20 de jan. de 2025
Sensação de filtração: o princípio da máquina de lavar
A inovação em engenharia geralmente assume a forma de ganhos incrementais. Vez por outra, ela dá um salto. Caso em análise: A máquinas de lavar. Lançadas em setembro de 2022, duas novas soluções de software da GEA estão mudando as convenções e proporcionando ganhos de eficiência igualmente significativos no processo de filtração por membrana com uso intensivo de recursos.
A proteína do soro de leite tem visto sua sorte mudar ao longo dos anos. Durante milênios, ela foi tratada como um produto residual do processo de fabricação de queijo. Agora não mais. Hoje em dia, ela é apreciada por consumidores jovens e idosos como uma fonte conveniente de proteína biodisponível - para desenvolver músculos, controlar o peso ou ajudar na saúde dos ossos, do sistema imunológico e da pele, para citar alguns de seus benefícios. A demanda aumentou. Em 2022, o mercado global de proteína de soro de leite foi avaliado em quase USD 20 bilhões e projetado para dobrar até 2032.
Smart Filtration CIP and Flush da GEA são soluções digitais que otimizam os processos de limpeza dentro de uma unidade de filtração por membrana da GEA (osmose reversa). (Imagem: GEA)
Acendeu a lâmpada
A partir de 2020, os engenheiros da GEA Nils Mørk e David Mikkelsen - juntamente com uma equipe do Centro de Competência da GEA para Tecnologias de Filtração por Membrana - começaram a desenvolver um par de soluções digitais que agora estão reduzindo radicalmente a água e a eletricidade necessárias para a limpeza da membrana. No dia de hoje, há patentes pendentes para ambas as soluções. "Acho que se pode dizer que fomos inspirados por uma máquina de lavar", diz Mørk com um sorriso. Em vez de agitar constantemente as roupas, as máquinas de lavar com eficiência energética atuais permitem intervalos de descanso para economizar energia - uma abordagem como a funcionalidade idealizada, que levou a equipe a descobrir a solução Smart Filtration CIP que substitui o processo CIP padrão. "Durante décadas, o processo de limpeza das membranas de filtração envolveu a aplicação de pressão máxima contínua nas membranas para garantir altas forças de cisalhamento e forte caudal de enxágue para a melhor lavagem mecânica", explica Mørk. "Desafiamos a percepção de que é necessário um alto estresse constante de cisalhamento para uma limpeza eficiente e completa”. O resultado foi usar um software para pulsar as bombas de pressão em vez de operá-las continuamente. "Como se vê, podemos manter a eficácia do processo CIP e, ao mesmo tempo, consumir muito menos energia elétrica”.
Uma equipe do Centro de Competência da GEA para Tecnologias de Filtração por Membrana se reuniu para desenvolver o Smart Filtration CIP e Flush. (Imagem: GEA)
Significativa pode ser um eufemismo. Para obter a mesma eficiência de limpeza, o software Smart Filtration CIP reduz o input de energia em até 46%. Para uma grande planta de proteína de soro de leite que realiza um ciclo CIP uma vez por dia, isso se traduz em uma economia de energia de até 400 kWh por dia e quase 150.000 kWh por ano - o suficiente para abastecer cerca de 40 residências alemãs durante um ano.
Além disso, a pulsação dos circuitos de limpeza requer menos energia para manter as temperaturas, o que significa que é necessária muito menos água de resfriamento durante a CIP. "Se você não adicionar 400 quilowatts, não precisa remover 400 quilowatts de calor", diz Mads Bjerre Andersen, Gerente Técnico de Vendas da GEA, Tecnologias de Filtração por Membrana. "É outro grande exemplo dos ganhos de eficiência - e estamos vendo os clientes voltarem e escolherem as soluções da GEA porque nossas despesas operacionais (OPEX) agora são muito menores do que a concorrência".
O software parceiro do Smart Filtration CIP é o Smart Filtration Flush, que controla a descarga do equipamento de filtração. "A abordagem convencional é determinar a duração do ciclo de descarga com base no volume de água utilizado. Isso se baseia em dados antigos e, portanto, continua sendo uma aproximação e não é o ideal", explica Mikkelsen. Graças à moderna tecnologia de sensores, o novo software da equipe mede as propriedades do produto em tempo real para que os operadores saibam exatamente quando os fluxos de processo individuais foram suficientemente descarregados. Assim que os resultados são alcançados, o processo é encerrado. O tempo de descarga e o volume de água são otimizados com base nas medidas reais em linha, e não no volume de água utilizado,” diz Mikkelsen.
Aqui, também, os resultados são impressionantes. O software reduz o consumo de água doce durante a CIP em até 52% em comparação com os sistemas convencionais de filtração por membrana. "Um processo típico de concentração de proteína do soro de leite precisa de duas a quatro plantas de filtração interconectadas, uma instalação que pode exigir mais de 100.000 litros de água por ciclo de limpeza", explica Mikkelsen. "Hoje, sabemos, por meio de testes em plantas, que podemos economizar até 50.000 litros de água por limpeza em plantas grandes e de 500 a 700 litros por CIP em pequenas produções”. Usando o software, uma única planta de grande porte poderia economizar até 100.000 litros por dia e aproximadamente 36 milhões por ano, o suficiente para abastecer cerca de 400 residências alemãs. "Uma descarga mais eficiente também significa menos tempo necessário para o CIP, o que se traduz em maior tempo de produção", diz Mikkelsen. "A menor entrada de água também significa uma carga hidráulica menor no sistema de esgoto”.
O laticínio Ammerland, no norte da Alemanha, produz mais de 400 toneladas métricas de queijo por dia, entre outros produtos.
A digitalização é turbinada
O avanço oferece um excelente exemplo de como liberar o poder da digitalização para obter inovação com economia de recursos, um objetivo central da estratégia Mission 2030 da GEA. Essa economia de recursos geralmente é realizada na forma de ganhos graduais de eficiência; nesse caso, foi mais um salto. "Às vezes, você encontra uma solução como a que encontramos e percebe que pode operar com muito menos energia e água apenas fazendo uma análise crítica dos processos existentes", diz Mikkelsen. "E a digitalização tem sido um presente para nós. Estamos obtendo muito mais informações de bombas, medidores de vazão e outros instrumentos de processo, aprendendo sobre o efeito real de diferentes velocidades e diferentes bombas no consumo de energia e água. Ela eliminou as suposições do processo e oferece uma enorme vantagem para aumentar a eficiência dos recursos de custo para nossos clientes”.
A equipe da GEA instalou recentemente o software CIP and Flush na fábrica de laticínios Ammerland, no norte da Alemanha. Uma das maiores e mais modernas cooperativas de laticínios do mundo, a Ammerland produz 400 toneladas métricas de queijo por dia, além de 60 toneladas métricas de manteiga e 160 toneladas métricas de leite em pó, exportando metade de seus produtos para mais de 60 países. Em abril de 2024, a unidade de produção de Wiefelstede da Ammerland modernizou o software Smart Filtration CIP and Flush da GEA em três plantas de filtração por membrana para otimizar a limpeza com filtração por membrana. Isso incluiu uma planta de filtração por membrana de um fornecedor não pertencente à GEA. Em novembro de 2024, a Ammerland havia reduzido o uso de água em 48% e o consumo de energia em até 77% no processo CIP.
"Considere o grande número de plantas de filtração por membrana de fluxo cruzado em operação em todo o mundo. O potencial total de redução no consumo de energia e o impacto ambiental são substanciais", diz Mørk. "É ótimo ver como essa solução digital tem um impacto tão profundo no consumo de energia”.
Add Better em ação
Smart Filtration CIP
- reduz o consumo de energia elétrica em até 46% durante a Smart CIP
- requer menos água de resfriamento para manter uma temperatura estável, de modo que o fornecimento de água de resfriamento de uma planta também pode ser reduzido, recuperando os custos de instalação
- é padrão em todas as novas instalações de filtração por membrana da GEA, mas também pode ser adaptado a sistemas que não sejam da GEA (em laticínios, bebidas e new food (novos alimentos))
Smart Filtration Flush
- consome até 52% menos água durante a descarga CIP
- é mais eficiente na descarga, o que significa menos tempo necessário para CIP e maior tempo de produção
- descarrega menos água residual na estação de tratamento
- reduz o consumo de água e diminui os custos gerais de instalação de água na planta de filtração por membrana
