Modelagem, simulação e controle de um evaporador flash acoplado a uma unidade de fermentação alcoolica continua. / Modeling, simulation and control of an evaporator flash connected to a unit of continuous alcoholic fermentation.

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2005

RESUMO

A necessidade de pesquisa e desenvolvimento de combustíveis alternativos vem crescendo em todo o mundo, devido à previsão de escassez das fontes de energia de origem fóssil. O álcool etílico apresenta características positivas para ser utilizado como combustível em larga escala, como custo relativamente baixo, ser menos poluente, e poder ser produzido a partir de uma matriz renovável pela fermentação de produtos de origem vegetal. Neste trabalho, simulou-se um processo de produção de etanol, em que um evaporador flash é acoplado a uma unidade de fermentação para retirada contínua de parte do etanol, com o intuito de reduzir a concentração deste no interior do fermentador, e assim diminuir a inibição sofrida pela levedura. Com isso, pretende-se aumentar a produtividade e o rendimento do processo. Este modelo de fermentação foi inicialmente desenvolvido por SILVA (1997), e aplica balanços de massa e energia, e equações de cinética de crescimento baseados em dados experimentais e práticos. Foi aplicada a solução de flash sugerido por RACHFORD &RICE (1952), e para modelar o meio complexo utilizou-se o modelo de equilíbrio preditivo desenvolvido por PERES &MACEDO (1997), para simular dois tipos de flash: o isotérmico, trabalhando a temperatura constante de 30oC, e o adiabático ou isolado termicamente. Ainda foi sugerida uma estratégia para o controle do equipamento, comparando-se o controle clássico PID com um controle preditivo DMC. O efeito da presença de açúcares foi pouco significativo no modelo, por se trabalhar em baixas concentrações. A fermentação alcoólica com a presença do evaporador flash foi eficiente no controle da temperatura no interior do fermentador, dispensando a presença de um trocador de calor para o resfriamento do sistema. Comparando as performances dos dois tipos de flash, verificou-se que o flash adiabático mostrou ser o melhor a ser implementado, por poder operar em maior pressão (42.6 mmHg) do que o isotérmico (35.5 mmHg), além de ser de mais fácil construção e operação. Em relação ao processo convencional em batelada, a fermentação flash mostrou ser mais produtiva (21 g/l.h), mas com um rendimento um pouco menor (81.5%) para o processo com flash isotérmico. Para o controle do evaporador flash, manipulou-se a taxa de reciclo do tanque flash, com o objetivo de controlar a temperatura no interior do fermentador. Tanto o controle PID como o DMC otimizados foram eficazes, entretanto o controle preditivo apresentou menores valores de ITAE frente às perturbações, mostrando em geral menor oscilação nas variáveis controladas, mas uma estabilização um pouco mais lenta que o PID.

ASSUNTO(S)

bebidas fermentadas extrative fermentation fermentação extrativa brewing predictive control controle preditivo

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