12 agosto de 2024
Modernizando as centrífugas visando a sustentabilidade
Cada gota e cada quilowatt-hora contam quando se trata do desenvolvimento de centrífugas. A GEA vem construindo centrífugas há mais de 130 anos - e ninguém imagina que isso seja escrutinado todos os dias. Jürgen Mackel, Vice President Product Line Separators da GEA, e Christian Becker, gerente de produtos responsável pelo portfólio de centrífugas para laticínios, fazem exatamente isso - apresentando consistentemente novas soluções que atendem às demandas do progresso técnico, às condições atuais do mercado e a todos os aspectos da sustentabilidade. Continue lendo para saber mais sobre o que a arte da engenharia da GEA traz para as salas de produção de uma ampla variedade de indústrias em todo o mundo.
Christian Becker e Jürgen Mackel descobrem até mesmo o potencial de otimização oculto em cada tipo de centrífuga.
A grande tarefa de questionar e otimizar
O sucesso na GEA nunca é fatigante. Em vez disso, serve como incentivo. "Não nos esforçamos para melhorar a eficiência e conservar os recursos somente por fazer - pelo contrário, isso faz parte do nosso DNA corporativo", diz Mackel. Sempre trabalhamos para atingir as metas de melhor desempenho e máquinas mais eficientes, resultando em menos desgaste e manutenção, sem falar no menor consumo de energia e água”.
No entanto, com o passar do tempo, a sustentabilidade se tornou mais importante. "É por isso que submetemos todos os parâmetros relevantes a um exame minucioso, analisamos todo o ciclo de vida a partir de uma perspectiva de sustentabilidade e adotamos uma nova abordagem sobre como pensamos em design", diz ele.
Becker explica melhor: "Sempre começa com perguntas que hoje, mais do que nunca, são caracterizadas por questões de sustentabilidade e eficiência de custos. Por que é tão caro operar uma centrífuga? Onde estamos usando energia de forma ineficiente? Onde há potencial para economizar água e meios de limpeza clean in place (CIP)? Em seguida, avaliamos as opções operacionais e técnicas para reduzir o consumo”.
Isso é diferente das iterações anteriores. "No passado, se quiséssemos construir uma nova máquina, acrescentávamos mais potência - geralmente na forma de maior velocidade - enquanto o diâmetro do tambor/cuba era mantido o menor possível", diz Mackel. "Mais potência na forma de velocidade economiza CAPEX, ou seja, custos de investimento, mas o maior consumo de energia aumenta os custos de operação, ou seja, OPEX.”
O preço da eletricidade quase não era um problema até alguns anos atrás. Hoje, as coisas são diferentes. "Agora, estamos pensando de forma inversa, projetando diâmetros de tambor/cuba maiores e construindo as máquinas para operar mais lentamente - 10% menos velocidade, o que equivale a 20% menos consumo de energia", diz ele. "Isso ocorre porque os clientes estão concentrando sua atenção em quilowatts-hora, um ponto particularmente sensível quando se consideram os custos”.
O mesmo se aplica aos conceitos de acionamento, em que há várias perdas de eficiência. O acionamento direto da GEA tornou possível reduzir essas perdas ao mínimo. Esses conceitos também exigem pouca manutenção e economizam espaço, além de serem compatíveis com motores grandes. No passado, os engenheiros enfatizavam o produto - maior rendimento, melhor qualidade. Hoje em dia, esses fatores muitas vezes já estão ultrapassados. "Estamos analisando cada vez mais a quantidade de energia e água que a máquina consome durante toda a sua vida útil", diz Mackel. Anteriormente, por exemplo, a água de controle era adicionada por sete segundos, mas agora dois segundos são suficientes. Quando você soma tudo, isso faz uma grande diferença.
É claro que os próprios parâmetros de produção da GEA também contam. O objetivo aqui é usar o mínimo possível de energia direta e indireta e consumir o mínimo de materiais na fabricação. Mackel contextualiza: "Mas o que economizamos internamente é apenas uma fração do que pode ser economizado pelo cliente mais tarde, com uma vida útil da máquina de 20 a 40 anos”.
A pegada de carbono de 150.000 máquinas
Energia, água e material - essas especificações devem ser medidas com precisão e registradas como parte do processo de melhoria. Todo ano, o número é determinado para todas as máquinas vendidas, cerca de 150.000 no total. "Conhecemos os níveis de eficiência dos motores instalados, as áreas de aplicação e os tempos de funcionamento previstos", explica Mackel. A partir daí, é possível determinar o número de quilowatts-hora que cada máquina consome por ano. (Um quilowatt-hora produz até 0,9 kg de CO2, dependendo do país e da região).
É claro que nem toda eletricidade é igual. Os clientes que usam eletricidade verde gerada por energia hidrelétrica ou eólica terão um balancete significativamente diferente daqueles que usam combustíveis fósseis. A própria máquina também pode ser rastreada até suas peças individuais para posterior reciclagem. "Pensamos em termos de matérias-primas e não de resíduos, de acordo com a ideia da economia circular", acrescenta Mackel. "Os grandes tambores/cubas dos separadores podem ser mantidos em operação por até 30 anos. No final da vida útil da máquina, eles são fundidos e devolvidos ao processo”.
Para otimizar o consumo de energia e água em nossas centrífugas, os respectivos pontos críticos foram examinados e aprimorados.
Não desperdiçar nada, esse é o objetivo
A água é um dos recursos mais preciosos do mundo e também é necessária para operar as centrífugas. A maior parte da água é consumida como água de resfriamento - tanto para o motor quanto para resfriar e proteger o produto do calor de fricção - ou como água de controle para o processo de descarga. Como as centrífugas descarregam com frequência, às vezes a cada dois ou três minutos, é possível economizar muita água. Enquanto a água de controle costumava ser adicionada por sete segundos, dois segundos agora são suficientes, sendo que um segundo de água de controle corresponde a cerca de um litro de água, diz Jürgen Mackel. "Também estamos trabalhando atualmente em soluções para descobrir como podemos usar a água de resfriamento, que foi aquecida de 20 a 40 graus, em alguma outra parte do processo. Isso equivale a mais de 150 litros por hora, em média. A água costumava ir para o esgoto, mas agora é usada não apenas para lavar as mãos - ela também é segura para beber porque temos sistemas fechados”.
O consumo de energia da centrífuga é igualmente importante. Dois conceitos de economia de energia foram desenvolvidos aqui: EngySpeed, que se refere aos separadores com diâmetro maior e velocidade menor, e EngyVac, com vácuo entre o tambor/cuba e o exaustor. Independentemente de a máquina ser menor e girar rapidamente ou maior e girar mais lentamente, a área de clarificação, o rendimento e a eficiência da separação permanecem os mesmos com o EngySpeed. "A velocidade tem um impacto maior sobre o atrito do que o diâmetro", explica Mackel. "O meio testado e comprovado de economizar energia envolve, portanto, a redução da velocidade para um quarto do valor de máquinas pequenas e de alta velocidade”.
Mas com que rapidez o diâmetro maior do recipiente se paga em economia de energia? Em um exemplo típico retirado do setor de laticínios, com base em um tempo médio de operação de 6.000 horas por ano e um rendimento de 25.000 l/h a um preço estimado de eletricidade de 30 ct/kWh, o sistema maior se paga em 2,6 anos por meio da economia de energia. "Uma grande vantagem em relação às máquinas a vácuo é que não é necessária nenhuma unidade de energia adicional", diz Becker. "Em outras palavras, os clientes recebem uma máquina padrão e um conceito de serviço para a máquina maior, cujos custos são comparáveis aos da máquina menor”. A máquina grande com EngySpeed gira mais lentamente e, portanto, tem intervalos de manutenção mais longos para determinados conjuntos. Isso é particularmente importante no setor de laticínios, onde há uma obrigação contratual de entregar o leite.
Em um exemplo típico retirado do setor de laticínios, com base em um tempo médio de operação de 6.000 horas por ano e um rendimento de 25.000 l/h a um preço estimado de eletricidade de 30 ct/kWh, o sistema maior se paga em 2,6 anos por meio da economia de energia.
O EngyVac é normalmente implantado nas séries maiores de produtos e centrífugas nas faixas de potência superiores, onde a redução da velocidade não é uma opção. Nesse caso, a amortização geralmente não é o fator decisivo ao investir em equipamentos sustentáveis. Em vez disso, a conformidade com os requisitos regulamentares para economizar energia ou atingir metas de sustentabilidade geralmente desempenha um papel mais importante.
CIP - uma função secundária com potencial real de melhoramento
Outra ideia é purificar os meios de limpeza, líquidos CIP, com um separador de clarificação - para remover sólidos para que o meio possa ser usado novamente. O gerente de produtos sabe por experiência própria: "Especialmente no setor de laticínios, temos casos em que dezenas de toneladas de líquidos CIP são simplesmente despejados todos os dias", diz Becker. O separador CIPClean da GEA reduz o impacto ambiental, diminui o consumo de água e reduz a energia necessária para processar o meio CIP fresco. O CIP reciclado mantém o calor residual.
O poder da velocidade e de outros parâmetros variáveis
Em algum momento, os designers atingem seus limites. É nesse ponto que as soluções de automação inteligente entram em ação, como a InsightPartner Separation. "A automação é a nova chave para economizar: Desempenho perfeito, quando necessário", diz Becker. "E serviço proativo para fazer cálculos preditivos com o máximo de tempo de atividade”.
As coisas também estão ficando interessantes em relação aos sensores de coleta de dados que ajudam a controlar as centrífugas. "Também gostamos de abrir novos caminhos em termos do que é viável quando se trata de design, que é o que torna nosso trabalho na GEA tão empolgante", diz Becker. "Há mais de 130 anos que estamos repensando as centrífugas e continuaremos a fazê-lo nos próximos 130 anos. E permanecemos curiosos".
Não é preciso dizer que nada é deixado ao acaso na GEA. "A gestão de inovação da empresa também cultiva uma comunidade de inovação", acrescenta Mackel. "Contribuir para a inovação é o dever de cada funcionário, e isso pode e deve ser divertido”.
