Túnel de congelamento: curva de ciclo, tempo de processo e o que a curva revela

Toda batelada desenha a mesma figura em três trechos, e cada trecho é governado por uma física diferente.

O primeiro trecho é calor sensível. O produto entra a +4 °C, +10 °C, às vezes mais, e cai até o ponto de início de congelamento — que na maioria dos produtos cárneos fica entre -1 °C e -2 °C, dependendo do teor de água livre, de sal e dos demais solutos. É a parte mais inclinada da curva. O calor específico acima do congelamento gira em torno de 3,2 a 3,5 kJ/kg·K.

O segundo trecho é o patamar. A temperatura quase não anda, mas é ali que sai a maior parte do calor. O calor latente de fusão da água é da ordem de 334 kJ/kg; um produto com 70% a 75% de água carrega perto de 230 a 250 kJ/kg só na mudança de fase. Somando com as faixas sensíveis, o patamar responde por algo entre dois terços e três quartos de todo o calor da batelada. É por isso que a curva parece "travada" bem no meio do processo: não é falha, é a água virando gelo.

O terceiro trecho é o resfriamento do produto já congelado, do fim do patamar até o alvo de núcleo. O calor específico caiu para cerca de 1,7 a 2,0 kJ/kg·K, então a curva volta a descer rápido.

A faixa entre -1 °C e -5 °C é a zona crítica. É ali que o cristal de gelo se forma. Congelamento rápido produz muitos cristais pequenos, distribuídos dentro e fora da célula. Congelamento lento produz poucos cristais grandes, que rompem parede celular e aparecem depois como exsudado no descongelamento, perda de peso e textura pior. Duas bateladas podem terminar no mesmo -18 °C e entregar produtos diferentes, porque passaram tempos diferentes nessa faixa.

E existem duas curvas, não uma. A curva do ar é a que o controlador do túnel mostra. A curva do núcleo é a que decide se o produto está pronto.

Quando as duas andam juntas, o sistema está fazendo o trabalho e o ar está chegando ao produto. Quando o ar recupera rápido e o núcleo demora, o problema não é falta de frio: é distribuição de ar, arrumação de carga ou espessura de peça. Quando o ar não recupera, aí sim a investigação vai para a sala de máquinas.

Registre as duas em toda batelada. Sem a curva do núcleo, você tem um termômetro de sala. Sem a curva do ar, você não sabe de quem é a culpa.

O formato importa mais que o valor final. Um túnel que entrega -18 °C pode estar entregando com metade da capacidade — e a forma da curva denuncia isso antes de qualquer alarme disparar.

Depois de ler a tabela, faça o exercício inverso. Pegue uma batelada que correu bem — mesmo produto, mesma espessura, mesma massa — e guarde a curva como referência. Comparar contra a própria planta vale mais do que comparar contra qualquer tabela de fabricante, porque a referência já incorpora o seu produto, o seu carregamento e o seu túnel.

Ninguém vai abrir o gráfico de todas as bateladas. Por isso a curva precisa virar número — poucos números, sempre os mesmos, registrados do mesmo jeito.

Com esses indicadores registrados por batelada, o túnel passa a ter prontuário. E prontuário é o que transforma "acho que está mais lento" em "está 18% mais lento desde março, e começou na semana em que o degelo foi reprogramado".

Um túnel quase nunca para de congelar de uma hora para outra. Ele fica lento primeiro. E fica lento por caminhos que não disparam alarme nenhum.

Gelo no evaporador. Serpentina de túnel já é projetada com aletas afastadas — 8 a 12 mm entre aletas é comum, contra 4 a 6 mm de um evaporador de câmara — justamente porque congela vapor d'água o tempo todo. Mesmo assim o gelo fecha. Ele faz duas coisas ao mesmo tempo: isola a superfície de troca e estrangula a passagem de ar. A vazão cai, o ΔT do ar sobe, a temperatura de evaporação desce, o compressor desloca menos massa de fluido e a capacidade cai junto. O túnel continua congelando, só que mais devagar. Esse mecanismo está detalhado em o que o bloqueio de gelo diz sobre o sistema, e o ajuste que evita tanto o gelo quanto o desperdício de degelo está em frequência e duração do degelo.

Condensador sujo ou com ventilador fora. Regra prática do setor: cada 1 °C a mais na temperatura de condensação custa em torno de 2% a 3% de capacidade e de consumo do compressor. Cinco graus de sujeira acumulada em uma serpentina de ar já valem mais de 10% de rendimento — e ninguém vê o condensador durante a produção.

Incondensáveis. Em amônia a -40 °C a pressão de saturação fica abaixo da atmosférica, na casa de 0,7 bar absoluto. Qualquer folga em gaxeta, selo de bomba ou vedação puxa ar para dentro em vez de deixar fluido sair. O ar se acumula na parte alta do condensador, sobe a pressão de descarga e derruba a capacidade. Purga de incondensáveis é rotina programada, não procedimento de emergência.

Óleo no evaporador. Em sistema de amônia com recirculação, o óleo não volta sozinho. Ele fica no ponto baixo e forma um filme na superfície interna do tubo — e óleo é péssimo condutor. A drenagem programada é do tipo de tarefa que fica para depois porque "não está atrapalhando". Ela está atrapalhando; só não está avisando.

Carga de fluido e válvulas do compressor. Falta de fluido derruba a temperatura de evaporação e sobe o superaquecimento, deixando parte da serpentina seca e sem trocar calor. Placa de válvula gasta derruba a eficiência volumétrica: o compressor gira, puxa corrente, aquece, e desloca menos. São os dois números que dizem se o sistema está saudável — explicados em como medir e interpretar superaquecimento e subresfriamento.

Ventiladores. Correia frouxa, rolamento no fim da vida, motor invertido depois de uma troca de contator. Um ventilador girando ao contrário movimenta ar, faz barulho de ventilador e entrega uma fração da vazão de projeto. É um dos achados mais comuns e mais baratos de corrigir.

Porta, cortina e isolamento. Painel com isolamento saturado de umidade e vedação vencida entram na conta como carga térmica permanente, todos os dias, em todas as bateladas.

Um túnel avisa que está perdendo rendimento muito antes de deixar de congelar. O aviso não chega em forma de alarme — chega em forma de meia hora a mais por batelada, todo mês, até virar o tempo normal.

A conclusão prática é simples: trate tempo de ciclo como variável de manutenção, com meta e tendência, do mesmo jeito que se trata corrente de motor ou pressão de descarga. Se ele só aparece no relatório de produção, a manutenção vai receber a informação tarde demais para agir barato.

Cada hora a mais de ciclo cobra duas contas diferentes, e a maioria das plantas só enxerga uma.

A primeira conta é energia. Os ventiladores do túnel são o exemplo mais direto: praticamente toda a potência elétrica de um motor de ventilador instalado dentro do túnel vira calor lá dentro — e esse calor precisa ser retirado pelo compressor.

Faça a conta com números redondos. Quatro ventiladores de 5 kW são 20 kW. Três horas a mais de ciclo são 60 kWh de acionamento. Esses mesmos 60 kWh entram como carga térmica adicional; em temperatura de evaporação na faixa de -35 °C o COP do sistema é baixo, muitas vezes abaixo de 1,5, então retirar esse calor custa outros 40 kWh ou mais. Perto de 100 kWh por batelada, só de ventilador, sem contar as três horas extras de compressor trabalhando na carga do produto.

E antes de aumentar a velocidade do ar para acelerar o ciclo: pelas leis dos ventiladores, a potência cresce com o cubo da rotação, enquanto o coeficiente de troca na superfície do produto cresce mais ou menos com a velocidade elevada a 0,6 a 0,8. Dobrar a rotação multiplica a potência por oito para ganhar algo em torno de 70% no coeficiente de troca. Existe um ponto — em boa parte dos túneis por volta de 4 a 6 m/s sobre o produto — em que soprar mais é basicamente aquecer o túnel.

A segunda conta é capacidade de produção. Se o túnel é o gargalo da planta, e em boa parte das operações ele é, hora de túnel é hora de produção. Três horas a mais em um ciclo de 11 horas significam uma batelada a menos por dia numa operação de dois turnos. A conta que interessa ao gerente de produção não é kWh — é tonelada que deixou de passar.

Tem ainda uma alavanca que fica com a engenharia de processo, não com a manutenção: a espessura da peça. O tempo de congelamento tem uma parcela que cresce proporcional à espessura e outra que cresce com o quadrado dela — é o que a equação de Plank descreve. Reduzir um bloco de 100 mm para 80 mm não corta 20% do tempo; corta mais que isso. Padronizar espessura e evitar misturar peças finas e grossas na mesma batelada é ação de baixo custo com efeito direto na curva, porque o ciclo inteiro sempre roda no ritmo da peça mais grossa.

Coloque tempo de ciclo e kWh por tonelada no mesmo relatório em que já estão as toneladas produzidas. É a única forma de a perda ser discutida por quem tem orçamento para corrigi-la.

Boa parte do tempo extra de um túnel não está na sala de máquinas. Está no jeito como o túnel é carregado e operado — e essas correções não custam peça.

• Carregue o túnel de uma vez só, com a carga completa pronta antes de abrir a porta, em vez de completar a batelada ao longo do turno.
• Padronize espessura e tipo de peça por batelada: misturar fino com grosso faz o ciclo inteiro rodar no ritmo do mais grosso.
• Meça e registre a temperatura de entrada do produto em toda batelada — é a variável que mais desloca a curva e a mais fácil de esquecer.
• Pré-resfrie o produto sempre que o processo permitir: cada grau que entra a menos é calor sensível que o túnel não precisa retirar.
• Deixe corredor de ar livre entre pilhas, paletes e carrinhos, respeitando o afastamento de projeto entre as fileiras.
• Nunca encoste carga na face de sucção nem na de insuflamento do evaporador — carga colada ali cria curto-circuito de ar e mata a vazão útil.
• Respeite a capacidade de congelamento de projeto, em kg por hora para a temperatura de entrada e de saída especificadas; carga acima disso não acelera nada, só alonga o ciclo.
• Mantenha cortinas e vedações inteiras e feche a porta imediatamente após o carregamento.
• Programe o degelo para acontecer entre bateladas, com o túnel vazio, e não no meio do ciclo.
• Confira o sentido de rotação de cada ventilador depois de qualquer intervenção elétrica — troca de contator, de motor ou de painel.
• Inspecione as aletas do evaporador entre bateladas e registre quando encontrar gelo fechando a passagem de ar.
• Limpe o condensador em rotina fixa e purgue incondensáveis conforme o procedimento do sistema, sem esperar a pressão de descarga incomodar.
• Registre hora de entrada, hora de saída, massa e produto de cada batelada, sempre no mesmo formato.
• Compare a curva da batelada de hoje com uma batelada boa do mesmo produto antes de concluir que o túnel está normal.
• Anote toda mudança de parâmetro — setpoint, degelo, velocidade de ventilador — com data, para conseguir correlacionar depois com o tempo de ciclo.

Escolha três itens dessa lista que a sua operação não faz hoje e implemente nesta semana. Em cinco ou seis bateladas o efeito já aparece no tempo de ciclo.

Curva errada é pior que curva nenhuma, porque gera decisão errada com confiança. A maior parte das curvas ruins vem de sensor no lugar errado, não de sistema com defeito.

1. Escolha a peça mais espessa e mais desfavorecida da carga — normalmente a do centro da pilha, a mais distante da corrente de ar. É ela que define o fim do ciclo.
2. Insira a sonda até o centro geométrico da peça. É o ponto que congela por último, e é o único ponto que autoriza encerrar a batelada.
3. Fixe a sonda para que ela não se desloque durante o ciclo com a contração do produto e a movimentação do ar.
4. Use sempre a mesma posição, o mesmo tipo de peça e o mesmo ponto da câmara. Repetibilidade é o que permite comparar bateladas.
5. Registre em paralelo o ar de retorno e o ar de insuflamento. Sem esses dois, você não separa problema de sistema de problema de circulação.
6. Confira a sonda contra um segundo instrumento com uma periodicidade definida, e registre a conferência.
7. Desconfie de leitura que não faz sentido físico: núcleo caindo mais rápido que o ar, patamar que não aparece, temperatura que trava em um valor fixo. São assinaturas de sensor com problema, e trocar compressor por causa delas é caro. Vale entender o que medir, onde instalar e por quê antes de definir a instrumentação do túnel.

Feito isso, você tem uma curva confiável. A partir dela, toda a tabela de interpretação deste texto começa a valer para a sua planta.

Nada disso exige planilha nova. Exige que o dado saia do túnel sozinho, no mesmo formato, e chegue comparável ao lado dos outros ativos da planta.

A Bit Energy monitora túneis de congelamento e de resfriamento com acompanhamento de curva e tempo de ciclo — no mesmo painel em que ficam câmaras frias, racks de compressores, unidades condensadoras, condensadores, evaporadores, chillers e a climatização da planta.

Onde já existe supervisório CAREL, Emerson, Danfoss ou Full Gauge, a integração aproveita o que está instalado, e a API aberta leva o mesmo dado para o ERP ou para o sistema de ordens de serviço. Onde não existe supervisório nem cabeamento, os dispositivos próprios resolvem sem obra: Seed é sensor de temperatura com Wi-Fi nativo, bateria de dois anos e faixa de -30 a 60 °C; Bee é controlador monofásico com dois relês, quatro sensores de temperatura e leitura de corrente, tensão e consumo em kW/h; Tree é o controlador trifásico, com quatro relês, três sensores de temperatura, dois de pressão, três correntes e três tensões, além de subresfriamento e superaquecimento calculados — que é o que permite acompanhar o comportamento do sistema de frio do túnel, e não apenas a temperatura da sala.

Do outro lado do painel tem gente. A central de monitoramento é humana e funciona 24 horas por dia: um time de análise de dados parametriza os ativos na implantação e lê o comportamento dos equipamentos de forma contínua, identificando desvios ainda em estágio inicial; o suporte técnico remoto é feito por especialistas em manutenção, que apoiam o técnico durante a intervenção e atuam em falhas críticas sem esperar o chamado. Superaquecimento, retorno de líquido, falha de lubrificação, bloqueio de evaporador e alta pressão caem no mesmo painel de alarmes que a curva do túnel.

Nas operações atendidas, esse acompanhamento contínuo se traduz em até 90% de redução em manutenções corretivas, até 100% a menos em quebras prematuras de compressores e até 60% de redução no consumo de energia dos equipamentos.

E como o registro de temperatura fica gravado com rastreabilidade dos eventos, os relatórios diários saem prontos para auditoria: o mesmo dado que serve à engenharia de processo serve ao controle sanitário.

Comece pelo básico, mesmo antes de qualquer projeto maior: um sensor de núcleo confiável, o ar de retorno, o ar de insuflamento e o tempo de ciclo registrado por batelada. Em duas semanas você tem tendência. Em dois meses, tem prova de quanto o seu túnel perdeu — e de quanto ele pode devolver.