Resfriamento de Açúcar com Trocador a Placas

Este texto tem por objetivo descrever uma tecnologia inédita no Brasil para o resfriamento de açúcar, a qual está sendo implantada na Usina Paraiso, em Brotas-SP, sendo que os equipamentos correspondentes deverão entrar em operação em Agosto de 2014. O know-how é de uma empresa canadense que detém uma patente de tecnologia de troca de calor indireta para aquecimento, resfriamento e secagem de materiais sólidos, inclusive o açúcar. Os equipamentos são fabricados no Brasil e o suporte técnico também é local.

Esta tecnologia canadense já tem sido utilizada no Brasil para resfriamento de sólidos granulados na indústria de fertilizantes. Também tem sido amplamente utilizada em todo o mundo para aplicações de resfriamento de açúcar desde 1992. Para os diversos tipos de açúcar produzidos no Brasil, tais como cristal, VVHP, VHP, refinado amorfo e refinado granulado, foram desenvolvidos testes em uma planta piloto específica, o que permitiu obter os parâmetros fundamentais para a definição da aplicação correta para o resfriamento de cada tipo de produto.

É importante ressaltar como a temperatura do açúcar na saída do secador-resfriador é um parâmetro muito importante para se proporcionar um armazenamento adequado e para se garantir a qualidade do produto após o período de armazenamento. Caso o açúcar seja estocado muito quente em um ambiente com baixa umidade relativa do ar, o seu resfriamento natural vai favorecer a evaporação de água e a sua transferência da massa de açúcar para o ar, provocando empedramento. Por outro lado, a temperatura elevada do açúcar tem grande influência sobre a sua decomposição química, principalmente da camada de mel (a temperatura é um elemento catalizador das reações de Maillard), as quais produzem subprodutos que podem aumentar significativamente a cor do açúcar durante o período de armazenamento. Estes problemas são responsáveis por reclamações dos clientes finais e eventual devolução de lotes de produtos, o que causa enormes prejuízos (principalmente no caso de empedramento) e causa sérios danos à imagem do fabricante no mercado.

No Brasil a quase totalidade dos equipamentos para secagem-resfriamento de açúcar é constituída por tambores rotativos de contato direto do açúcar com o ar. Como a temperatura e a umidade relativa do ar usado no resfriamento varia muito ao longo do ano e ao longo de cada dia, é muito difícil garantir uma temperatura adequada do açúcar. A faixa ideal de temperatura está entre 35º C e 38º C (é recomendável que o açúcar não entre no armazém para estocagem com temperatura acima de 38º C). Além disso, dependendo de condições climáticas específicas, sempre existe o risco de se transferir umidade do ar para o açúcar durante o seu resfriamento.

A nova tecnologia que entra em operação na Usina Paraiso utiliza um trocador de calor a placas de contato indireto, ou seja, o calor retirado do açúcar é transferido para uma corrente de água fria cuja temperatura e cuja vazão podem ser automaticamente controladas. Geralmente o sistema de resfriamento de água da usina pode acomodar essa carga extra de água de resfriamento.  Caso necessário utiliza-se um sistema dedicado gerador de água gelada, mas a energia necessária para resfriar a água é muito menor do que a energia necessária para resfriar o ar (em função da maior eficiência). O consumo de energia é limitado ao acionamento da bomba de água de pequena potência e da unidade de água gelada. No caso de uso de um sistema em circuito fechado somente uma quantidade mínima de água de reposição é necessária. A nova tecnologia utiliza até 90% menos energia do que as tecnologias convencionais como leito fluidizado ou tambor rotativo, já que não é necessário usar ventiladores para movimentar grandes massas de ar.

Desta maneira é possível controlar remotamente a faixa de temperatura com a qual o açúcar está deixando o aparelho, permitindo temperaturas estáveis tanto para o ensacamento quanto para o armazenamento sem depender da temperatura ambiente ou da umidade relativa do ar.

A figura anexa indica os detalhes construtivos. O trocador de calor a placas resfria o açúcar indiretamente com água gelada fluindo dentro de placas de aço inox. O açúcar escoa vagarosamente por entre uma série de placas que contém a água de resfriamento internamente, resfriando açúcar por condução. O sistema de descarregamento de açúcar cria uma vazão uniforme, a qual pode ser ajustada para garantir um tempo de residência compatível com a troca de calor determinada durante o dimensionamento do sistema.

O pequeno espaço ocupado pela instalação faz com que o equipamento seja facilmente integrado às plantas de produção de açúcar existentes, sendo que oseu projeto modular permite aumento de capacidade no futuro acrescentando-se conjuntos de placas adicionais no sentido vertical.

O uso deste sistema inovador permite redução na emissão de pó, pois com menores vazões de ar no tambor rotativo há redução no arraste de pó e no seu consequente reprocessamento.

A limpeza das placas é facilitada através da abertura de portas especialmente projetadas para esta finalidade, evitando a presença de operadores em espaço confinado.

A temperatura da água de resfriamento pode ser controlada e o açúcar é resfriado até uma temperatura adequada e específica, permitindo temperaturas estáveis tanto para o ensacamento quanto para o armazenamento sem depender da temperatura ou da umidade relativa do ambiente.

No Brasil a maioria das instalações existentes usa secadores-resfriadores para açúcar do tipo tambor rotativo, tecnologia que depende de grandes volumes de ar ambiente a fim de resfriar o açúcar, provocando a necessidade de grandes ventiladores, que são significativos no balanço de energia do sistema, e de dutos que ocupam um grande espaço físico. Os custos de instalação são relativamente elevados e as grandes dimensões dos equipamentos e do sistema de manipulação de ar se transformam num problema de falta de espaço quando há necessidade de expansão do setor de secagem. Muitas vezes a temperatura do ar ambiente é maior do que a necessária para se atingir o resfriamento desejado, e assim o ar deve ser resfriado antes do seu uso. Se o ponto de saturação do ar de refrigeração não é considerado, a umidade pode migrar do ar para o produto, o que resulta em aglomeração e subsequente deterioração. Refrigeração e aquecimento do ar ambiente para evitar estes problemas consomem quantidades significativas de energia. 

Desta maneira uma alternativa muito interessante para unidades existentes no Brasil, que estão no limite da sua capacidade, é adaptar o tambor rotativo existente exclusivamente para a secagem do açúcar e instalar um resfriador a placas exclusivamente para o resfriamento do açúcar, aumentando assim a capacidade do sistema com um custo muito baixo nas instalações em geral.