Desenvolvimento de um sistema especialista para o projeto de unidades industriais de produção de alcool

Orientador: Francisco Maugeri FilhoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Um sistema especialista é o nome dado à um "software" de computador que tem como objetivo suprir a necessidade de especialistas humanos em determinadas áreas de conhecimento, simulando o raciocínio do homem e visando dar soluções a problemas bem específicos. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema especialista para o "design" de unidades industriais de produção de álcool, utilizando o shell PcPíus da Texas Instruments. O sistema é baseado em regras, cuja base de conhecimento foi estruturada a partir da experiência acumulada de especialistas da área e com dados vindos de laboratório e plantas industriais, O sistema utiliza ainda dados de simulação em computador, cujo algoritmo foi desenvolvido a partir de balanço de massa, balanço de energia, equações cinéticas que representam o processo de fermentação pela Saccharomyccs cerevisiae. Os parâmetros cinéticos foram ajustados de dados industriais que conduzem a um modelo matemático preciso e que descreve bem o processo industrial. O sistema foi construído para processos contínuos, utilizando vários reatores em série. O perfil de volume ótimo e o número de estágios foram previamente otimizados em trabalhos anteriores. Para utilizar o sistema são necessários os seguintes dados de entrada: tipo de mosto, composição de mosto, tipo de trocador, número de cubas, tempo de tratamento do creme, vazão de alimentação do caldo ou produção de etanol, concentração de açúcar, concentração de células no creme, concentração de células no reciclo, concentração de células no vinho delevedurado, taxa de reciclo, temperatura do mosto na entrada do reator, temperatura de operação do reator, temperatura da água de resfriamento, número de estágios e capacidade da centrífuga Para a maioria destes dados o sistema fornece um "Help" onde é aconselhado faixas ótimas ou usuais. O resultado à uma consulta é o perfil de volume dos reatores, vazões do processo, produtividade, área de troca térmica dos trocadores, número de centrífugas necessário, volume de cuba de tratamento ácido e o tipo de equipamento para o tratamento do caldo. O sistema desenvolvido pode ser utilizado para o "design" de plantas industriais, reforma e modernização de plantas já existentes e na tomada de decisões, O sistema mostrou ser confiável pois o desvio entre o previsto pelo sistema e a prática foi mínimoAbstract: In this work an expert system was developed for the design of large scale continuous fermentation units for alcohol production, using the shell PcPlus from Texas Instruments. This expert system is based on an intensive rule-based program, whose knowledge base was structured using both expert knowledge data and industrial rules of thumb, and on computer simulations. The simulation algorithm was developed from mass and energy balances of continuous multi-staged plants and kinetic equations representing the fermentation process by Saccharomyces cerevisiae. The kinetic parameters were adjusted from industrial data leading to a confident mathematical model that represents fairly well the industrial process. Since the system was designed for continuous processes with several stirred tanks connected in series, the optima! volume profile and number of stages were previously optimized. To use this system the following imput data are necessary : type and composition of imput medium, type of heat exchanger, number of tanks for the acid treatment, time requered for the acid treatment, imput medium flow rate or alcohol production desired, sugar concentration, cell concentration, recycling cell concentration, wine cell concentration, recycling rate, medium temperature at the reactor inlets, cooling water temperature, number of stages and centrifuges capacity. The expert system advises the user to utilize optimized data during a consultation. The result of a consultation is the volume profile of reactors, process flow rates, productivity, the surface areas of heat-exchangers, the number of centrifuges, the tank volumes for the acid treatment and the equipment for the juice clarification. The system developed could be utilized either for the design of industrial plants or for improvement and modernization of existing plants. This system was shown to be reliable since the difference between theoretical calculation and pratical results was minimumMestradoMestre em Engenharia de Alimento