Modelagem, simulação e controle de fermentação alcoolica continua em escala industrial

Orientador: Francisco Maugeri FilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Os objetivos deste trabalho, englobaram a obtenção do projeto ótimo de uma planta industrial de fermentação alcoólica contínua e a elaboração da estratégia de controle mais adequada para sua operação. Através de modelagem matemática e simulações por computador, obteve-se como projeto ótimo, para as condições de operação das destilarias brasileira, àquele constituído de 4 reatores de mistura perfeita ligados em série, com a seguinte distribuição de volume em relação ao volume total de reator: 20,96% para o reator 1, 25,72% para o reator 2, 31,56% para o reator 3 e 20,76% para o reator 4. O sistema de controle é constituído de duas malhas tipo ¿SISO¿ (Single Input - Single Output). Uma para controle da temperatura de cada reator, através da manipulação da vazão de fluido de resfriamento. Outra para controle da concentração de ART (açúcares redutores totais) no efluente do reator 4, manipulando-se a vazão de meio de alimentação (mosto), ou seja, alterando-se o tempo de residência dos reatores. A estratégia de controle "FEEDBACK" foi adotada por apresentar excelente desempenho, ser a de menor complexidade e também a de menor custo viabilizando assim, sua implantação nas unidades industriais. A lei de controle utilizada para a malha de temperatura foi a proporcional e para a malha de ART as leis PI (proporcional-integral) e PID (proporcional-integral-derivativo), sendo que os parâmetros dos controladores PI e PID foram ajustados pelo procedimento de ZIEGLER-NICHOLS.Abstract: The aims of this work concern with the development of an optimal design of an industrial plant for continuous alcohol fermentation and the development of the most adequate control strategy for such a plant. Through mathematical modeling and computer simulation an optimal design was obtained, for the Brazilian industrial operating conditions, which consists of 4 (four) well-mixed fermentors linked in series, with the following volume distribution retated to the fermentor total volume: 20.96% for fermentor 1, 26.72% for fermentor 2, 31.56% for fermentor 3, and 20.76% for fermentor 4. The control system consist of two "SISO" (Single Input - Single Output) loops. One controls the temperature of each fermentor, through manipulating out-flow chilling. The other controls TRS (Total reductor sugars) concentration in the efluent from fermentor 4, manipulating the .feed medium. The FEEDBACK control strategy was adopted for its excellent performance and for being the less complex as well as presenting the lowest cost, fitting therefore the requirements of industrial units. The control law used for the temperature loop was the proportional and for the TRS loop the PI {Proportional-Integral) and PID (Proportional-Integral-Derivative) laws. The parameters for controllers PI and PID were .adjusted according to the ZIEGLER-NICHOLS procedure.DoutoradoDoutor em Engenharia de Alimento