Estudo computacional da etapa fermentativa da produção de cerveja e proposta de uma estratégia de controle para o processo
| Main Author: | |
|---|---|
| Publication Date: | 2010 |
| Format: | Master thesis |
| Language: | por |
| Source: | Repositório Institucional da UFRRJ |
| Download full: | https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/11069 |
Summary: | A cerveja é a bebida alcoólica mais antiga do mundo e seu processamento vem evoluindo ao longo do tempo. Atualmente, a comercialização da cerveja ocupa uma posição de destaque no mercado econômico, pois é a bebida alcoólica mais consumida no Brasil e no mundo. Devido a esta importância econômica, a busca por processos mais eficientes e com capacidade de manter a qualidade sensorial do produto final é de grande interesse para as cervejarias. A fermentação é uma etapa importante do processo cervejeiro, pois é nessa fase que se formam os produtos e sub-produtos do metabolismo das leveduras. O estudo detalhado sobre a etapa fermentativa da produção de cerveja permite analisar como as principais variáveis de processo influenciam a fermentação e o modo como elas interagem. Para atingir esta meta, a modelagem matemática, aliada à simulação computacional, foi utilizada nessa dissertação como ferramenta de estudo do processo fermentativo. Os objetivos desta dissertação foram: i) Selecionar e reproduzir através de simulação computacional modelos matemáticos fenomenológicos da etapa de fermentação do processo de produção cervejeira; ii) Investigar o efeito das variáveis manipuláveis de processo (temperatura, pressão e/ou vazões) sobre o comportamento dinâmico dos produtos e subprodutos de interesse, e; iii) Propor uma estratégia de controle que seja capaz de implementar de modo eficiente perfis ótimos de temperatura no processo cervejeiro. Foram encontrados poucos modelos dinâmicos na literatura que representam a etapa fermentativa da produção da cerveja. Para o desenvolvimento dessa dissertação foram utilizados três modelos fenomenológicos escolhidos com base em sua validação experimental e nas variáveis de processo consideradas. Observou-se que as variáveis manipuláveis de processo normalmente influenciam a dinâmica da temperatura da fermentação e, consequentemente, a dinâmica das demais variáveis do processo. Para a melhor condução do processo fermentativo uma estratégia de controle simples, capaz de aquecer e refrigerar o tanque de fermentação conforme a necessidade do processo, foi proposta nessa dissertação. A estratégia de controle proposta se mostrou bastante eficiente, proporcionando ao operador a possibilidade da aplicação de perfis ótimos de temperatura que proporcionem a condução satisfatória da fermentação cervejeira, levando a um produto final com os atributos sensoriais adequados para o consumidor. |
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Carneiro, Diego DiasMeleiro, Luiz Augusto da Cruz814.559.417-00http://lattes.cnpq.br/0883486364645272Souza Junior, Maurício Bezerra deAlmeida, André deHenriques, Anderson Wilson da Silva110.763.657-44http://lattes.cnpq.br/00544484060183272023-12-22T01:46:18Z2023-12-22T01:46:18Z2010-03-05CARNEIRO, Diego Dias. Estudo computacional da etapa fermentativa da produção de cerveja e proposta de uma estratégia de controle para o processo. 2010. 143 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2010.https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/11069A cerveja é a bebida alcoólica mais antiga do mundo e seu processamento vem evoluindo ao longo do tempo. Atualmente, a comercialização da cerveja ocupa uma posição de destaque no mercado econômico, pois é a bebida alcoólica mais consumida no Brasil e no mundo. Devido a esta importância econômica, a busca por processos mais eficientes e com capacidade de manter a qualidade sensorial do produto final é de grande interesse para as cervejarias. A fermentação é uma etapa importante do processo cervejeiro, pois é nessa fase que se formam os produtos e sub-produtos do metabolismo das leveduras. O estudo detalhado sobre a etapa fermentativa da produção de cerveja permite analisar como as principais variáveis de processo influenciam a fermentação e o modo como elas interagem. Para atingir esta meta, a modelagem matemática, aliada à simulação computacional, foi utilizada nessa dissertação como ferramenta de estudo do processo fermentativo. Os objetivos desta dissertação foram: i) Selecionar e reproduzir através de simulação computacional modelos matemáticos fenomenológicos da etapa de fermentação do processo de produção cervejeira; ii) Investigar o efeito das variáveis manipuláveis de processo (temperatura, pressão e/ou vazões) sobre o comportamento dinâmico dos produtos e subprodutos de interesse, e; iii) Propor uma estratégia de controle que seja capaz de implementar de modo eficiente perfis ótimos de temperatura no processo cervejeiro. Foram encontrados poucos modelos dinâmicos na literatura que representam a etapa fermentativa da produção da cerveja. Para o desenvolvimento dessa dissertação foram utilizados três modelos fenomenológicos escolhidos com base em sua validação experimental e nas variáveis de processo consideradas. Observou-se que as variáveis manipuláveis de processo normalmente influenciam a dinâmica da temperatura da fermentação e, consequentemente, a dinâmica das demais variáveis do processo. Para a melhor condução do processo fermentativo uma estratégia de controle simples, capaz de aquecer e refrigerar o tanque de fermentação conforme a necessidade do processo, foi proposta nessa dissertação. A estratégia de controle proposta se mostrou bastante eficiente, proporcionando ao operador a possibilidade da aplicação de perfis ótimos de temperatura que proporcionem a condução satisfatória da fermentação cervejeira, levando a um produto final com os atributos sensoriais adequados para o consumidor.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES, Brasil.Beer is the oldest alcoholic beverage in the world, and its processing has been evolving along the time. Nowadays, beer trading occupies an important position in the economic market since it is the most consumed beverage in Brazil and around the world. Due to this economic significance, the search for more efficient processes that are able to keep the sensorial attributes to the final product represents a great interest for breweries. Fermentation is an important stage of the beer process since in this stage the products and by-products resulted from the yeast metabolism are formed. The detailed study of the fermentative stage of the beer production allows analyzing how the main process variables influence the fermentation and the way they interact each other. To reach this goal, mathematical modeling and computational simulation, were used in this work as a tool for studying the fermentative process. The goals of this study were: i) Select and reproduce through computational simulation, phenomenological models that describe the brewing process; ii) Investigate the effect of manipulate process variables (temperature, pressure and/or flows) over the dynamic behavior of the products and by-products of interest, and; iii) Propose a control strategy that be able to implement optimal temperature profiles in the beer fermentation process. A few dynamics mathematical models that describe the fermentation process were found in the literature. Based on the experimental validation and on the process variables considered, three phenomenological models were selected for the development of this work. It was observed that the manipulate process variables usually affect the dynamic of the fermentation temperature and, as a consequence, the dynamic of the other process variables. A simple control strategy, capable to heat up and refrigerate the fermentation vessel according to the process needs, was proposed in this work to better drive the fermentative process. The proposed control strategy shows very efficient, providing to the process operator facilities to the application of optimal temperature profiles in order to obtain a satisfactory fermentation and leading to a final product with appropriate sensorial attributes for the customer.application/pdfporUniversidade Federal Rural do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de AlimentosUFRRJBrasilInstituto de Tecnologiafermentative processmathematical modelingcontrol strategyprocesso fermentativomodelagem matemáticaestratégia de controleCiência e Tecnologia de AlimentosEstudo computacional da etapa fermentativa da produção de cerveja e proposta de uma estratégia de controle para o processoSelection of models and proposal of a control strategy for the fermentative stage of the beer productioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisANDRÉS-TORO B.; GÍRON-SIERRA J. M.; LÓPEZ-OROZCO J. A.; FERNANDEZ-CONDEZ C.; PEINADO J. M.; GARCIA-OCHOA F. A kinetic model for beer production under industrial operational conditions. Mathematics and Computers in Simulation. v. 48, p. 65-74, 1998. ANDRÉS-TORO B.; GÍRON-SIERRA J. M.; FERNANDEZ-BLANCO P.; LÓPEZ-OROZCO J. A.; BESADA-PORTAS E. Multiobjective optimization and multivariable control of the beer fermentation process with the use of evolutionary algorithms. Journal of the Zhejiang University – SCIENCE. v. 5, n. 4), p. 378-389, 2004. ANDRIETTA S. R. Modelagem, Simulação e Controle de Fermentação Alcoólica Contínua em Escala Industrial, Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas – Faculdade de Engenharia de Alimentos – FEA – UNICAMP, Campinas –SP – Brasil. BAMFORTH C. BEER: Tap Into The Art of Science of Brewing. 2. ed. Oxford University, 2003. BAMFORTH C. BEER: Health and Nutrition. 2. ed. Blackwell Publishing, 2004. BAMFORTH C.; KANAUCHI M. Enzymology of Vicinal Diketone Reduction in Brewer’s Yeast. Journal of the Institute of Brewing. v. 110, n. 2, p.83-93, 2004. 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A cerveja é a bebida alcoólica mais antiga do mundo e seu processamento vem evoluindo ao longo do tempo. Atualmente, a comercialização da cerveja ocupa uma posição de destaque no mercado econômico, pois é a bebida alcoólica mais consumida no Brasil e no mundo. Devido a esta importância econômica, a busca por processos mais eficientes e com capacidade de manter a qualidade sensorial do produto final é de grande interesse para as cervejarias. A fermentação é uma etapa importante do processo cervejeiro, pois é nessa fase que se formam os produtos e sub-produtos do metabolismo das leveduras. O estudo detalhado sobre a etapa fermentativa da produção de cerveja permite analisar como as principais variáveis de processo influenciam a fermentação e o modo como elas interagem. Para atingir esta meta, a modelagem matemática, aliada à simulação computacional, foi utilizada nessa dissertação como ferramenta de estudo do processo fermentativo. Os objetivos desta dissertação foram: i) Selecionar e reproduzir através de simulação computacional modelos matemáticos fenomenológicos da etapa de fermentação do processo de produção cervejeira; ii) Investigar o efeito das variáveis manipuláveis de processo (temperatura, pressão e/ou vazões) sobre o comportamento dinâmico dos produtos e subprodutos de interesse, e; iii) Propor uma estratégia de controle que seja capaz de implementar de modo eficiente perfis ótimos de temperatura no processo cervejeiro. Foram encontrados poucos modelos dinâmicos na literatura que representam a etapa fermentativa da produção da cerveja. Para o desenvolvimento dessa dissertação foram utilizados três modelos fenomenológicos escolhidos com base em sua validação experimental e nas variáveis de processo consideradas. Observou-se que as variáveis manipuláveis de processo normalmente influenciam a dinâmica da temperatura da fermentação e, consequentemente, a dinâmica das demais variáveis do processo. Para a melhor condução do processo fermentativo uma estratégia de controle simples, capaz de aquecer e refrigerar o tanque de fermentação conforme a necessidade do processo, foi proposta nessa dissertação. A estratégia de controle proposta se mostrou bastante eficiente, proporcionando ao operador a possibilidade da aplicação de perfis ótimos de temperatura que proporcionem a condução satisfatória da fermentação cervejeira, levando a um produto final com os atributos sensoriais adequados para o consumidor. |
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CARNEIRO, Diego Dias. Estudo computacional da etapa fermentativa da produção de cerveja e proposta de uma estratégia de controle para o processo. 2010. 143 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2010. |
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