Câmaras frigoríficas com A.C. para armazenagem de maçãs
(crédito: Cooling Freezing)
Cristiano Doiko
A conservação em Atmosfera Controlada (A.C.) representa certamente um dos mais importantes índices para avaliar a evolução do setor de pós-colheita na moderna hortofruticultura. Trata-se de uma técnica avançada capaz de combinar a refrigeração ao controle de processos biológicos e fisiológicos inerentes a produtos frescos. As frutas e vegetais em geral, desde o momento da colheita, são submetidas a processos contínuos que levam à deterioração, com a consequente redução no valor comercial destes produtos. A velocidade com que estes processos acontecem pode ser reduzida e controlada com o resfriamento rápido e condições adequadas de armazenamento. O rápido resfriamento diminui a proliferação dos microorganismos causadores de podridões e reduz a desidratação (perda de peso) em produtos frescos. O armazenamento em câmaras frigoríficas com A.C. permite manter a taxa metabólica a níveis mínimos, assegurando períodos longos de armazenagem. O processo metabólico, ou respiração, é retardado com a redução na quantidade de oxigênio (O2) e aumento na concentração de anidrido carbônico (CO2).
Câmara frigorífica
Existem muitos tipos de materiais que ao longo dos anos têm sido utilizados na construção de câmaras frigoríficas: estruturas em fibra de vidro, alvenaria, placas de concreto, etc. Entretanto, obedecendo a critérios de rapidez de construção e facilidade de montagem, os mais comumente empregados são os painéis isolantes com revestimento metálico e núcleo isolante em poliestireno expandido (EPS) ou poliuretano rígido (PUR). Em qualquer caso o tipo de material isolante é definido conforme a temperatura e estanqueidade (hermeticidade) desejadas, permitindo ingresso de calor não superior a 8 - 10 kcal/h.m2. Em projetos de câmaras frigoríficas para uso com A.C. é particularmente necessário obter superfícies herméticas no piso, paredes e teto, com soluções técnicas que tenham em consideração o ambiente frio e úmido, as variações de pressão interna e externa, a movimentação intensa de empilhadeiras no carregamento das câmaras e detalhes de vedação que evitem o intercâmbio de gases com a atmosfera exterior.
Refrigeração
O sistema frigorífico inundado, tendo a amônia (NH3) como refrigerante, é o mais utilizado em instalações A.C., assim como compressores frigoríficos do tipo aberto, condensadores resfriados por ar e água e evaporadores de teto com grandes superfícies e projetados de maneira a suprir a necessidade de manutenção de altas taxas de umidade relativa no ambiente. O controle de temperatura é realizado através de válvulas reguladoras de pressão constante instaladas na linha de sucção do refrigerante, o que permite manter um rígido controle sobre a temperatura do ar lançada na câmara. Sensores adicionais de segurança para temperatura podem ser incorporados à instalação a fim de que a fruta não seja submetida a temperaturas que provoquem danos pelo excesso de frio. Os produtos hortofrutícolas contém elevado grau de umidade e, como consequência, mesmo índices pequenos de desidratação podem afetar a apresentação dos mesmos. A velocidade de perda de umidade no produto reduz à medida que o produto é resfriado e é mantida alta umidade relativa em torno dele. A desidratação do produto e extração da água da câmara ocorre com a circulação do ar e formação de gelo nos evaporadores, que com o processo de degelo é enviado ao exterior. O processo de desidratação pode ser controlado através de medidas como o rápido resfriamento após a colheita, boa seleção de evaporadores, temperatura de evaporação do refrigerante próxima à temperatura da câmara, sistemas auxiliares de umidificação e molhar as grandes embalagens de madeira (bins) antes da entrada na câmara. É importante observar que durante o resfriamento da fruta as diferenças de temperatura entre o ar e a fruta são grandes, criando altas diferenças de pressão parcial de vapor de água entre o interior do produto e o ar que o rodeia, e este é o fator mais importante na desidratação do produto durante os primeiros dias de armazenamento. O sistema de refrigeração, a fim de manter as baixas temperaturas requeridas, é projetado para extrair a carga térmica (fontes de calor) proveniente de diferentes origens: abaixamento da temperatura do produto, calor produzido pela respiração do produto, infiltração de calor através das paredes isoladas, calor gerado pelo funcionamento dos ventiladores, iluminação, infiltração de ar, movimento de empilhadeiras. O projeto da instalação frigorífica deve ainda contemplar as necessidades distintas de potência frigorífica, conforme o momento de operação. No carregamento das câmaras, onde se encontra o pico de carga térmica associada ao resfriamento do produto, a instalação deve prover o máximo de performance frigorífica. Já durante a fase de armazenamento, com a carga térmica da instalação sensivelmente reduzida, o objetivo é criar condições adequadas de projeto e operação que minimizem todas as formas de perdas relacionadas ao produto.
O processo de desidratação pode ser controlado através de medidas como o rápido resfriamento após a colheita
Atmosfera Controlada
O termo “Atmosfera Controlada” é definido como a manutenção de composição gasosa distinta daquela que respiramos, mantendo controle sobre ela durante o tempo. O propósito fisiológico é reduzir a atividade respiratória dos produtos que permanecem nesta condição e, comercialmente, o maior benefício refere-se a ampliação do período de armazenagem, mantendo o produto nas condições de qualidade exigida pelo consumidor. Uma vez que são espaços que devem permanecer fechados por um bom tempo, o volume das câmaras para A.C. deve considerar alguns pontos, sempre relacionados a capacidade de colheita/processamento e comercialização:
- Não é conveniente misturar frutas de diferentes produtores, assim como de distintos momentos de colheita. As diferenças no estágio de maturação produzem frutos de qualidade diferente para um mesmo período de armazenamento.
- Para produtos ou variedades com longo período de colheita, câmaras de menor capacidade permitem colocar rapidamente o produto em regime de A.C.. A rapidez no resfriamento e no estabelecimento da A.C. é um dos aspectos mais importantes para o aproveitamento máximo do potencial desta tecnologia.
- Câmaras menores podem ser esvaziadas mais rapidamente sem interferir no restante do produto armazenado, permitindo dispor de produtos sempre frescos e com características uniformes. Naturalmente, a instalação com maior número de câmaras também é mais onerosa.
As câmaras com A.C. operam com temperaturas próximas a 0ºC , baixas porcentagens de oxigênio (1,5 a 3,0%) e gás carbônico entre 0,5 e 3,0%, com o objetivo de diminuir a atividade metabólica da fruta.
Estas condições impedem o trabalho de pessoas no interior das câmaras. A aplicação comercial desta tecnologia encontra na maçã, pera e kiwi seus principais beneficiários, extensamente empregada ao redor do mundo. Outras aplicações também têm encontrado bons resultados para frutas tropicais (manga, melão), flores, algumas hortaliças, caqui, contêineres com A.C. para transporte a longas distâncias, entre outros. A utilização de A.C. também tem avançado sobre a armazenagem de grãos como um método alternativo aos produtos químicos para o controle de pragas. O êxito no emprego de A.C. depende das concentrações de gases usadas e, especialmente, do controle estabelecido sobre elas. As câmaras devem ser suficientemente herméticas para restringir a entrada de oxigênio, que deve ser inferior aquela que o produto é capaz de consumir com sua própria respiração. A hermeticidade das câmaras é avaliada e certificada através de testes que pressurizam a câmara e acompanham a razão de queda da pressão, confrontando-se com parâmetros previamente definidos. Estes testes são repetidos a cada novo período de armazenamento. Durante a operação das câmaras ocorrem variações na pressão interna provocadas pelo sistema de refrigeração, uso de adsorvedores de CO2 e sistemas de degelo. Estas variações de pressão obrigam que as juntas internas sejam constituídas de materiais elásticos e estáveis capazes de absorver os movimentos que se produzem com tais alterações. Ainda, para absorver estas variações de pressão e limitá-las a valores seguros, utilizam-se acessórios como válvulas de segurança mecânica e com selo d’água, além de bolsas de tecido plástico inflável que funcionam como uma ampliação “móvel” do volume da câmara. A respiração de maçãs, a temperaturas próximas a 0ºC, consome oxigênio da câmara a taxas de 0,6 a 0,7% ao dia. Assim, para diminuir o teor de oxigênio de uma câmara com atmosfera normal de 21% para níveis de 3%, somente com a respiração do produto armazenado, seria necessário aproximadamente 30 dias. Desta forma é necessário incluir processos e equipamentos adicionais que permitam estabelecer rapidamente as condições de armazenamento. Os equipamentos devem influir para que atuando sobre a massa de ar permita o manejo da atmosfera interior das câmaras.
Controle do oxigênio
A redução no nível de oxigênio tem um efeito imediato na diminuição da respiração da fruta a baixas temperaturas.
A rápida redução no nível de oxigênio na câmara é conseguida através de fontes exteriores de nitrogênio (N2) injetado no interior da câmara. Um sistema de abertura na câmara mantém a pressão sob controle. O nitrogênio é um gás inerte e ao ser injetado na câmara arrasta para fora o ar lá existente, contendo então 21% O2. O uso de geradores catalíticos de gases, a combustão, permite estabelecer a atmosfera apropriada em 3 a 4 dias. Este antigo procedimento encontra-se em desuso devido ao risco operacional de explosão, geração indesejável de CO2 e ainda longo tempo para composição da atmosfera. Outros métodos mais recentes como geradores de nitrogênio através de membranas com permeabilidade seletiva que separam fisicamente o nitrogênio do oxigênio no ar atmosférico tem sido utilizados. O equipamento requer tratamento especial do ar, uma vez que a presença de impurezas, como óleo, pode comprometer a eficiência e vida útil da membrana. Entretanto, o procedimento mais empregado no Brasil é a utilização de nitrogênio líquido. O gás, sob a forma líquida, é fornecido por companhias produtoras de gases e antes de ser introduzido na câmara circula através de um trocador de calor que faz a passagem de estado líquido/gás. É um processo simples, rápido e de custo ainda interessante.
Durante a operação da câmara, para admissão de oxigênio externo, é utilizada normalmente uma conexão auxiliar disposta na aspiração do ventilador que circula os gases até o adsorvedor de CO2. Desta forma é possível introduzir a quantidade de gás necessária para manter a concentração nos valores desejados.
Controle do Anidrido Carbônico
Adsorvedores com carvão ativado, assim como hidróxido de cálcio, são os elementos mais utilizados para a remoção do CO2 em câmaras A.C. O hidróxido de cálcio é colocado no interior da câmara e uma vez saturado (reação química entre o CO2 e o hidróxido de cálcio) necessita ser substituído por produto novo. Neste sistema não há controle sobre o nível de CO2. Já o sistema que utiliza carvão ativado para controle do CO2 uma vez saturado permite a regeneração com ar externo. Este processo é feito automaticamente pelo equipamento e garante que a remoção do CO2 ocorra sem interrupções, além de possibilitar a manutenção de diferentes gradientes de CO2.
Controle do Etileno
O etileno é um gás produzido pela própria fruta e que age como um acelerador no mecanismo de amadurecimento. Muito embora seje questionável por muitos a eficiência e economicidade do uso de sistemas extratores de etileno sobre a manutenção de qualidade da fruta em instalações A.C., o fato é que em anos recentes a remoção do etileno tem sido mais largamente empregada, especialmente em armazenamento de maçãs da variedade Gala. Para o armazenamento a longo prazo de kiwi, no entanto, o uso de sistemas de extração de etileno são absolutamente imprescindíveis dada a sensibilidade desta fruta à presença do gás. O conversor catalítico de etileno é o equipamento de fins industriais mais comumente empregado na eliminação deste gás e baseia-se na quebra da molécula submetida a altas temperaturas.
Análise de Gases
A monitoração dos níveis de oxigênio e anidrido carbônico nas câmaras A.C. são feitos através de analisadores eletrônicos que se constituem no mais delicado e importante equipamento do sistema. Necessitam ser confiáveis, estáveis e precisos. Aferições periódicas rotineiras destes equipamentos são imprescindíveis a fim de assegurar a correta coleta de informações e não expor o produto armazenado a composições gasosas danosas. Recentemente também tem sido disponibilizado analisadores para amônia (NH3), que detectam eventuais vazamentos ocorridos no interior da câmara e que se não descobertos e controlados podem provocar sérios danos aos produtos armazenados.
Automação
A automatização integrada da instalação, através de sistemas de controle e supervisão, permite que todo o processo frigorífico e de controle da atmosfera possam acontecer de forma segura e harmônica. Assim, todas as operações de controle de temperatura, degelo, umidificação, segurança, análise e controle de gases é feita de forma automática através de redes de CLP’s e supervisionadas através de programas específicos instalados em microcomputadores que visualizam, registram e armazenam todas as informações geradas para análises posteriores através de gráficos e relatórios. Os novos sistemas de automação já contam com controle paralelo e integrado do consumo energético, racionalizando ao máximo o uso da energia elétrica, reduzindo custos operacionais e evitando multas da concessionária por excesso de consumo ou má utilização. Por fim, é bom lembrar que um eficiente serviço de assistência técnica e conhecimento das empresas que disponibilizam esta tecnologia é fundamental, dado ao volume de produto e recursos envolvidos e a necessidade de pronto atendimento em eventuais anormalidades na instalação.
Cristiano Doiko – Gerente de Engenharia da Cooling Freezing