Termorregulador analógico

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A temperatura é o parâmetro fundamental em operações como a síntese química, a extração de moléculas naturais, a fermentação e até mesmo os processos bioquímicos. Estas etapas do processo decorrem numa grande variedade de equipamentos — incluindo reactores, reaquecedores, cristalizadores, filtros-secadores, secadores, fermentadores e biorreactores —, todos com uma característica comum: uma camisa através da qual circula um fluido térmico para controlar a temperatura do processo. As etapas sucessivas de um processo descontínuo são realizadas na mesma unidade a temperaturas variáveis, que normalmente oscilam entre -20 °C e 150 °C, embora possam estender-se até +200 °C ou mesmo -100 °C no caso de processos exigentes. O dispositivo aqui apresentado é uma Unidade de Controlo de Temperatura utilizada para reatores criogénicos com temperatura de processo na gama de -100 °C / +200 °C. Os meios auxiliares necessários são vapor para aquecimento, água para o arrefecimento da primeira etapa, água com glicol para o arrefecimento da segunda etapa e, finalmente, azoto líquido para atingir a temperatura mais baixa. Os operadores têm requisitos específicos no que diz respeito a: • Produtividade: não deve haver perda de tempo durante as transições de temperatura. • Qualidade da produção: a temperatura deve ser precisa e uniforme; o produto não deve sobreaquecer ao entrar em contacto com a parede do recipiente. A temperatura-alvo do processo deve ser atingida diretamente, sem «excesso». • Segurança: o calor gerado pelas reações exotérmicas deve ser removido de forma eficaz. • Manutenção do equipamento: a injeção repetida de vapor, água ou salmoura causa corrosão altamente prejudicial. Estes são vantajosamente substituídos por um circuito secundário de fluido térmico conhecido como sistema «monofluido», em que o mesmo fluido isento de oxigénio circula pela camisa do reator em toda a gama de temperaturas. Há muitos anos que a CELSIUS se especializou na conceção e fabrico de uma unidade dedicada conhecida como «skid térmico», «skid monofluido» ou Unidade de Controlo de Temperatura. O «fluido único» é selecionado com base na faixa de temperatura — água, mistura de água e glicol ou óleo térmico — e é aquecido ou arrefecido de acordo com os requisitos do processo, utilizando um recurso local, como vapor, eletricidade, água, mistura de água e glicol, salmoura, óleo térmico ou mesmo nitrogénio líquido para temperaturas criogénicas. Para evitar tensões causadas por diferenças e flutuações de temperatura, os permutadores de calor utilizados são do tipo de tubos enrolados em espiral. Todos os componentes necessários para o controlo de temperatura — bomba de circulação, permutadores de calor, válvulas de controlo, válvulas de corte, instrumentação, sistemas de automação, etc. — são montados numa única unidade montada em skid. A unidade é entregue no local totalmente montada, com as tubagens instaladas, isolada e com a cablagem pronta, minimizando assim o tempo de instalação, ligação e colocação em serviço nas instalações (frequentemente um local classificado como Seveso). O módulo energético é fornecido com uma placa de identificação CE e um certificado de conformidade CE, em conformidade com a Diretiva Europeia relativa aos Equipamentos sob Pressão PED 2014/68/UE e, quando aplicável, a Diretiva ATEX 2014/34/UE para equipamentos utilizados em atmosferas explosivas; inclui também um protocolo de Qualificação de Instalação (IQ) para facilitar a validação do equipamento pela FDA. Com base numa vasta experiência, a CELSIUS possui toda a gama de competências necessárias para conceber e fabricar este equipamento de processo, que gere a temperatura da massa de reação no interior do recipiente de produção. Com base na temperatura alvo da massa e nas leituras das sondas de temperatura, tanto no reator como no circuito de fluido único, o sistema de automação seleciona o permutador de calor adequado e controla as válvulas de corte e de regulação. Além disso, o sistema de automação da CELSIUS incorpora um gémeo digital do reator e do módulo de energia. O reator é modelado com base nas suas características operacionais — tais como a camisa, o sistema de agitação e o teor de solvente. Durante uma simulação operacional, os valores de temperatura acionam as válvulas de controlo. Por sua vez, as posições das válvulas permitem o cálculo das velocidades dos fluidos, das características de fluxo e dos coeficientes de transferência de calor no interior da camisa e do permutador de calor; isto permite determinar as temperaturas no interior do reator e do circuito de fluido único para o passo temporal seguinte.

• Ao utilizar os parâmetros da unidade fornecidos pelo operador, esta simulação permite que o gémeo digital do sistema — composto pelo reator e pelo módulo de energia — funcione durante semanas antes da entrega. Isto facilita a otimização dos parâmetros de controlo, limitando assim a fase de colocação em serviço a um único dia, utilizando configurações pré-calibradas para as condições reais de funcionamento.