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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2019.tde-04012019-090612
Document
Author
Full name
Douglas Lucas dos Reis
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Frizzone, Jose Antonio (President)
Baptista, Antonio Sampaio
Botrel, Tarlei Arriel
Camargo, Antonio Pires de
Title in Portuguese
Desenvolvimento de trocador de calor de contato direto equipado com sistema microcontrolado para tratamento térmico de mosto na indústria sucroenergética
Keywords in Portuguese
Câmara de mistura
Controle de processos
Instrumentação
Abstract in Portuguese
No Brasil, a fermentação alcoólica é o processo predominante para produção de etanol a partir de cana-de-açúcar. A utilização de mosto esterilizado associada ao uso de linhagens de leveduras selecionadas apresenta-se como uma das estratégias com potencial para proporcionar melhorias no processo de fermentação alcoólica para produção de etanol e para aumentar a produtividade da indústria sucroenergética. Embora existam diversos métodos aplicáveis na esterilização de compostos líquidos, o tratamento térmico baseado no uso de vapor superaquecido ou saturado é interessante na indústria sucroenergética devido a disponibilidade de redes de distribuição de vapor. Essa pesquisa teve como objetivo desenvolver um trocador de calor de contato direto equipado com sistema eletrônico microcontrolado para controle dinâmico da temperatura de misturas de fluidos a diferentes temperaturas. A tecnologia poderá ser aplicada ao tratamento térmico do mosto utilizado em processos de fermentação alcoólica na indústria sucroenergética. O sistema de mistura utilizado foi o aparato montado para misturar dois fluidos distintos. O aparato era composto por um trocador de calor de contato direto, uma válvula proporcional, um sensor de temperatura e duas válvulas de retenção. O trocador de calor foi montado em forma de um "tê" como dispositivo para mistura de fluidos. Foram realizados experimentos em laboratório; A partir dos dados gerados foi determinado a função de transferência característica do sistema seguida pela sintonização de um controlador Proporcional-Integral. O controlador foi sintonizado com a finalidade de obter temperatura alvo na câmara de mistura do sistema, através de ajustes na seção de escoamento da tubulação de vapor. O desempenho do equipamento foi avaliado com base no tempo de subida, sobressinal, tempo de acomodação, IAE e ITAE, evidenciando-se adequado desempenho para a aplicação em questão. As atividades foram limitadas ao desenvolvimento do equipamento, havendo maior enfoque em aspectos relacionados a controle. Não foram realizadas avaliações da eficácia do tratamento térmico em aplicações industriais ou laboratoriais. Trabalhos futuros poderão utilizar a tecnologia desenvolvida nesta pesquisa para estudos da eficácia do tratamento térmico conduzido sob diferentes temperaturas na redução de microrganismos ou esterilização do mosto.
Title in English
Development of direct contact heat exchange equipped with microcontrolled system for heat treatment of much in the sugarcane industry
Keywords in English
Instrumentation
Mixture chamber
Process control
Abstract in English
In Brazil, alcoholic fermentation is the predominant process for the production of ethanol from sugarcane. The use of sterilized must associated with the use of selected yeast strains is one of the strategies with potential to provide improvements in the alcoholic fermentation process for ethanol production and to increase the productivity of the sugarcane industry. Although there are several methods applicable to the sterilization of liquid compounds, heat treatment based on the use of superheated or saturated steam is interesting in the sugarcane industry due to the availability of steam distribution networks. This research aimed to develop a direct contact heat exchanger equipped with a microcontrolled electronic system for dynamic temperature control of fluid mixtures at different temperatures. The technology can be applied to the heat treatment of must used in alcoholic fermentation processes in the sugar-energy industry. The mixing system was the apparatus which was assembled to mix two distinct fluids. The apparatus consisted of a direct contact heat exchanger, a proportional valve, a temperature sensor and two check valves. The heat exchanger was assembled in the form of a "t" as a fluid mixing device. Experiments were performed in the laboratory; the characteristic transfer function of the system was determined followed by the tuning of a Proportional-Integral controller. The controller was tuned for the purpose of obtaining target temperature in the system mixing chamber by adjusting the flow section of the steam pipe. The performance of the equipment was evaluated based on rise time, settling time, percent overshoot, IAE e ITAE, showing adequate performance for the application in question. The activities were limited to the development of technology, with a greater focus on aspects related to control. No evaluation of the effectiveness of heat treatment in industrial or laboratory applications has been made. Future works may use the technology developed in this research to study the efficacy of heat treatment conducted at different temperatures in the reduction of microorganisms or sterilization of the must.
 
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Publishing Date
2019-01-10
 
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