Bombas de calor: transformando o cenário energético mundial

A tecnologia de bomba de calor está se tornando mais amplamente utilizada em todo o mundo em vários setores para capturar, impulsionar e reutilizar o que, de outra forma, seria calor residual. Esse reaproveitamento pode reduzir significativamente os custos de aquecimento e diminuir a dependência de combustíveis fósseis. Quando aplicado em escala, é possível obter vantagens financeiras e ecológicas consideráveis.

Nos últimos anos, a GEA instalou a tecnologia de aquecimento e refrigeração à base de amônia em plantas de processamento de alimentos, instalações de bebidas e laticínios, cervejarias, câmaras frigoríficas, sistemas de aquecimento urbano e outros estabelecimentos.

Por que a amônia?

A eficiência termodinâmica da amônia a torna uma opção muito econômica e, graças a aperfeiçoamentos na tecnologia do compressor, as bombas de calor de amônia agora podem produzir temperaturas mais elevadas do que seria previsivelmente possível.

Em uma grande instalação onde são necessários aquecimento e a resfriamento, como uma rede de energia municipal ou uma fábrica de alimentos, a tecnologia de bomba de calor de amônia pode proporcionar um consumo de energia 40% menor, um custo até 40% menor e 40% menos emissões do que o uso de refrigerantes sintéticos.

Recuperação de calor para aquecimento e resfriamento

Desejando expandir o alcance do aquecimento e resfriamento ecologicamente corretos, um dos maiores fornecedores canadense em refrigeração e aquecimento embarcou em um projeto ambicioso usando a tecnologia da GEA para abastecer 557.000 metros quadrados (seis milhões de pés quadrados) de espaço de construção com aquecimento e resfriamento distrital.

Para atender a esses requisitos extensivos, a GEA projetou e entregou duas bombas de calor GEA RedGenium para as instalações em Ontário, com cada bomba de calor fornecendo 2 megawatts (569 toneladas de refrigeração) de água quente a 85°C (185°F), bem como 4.4°C (40°F) de água fria para os requisitos de resfriamento.

Enquanto os refrigerantes sintéticos tradicionais, como os hidrofluorocarbonos (HFCs), são conhecidos por serem prejudiciais ao meio ambiente, o novo sistema utiliza o refrigerante natural de amônia. Ele tem um potencial de destruição da camada de ozônio de zero.

Eficiência sustentável

No coração de cada uma das bombas de calor RedGenium está um compressor alternativo de pressão extra-alta GEA V XHP. Com a capacidade de fornecer água a temperaturas de até 95°C (203°F) e uma ampla faixa de capacidade com uma pressão máxima do design de 63 bar (914 psi), o sistema baseado em amônia oferece o melhor desempenho da categoria. Isso resulta em um custo total de propriedade mais baixo, graças ao seu consumo de energia significativamente baixo e ao fato de a amônia ser uma fonte relativamente barata.

Em seguida, o sistema usa um pequeno input de eletricidade (idealmente renovável) para aumentar o calor capturado. As unidades de frequência variável operam os motores elétricos e os trocadores de calor de placa e casco de alta eficiência permitem que todo o sistema atenda aos mais altos padrões de sustentabilidade.

Bombas de calor reduzem as emissões na Mars

A Mars, fabricante líder de confeitos, instalou uma solução de bomba de calor de amônia da GEA em suas instalações em Veghel, Países Baixos, uma das maiores fábricas de chocolate do mundo. Depois de analisar as oportunidades de economia energética e gerenciamento de energia na instalação, foi decidido que a instalação de sistemas de bomba de calor aumentaria significativamente a eficiência energética das operações gerais da Mars e respaldaria seu compromisso em reduzir as emissões.

A solução de bomba de calor customizada da GEA, que se baseia no compressor alternativo GEA V HP, extrai e impulsiona o calor de baixa temperatura, que do contrário seria inutilizável, das unidades de refrigeração, que é então usado para aquecer a água. O calor retirado das unidades de refrigeração é passado por um trocador de calor, que pode aquecer a água até 63°C (145°F).

Em seguida, essa água é canalizada pela rede de tubulação de água quente especialmente instalada no telhado da fábrica, de onde pode ser enviada para várias áreas para uso dentro da planta, incluindo unidades de armazenamento de chocolate e xarope e unidades de tratamento do ar. A quantidade de calor economizada pelas bombas de calor equivale a cerca de 26 terajoules de gás e a aproximadamente 1.000 toneladas de emissões de CO2 por ano.

A Mars planeja instalar mais bombas de calor em outras unidades em todo o mundo, já que o reuso do calor residual é um dos principais capacitadores para a meta da empresa de se tornar neutra em energia até 2040. 

Revolucionando a produção de sucos

Como parte de um vasto esforço para construir uma fábrica de sucos totalmente neutra em carbono, a marca de smoothies e sucos innocent confiou à GEA o fornecimento de tecnologia sustentável de processamento, aquecimento e refrigeração para suas novas instalações. O envolvimento inicial da GEA no projeto significou que vários processos inovadores puderam ser implementados desde o início, posicionando a innocent exatamente no caminho para atingir suas metas de sustentabilidade.

No centro da configuração com economia energética da innocent estão as bombas de calor da GEA. Integrando sistemas para máxima eficiência, a GEA aconselhou a innocent a usar dois circuitos de aquecimento separados - um ajustado em 65°C (149°F) para limpeza e outro em 90°C (194°F) para pasteurização e esterilização. Bombas de calor foram incorporadas para aquecer a água a partir do calor residual gerado nos processos. A GEA teve que minimizar a quantidade de vapor de forma que pudesse ser usado o gerador elétrico de vapor alimentado por energia verde. 

"Tradicionalmente, todo o calor é fornecido acima de 100°C (212°F) usando vapor como um meio na produção de bebidas", diz Robert Unsworth, Gerente de Sustentabilidade Técnica Global da GEA. “Mas questionamos isso. Agora, apenas uma fração do calor está exigindo vapor, que é usado para esterilização”. Ao explorar o princípio do trocador de calor para o efeito máximo, obtivemos ganhos incríveis em termos de reutilização do calor, diminuindo grandemente a enorme quantidade de energia anteriormente gasta no vapor não utilizado.

O projeto conquistou o ouro no Prêmio People's Choice da Associação Europeia de Bombas de Calor (EHPA). "Tiro o chapéu para a GEA porque eles estiveram ao nosso lado em cada etapa do caminho, ajudando-nos a desafiar as abordagens convencionais de design", diz Andy Joynson, ex-diretor de operações da innocent drinks Europe. “Todos os pequenos detalhes se juntam para um grande sucesso. Estamos operando com algo em torno de 60% da demanda de energia que seria necessária para operar uma planta de tamanho equivalente, portanto, é uma diferença significativa”.

Soluções combinadas na fábrica de frangos Wipasz

Uma enorme e complexa solução foi necessária na Wipasz SA, uma das maiores fabricantes de alimentos da Polônia e líder na produção de carne fresca de frango. Para sua nova planta de aves em Międzyrzec Podlaski, na Polônia, a empresa buscava soluções para tornar a produção mais sustentável e eficiente em termos energéticos.

Andrzej Wachink, Diretor Técnico da Wipasz S.A., disse: "A nova fábrica é muito grande e muito moderna. Definimos três desafios para a GEA: manter a planta fria; recuperar o calor residual para reduzir o consumo de energia das caldeiras utilizadas para produzir água quente e criar uma ventilação adequada, especialmente na área de abate”.

Os processos de congelamento e resfriamento são extremamente sensíveis à temperatura, com o produto fresco para distribuição embalado a 0°C (32°F) e a batelada restante congelada a -18°C (0°F) para exportação ou processamento posterior, como para os nuggets de frango. 

Para atender aos diversos requisitos da planta, a GEA projetou, desenvolveu e entregou 5.3 megawatts (1.507 toneladas de refrigeração) da capacidade de resfriamento em cinco freezers de placas, cinco túneis de congelamento em bateladas, duas câmaras frigoríficas e 64 refrigeradores de ar. O equipamento inclui unidades de compressores alternativos da GEA - um compressor alternativo Grasso V1800 para o ar condicionado da planta, um compressor de parafuso Grasso SP1 para conduzir o processo de resfriamento principal das aves, e um compressor de parafuso Grasso SP2 para congelar e gerar o calor para a água e o ar condicionado. 

Além disso, a empresa instalou oito unidades de tratamento de ar para ventilação das salas de produção e quatro para o ar condicionado do prédio de escritórios, todas abastecidas com o resfriamento oriundo da planta central de amônia e o calor que é dela recuperado. A Wipasz também foi equipada com dois sistemas de recuperação de calor que atendem a todas as necessidades de água quente da instalação e outras demandas de aquecimento, incluindo escritórios e áreas sociais, o que significa uma pegada de carbono reduzida e um retorno rápido do investimento graças à falta de necessidade de caldeira.

Quando uma bomba de calor é combinada com uma unidade de refrigeração, torna possível tanto o resfriamento quanto o aquecimento, transformando o uso único em um ciclo contínuo e reduzindo os custos de energia em 40% ou mais. Essa é uma economia significativa se considerarmos que, nas indústrias de alimentos, laticínios e bebidas, até 60% do uso de energia vai para o aquecimento e o resfriamento. Fábricas de aves como a Wipasz encaram os benefícios financeiros e ambientais significativos do uso de recuperação de calor e de uma bomba de calor nos processos de produção, especialmente aqueles que exigem a aplicação de calor durante a preparação e o subsequente resfriamento e congelamento.

Aquecimento e resfriamento preparados para o futuro

As bombas de calor instaladas pela GEA em estebelecimentos de todo o mundo são desenvolvidas de forma personalizada para atender a requisitos precisos de temperatura e permanecerão prontas para o futuro por muitos anos, graças à longa vida útil da amônia. Em comparação com outros refrigerantes, que podem durar apenas 10 anos ou mais, o desembolso com um sistema de amônia é seguro por 30 a 40 anos, possivelmente mais.

Como os gases fluorados estão sendo eliminados em todo o mundo para reduzir as emissões de gases de efeito estufa, refrigerantes naturais como a amônia estão sendo cada vez mais adotados. Isso abriu o caminho para seu uso mais amplo e, à medida que a demanda por soluções de energia verde se expande, as bombas de calor de amônia estão se tornando mais difundidas em instalações de energia térmica e de fabricação em todo o mundo.