temperatura positiva, nos quais a temperatura do evaporador é mantida entre -18 e 4,5 ºC e a temperatura dos produtosacimadatemperaturadecongelação;eii)temperaturanegativa,cujatemperaturadoevaporadorse encontra entre -40 e -18 ºC e os produtos alimentares são conservados abaixo da temperatura de congelação. Ostiposprincipaisdeequipamentosderefrigeraçãodestinadosàconservaçãoeexposiçãoemfriodeprodutos alimentares, em função das características decorrentes da necessidade especíca de mercado que pretendem preencher,são: •Expositores verticais(murais),cuja característicaprincipalé apresentaremuma ampla áreade exposição emmododeserviçodeprodutos(lácteos,talhoecharcutaria,frutaselegumes,produtoscongeladosouaté mesmopossuíremcaracterísticasmulti-funcionais); •Expositoreshorizontais(ilhas),indicadosparaaproveitaremosespaçoslivresevendaemmododeserviço, tipicamentedestinadosàexposiçãoeconservaçãoemfriodeprodutoscongelados,emboratambémse encontremversõesdetemperaturapositivaparaaconservaçãodeprodutosalimentaresfrescos; •Vitrinas,destinadasàexposiçãoeconservaçãodeprodutosdepastelariaebar,talhoecharcutaria,peixaria e ans. Este último tipo de equipamento é, por norma, fechado ao público.
As distintas tipologias encontram-se exemplicadas na Figura 4.4.
66
Vertical(mural)
Horizontal (ilha)
Vitrina
Figura 4.4 - Equipamentos expositores refrigerados (Cortesia: JORDÃO Cooling Systems® )
Cadatipodeproduto alimentarperecívelpossui características físicas particulares,distintosmodosdemanuseamento ediferentesexigênciasdeexposição,peloqueainstalaçãonumsupermercadotípicodeequipamentosexpositores refrigerados de temperaturas positivas e negativas subdivide-se em 68 e 32%, respectivamente conforme indicado naFigura4.5.Ainda,osequipamentosexpositoresrefrigeradosverticaisdestinadosàconservaçãodeprodutos cárneos/charcutarias, lácteos e diários representam aproximadamente 46% da totalidade dos expositores refrigerados(Faramarzi,2000). Temperaturapositiva (outros)22% Temperaturanegativa32%
Temperaturapositiva(murais)46% Figura 4.5 - Distribuição dos equipamentos expositores refrigerados por temperatura de serviço
Osequipamentosexpositores refrigeradossão projectados paracomercializar produtosalimentares perecíveis tirando partido do reduzido tempo de armazenamento, no entanto, é fundamental uma correcta manutenção datemperatura dos produtosde modo a manter a sua segurança alimentar. Face aos dadosdas doenças e mortesprovocadaspelaingestãodealimentosdeteriorados,oFDA(FoodandDrugAdministration)recomenda queatemperaturadonúcleodeprodutosdetalho/charcutaria,aviário,pastelariaepadaria,peixaria,lacticínios, e leguminososnão exceda 5 ºCdurante toda a cadeia defrio(FDA,2001). NaTabela 4.3 são apresentadas as temperaturas de descarga do ar refrigerado recomendadas pela ASHRAE (ASHRAE, 2006), em função dos diferentestiposdeprodutosqueoequipamentoexpositorrefrigeradoalbergará.
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Tabela 4.3 - Temperatura de descarga de ar refrigerado
TEMPERATURA DE DESCARGA a) (ºC) TIPO DE EQUIPAMENTO MÍNIMA
MÁXIMA
Multi-funcional
1,1
3,3
Ilhas Multi-funcional
1,7 1,7
3,3 3,3
Área de exposição
2,2b
3,3b
0
2,2
-4,5 -4,5
-3,3 -3,3
Ilhas Multi-funcional aberto ao ar ambiente Multi-funcional com portas
c
-25c -23c -20c
Ilhas Multi-funcional com portas
c
Lacticínios Frutaselegumes(empacotados)
Carnefresca(áreadeexposiçãofechada)
Carnefumada
Multi-funcional
Carneempacotada(áreadeexposiçãoaberta)
Versão única Multi-funcional
Produtoscongelados
Gelados
c c
c
-31c -25c
Fonte: (ASHRAE, 2006)
Nota: a A temperatura do ar refrigerado é medida à saída da grelha de descarga. b A carne fresca sem qualquer tipo de empacotamento deverá ser conservada em expositores refrigerados fechados ao ar ambiente. A carne deverá ser introduzida no equipamento com uma temperatura interna de 2,2 ºC, pelo que o equipamento deverá ser capaz de manter esta temperatura na zona de exposição e conservação de modo a reduzir a desidratação da carne e segurança alimentar. c A temperatura mínima de conservação de gelados não é critica à excepção da proporcionalidade com o consumo energético do equipamento.
4.3.1 - Expositores verticais - Murais Quandosepretendeusarosequipamentosemmododeserviço,ocupandopoucaáreadesolocomercialecom umaelevadaáreadeexposiçãoquepossibilitaumaapresentaçãoatractivadosprodutosalimentaresrefrigerados, osestabelecimentossãoequipadoscommurais. Na Figura 4.6 é apresentado um esquema da conguração típica de um equipamento expositor vertical aberto. O arambienteéaspiradoatravésdosventilo-convectoreslocalizadosajusantedoevaporador.Duranteapassagem doaratravésdoevaporador,éarrefecidoatéàgamadetemperaturasdeconservaçãodosprodutosalimentares queserãoexpostos.Estamassadearéconduzidaporumacondutaposterior,quepermitequepartedestamassa dearsejaintroduzidaabaixavelocidadenazonadeconservaçãoeexposição,pelasuapassagematravésda perfuraçãodaparedefrontal.Noentanto,devidoàelevadavelocidadedoar,grandepartedestecaudalmássico irá formar uma cortina de ar, que acabará por se desenvolver entre as grelhas de insuação e de aspiração.
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Figura 4.6 - Conguração típica de um expositor refrigerado vertical aberto (Cortesia: JORDÃO Cooling Systems® )
4.3.2 - Expositores horizontais - Ilhas As “ilhas” são expositores horizontais amplamente utilizados em estabelecimentos comerciais destinados à venda de produtos alimentares em regime de “self-service”, disponíveis no mercado em versões para temperaturas positivas(produtosalimentaresfrescos)eparabaixastemperaturas(congelados,gelados)(Figura4.7).
Figura 4.7 - Exemplicação de expositores horizontais (Cortesia: JORDÃO Cooling Systems® )
Regem-sepelosmesmosprincípiosdosgradientesdetemperaturae velocidadequeosexpositoresverticaise tambémpossuemcortinasdear,noentanto,desfrutamdoprincipiofísicodagravidadequejogaafavordaredução dacargatotaldearrefecimento.O arrefrigeradonointeriordo equipamentoé maispesadoqueoar ambiente exterior,peloquea cortinade arlograuma interacçãomaisreduzida com o arambientee assenta sobreos
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produtosalimentares,mantendo-osàdevidatemperaturadeconservação.Oefeitodagravidadepermiteousode velocidadesmaisreduzidaseaespessuradacortinadearéinferior,oquenarealidadesetraduznumaredução doconsumoenergéticodoequipamentofaceaosexpositoresverticais. Seja qual for o tipo de expositor, verica-se que, independentemente do uso de cortinas de ar, a temperatura de funcionamentoparaaqualoequipamentoestáprojectadoéalcançadamaisrapidamenteseestecontiveruma cargaalimentarquereduzaovolumevazio,poisnoutrocasoiráfavorecerainteracçãotérmicacomoarambiente doestabelecimentocomercial.
4.3.3 - Vitrinas Osdiversosfabricantesoferecemumavariadagamadevitrinasparapastelariaebar,talhoecharcutaria,peixaria, supermercadoserestauração. Omodelodevitrinaéidealparapequenaslojasespecializadasporquepermiteumrelacionamentoóptimoentre asuperfícieocupadaeaáreadeexposição.Estetipodeexpositorgeralmenteéfechadoeapresentaumaampla áreadevisibilidadedosprodutosquealberga. No caso de armazenar produtos frescos, é necessário atender às características da vitrina, em termos do funcionamentoatravésderefrigeraçãoestáticaouventilada. Avitrinacomrefrigeraçãoestáticaapresentaavantagemdenãocontribuirpararessequirosalimentosfrescos, vistonãopossuirconvecçãoforçadadoarrefrigerado.Estefactoimplicaumareduçãonaáreadeexposição devido àsgrandes dimensões doevaporador. Como a recirculação doar nointerior daárea deexposiçãoé natural,nãohánecessidadedeventiladoreseoevaporadorpoderásercolocadoemdiversoslocais,dependendo dotipodeproduto.Pornorma,devidoàsdimensõesdoevaporador,esteéinstaladoporbaixodotabuleiroouna zonaposteriordavitrinaocupandoáreaquedeoutramaneiraseriadeexposição.Comoalternativa,poderáser colocadonotopodoexpositor,seoequipamentofuncionarcomrefrigeraçãoestáticaporgravidade.Avitrinacom refrigeraçãoventiladaapresentaadesvantagemdesecarosprodutosfrescosmaisrapidamenteeterumconsumo energéticosuperior,noentantoapresentaumarespostamuitosuperior,eao possuiroevaporadornofundodo equipamento, a área de exposição aumenta e possibilita diversas congurações de colocação de prateleiras que beneciam a comercialização dos produtos alimentares.
4.4-Características
gerais
Ascaracterísticastécnicasgeraisconvencionadaspelageneralidadedosfabricantesdestetipodeequipamentos (JORDÃO Cooling Systems®,2000)epelosfabricantesdedispositivosconstituintesdosistemaderefrigeração, tentamatenderasexigênciasdosproprietáriosdeestabelecimentoscomerciais,sendorelativasao: •Funcionamento; •Serviço; •Economia; •Ambiente; •Marketing; •Cortinasdear.
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4.4.1 - Funcionamento Emtermosdefuncionamentoénecessárioconsiderar,emfunçãodouso,osseguinteselementos: •Sistemaderefrigeração,quepoderáserporcirculaçãonaturaldoarrefrigerado(frioestático)ouporconvecção forçada com a utilização de ventiladores (refrigeração ventilada). A escolha de uma das possibilidades encontra-serelacionada com o tipo deprodutos alimentar que irá albergar, pois o primeirodestina-se a produtoscomumatemperaturadeconservaçãonãomuitoreduzida,comavantagemdenãocontribuirpara ressequirosalimentosfrescos.Noentanto,estacaracterísticaexigeumevaporadordemaioresdimensões, o que se reecte numa diminuição da área de conservação e exposição em frio de produtos; •Sistemadecontrolodatemperaturaedosciclosdedescongelação; •Mecanismodedescongelaçãodoevaporador,quepoderáserrealizadaporventilação,resistênciaseléctricas ouporgásquente; •Tipodeisolamentoemateriaisdeconstruçãodosequipamentos.
4.4.2 - Serviço O tipo de serviço poderá ser considerado semelhante ao das câmaras frigorícas, conforme a utilização destinada aoequipamento: •Fraco,quandoafrequênciadeaberturadasportaséreduzidaouestádestinadoaoarmazenamentode produtossazonaisoudelongaduraçãoparacongelados; •Normal,quandosedestinaaoarmazenamentodecurtaduraçãotantoparaprodutosfrescoscomocongelados, emsupermercadosoutalho; •Forte,quandoseprocessaumelevadonúmerodesubstituiçãodeprodutos; •Muitoforte,apenasnoscasosemqueosequipamentosestãolocalizadosemlocaisanormalmentequentes.
4.4.3 - Economia Nestemomentoaeconomiadosequipamentoséavaliadaemfunçãodorigornocontrolodastemperaturasdentro dacâmaradereserva(nocasodosequipamentosquepossuamumaáreadecongelaçãoouarmazenamento interior) e na área de exposição que auxilia na melhoria da eciência energética dos equipamentos, bem como no tipodeisolamento(e.g.poliuretanoinjectado)dasparedesexterioresquepermiteumaconsiderávelreduçãono consumoenergético.
4.4.4 - Ambiente Apreocupaçãoambientaldosfabricanteseanormalizaçãolevouàutilizaçãodegasesrefrigerantesnaprodução defrio(e.g.R404aouR134a)edosgasesutilizadosparaotipodeisolamento(e.g.R141b)isentosdeCFCs,de modoanãoprejudicaremacamadadeozono.
4.4.5 - Marketing Noselementosdemarketingateremconsideraçãonacomercializaçãodosequipamentosderefrigeraçãoincluem-se:
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•A visibilidade :Dependendodotipodeequipamento,pretende-seobterumaamplavisãosobreoproduto,de modoaproporcionarumaextensaáreadeexposição.Estefactortambéméobtidoatravésdodesfasamento deprateleiras,parapermitirumacaptaçãovisualdoprodutosemcondicionalismos; • A luminosidade :Asensibilidadedohomemaosvaloresenuancescromáticoséparticularmenteimportante emrelaçãoaosprodutosalimentares.Amotivaçãooudissuasãopeloprodutoexpostopoderávariarapenas pela cor da fonte luminosa, de modo que uma reexão cromática próxima da luz do sol permite valorizar os tonsnaturaisdosprodutosfrescos; •O design:Odesigntomaumpapelpredominantenaescolhaevendadestetipodeequipamentos,tanto pelasuaconstruçãocomopelosmateriaise acabamentosqueoscaracterizam.Tambémsefazsentirnos elementosinternosquevalorizamaapresentaçãodosprodutos,comosejamailuminaçãoindirecta,opesoe volumevisualdoequipamento; •A ergonomia:Emfunçãodaergonomia,osdiversosmodelospropostospelosfabricantesforamdesenhados deacordocomascondiçõesmédiasdecaptaçãovisualdopúblico.Tentampermitirumaobservaçãodo produto menos condicionada pela barreira do vidro, reduzindo simultaneamente a probabilidade de reectir pontosdeluzparasitas. Alémdestas característicasgenéricas, os equipamentos de refrigeração poderão serfechados ou abertos ao arambiente.Tipicamente,oprimeirocasosucedeemequipamentosderefrigeraçãodetemperaturanegativa (congelação)eosegundoparaequipamentosderefrigeraçãodestinadosàconservaçãoemfrioatemperaturas positivasdosprodutosalimentares.Usualmenteosequipamentosderefrigeraçãoabertosaoarambientedispõem decortinasdear.
4.4.6 - Cortinas de ar As cortinas de ar são dispositivos frequentemente utilizados em aplicações comerciais e industriais para connar epreservarespaçoscontíguos,comambientestérmicosdistintos,cujosacessosdevamsermantidosabertospor razõesoperacionaise/oucomerciais. Segundo a Norma AMCA Standard 220-91 (AMCA, 1991), uma cortina de ar é denida como um jacto de ar estabelecido segundo a altura e a espessura de uma abertura, com suciente velocidade e volume para reduzir a inltração de ar, isto é, a transferência de calor e de massa entre um ambiente exterior e um espaço com atmosfera controlada. Destinada a connar espaços controlados, este dispositivo deverá simultaneamente, facilitar apassagemdepessoaseequipamentos,einibirapassagemdeinsectos,póoudetritos. Dadaa sua versatilidade,assiste-se actualmente a umacrescenteutilizaçãodeste tipode equipamentos em espaçoshabitacionais,comerciaiseindustriaiscomovedaçãotérmica.Todavia,faceaonúmerodevariáveisque inuenciam o desempenho dos dispositivos, torna-se imprescindível desenvolver métodos que permitam optimizar o seu desempenho térmico, assim como a sua eciência energética. Antes de mais, há que salientar que os tipos de cortinas de ar dependem da sua aplicação especíca. Relativamente aostiposdecortinasdear,fundamentalmentepodemserdotiponãorecirculadas,frequentementeutilizadas em espaços comerciais e em câmaras frigorícas, ou então do tipo recirculadas, usualmente encontradas nos equipamentosdeexposiçãoeconservaçãodeprodutosalimentares.
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Qualquerexpositorrefrigeradoabertodependedecortinasdearparaimpediraentradanoseuinterior,dear ambienteaumatemperaturasuperiorecomumconteúdodehumidademaiselevado,demodoamanteracorrecta temperaturadosprodutosquearmazena.Nageneralidade,osexpositorespossuementreumaatrêscortinasde ardependendodatemperaturadefuncionamentoedaáreadasuperfíciedaaberturadeexposição.Ainteracção entre o ar ambiente e o ar refrigerado da cortina aumenta o uxo de calor ao longo da cortina de ar, que por sua vez iráincrementaracargatérmicadaunidade.Alémdisso,estainteracçãocausaoaumentodosníveisdehumidade doequipamento,levandoaumafrequênciasuperiordosciclosdedescongelação.Assim,areduçãodainteracção térmicadacortinadearcomoarambienteaumentaráaquantidadedearrefrigeradoqueérecirculado,reduzindo acargadearrefecimento,bemcomo,diminuindoafrequênciadosciclosdedescongelação,permitindo,poruma vertente,amanutençãodeumatemperaturamaisuniformenointeriordoequipamentoe,poroutra,areduçãodo consumoenergético. Um conito clássico entre as componentes comercial e energética, inerentes aos equipamentos expositores refrigeradospodeserexpostaconsiderandoum mesmotipodeexpositorrefrigeradovertical (mural),mascom característicasdiferentes.Assumindoumdotipoabertoeoutrofechado(tipicamentecomportasdevidro),ocusto darefrigeraçãodoprimeiroécercadodobrodosegundo,noentanto,tipicamente,omuralabertopossuiumataxa devendadoprodutomuitosuperior,paraqueoseucustooperacionalseaproximedoexpositorverticalfechado (Figura 4.8).
Figura 4.8 - Inuência das componentes comercial e energética dos expositores
Cortina de ar simples Os balcões frigorícos verticais abertos de exposição em frio (Figura 4.9) baseiam-se nas cortinas de ar para impedirqueoarambienteaumatemperaturasuperiorpenetrenoambientefriodentrodobalcão.
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Figura 4.9 - Inuência da cortina de ar nas interacções térmicas
As cortinas de ar possuem um papel signicante na interacção térmica do balcão frigoríco com o ar circunvizinho. O uxo de ar de uma cortina mistura-se com o ar interior arrefecido, mas também se mistura na fronteira exterior comoarambientedoestabelecimento.Paramaximizaramisturanafronteirainterioreminimizarnafronteira exterior,a cortinadeardeverápossuirumgradientedetemperaturaascendentee umgradientedevelocidade descendente,dointeriorparaoexterior,talqueoescoamentoaelevadavelocidadeebaixatemperaturaassegure amisturanafronteirainteriorenquantooescoamentoabaixavelocidadeetemperaturaambientenafronteira exteriorminimizeamisturadoarrefrigeradocomoarambientedolocal(Figura4.10).
Figura 4.10 - Conguração ideal dos gradientes de temperatura e velocidade da cortina de ar
Além dos efeitos dos gradientes de temperatura e de velocidade, o uxo de ar que abandona a grelha de descarga deverá seguir a mesma direcção, pelo que geralmente as grelhas de descarga apresentam uma conguração defavosdeabelha,cujoobjectivoconsistenodireccionamentodoescoamentoereduçãodaintensidadede turbulência,paraatenuarosmecanismosdifusivosereduziramistura.
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A cortina de ar forma uma barreira térmica, que a baixos números de Reynolds, se apresenta como uma blocagem efectiva,tantoàentradadearambientedoestabelecimentocomercialcomoàsaídadearrefrigeradodointerior doexpositor. No entanto, as cortinas de ar não conseguem ser mantidas a baixos números de Reynolds e o escoamento real está situado no regime de transição. Quanto mais reduzidas forem as instabilidades do uxo de ar da cortina, ou seja, quanto mais se reduzir o número de Reynolds de modo a tornar o escoamento completamente laminar, maior seráapossibilidadedeobterumabarreiradearquereduzaefectivamenteaumapequenafracçãoainteracção comoarquenteehúmidoambiente(Figura4.11).
Figura 4.11 - Tendência conceptual da percentagem de interacção com o número de Reynolds
Cortina de ar tripla Dependendo do modelo de expositor e do m que lhe é destinado, podem ser utilizadas diversas cortinas de ar comgradientesdetemperaturaevelocidadenãouniformes,cadaumacomasuatemperaturae velocidade.A eciência das cortinas de ar é afectada pela diferença de densidade entre o ar refrigerado e o ar ambiente, assim, quantomaisreduzidaforatemperaturadefuncionamentoemaiorforaaberturaverticaldoexpositor,maior deveráseraespessuraeavelocidadedacortinadear.Encontram-senomercado,equipamentosderefrigeração abertosaoarambientequefazemusodemaisdoqueumacortinadear(Figura4.12).Usualmentedestinamà conservaçãodeprodutoscongelados.
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Figura 4.12 - Cortinas de ar em murais com diferentes temperaturas de funcionamento
Ascaracterísticasdacortinadeartripla(Figura4.13)devemsertaisque: •Acortinadeardafronteirainteriordeverápossuirumavelocidademaiselevadaedescarregaroarrefrigerado queatravessaoevaporador; •Acortinaintermédiadeveráserobtidacomarrecirculadomasnãorefrigerado; •Acortinadafronteiraexteriordeveráserrealizadacomarambientedescarregadoabaixavelocidade,de modoaprotegerascortinasinteriores.
Figura 4.13 - Cortina de ar tripla
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4.4.7 - Outras considerações A conguração do local de instalação dos equipamentos, pequenas lojas ou grandes hipermercados, normalmente dene o tipo de sistema refrigeração, isto é, se está localizado no equipamento ou à distância, respectivamente. Trata-sedeumasoluçãocomointuitodereduzircustosoperativosdossistemasderefrigeração.Oprimeirocaso foijádescritonaapresentaçãodostiposdeequipamentosenquantoqueosegundofaznormalmenteusodeum uido secundário que irá arrefecer o ambiente ou processo. Neste caso o uido de transferência não é o uido frigorigéneocomoqualoperaociclo. Os fabricantes destes equipamentos desenvolvem modelos que tentam conuir todas estas características, no entanto, as soluções são pornorma obtidas numabase de compromisso, melhorando umacaracterísticaem detrimento de outra, já que a correcta escolha dos equipamentos inuencia directamente a apresentação dos produtose,consequentemente,asuavenda. Étambémimportanteomodocomoos equipamentossãoempilhadosnazonade exposiçãoeconservação.A análiseefectuadaporFaramarzi(2003)indicaqueocarregamentoinapropriadodeprodutosalimentareslevaao aumento signicativo da sua temperatura, atingindo valores que afectam a segurança alimentar: •Bloqueiodagrelhadeaspiraçãoporcolocaçãodeprodutosalimentaressobreesta:11,3ºC; •Sobre-carregamento(colocaçãodeprodutosparaalémdoslimitesdecarga):7,6ºC; •Distribuiçãonãouniformedosprodutoslevandoaespaçosvaziosnasprateleiras:6,2ºC; •Bloqueiodacortinadear:5,5ºC; •Combinaçãodoscasosanteriores:10ºC.
4.5-Aplicações
de comercialização
Segundo ASHRAE (2006), os equipamentos expositores refrigerados podem ser diferenciados em função dacomercializaçãodotipodeprodutoalimentaraquesedestinam.Estadiferenciaçãoresultadasexigências particularesdecadaprodutoalimentarnoquerespeitaàsuaexposiçãoeconservaçãoemfrio.
4.5.1 - Versão de lacticínios Osprodutosdeinstaladosemequipamentosexpositoresrefrigeradosnaversãodelacticíniosincluemartigoscom um signicativo volume de vendas diário, tal como o leite, manteiga, ovos, e margarina. Incluem também outros produtostaiscomoqueijofresco,produtosdepastelaria,eoutrosprodutosalimentaresperecíveisquepossuama temperaturadeconservaçãonagamaadequada.Osequipamentosexpositoresrefrigeradospoderãoserdotipo: •Expositorrefrigeradoverticalcomprateleirasajustáveisatodaalturadeexposiçãoesemportanaparte posteriorparapermitiro encostodo equipamentoàs paredesdo estabelecimentocomercial(Figura4.14). O esquema apresentado na gura representa um equipamento expositor refrigerado vertical aberto ao ar ambientecomsistemaderefrigeraçãoàdistância,permitindo-lhepossui umaáreadeexposiçãosuperior, jáquenoincorporanoequipamentoocompressore condensador.Nocasodepossuirportasposteriores, estasdestinar-se-ãoaoabastecimentodeprodutos.Aáreadeexposiçãopoderáserabertaaoarambiente oufechadaatravésdeportasdevidro;
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Figura 4.14 - Mural na versão lacticínios multi-funcional
Fonte: (ASHRAE, 2006)
• Outra conguração corresponde a expositores fechados construídos na parede da câmara de refrigeração destinada aoarmazenamentodosprodutos.Poderãopossuirprateleirasajustáveisemalturaqueseencontramatrásdasportas devidronointeriordacâmaraderefrigeração.Outratipologiapoderácorresponderaumcarrodeprateleirasqueé carregadonointeriordacâmaraderefrigeraçãoetransportadoparaazonadeexposição(Figura4.15).
Figura 4.15 - Carro de prateleiras na versão lacticínios
Fonte: (ASHRAE, 2006)
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4.5.2 - Versão de carne Por questões de segurança alimentar, a carne é vendida preferencialmente já embalada, embora o corte e embalagemsejajá realizadono interiordo estabelecimentocomercial.Comoreferido,a temperaturadacarne frescadeverásermantida,durantetodaacadeiadefrio,abaixode4,5°Cparaassegurarasuaqualidade.Os equipamentosexpositoresrefrigeradosverticaisdestinadosaalbergarestetipodeprodutossãoprojectadospara funcionar à menor temperatura possível sem congelar a carne. As temperaturas são mantidas com utuações mínimas(àexcepçãodociclodedescongelação)paraassegurarastemperaturasinternasedesuperfícieda carne,maisestáveispossíveis.Ahigienizaçãoétambémfundamentalparamanteraqualidadedoproduto,jáqueo desenvolvimentodebactérias,mesmocomaadequadatemperaturadeconservação,nãoimpediráadescoloração prematuraeadeterioraçãosubsequentedacarne.Istodeve-sefundamentalmenteaoaumentodatemperatura supercial da carne devido a: •Raiosinfravermelhosdailuminação; • Raios infravermelhos reectidos pela superfície do tecto do estabelecimento comercial; •Sobre-lotaçãodoexpositorrefrigerado; •Espaçoslivresnazonadeexposiçãoeconservaçãodosprodutos; •Perturbaçãodoarrefrigerado. Osequipamentosvulgarmenteutilizadospoderãopossuirdiversastipologias.Nosequipamentosemmodode “self-service”, encontra-se normalmente carne embalada. Estes poderão ser do tipo: •Expositorrefrigeradohorizontal,comacessofrontalouposterioropcional(Figura4.16);
Figura 4.16 - Ilha na versão de carne
Fonte: (ASHRAE, 2006)
•Expositorrefrigeradoverticalcomcaracterísticasmulti-funcionais,ecomacessoposterioropcional(Figura4.17);
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Figura 4.17 - Mural na versão de carne
Fonte: (ASHRAE, 2006)
•Qualquer um dos tipos anteriores são fechados ao ar ambiente por portas de vidro. Todos estes tipos de equipamentos são disponibilizados pelos fabricantes com diferentes características relativamente à iluminação,estrutura,prateleiraseoutrosacessórios.Nocasodeequipamentosquedisponhamdeuma câmararefrigeradadearmazenamento,raramenteestaécolocadaemmododeself-serviceedestina-se unicamenteaoarmazenamentodeprodutos. Osequipamentos expositoresunicamenteem modo deexposição,istoé, emque o cliente é servido por um empregadoquelheforneceoproduto(nestecasocarnefresca)quepretendeadquirir,podemsersubdivididosnas seguintescategorias: • Vitrina, com câmara refrigerada opcional (Figura 4.18);
Figura 4.18 - Vitrina na versão de carne
Fonte: (ASHRAE, 2006)
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•Produtosdegastronomia,comocarnespreparadas,comcâmararefrigeradadearmazenamentoopcional; •Produtosdepeixariaeavícolas,usualmentesemcâmararefrigeradadearmazenamento,masdestinadosà exposiçãosobreumacamadadegelo.
4.5.3 - Versão de hortofrutícolas Osprodutos hortofrutícolasfrescose embaladossãoporvezesexpostosno mesmoequipamento.Idealmente, osprodutosfrescossemqualquertipodeembalagemdeverãoserexpostosemequipamentoscomreduzida velocidadedoarrefrigerado.Normalmente,épulverizadaáguasobreosvegetaisparamanterasuafrescura.No casodosprodutoshortofrutícolasembalados,énecessáriaumamaiorvelocidadedo arrefrigerado,peloquea escolhadotipodeequipamentoserárealizadaemfunçãodascaracterísticasdesejadas.Encontram-sedisponíveis osseguintestiposdeequipamentosparaestaversão: •Ilhas; •Expositorvertical(Figura4.19);
Figura 4.19 - Expositor vertical na versão de produtos hortofrutícolas
Fonte: (ASHRAE, 2006)
•Devido à natureza dos produtos agrícolas, existem unidades da mesma família de equipamentos não refrigeradasdestinadasunicamenteàexposiçãodosprodutossemacapacidadedeosconservarporfrio; • Também é possível a conguração semelhante ao expositor vertical, mas composta por um carro de prateleiras queécarregadonointeriordacâmaraderefrigeraçãoetransportadoparaazonadeexposição(Figura4.15).
4.5.4 - Versão de produtos congelados e gelados Osprodutoscongeladossãoexpostosemequipamentosexpositoresrefrigeradosdostiposjácitados,noentanto, possuindocaracterísticasparticulares.Podemserencontradosequipamentosdosseguintestipos: •Expositoreshorizontais,conformeexpostonaFigura4.20destinadosàcomercializaçãounicamenteporum doslados.Tipicamenteestesequipamentossãoabertosaoarambiente;
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Figura 4.20 - Ilha na versão de produtos congelados e gelados com acesso unicamente por um dos lados
Fonte: (ASHRAE, 2006)
• Outra conguração é semelhante à anterior mas permite a comercialização em ambos os lados do equipamento (Figura4.21);
Figura 4.21 - Ilha na versão de produtos congelados e gelados com acesso por ambos os lados
Fonte: (ASHRAE, 2006)
•Expositoresverticais,queconformereferidoanteriormentenecessitamdeduasoutrêscortinasdearpara manteratemperaturanegativadeconservaçãodosprodutoscongelados(Figura4.22);
Figura 4.22 - Mural na versão de produtos congelados e gelados com cortina dupla
Fonte: (ASHRAE, 2006)
82
•Expositoresverticaisfechadosaoarambienteporportasdevidro(Figura4.23).
Figura 4.23 - Mural fechado ao ar ambiente na versão de produtos congelados e gelados
Fonte: (ASHRAE, 2006)
83
84
Capítulo 5
02
86
Cargadearrefecimento
5.1
- Introdução
5.2
-Cargatérmicaportransmissão
02
5.2.1 -Resistênciatérmicacondutiva 5.2.2 -Resistênciatérmicaradiativa 5.2.3 -Resistênciatérmicaconvectiva 5.3
- Carga térmica por inltração do ar ambiente
5.4
-Cargatérmicaporradiaçãotérmica
5.5
-Cargastérmicasinternas
5.6
-Cargatérmicadosprodutosalimentares
5.6.1 -Cargatérmicadearmazenamento 5.6.2 -Cargatérmicadevidoàrespiraçãodosprodutos 5.7
-Cargastérmicasinternas
5.7.1 -Cargatérmicadomecanismodedescongelação 5.7.2 -Cargadasresistênciasdeanti-embaciamento 5.8
-Cargatérmicatotal
5.9
-Outrasconsiderações
Objectivos do Capítulo • Caracterizar os principais tipos de cargas térmicas que inuem no funcionamento dos equipamentos de frio; •Explicitarosprincípiosfísicossubjacentesaosdiferentesfenómenosdetransferênciadecalorassociadosaos diferentestiposdecargatérmica.
88
5.1-Introdução A carga térmica com maior preponderância nos equipamentos expositores abertos é relativa à inltração de ar ambiente.Sistematizando,ascomponentessensíveiselatentesdacargatérmicaaqueésujeitoumequipamento destetipo,subdividem-seem: • Carga térmica por inltração de ar; •Cargatérmicaportransmissãoatravésdasparedes,compostaspelascomponentesconvectiva,condutivae radiativa; •Cargatérmicaporradiaçãotérmica; •Cargastérmicasinternasrelacionadascomailuminaçãoecomosistemadeventilação; •Cargatérmicadosprodutosalimentares,queconsideraascomponentesrelativasàrespiraçãodosprodutos eaoseuarmazenamento; •Cargatérmicadoequipamento,queconsideraascargastérmicasdomecanismodedescongelaçãoedo sistemadeanti-embaciamento. ConformeFaramarzi(1999),acontribuiçãodecadaumadascargastérmicaséapresentadanaFigura5.1. infiltraçãodearambiente72%
outras1% ventilação3%
iluminação 8%
radiaçãotérmica12%
transmissão4% Figura 5.1 - Peso relativo das componentes individuais da carga refrigerante
Fonte: (Faramarzi, 1999)
A análise conjunta destes dados permite vericar que grande parte do consumo energético no sector da refrigeração comercialéimputadaaosequipamentosexpositoresrefrigeradosabertosaoarambiente.Estesequipamentosde refrigeraçãotêmumpotencialdevendassuperior,determinadopelaconcorrênciadomercadoepelasexigências dasempresasrelacionadascomosserviçosdealimentação.Estedesempenhocomercialéconseguidoatravés dainexistênciadeumabarreirafísicaentreoprodutoconservadoemfrioeoconsumidor,demodoqueestepossa veremanusearsemconstrangimentosoprodutoquepretendeadquirir.Estasituaçãoconduzaocrescimento doconsumoenergéticoeacustosdefuncionamentomaiselevadosdosectorcomercialdosequipamentosde exposiçãoeconservaçãopelofrio,devidoàsuautilizaçãomaisintensivanosactuaisempreendimentoscomerciais. Autilizaçãodeequipamentosderefrigeraçãoabertosaoarambienteestárelacionadacomdiversosproblemas técnicos,dequesesalientam:
89
•Imperfeiçãodabarreiratérmicadeterminadapelacortinadearquefacilitaoacessofácildoconsumidorao produto; •Interacçãotérmicaemássicadoarrefrigeradodointeriordoequipamentoaberto,comoarambientemais quenteehúmido,porviadaaspiraçãoatravésdagrelhaderetornodoarparaoprocessodearrefecimento; •Perdasdemassadeararrefecidopelazonainferiordaaberturadoexpositor,resultantesdascaracterísticas deconcepçãodosequipamentos; •Necessidades de potências térmicas de refrigeração nominalmente mais elevadas para compensar um “design” desajustado dos equipamentos e também alguma imposição do mercado pela acessibilidade directa doconsumidoraoproduto; •Disposiçãodosequipamentosnalojaounocentrocomercialbaseadaapenasnumalógicavisualedeacesso maisimediatos; •Variabilidadedascondiçõesdoarambienteaolongododiaemqueseprocessaacompradeprodutos; •Condiçõesdearmazenagempreviadosprodutosedacargadosequipamentosabertos. AleituradodiagramaapresentadonaFigura5.1permiteconcluirqueacargatérmicacommaiorpreponderância nos equipamentos expositores abertos é relativa à inltração de ar ambiente. Esta inltração de ar tem inuência no desempenho térmico e eciência energética dos equipamentos, sendo função da velocidade e direcção do ar ambiente.Asvariaçõesemmóduloedirecçãodavelocidadedoarambientedevem-seàlocalizaçãodassaídas do sistema de condicionamento de ar do estabelecimento, aos uxos mássicos originados por diferenças de pressãodecorrentesdeaberturasaoexterior,etambémàperturbaçãodomovimentodoarpelapassagemdos consumidoresemfrenteàaberturadoequipamento.Qualquerumadestassituaçõesafectaodesempenhoda cortinadeareconsequentementeodesempenhodoequipamento. De seguida são apresentadas uma série de equações simplicadas do cálculo da estimativa da carga refrigerante que fornecem directrizes básicas para a determinação das cargas individuais, de modo a estabelecer uma sensibilidademaisaguçadarelativamenteàmagnitudeepesorelativodascomponentesdacargarefrigerante econstituirumabasemaisprecisaparaasimulaçãodesistemasenergéticosdeestabelecimentoscomerciais (Çengel, 1998; Faramarzi, 1999). Para o estudo em causa, pretende-se fornecer uma perspicácia adicional no auxíliodocálculodacargatotaldearrefecimentodeequipamentosexpositoresrefrigerados,demodoapermitir umamodelaçãonuméricadocomportamentotérmicomaisplausível.
5.2-Carga
térmica por transmissão
Acargatérmicaportransmissãoretrataacomponentesensíveldosganhosdecalorquesereferemàtransmissão decaloratravésdosmateriaisqueconstituemaestruturadeumequipamentoexpositorrefrigerado.Adiferença detemperaturasentreoardavizinhançaeoarnazonadeconservaçãoeexposiçãodeprodutosalimentareséa força motriz para esta transmissão de calor. A diculdade resume-se em determinar o coeciente de transmissão de calor global das paredes do equipamento. Isto envolve os coecientes de convecção internos e externos do lme dear(dependodoregimeemqueseencontram:natural,forçadooumisto),acondutibilidadetérmicadosmateriais dasdiversassuperfíciesexteriorese interiores queconstituema estruturadoequipamento eacondutibilidade térmicadoisolamentoexistenteentreasparedesinterioreseexteriores.
90
O uxo de calor total (condutivo, convectivo e radiativo) que é introduzido no equipamento expositor através das superfíciesfronteiraqueenvolvemoenvelopeinteriorécalculadoatravésdasresistênciastérmicasrelativasaos diversoselementosqueconstituemasparedesdoequipamento.
5.2.1 - Resistência térmica condutiva Ocircuitotérmicocondutivoequivalenterelativoàcomposiçãodasdiversascamadasdemateriais,envolveuma sériederesistênciastérmicasemsérie,vistoqueascamadasepelículassãosobrepostas:
Emque, A
Área, [m2],
Li
Espessura, [m],
ki
Condutividade térmica, [W/m.K].
5.2.2 - Resistência térmica radiativa Um modo de obter uma quanticação bastante simplicada da resistência térmica radiativa, consiste em considerar atrocadecalorproporcionalàdiferençadetemperaturas.
Emque, Emissividade, Constante de Stefan-Boltzmann ( = 5,6678.10-8[W/m2.K4]), T
Temperatura, [K]. (índices: s, supercial; ∞, ambiente).
Pormanipulaçãomatemática,obtém-se:
É de salientar que as resistências térmicas superciais de convecção e radiação são compostas por um circuito térmico equivalente em paralelo, já que se reectem como uma sobreposição de efeitos sobre as superfícies.
91
5.2.3 - Resistência térmica convectiva AseguinteEquaçãoexpressaaLeideNewtondeArrefecimentoepodeserusadaparadeterminararesistência térmicadeconvecçãorepresentativadatransmissãodecalorporconvecçãonasuperfíciedoequipamento.
Emque, hconv
Coeciente convectivo de transmissão de calor, [W/m2.K].
A diculdade consiste na determinação dos coecientes convectivos de calor, dada a variação dos tipos de escoamentopresenteseaslocalizaçõeseorientaçõesdassuperfíciesquerepresentamasparedesexteriorese interioresdoexpositor. Segundo a ASHRAE (1997), para ar ambiente estabilizado e sem fontes de perturbação, considera-se o coeciente convectivomédiodadoporhi=h0=9,37[W/m2K]. A consideração de todos os modos de transferência de calor é realizada pela aplicação do coeciente de transmissão decalorglobal,U,podeserdeterminadoapósadeterminaçãodetodasasvariáveisqueoconstituem,tendoem consideração a denição de resistências térmicas condutiva, convectiva e radiativa:
Paraequipamentoscomparedesgrossasecombaixacondutibilidade,aresistênciatérmicacondutivafazcomque o coeciente global de transmissão de calor seja tão reduzido que as resistências térmicas convectivas passam a possuir uma inuência desprezável, pelo que podem ser omitidas dos cálculos. A componente latente da carga por transmissãocorrespondenteaoganhodecalorportransmissãodehumidadeatravésdasparedesdoequipamento é depreciada, já que na realidade possui uma inuência muito reduzida. Após a determinação do coeciente global de transmissão de calor, a carga de transmissão relativa à superfície considerada pode ser quanticada:
5.3-Carga
térmica por inltração de ar ambiente
A carga térmica por inltração corresponde aos ganhos de calor associados à entrada de ar ambiente, pela cortina de ar no espaço refrigerado do expositor. Assim, verica-se que a cortina de ar é sem duvida o mecanismo que de algummodoreduzestacomponentedacargarefrigerante,tendoemcontaqueoseudesempenhoeaquantidade
92
decalortransferidodependemdeváriosfactores,entreoutros,podemsercitadosaquelesquesejulgapossuírem importânciaredobrada: • Velocidade da cortina de ar e perl de temperatura; •Númerodeorifíciosdagrelhadedescarga; •Larguraeespessuradacortinadear; •Característicasdimensionaisdagrelhadedescargadear; •Temperaturasehumidadesnointeriordoequipamentoexpositorrefrigeradoedoambientedocompartimento ondeestáinserido; •Agitaçãodacortinadeardevidoàmovimentaçãonointeriordocompartimento; •Efeitosdeturbulênciaeviscosidadeturbulentanaregiãoinicialdojacto. Estacargatérmicatemduascomponentes:asensívelealatente.Acomponentesensívelretrataaparceladocalor associadoaoaumentodetemperaturadoequipamentoexpositorrefrigerado.Acomponentelatenteéimputadaao conteúdodehumidadedoarambientequeatravessaacortinadear.Àmedidaqueoarpassapeloevaporador, perdeoseucalor,sensívelelatente. Determinar a carga de inltração é o aspecto mais desaador da análise da carga refrigerante de um equipamento expositor refrigerado. A falta de conhecimento do desempenho térmico das cortinas de ar contribui signicativamente para este desao, principalmente, pela ausência de um método robusto e simplicado para determinar a quantidade dearqueentranobalcão. Actualmente, um pouco em função do objectivo nal dos expositores refrigerados, que reside na exposição e vendadeprodutosalimentares,osaspectosestéticosededesignsãodeextremaimportância,emdetrimentodos aspectos construtivos, geométricos e de materiais capazes de reduzir a carga de arrefecimento o que diculta a realaplicaçãodosestudosrealizadosatéaomomento. Acomponentesensíveldestacargaretrataaparcela docalorassociadoaoaumento detemperaturadoequipamento expositorrefrigerado:
Emque, Massa especica, [kg/m3], V
Volume, [m3],
Cp
Calor especíco, [kJ/kg K].
No entanto, para um uxo completamente estabelecido, a seguinte expressão descrita em ASHRAE (1997), traduz acontabilizaçãodestacomponentedacargarefrigerantedeummodomaispreciso:
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Emque, g
Aceleração da gravidade, ( = 9,81 [m/s2]),
H
Altura, [m].
Sendoofactordedensidadedadopor:
Como os equipamentos não são herméticos, é necessário calcular a carga de inltração por circulação transversal directaqueadvémdofactodeoenvelopeinteriorrefrigeradodoequipamentopossuirumapressãonegativa relativamenteaosambientesondeestesmesmosequipamentossãocolocados,fomentandoumganhodecalor devidoàentradadirectadearambientenoespaçorefrigerado.Aseguinteequaçãorepresentaoganhodecalor de inltração por circulação transversal directa:
Acomponentelatenteéimputadaaoconteúdodehumidadedoarambientequeatravessaacortinadear.Em algunscasos,arespiraçãodoprodutogerahumidadeadicionaldentrodoequipamentoexpositorrefrigerado.
Emque, Humidade absoluta, [kgv/kga], hfg
Calorlatentedevaporizaçãodaágua,[kJ/kg], Caudal volumétrico, [m3/s].
5.4
- Carga térmica por radiação térmica
O ganho de calor do equipamento expositor refrigerado por radiação é função das condições interiores do equipamento, incluindo as temperaturas, emissividades e áreas e factores forma das paredes interiores do equipamento,paredes,chãoetectodocompartimentoondeestáintroduzidoedosdiversosobjectosqueestão localizados dentro deste espaço físico. Trata-se de uma componente difícil de quanticar, já que para obter um valor precisodacargaporradiaçãotêmqueserconsideradososmateriais,texturasegeometrianãosódoinvólucro correspondenteàáreadeexposiçãoedocompartimentoqueoabriga,mastambémdasembalagensouprodutos queoequipamentoexpositorrefrigeradoiráconter. Parasimplicidade de cálculo, cadasuperfíciepode serrepresentada porum conjunto de áreasequivalentes, emissividadesetemperaturasqueapenastraduzatrocaradiativaentresuperfícies.Nocasodesepretenderuma contabilizaçãomaisprecisa,considerandoomeiocomosendoparticipante,torna-senecessáriorecorreramétodos mais elaborados, como sejam o Método de Monte Carlo (Estatístico), das Ordenadas Discretas ou das Harmónicas Esféricas (P-N), entre outros. A desvantagem da utilização de métodos mais áveis reside no esforço numérico necessário,tendoemconsideraçãoqueascaracterísticasfísicasedimensionaisdosprodutosouembalagensque
94
irãosercolocadosnointeriordoespaçorefrigerado,irãoinduzirumaelevadavariaçãodestacarga. No cálculo dos uxos de calor através das paredes foi considerada uma resistência térmica radiativa, no entanto acargadevidoàtransmissãodecalorporradiaçãoentresuperfíciespodeserdeterminadadeummodomais precisomodelandoosistemacomodiversassuperfíciescinzentas.Umadestassuperfíciesrepresentaumplano imaginárioquecobreaaberturadoequipamentoexpositorrefrigerado,querecebetodaaradiaçãoquedeixaas superfíciesadjacentes(paredes,pavimento,tecto).Porsuavez,oplanoimagináriorepresentativodaaberturado balcão,trocaradiaçãocomassuperfíciesinterioresdoequipamentoexpositorrefrigerado.AFigura5.2representa um diagrama simplicado que identica as superfícies que trocam calor por radiação (Faramarzi, 1999). O interior doequipamentoexpositorrefrigeradoconstituídopelotopo(Superfície1),frente(Superfície2)efundo(Superfície 3).Assuperfíciesexterioresaobalcão(chão,tecto,paredese objectos)trocamradiaçãotérmicacomo interior atravésdeumplanoimaginárioquecobreaaberturadobalcãodesignadoporSuperfície4.
Figura 5.2 - Superfícies que participam na transmissão de calor por radiação
Fonte: (Faramarzi, 1999)
Considerandotodasassuperfíciescomosendoopacas,difusasecinzentas,obalançoradiativoparaonóde radiosidadeassociadoacadaumadassuperfíciesédadopelaseguinteequação.Representaaigualdadeentre a taxa de radiação transferida para uma das superfícies pela sua resistência supercial e a taxa de radiação transferidaporestasuperfícieparatodasasoutraspelassuasresistênciasgeométricascorrespondentes.
Emque, E
Emitância total, [W/m2],
J
Radiosidade, [W/m2],
F
Factor de forma.
95
Desenvolvendoestebalançoparacadaumadassuperfícieséobtidoumsistemadeequaçõesalgébricas,tendo em consideração que a Superfície 4 não possui uma resistência supercial radiativa por corresponder a um plano imaginário. Colocandonaformamatricialparaobtençãodaradiosidadeemcadaumadassuperfícies,obtém-se:
Sendo as temperaturas superciais consideradas para o cálculo das radiosidades de cada uma das superfícies, as obtidasatravésdosensaiosexperimentais. Osdiversosfactoresdeformaforamobtidosfazendousodasdiversasrelaçõesentreosfactoresdeformacom sejamaregradareciprocidadeearegradasoma,mastambémpelaformulaçãodecálculoparageometrias bidimensionaisapresentadosporIncroperaetal.(1996). Airradiaçãodecadaumadassuperfíciespodeseravaliadaapartirdasradiosidadesdetodasassuperfíciesda cavidade.Ataxatotalaquearadiaçãoatingeumadeterminadasuperfícieapartirdetodasasoutrasédadapela seguinteequação.
Emque, G
Irradiação, [W/m2].
Sendoataxalíquidadetrocaderadiaçãoqueabandonaasuperfíciedadapor:
Interessa assim determinar o uxo de calor que atravessa o plano imaginário para o interior do equipamento, para ocaso,q4’. Oganhodecalorporradiaçãoapresentaumvalorbastanteelevado,mastambémseapresentacomoomaisdifícil de quanticar, já que para obter um valor preciso da carga por radiação têm que ser considerados os materiais, texturasegeometrianãosódoinvólucrocorrespondenteàáreadeexposiçãoedocompartimentoqueoabriga, mastambémdasembalagensouprodutosqueoequipamentoexpositorrefrigeradoiráconter(Modest,1993).
96
5.5-Cargas
térmicas internas
As cargas internas do equipamento expositorrefrigerado incluem o calor dissipado pelailuminação e pelo(s) motor(es)daventilação.Paraoscálculosdacargatérmicacorrespondenteaestesdispositivospodemserutilizados osvaloresdasuapotêncianominal,comoéexpostonasseguintesequações:
Nocasodacargainternaatribuídaà iluminação,aconstantekilumrepresentaapercentagemdecalordissipado emfunçãodalocalizaçãodaslâmpadasedosbalastrosqueseencontremdentrodafronteiratermodinâmicado equipamento. Iluminação de elevada intensidade irá aumentar a temperatura dos produtos e poderá descolorar a carne. A iluminação utilizada nos equipamentos expositores refrigerados tipicamente é constituída por lâmpadas uorescentes T12 com balastro magnético com um consumo eléctrico de cerca de 0,73 A a 120 V.
5.6
- Carga térmica dos produtos alimentares
Ascausasprimáriasdacargarefrigeranteatribuídaaosprodutosalimentaresaintroduziremanternumespaço refrigerado,devem-seànecessidadedeextrairocalornecessárioparareduziratemperaturadosprodutosdesde oseuvalorinicialatéàtemperaturadearmazenamentoeaocalorgeradopelosprodutosemarmazenamento, principalmentepelosprodutosfrescos,comosejamasfrutasoulegumes.
5.6.1 - Carga térmica de armazenamento Acargatérmicadearmazenamentodeve-seàintroduçãodeprodutosalimentaresnointeriordoequipamento expositor refrigerado que possuem uma temperatura superior à temperatura de armazenamento pretendida. Geralmente considera-se a temperatura inicial dos produtos na gama 15 ≈ 20 ºC para produtos frescos e -15 ≈ -20ºCparacongelados.Representaaquantidadedearrefecimentoexigidaparabaixaratemperaturadoproduto a um valor desejado num determinado intervalo de tempo, ∆t:
Oprocessodearrefecimentodeprodutosalimentaressólidosédominadopelatransmissãodecalorconvectiva,no entantooarrefecimentointernodoprodutoédominadopelacondução,oquetraduzumsistemadetransmissão decalorextremamentelento,funçãodacondutibilidadetérmicadosprodutosalimentares.
5.6.2 - Carga térmica devido à respiração dos produtos Asfrutasfrescaselegumesperdemhumidadeporrespiração.Estahumidadetransfere-sepelapeledoalimento, evapora,eacabanoambienteatravésdatransmissãoconvectivademassa.Arespiraçãoéumprocessoquímico
97
pelo qualas frutas e oslegumesconvertemaçúcarese oxigénioem dióxido decarbonoem água ecalor.O calorgeradopeloprocessoderespiraçãotendeaaumentaratemperaturadoprodutoelevaàtranspiraçãopela peledosalimentosparaoequipamentoexpositorrefrigerado.Estacargarefrigeranteparanprodutospodeser calculadapelaseguinteequação:
5.7-Cargas
térmicas internas
Ascargastérmicasassociadasaoequipamentoencontram-serelacionadascomosganhosdecalorcriadospelos diversosmecanismosquecontrolameimplementamoprocessodosistemaderefrigeração.
5.7.1 - Carga térmica do mecanismo de descongelação Nocasodeequipamentosexpositoresquefuncionematemperaturasabaixodopontodecongelaçãodaágua, torna-senecessárioperiodicamentedescongelaraserpentinadoevaporador,devidoàformaçãodegelonasua superfície.Ahumidadenoarquerecirculaoevaporadoréaprincipalfontedeformaçãodegelo.Àmedidaque aspartículasde água entram emcontacto com a superfície fria daserpentinaabaixo dasua temperaturade orvalho, condensam e perdem o calor latente de vaporização. Se a temperatura supercial estiver abaixo do pontodecongelação,aáguaperdeoseucalordefusãoeconverte-seemgelo.Aformaçãodegelonasuperfície de transferência de calor diminui o coeciente de transferência de calor do evaporador e além disso, aumenta a resistência ao uxo de ar pela serpentina. Durante o ciclo de descongelação, a temperatura dos produtos colocados nazonadeconservaçãoeexposiçãoeleva-se.Quandoadescongelaçãoterminaosistemaderefrigeraçãotemque teracapacidadenecessáriapararemoverocaloracumuladoduranteoperíododedescongelaçãodoevaporador ebaixaratemperaturadoprodutoa umvalordesejávelnumreduzidoespaçodetempo.Otempoexigidopara removeroganhodecalordevidoaoperíododedescongelaçãodependedo: •Tipodedescongelaçãoeconsequenteintensidadedecalor; •Controlodaterminaçãodociclodedescongelação; • Calor especíco do produto; •Temperaturadeconservação. Durante ociclodedescongelação,ocompressordoequipamentoexpositorrefrigeradonãofunciona.Logo,osistema derefrigeraçãonecessitadebastantecapacidaderefrigeranteparamanteratemperaturadearmazenamentodos produtosdesejada,duranteointervalodetempoemqueseprocessaociclodedescongelação.
Consequentemente, as aplicações de refrigeração onde o gelo se possa acumular deverão utilizar algum tipo de mecanismo de descongelação, que em primeira instância podem ser classicados em mecanismos dedescongelaçãonaturaleemmecanismosquefaçamusosuplementareexternodecalor.Tipicamente,os mecanismosdedescongelaçãofuncionamemciclodeacordocomintervalosdetempopredeterminados.Outros
98
iniciam-senumdeterminadociclodetempoeterminamquandoatemperaturadoevaporadoralcançaumvalor estabelecido.Dependendodaaplicaçãodarefrigeração,osmecanismosdedescongelaçãopodemserde: •Descongelação natural, em que o ciclo de descongelação é realizado sem qualquer adição de calor, à excepçãodacirculaçãodearambienteatravésdoevaporador; •Descongelaçãoporresistênciaseléctricas,situadasnasuperfíciedoevaporadorqueirãodissiparcalordurante ociclodedescongelaçãocomoobjectivodederreterogeloformadosobreasuperfíciedoevaporador; •Descongelaçãoporgásquente,queutilizaumafracçãodocalorcontidonumadescargadegásdocompressor operacional,paradescongelaroevaporador. Tipicamente, a descongelação por resistências eléctricas ou por descarga de gás quente fornece mais calor (85 %) doqueéonecessárioparaderreterogelo(15%),peloquetambémpossuiráumapercentagemelevadanacarga dearrefecimento. A seguinte equação proporciona uma aproximação elementar para quanticar a carga de descongelação por resistênciaseléctricas:
Enquantoomecanismodedescongelaçãopordescargadegásquente,apresenta-secomoummétodomais eciente do que o descrito no ponto anterior:
5.7.2 - Carga das resistências de anti-embaciamento Asresistênciasdeanti-embaciamentosãousadasprincipalmenteembalcõesouvitrinascomportasoulateraisde vidro. Estas resistências eléctricas cam situadas ao redor do caixilho das superfícies laterais dos equipamentos e nasconexõesdasportasparapreveniracondensaçãonassuperfíciesdemetal,eliminandooembaciamentodos vidros.Asuapotênciaecargarefrigeranteresultantepodemserreduzidasaplicandocontrolosinteligentesque reduzamaoperaçãodasresistênciasemfunçãodahumidadeinterior. Em equipamentos expositores refrigerados fechados ao ar ambiente,o consumo eléctricodestes dispositivos podeatingiraté35%doconsumoeléctricototaldoequipamento(Faramarzietal.2001).Ocalordissipadopelas resistênciaseléctricascontribuiparaacargadecalorsensíveldoexpositor. Aseguinteequaçãorepresentaacontribuiçãodoaquecimentoanti-embaciamentoparaacargarefrigerante,sendo aconstantek1umindicadordafracçãodadissipaçãodecalornointeriordoequipamento.
5.8-Carga
térmica total
Acargasensíveltotalpodesercalculadacomaseguinteequação,representativadascontribuiçõesdasdiversas cargastérmicasindividuais:
99
Acargalatentepodesercalculadapelacontribuiçãodascargastérmicas quepossuemcomponenteslatentes, como sejam a inltração de ar ambiente, e a respiração dos produtos alimentares frescos:
Acargade arrefecimento total necessária para o correcto funcionamento do expositor refrigeradopode ser expressapor:
5.9-Outras
considerações
De acordo com os testes de laboratório realizados por Faramarzi (1999) e Gas Research Institute (2000), as maiorescontribuiçõesparaa cargarefrigerantetotalem equipamentosexpositoresrefrigeradosabertossãoas cargas por inltração de ar ambiente e por radiação térmica. No caso de equipamentos expositores refrigerados verticais abertos ao ar ambiente, a carga térmica por inltração de ar ambiente constitui cerca de 80% da carga refrigerante. Porém, a inltração poderá não representar o mesmo papel crucial para outras congurações de balcões frigorícos. Nocasodeequipamentosexpositoresrefrigeradoshorizontaisabertosaoarambiente(ilhas)detemperaturanegativa, a radiação passa a ser uma componente mais inuente da carga refrigerante total, constituindo cerca de 43% do seu valor,vistoqueoplanodaaberturadeexposiçãoéparaleloaotectoondeestãocolocadososdiversoselementos deiluminação.Istoé,aconsideraçãodeoutrotipodemodelodeequipamentoexpositorrefrigerado,alteraráopeso relativo das componentes das diversas cargas de arrefecimento, conforme exemplicado na Figura 5.3. 100
Mecanismodeanti-embaciamento Mecanismodedescongelação Evaporador(es)/ventilador(es) Infiltração Radiação Condução
90 l a t o t
e t n a r e g i r f e r a g r a c a a r a p o ã ç i u b i r t n o C
80 70 60 50 40 30 20 10 0 Muralaberto(carne)
Muralaberto(lacticínios)
Ilha(congelados)
Tipo de Equipamento
Figura 5.3 - Componentes da carga refrigerante total para distintos equipamentos expositores refrigerados (24 ºC, 55%)
Fonte: (Gas Research Institute, 2000)
Determinar a carga de inltração é o aspecto mais desaador da análise da carga refrigerante de um equipamento expositor refrigerado. A falta de conhecimento do desempenho térmico das cortinas de ar contribui signicativamente
100
para este desao, principalmente, pela ausência de um método robusto e simplicado para determinar a quantidade dearqueentranobalcão. Actualmente, um pouco em função do objectivo nal dos balcões frigorícos, que reside na exposição e venda de produtosalimentares,osaspectosestéticosededesignsãodeextremaimportância,emdetrimentodosaspectos construtivos,geométricosedemateriaiscapazesdereduziracargadearrefecimento.
101
102
Capítulo 6
02
104
02
Oimpactodosequipamentosderefrigeraçãonasegurançaalimentareas tendênciasfuturas
6.1
-Impactodosequipamentosderefrigeraçãonasegurançaalimentar
6.2
-Tendênciasfuturas
6.2.1 -Reduçãodacargatérmica 6.2.2 -Melhoriadoscomponentesdoequipamentoexpositorrefrigerado
Objectivos do Capítulo •Descreveraimportânciaecaracterizaroimpactodosequipamentosderefrigeraçãonagarantiadaqualidadee dasegurançaalimentardosprodutos; • Descrever os desaos futuros ao nível da refrigeração de produtos alimentar e apresentar as tendências futuras.
106
6.1-Impacto Impacto
dos equipamentos de refrigeração na segurança alimentar
Na generalidade dos casos, os transportes e a comercialização representam os elos mais decientes da rede de frio. Ambos os sectores apresentam deciências intrínsecas que motivam um crescente esforço de investigação de modoadarrespostaaoscadavezmaisexigentesr modoadarrespostaaos cadavezmaisexigentesrequisitosdequalidadedef equisitosdequalidadedefrioparaaconservaçãode rioparaaconservaçãodeprodutos produtos perecíveisederacionalização perecíveise deracionalizaçãoenergética.Durante energética.Duranteotransporte, otransporte,aconservaçãodos aconservaçãodosprodutosalimentar produtosalimentaresemf esemfrioé rioé fortemente afectada pelas condições climáticas ambientais, podendo a distribuição espacial e a utuação temporal datemperaturaafectaraqualidadedosprodutos. Verica-se então que existem muitos elementos dos equipamentos expositores de refrigeração sobre os quais épossívelumaoptimizaçãodoconsumoenergéticoeumamelhoriadoseudesempenhotérmico.Noentanto, existemváriasbarreirasquedeverãoserultrapassadas,entreasquaissesalientam: •Aselecçãodosexpositoresrefrigeradosérealizadaemfunçãodopotencialdevendasquepossuemenãoem Aselecçãodosexpositoresrefrigeradosérealizadaemfunçãodopotencialdevendasquepossuemenãoem função da sua eciência energética, por falta de conhecimento sobre o valor monetário associado ao potencial dereduçãodoconsumoenergético,assimcomopeloretornodoinvestimentoserconsideradomaisrápido paraequipamentoscujascaracterísticasestejamrelacionadascomapromoçãodasvendas; •Ocustoinicialdoinvestimento,jáqueoretornodeinvestimentodeveráserconseguidoemcurtosespaços Ocustoinicialdoinvestimento,jáqueoretornodeinvestimentodeveráserconseguidoemcurtosespaços temporais,cercade2a3anos; •Apoucaaceitaçãodenovastecnologiasdevidoàfal •A poucaaceitaçãodenovastecnologiasdevidoàfaltadedadosconcretossobreassuasvantagens; tadedadosconcretossobreassuasvantagens; • A variabilidade espacial e sazonal das condições do ar ambiente e a sua grande inuência no desempenho energéticodosequipamentos.Tantofabricantescomoinstaladoresdeequipamentosindicamqueascondições do ar ambiente inuenciam consideravelmente o funcionamento dos equipamentos, e assim sendo, o seu desempenho térmico e eciência energética. A inuência da variação das condições do ar ambiente no desempenho térmico e na eciência energética dos expositorespodeserdeterminadapelacomparaçãodasmediçõesexperimentais expositorespodeserdeterminadapel acomparaçãodasmediçõesexperimentaisdoconsumoenergético(I), doconsumoenergético(I),edo edo volumedecondensadonoevaporador(V),epelocálculodofactordecontacto(FC). Noarrefecimentodoarhúmidopodemsermencionadososseguintescasos: •Atemperaturadoevaporadorésuperioràtemperaturadopontodeorvalhodoarqueentranoevaporador, Atemperaturadoevaporadorésuperioràtemperaturadopontodeorvalhodoarqueentranoevaporador, determinandoqueadiferençaentreaspressõesparciaisdevapordaáguanasuperfíciefriaenoarseja positiva.Asuperfíciedoevaporadorpermanecesecaeoarrefecimentoocorresemcondensaçãodevapor deágua; •Atemperatur Atemperaturado adoevapor evaporadoréinferio adoréinferiorà ràtemper temperatura aturado do pontodeorvalho pontodeorvalhodo do arqueentranoevaporador arqueentranoevaporador, , oquedeterminaqueadiferençaentreapressãoparcialdovapordeáguasaturadonasuperfíciefriaea pressãoparcialdevapordoarsejanegativa.Oarrefe pressã oparcialdevapordoarsejanegativa.Oarrefeciment cimentoproduz-se oproduz-secoma coma condens condensaçãodovaporde açãodovaporde água.Apósoarrefecimentoahumidadeabsoluta água.Apóso arrefecimentoahumidadeabsolutadoaràsaídaéinferior doaràsaídaéinferioraoseuvalorinicial. aoseuvalorinicial. Regra geral e também face aos resultados da análise experimental, o segundo caso é o mais usual. Dene-se o factor de contacto (FC) da serpentina do evaporador como a eciência de desumidicação, já que uma serpentina 100% eciente levará o conteúdo de humidade do ar para o estado de ar saturado à temperatura de ponto de orvalhododispositivo:
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NaFigura6.1éapresentadoodiagrama NaFigura6.1éapresentado odiagramapsicrométricono psicrométriconoqualérepr qualérepresentadoumprocesso esentadoumprocessodearrefecimento dearrefecimentocom com desumidicação, em que os pontos A e B correspondem às condições do ar à entrada e à saída do evaporador, respectivamente,enquantoopontoCcorrespondeàscondiçõesdoaràtemperaturadepontodeorvalhodo equipamento. Especicamente, o factor de contacto expressa a fracção da quantidade de ar que é arrefecido por contacto com a superfície do evaporador. O parâmetro factor de bypass (FBP) é utilizado para expressar a eciência de permutadores de arrefecimento de ar ambiente, e representa a fracção da quantidade de ar que atravessaoevaporadorsemsofreralteraçãodasuacondiçãopsicrométricainicial,i.e.,traduzocomplementodo factordecontacto(FBP=1-FC).
Figura 6.1 - Representação esquemática de um processo de arrefecimento
com desumidicação no diagrama psicrométrico
Assim,nãoépossíveldissociarosefeitosdatemperaturaedahumidaderelativadoarambientenodesempenho Assim,nãoépossíveldissociarosefeitosdatemperaturaedahumidader elativadoarambientenodesempenho térmico e eciência energética, pelo que quanto maior for o FC, melhor será o desempenho térmico do equipamento econsequentesegura econsequen tesegurançaalime nçaalimentaremenor ntaremenorseráoseuconsumoenerg seráoseuconsumoenergético ético.Quandosedáacondensaç .Quandosedáacondensaçãodo ãodo vapor de água na superfície do evaporador, em função da sua temperatura supercial, a água passa ao estado sólido, o que com o aumento de espessura reduz o coeciente global de transferência de calor entre a superfície do evaporadoreoar.Estasituaçãolevaaquesejamrealizadosciclosdedescongelaçãonasuperfíciedoevaporador poractivaçãoderesist poractiva çãoderesistências ênciaseléctric eléctricas.Esteproce as.Esteprocesso,para sso,paraalémdeconstitui alémdeconstituirumacargatérm rumacargatérmicaparaoarna icaparaoarna regiãodeconservaçãoeexposiçãodosprodutos,aumentaoconsumoenergéticodoequipamento. ConformeapresentadoporMirandaetal.(2002),aevoluçãoclimáticadaTerranastrêsúltimasdécadasapresenta umatendênciadeaquecimento,aindaquemoderadamasjáacimadonívelusualdevariabilidadeinteranual.A quebrasucessivaderecordespara quebrasucessivade recordesparaatemperatura atemperaturaemdiferentes emdiferentesregiõese regiõeseaocorrência aocorrênciadeperíodos deperíodoscomsituações comsituações extremasdecalor,comgrandeimpactoeconómicoesocial,obrigouageneralidadedasociedadeaolharparao aquecimentoglobalcomoumproblemapremente.EstandoPortugalContinentallocalizadoaproximadamenteentre
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aslatitudesde37ºNe42ºNeas aslatitudesde37ºNe42ºN easlongit longitudesde9,5º udesde9,5ºWe6,5ºW We6,5ºW,noextremo ,noextremoSudoestedaEuro SudoestedaEuropa,encon pa,encontra-s tra-se e nazonadetransiçãoentreoanticiclone nazonadetransição entreoanticiclonesubtropical(anticiclone subtropical(anticiclonedosA dosAçores)eazona çores)eazonadasdepressõessubpolares, dasdepressõessubpolares, sendo o clima fortemente inuenciado pela proximidade ao Oceano Atlântico. No entanto, algumas das regiões que o constituem apresentam características climáticas de tipo continental. O clima é fortemente inuenciado pela orograa da região, já que várias áreas das zonas Norte e Centro ultrapassam os 1000 m de altitude. A ligeira variação dos factores climáticos referidos (latitude, proximidade ao oceano e orograa) é suciente para induzir variações signicativas na temperatura (Tabela 6.1 e Tabela 6.2) e, principalmente, na precipitação (Tabela 6.3) observadasemPortugalContinental. Tabela 6.1 - Temperatura média observada em Portugal Continental no período 1961-1990 (ºC)
MÍNIMO (ºC)
LOCALIZAÇÃO
MÁXIMO (ºC)
LOCALIZAÇÃO
Anual
7
centro-interior (terras altas)
18
Litoral-sul
Verão
16
Serra da Estrela
34
Centro-interior e centro-sul oriental
Inverno
2
centro-interior (terras altas)
12
Litoral-sul
Fonte: (Miranda et al., 2002)
Tabela 6.2 – 6.2 – Número de dias por ano médio com t emperatura média prescrita, no período 1961-1990
MÍNIMO (ºC)
LOCALIZAÇÃO
MÁXIMO (ºC)
LOCALIZAÇÃO
T min ≤0ºC
0
Litoral-oeste e sul
100
Terras altas do centro-interior
T min ≥20ºC
2
Litoral-oeste e sul
40
Centro-interior
T max ≥25ºC
2
Cent Ce ntro ro-i -int nter erio ior r(l (loc ocal aliz izad ado) o)
180
Centro-suloriental
T max ≥35ºC
