Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans,...

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Mestrado Integrado em Engenharia Química Optimização de Processos na Indústria Cervejeira Tese de Mestrado de Sofia Isabel Monteiro Pinto Hespanhol Desenvolvida no âmbito da unidade curricular de Dissertação realizado em Unicer Bebidas, SA Orientador na FEUP: Prof. Fernando Martins Co-Orientador na FEUP: Prof. Adélio Mendes Orientador na Unicer: Dr. Tiago Brandão Departamento de Engenharia Química Julho de 2010

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Page 1: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Tese de Mestrado

de

Sofia Isabel Monteiro Pinto Hespanhol

Desenvolvida no acircmbito da unidade curricular de Dissertaccedilatildeo

realizado em

Unicer Bebidas SA

Orientador na FEUP Prof Fernando Martins

Co-Orientador na FEUP Prof Adeacutelio Mendes

Orientador na Unicer Dr Tiago Brandatildeo

Departamento de Engenharia Quiacutemica

Julho de 2010

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Agradecimentos

Quero agradecer aos orientadores Prof Fernando Martins e Dr Tiago Brandatildeo pela

orientaccedilatildeo disponibilidade e apoio ao longo do projecto Agradeccedilo ao Professor Doutor Adeacutelio

Mendes pela partilha de conhecimentos

Agradeccedilo ao Sr Jorge Silva pelo apoio na compreensatildeo e esclarecimento de algumas duacutevidas

durante a realizaccedilatildeo deste projecto

Quero agradecer em especial agrave minha famiacutelia e amigos pelo apoio que sempre

demonstraram De um modo geral gostaria de agradecer a todos aqueles que de certa forma

ajudaram na realizaccedilatildeo deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Resumo

Este projecto foi desenvolvido na empresa Unicer Bebidas SA no Centro de Produccedilatildeo de

Cerveja de Leccedila do Balio tendo como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas a

niacutevel laboratorial e identificaram-se as oportunidades de melhoria do processo de extracccedilatildeo

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado tendo-se proposto um diagrama processual que

possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A e a reduccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento

alcalino o que conduz a uma diminuiccedilatildeo do custo inerente aos equipamentos e a diminuiccedilatildeo

do custo de reagentes

Realizou-se a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo inicialmente proposto tendo-se verificado a

inviabilidade deste Contudo se for possiacutevel diminuir o preccedilo do reagente principal em 30

solvente A o processo passa a ser viaacutevel economicamente Foi proposto um processo

alternativo que considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial A

introduccedilatildeo desta unidade origina um processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche economicamente viaacutevel

A elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados foi realizada garantindo assim as

boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Palavras-chave Dreche proteiacutenas arabinoxilanas microfiltraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Abstract

This Project was developed in beer production center of the Unicer Bebidas SA localized in

Leccedila of the Balio the main propose of this project is optimization and economic evaluation of

the process in using by-products and the development of standard operating procedures for

good manufacturing practices in the Unicer unit pilot

Was carried out monitoring the extraction process of proteins and arabinoxylans at laboratory

level and it was identify the opportunities for improving the extraction process This process

has been designed having committed itself to a procedure diagram that allows the recovery

of the A solvent reducing the execution time of alkali treatment leading to a inherent cost

decrease in the equipment and the cost decreasing of reagents

We performed the economic assessment to the proposed process it was found its infeasibility

However if it will be possible to reduce the price of the main reagent in 30 of A solvent it

is possible to achieve viability of the process We proposed a more economical alternative

process which considers the extraction of arabinoxylans by cross flow microfiltration The

introduction of this unit allows the economic viability at the extraction procedure of proteins

and arabinoxylans of spent grains

The development of standard operating procedures was carried out thus ensuring good

working practices in the Unicer unit pilot

Keywords Spent grains proteins arabinoxylans microfiltration

i

Iacutendice

1 Introduccedilatildeo 1

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto 1

12 Contributos do Trabalho 4

13 Organizaccedilatildeo da Tese 5

2 Estado da Arte 7

21 Valorizaccedilatildeo da dreche 7

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP) 11

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

31 Valorizaccedilatildeo da dreche 12

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados 31

4 Conclusotildees 33

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado 35

51 Objectivos Realizados 35

52 Outros Trabalhos Realizados 35

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro 37

54 Apreciaccedilatildeo final 37

6 Referecircncias 39

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

ii

Iacutendice de Figuras

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche 9

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de

Izydorczyk et al 2007) 10

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche 13

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino 14

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A 20

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de

microfiltraccedilatildeo (Adaptado de Vickers et al 2005) 29

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

iii

Iacutendice de Tabelas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo 12

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino 14

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores 16

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores 17

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores 17

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo 18

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga 19

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo 20

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo 22

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador 23

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo 25

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada 25

Tabela 16- Custo anual de utilidades 26

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas 26

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa 27

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de

solvente A 28

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos 30

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo 31

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

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bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

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Page 2: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Agradecimentos

Quero agradecer aos orientadores Prof Fernando Martins e Dr Tiago Brandatildeo pela

orientaccedilatildeo disponibilidade e apoio ao longo do projecto Agradeccedilo ao Professor Doutor Adeacutelio

Mendes pela partilha de conhecimentos

Agradeccedilo ao Sr Jorge Silva pelo apoio na compreensatildeo e esclarecimento de algumas duacutevidas

durante a realizaccedilatildeo deste projecto

Quero agradecer em especial agrave minha famiacutelia e amigos pelo apoio que sempre

demonstraram De um modo geral gostaria de agradecer a todos aqueles que de certa forma

ajudaram na realizaccedilatildeo deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Resumo

Este projecto foi desenvolvido na empresa Unicer Bebidas SA no Centro de Produccedilatildeo de

Cerveja de Leccedila do Balio tendo como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas a

niacutevel laboratorial e identificaram-se as oportunidades de melhoria do processo de extracccedilatildeo

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado tendo-se proposto um diagrama processual que

possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A e a reduccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento

alcalino o que conduz a uma diminuiccedilatildeo do custo inerente aos equipamentos e a diminuiccedilatildeo

do custo de reagentes

Realizou-se a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo inicialmente proposto tendo-se verificado a

inviabilidade deste Contudo se for possiacutevel diminuir o preccedilo do reagente principal em 30

solvente A o processo passa a ser viaacutevel economicamente Foi proposto um processo

alternativo que considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial A

introduccedilatildeo desta unidade origina um processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche economicamente viaacutevel

A elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados foi realizada garantindo assim as

boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Palavras-chave Dreche proteiacutenas arabinoxilanas microfiltraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Abstract

This Project was developed in beer production center of the Unicer Bebidas SA localized in

Leccedila of the Balio the main propose of this project is optimization and economic evaluation of

the process in using by-products and the development of standard operating procedures for

good manufacturing practices in the Unicer unit pilot

Was carried out monitoring the extraction process of proteins and arabinoxylans at laboratory

level and it was identify the opportunities for improving the extraction process This process

has been designed having committed itself to a procedure diagram that allows the recovery

of the A solvent reducing the execution time of alkali treatment leading to a inherent cost

decrease in the equipment and the cost decreasing of reagents

We performed the economic assessment to the proposed process it was found its infeasibility

However if it will be possible to reduce the price of the main reagent in 30 of A solvent it

is possible to achieve viability of the process We proposed a more economical alternative

process which considers the extraction of arabinoxylans by cross flow microfiltration The

introduction of this unit allows the economic viability at the extraction procedure of proteins

and arabinoxylans of spent grains

The development of standard operating procedures was carried out thus ensuring good

working practices in the Unicer unit pilot

Keywords Spent grains proteins arabinoxylans microfiltration

i

Iacutendice

1 Introduccedilatildeo 1

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto 1

12 Contributos do Trabalho 4

13 Organizaccedilatildeo da Tese 5

2 Estado da Arte 7

21 Valorizaccedilatildeo da dreche 7

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP) 11

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

31 Valorizaccedilatildeo da dreche 12

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados 31

4 Conclusotildees 33

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado 35

51 Objectivos Realizados 35

52 Outros Trabalhos Realizados 35

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro 37

54 Apreciaccedilatildeo final 37

6 Referecircncias 39

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

ii

Iacutendice de Figuras

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche 9

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de

Izydorczyk et al 2007) 10

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche 13

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino 14

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A 20

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de

microfiltraccedilatildeo (Adaptado de Vickers et al 2005) 29

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

iii

Iacutendice de Tabelas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo 12

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino 14

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores 16

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores 17

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores 17

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo 18

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga 19

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo 20

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo 22

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador 23

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo 25

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada 25

Tabela 16- Custo anual de utilidades 26

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas 26

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa 27

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de

solvente A 28

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos 30

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo 31

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 3: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Resumo

Este projecto foi desenvolvido na empresa Unicer Bebidas SA no Centro de Produccedilatildeo de

Cerveja de Leccedila do Balio tendo como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas a

niacutevel laboratorial e identificaram-se as oportunidades de melhoria do processo de extracccedilatildeo

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado tendo-se proposto um diagrama processual que

possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A e a reduccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento

alcalino o que conduz a uma diminuiccedilatildeo do custo inerente aos equipamentos e a diminuiccedilatildeo

do custo de reagentes

Realizou-se a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo inicialmente proposto tendo-se verificado a

inviabilidade deste Contudo se for possiacutevel diminuir o preccedilo do reagente principal em 30

solvente A o processo passa a ser viaacutevel economicamente Foi proposto um processo

alternativo que considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial A

introduccedilatildeo desta unidade origina um processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche economicamente viaacutevel

A elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados foi realizada garantindo assim as

boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Palavras-chave Dreche proteiacutenas arabinoxilanas microfiltraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Abstract

This Project was developed in beer production center of the Unicer Bebidas SA localized in

Leccedila of the Balio the main propose of this project is optimization and economic evaluation of

the process in using by-products and the development of standard operating procedures for

good manufacturing practices in the Unicer unit pilot

Was carried out monitoring the extraction process of proteins and arabinoxylans at laboratory

level and it was identify the opportunities for improving the extraction process This process

has been designed having committed itself to a procedure diagram that allows the recovery

of the A solvent reducing the execution time of alkali treatment leading to a inherent cost

decrease in the equipment and the cost decreasing of reagents

We performed the economic assessment to the proposed process it was found its infeasibility

However if it will be possible to reduce the price of the main reagent in 30 of A solvent it

is possible to achieve viability of the process We proposed a more economical alternative

process which considers the extraction of arabinoxylans by cross flow microfiltration The

introduction of this unit allows the economic viability at the extraction procedure of proteins

and arabinoxylans of spent grains

The development of standard operating procedures was carried out thus ensuring good

working practices in the Unicer unit pilot

Keywords Spent grains proteins arabinoxylans microfiltration

i

Iacutendice

1 Introduccedilatildeo 1

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto 1

12 Contributos do Trabalho 4

13 Organizaccedilatildeo da Tese 5

2 Estado da Arte 7

21 Valorizaccedilatildeo da dreche 7

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP) 11

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

31 Valorizaccedilatildeo da dreche 12

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados 31

4 Conclusotildees 33

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado 35

51 Objectivos Realizados 35

52 Outros Trabalhos Realizados 35

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro 37

54 Apreciaccedilatildeo final 37

6 Referecircncias 39

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

ii

Iacutendice de Figuras

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche 9

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de

Izydorczyk et al 2007) 10

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche 13

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino 14

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A 20

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de

microfiltraccedilatildeo (Adaptado de Vickers et al 2005) 29

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

iii

Iacutendice de Tabelas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo 12

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino 14

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores 16

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores 17

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores 17

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo 18

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga 19

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo 20

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo 22

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador 23

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo 25

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada 25

Tabela 16- Custo anual de utilidades 26

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas 26

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa 27

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de

solvente A 28

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos 30

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo 31

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 4: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Abstract

This Project was developed in beer production center of the Unicer Bebidas SA localized in

Leccedila of the Balio the main propose of this project is optimization and economic evaluation of

the process in using by-products and the development of standard operating procedures for

good manufacturing practices in the Unicer unit pilot

Was carried out monitoring the extraction process of proteins and arabinoxylans at laboratory

level and it was identify the opportunities for improving the extraction process This process

has been designed having committed itself to a procedure diagram that allows the recovery

of the A solvent reducing the execution time of alkali treatment leading to a inherent cost

decrease in the equipment and the cost decreasing of reagents

We performed the economic assessment to the proposed process it was found its infeasibility

However if it will be possible to reduce the price of the main reagent in 30 of A solvent it

is possible to achieve viability of the process We proposed a more economical alternative

process which considers the extraction of arabinoxylans by cross flow microfiltration The

introduction of this unit allows the economic viability at the extraction procedure of proteins

and arabinoxylans of spent grains

The development of standard operating procedures was carried out thus ensuring good

working practices in the Unicer unit pilot

Keywords Spent grains proteins arabinoxylans microfiltration

i

Iacutendice

1 Introduccedilatildeo 1

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto 1

12 Contributos do Trabalho 4

13 Organizaccedilatildeo da Tese 5

2 Estado da Arte 7

21 Valorizaccedilatildeo da dreche 7

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP) 11

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

31 Valorizaccedilatildeo da dreche 12

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados 31

4 Conclusotildees 33

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado 35

51 Objectivos Realizados 35

52 Outros Trabalhos Realizados 35

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro 37

54 Apreciaccedilatildeo final 37

6 Referecircncias 39

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

ii

Iacutendice de Figuras

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche 9

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de

Izydorczyk et al 2007) 10

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche 13

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino 14

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A 20

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de

microfiltraccedilatildeo (Adaptado de Vickers et al 2005) 29

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

iii

Iacutendice de Tabelas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo 12

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino 14

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores 16

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores 17

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores 17

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo 18

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga 19

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo 20

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo 22

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador 23

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo 25

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada 25

Tabela 16- Custo anual de utilidades 26

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas 26

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa 27

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de

solvente A 28

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos 30

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo 31

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 5: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

i

Iacutendice

1 Introduccedilatildeo 1

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto 1

12 Contributos do Trabalho 4

13 Organizaccedilatildeo da Tese 5

2 Estado da Arte 7

21 Valorizaccedilatildeo da dreche 7

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP) 11

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

31 Valorizaccedilatildeo da dreche 12

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados 31

4 Conclusotildees 33

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado 35

51 Objectivos Realizados 35

52 Outros Trabalhos Realizados 35

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro 37

54 Apreciaccedilatildeo final 37

6 Referecircncias 39

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

ii

Iacutendice de Figuras

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche 9

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de

Izydorczyk et al 2007) 10

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche 13

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino 14

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A 20

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de

microfiltraccedilatildeo (Adaptado de Vickers et al 2005) 29

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

iii

Iacutendice de Tabelas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo 12

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino 14

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores 16

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores 17

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores 17

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo 18

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga 19

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo 20

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo 22

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador 23

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo 25

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada 25

Tabela 16- Custo anual de utilidades 26

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas 26

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa 27

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de

solvente A 28

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos 30

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo 31

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 6: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

ii

Iacutendice de Figuras

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche 9

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de

Izydorczyk et al 2007) 10

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche 13

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino 14

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A 20

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de

microfiltraccedilatildeo (Adaptado de Vickers et al 2005) 29

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

iii

Iacutendice de Tabelas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo 12

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino 14

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores 16

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores 17

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores 17

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo 18

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga 19

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo 20

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo 22

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador 23

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo 25

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada 25

Tabela 16- Custo anual de utilidades 26

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas 26

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa 27

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de

solvente A 28

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos 30

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo 31

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Page 7: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

iii

Iacutendice de Tabelas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo 12

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino 14

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas 14

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores 16

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores 17

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores 17

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo 18

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga 19

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo 20

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo 22

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador 23

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial 24

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo 25

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada 25

Tabela 16- Custo anual de utilidades 26

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas 26

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa 27

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de

solvente A 28

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos 30

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo 31

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 8: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 1

1 Introduccedilatildeo

11 Enquadramento e Apresentaccedilatildeo do Projecto

O presente projecto foi realizado nas instalaccedilotildees da empresa Unicer Bebidas SA Centro de

Produccedilatildeo de Cerveja de Leccedila do Balio no acircmbito da unidade curricular Dissertaccedilatildeo do

Mestrado Integrado em Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

O projecto consistiu na Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira tendo por base

duas vertentes distintas optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo de

subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

A cerveja eacute uma bebida moderadamente alcooacutelica obtida por acccedilatildeo de leveduras sobre o

mosto O mosto preparado a partir da cevada maltada e outros cereais depois de

fermentado daraacute origem agrave cerveja Seguidamente apresenta-se uma breve descriccedilatildeo do

processo produtivo e as principais mateacuterias-primas envolventes (Kunze et al 1999)

bull Mateacuterias-primas

O constituinte principal da cerveja a aacutegua representa cerca de 90 a 95 da sua composiccedilatildeo

A aacutegua utilizada no processo produtivo deve ser proacutepria para consumo humano e possuir uma

composiccedilatildeo adequada de sais minerais

A germinaccedilatildeo controlada da cevada permite obter o malte uma das mateacuterias-primas

fundamentais na produccedilatildeo de cerveja O malte fonte de enzimas hidratos de carbono

proteiacutenas e liacutepidos eacute o principal contribuinte na cor corpo e espuma da cerveja

O gritz obtido a partir da moagem do milho apoacutes este ter sido submetido a um processo de

extracccedilatildeo de gorduras possui elevado teor de amido Estes gratildeos crus assim denominados

pelo facto de natildeo terem sofrido processo de maltagem satildeo responsaacuteveis por atenuar a

coloraccedilatildeo da cerveja e aumentar o teor de accediluacutecares fermentaacuteveis Para aleacutem do milho podem

ser utilizados outros cereais natildeo maltados tais como o arroz a cevada e o trigo

O luacutepulo (Humulus lupulus) eacute uma planta aromaacutetica que confere agrave cerveja o amargo e o

aroma caracteriacutesticos A sua utilizaccedilatildeo eacute feita atraveacutes de extractos desta planta obtidos de

forma a preservar as suas capacidades

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Page 9: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 2

Por uacuteltimo o elemento essencial na fermentaccedilatildeo alcooacutelica a levedura eacute um microorganismo

unicelular classificado como fungo do geacutenero Saccharomyces

Estes microorganismos satildeo responsaacuteveis por fermentar em condiccedilotildees anaeroacutebias os accediluacutecares

em aacutelcool e CO2 originando produtos secundaacuterios (aacutelcoois aromaacuteticos e eacutesteres) responsaacuteveis

pelas caracteriacutesticas finais da cerveja

bull Processo produtivo

O processo de produccedilatildeo da cerveja eacute constituiacutedo por diferentes etapas sendo a primeira o

fabrico do mosto Esta etapa estaacute subdividida em diferentes fases recepccedilatildeo das mateacuterias-

primas ensilagem moagem e pesagem de malte pesagem do gritz brassagem filtraccedilatildeo

ebuliccedilatildeo e decantaccedilatildeo

A recepccedilatildeo das mateacuterias-primas eacute controlada pelo envio de amostras ao laboratoacuterio de

controlo de qualidade antes de serem ensiladas ateacute utilizaccedilatildeo futura

A utilizaccedilatildeo do malte pressupotildee a moagem e pesagem deste de modo a transformar o gratildeo de

malte em farinha permitindo assim uma maior acccedilatildeo das enzimas sobre o amido Apoacutes este

passo o malte encontra-se em condiccedilotildees de ser utilizado no processo Relativamente ao

gritz este jaacute eacute recepcionado na granulometria especificada estando em condiccedilotildees de ser

utilizado apoacutes pesagem

O processo de brassagem divide-se em duas secccedilotildees constituiacutedas por duas caldeiras uma de

caldas na qual se promove a mistura de gritz com aacutegua e uma de empastagem na qual se

promove a mistura de aacutegua e malte Apoacutes a mistura com aacutegua e sob condiccedilotildees controladas de

tempo temperatura e pH as enzimas do malte degradam o amido (amilases) e proteiacutenas

(proteases) em accediluacutecares fermentesciacuteveis e aminoaacutecidos necessaacuterios para o metabolismo da

levedura A mistura resultante da caldeira de caldas eacute adicionada aacute caldeira de empastagem

na qual seraacute promovido o aquecimento ateacute proacuteximo dos 76 ordmC dando inicio agrave fase de

sacarificaccedilatildeo

A fase posterior filtraccedilatildeo de mosto eacute fundamental para que se obtenha um mosto brilhante

livre de sedimentos uma vez que o grau de eficiecircncia da filtraccedilatildeo influi directamente na

qualidade da cerveja final Filtraccedilotildees deficientes podem trazer problemas na fermentaccedilatildeo do

mosto e originar a formaccedilatildeo de produtos indesejaacuteveis na cerveja

Assim promove-se a separaccedilatildeo do mosto da fase insoluacutevel composta pelas cascas do gratildeo de

cevada e por alguns liacutepidos e proteiacutenas entre outros componentes designada de dreche A

dreche resultante desta separaccedilatildeo eacute actualmente utilizada como componente na raccedilatildeo animal

e constitui objecto principal deste projecto

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Page 10: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 3

Apoacutes a obtenccedilatildeo do mosto liacutempido segue-se a etapa de ebuliccedilatildeo do mosto na qual o mosto eacute

aditado com extracto de luacutepulo e aquecido a temperaturas superiores a 100 ordmC O elevado

aquecimento tem como finalidade promover a esterilizaccedilatildeo do mosto destruiccedilatildeo das

enzimas solubilizaccedilatildeo e isomerizaccedilatildeo dos princiacutepios activos do luacutepulo coagulaccedilatildeo das

proteiacutenas concentraccedilatildeo do mosto e eliminaccedilatildeo de substacircncias volaacuteteis indesejaacuteveis

Contudo a ebuliccedilatildeo deveraacute ser suficientemente vigorosa para garantir que se atinge os

objectivos descritos mas suficientemente suave para evitar excessivas oxidaccedilotildees do mosto

A fabricaccedilatildeo do mosto termina com a etapa de clarificaccedilatildeo do mosto promovida por um

processo de decantaccedilatildeo Nesta etapa ocorre a separaccedilatildeo do precipitado proteico e dos

componentes de luacutepulo natildeo solubilizados do mosto quente O precipitado recolhido desta

etapa eacute novamente introduzido no processo na fase de sacarificaccedilatildeo e denominado de

trouble

A fase que se segue a fermentaccedilatildeo requer o arrefecimento do mosto ateacute temperaturas

proacuteximas da temperatura inicial da fermentaccedilatildeo (temperatura agrave qual a levedura natildeo eacute

destruiacuteda e o seu desenvolvimento eacute favorecido) e o seu arejamento satisfazendo as

necessidades da levedura em oxigeacutenio (nutriente fundamental para a reconstituiccedilatildeo da

parede da ceacutelula e seu crescimento) antes de inocular a levedura no mosto Apoacutes a

inoculaccedilatildeo da levedura no mosto o mosto eacute enviado para as cubas cilindro-coacutenicas Durante

esta etapa os accediluacutecares do mosto por acccedilatildeo da levedura satildeo transformados em etanol dioacutexido

de carbono e energia (reacccedilatildeo exoteacutermica)

energiaOHHCCOOHC ++rarr 5226126 22

A fermentaccedilatildeo ocorre em meio anaeroacutebio a temperaturas controladas e tem a duraccedilatildeo de

cerca de 7 dias terminando com a deposiccedilatildeo da levedura no fundo da cuba cilindro-coacutenica

possibilitando desta forma a sua remoccedilatildeo para posterior reaproveitamento Durante a

fermentaccedilatildeo existe a produccedilatildeo de subprodutos que embora presentes em pequenas

quantidades contribuem para o aroma da cerveja tais como aldeiacutedos aacutelcoois superiores e

esteacuteres

A etapa seguinte agrave da fermentaccedilatildeo designa-se por etapa de maturaccedilatildeo que consiste no

armazenamento da cerveja a baixas temperaturas a fim de permitir a libertaccedilatildeo dos

compostos volaacuteteis indesejaacuteveis como o diacetilo (responsaacutevel pelo sabor amanteigado da

cerveja) Terminada esta etapa segue-se a estabilizaccedilatildeo a frio na qual os complexos de

proteiacutenas e polifenoacuteis e levedura precipitam a baixa temperatura garantindo o equiliacutebrio

coloidal e evitando assim a sua dissoluccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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America 2005

Page 11: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 4

A clarificaccedilatildeo da cerveja eacute a uacuteltima etapa de produccedilatildeo da cerveja na qual satildeo eliminados

por filtraccedilatildeo os uacuteltimos elementos de turvaccedilatildeo ainda em suspensatildeo conferindo limpidez agrave

cerveja Finalizada a etapa de filtraccedilatildeo a cerveja estaacute em condiccedilotildees de seguir para o

enchimento podendo este ser em garrafa lata ou barril

Durante todo o processo de produccedilatildeo da cerveja efectua-se o controlo de qualidade nas

diferentes etapas do processo de forma a garantir natildeo soacute a inexistecircncia de contaminaccedilotildees

mas tambeacutem o cumprimento dos paracircmetros especificados

12 Contributos do Trabalho

Este projecto teve como objectivos principais a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do

processo de utilizaccedilatildeo de subprodutos da induacutestria cervejeira e o desenvolvimento de

procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer

O subproduto principal da produccedilatildeo da cerveja dreche representa cerca de 85 dos

resiacuteduos totais do processo A sua riqueza em nutrientes nomeadamente proteiacutenas celulose

e polissacariacutedeos natildeo celuloacutesicos (arabinoxilanas) tem despertado interesse em diversos tipos

de aplicaccedilotildees biotecnoloacutegicas como substrato na cultivaccedilatildeo de microorganismos produtos de

valor acrescentado (aacutecido feruacutelico proteiacutenas e arabinoxilanas) e produccedilatildeo de enzimas ou

simplesmente como aditivo No entanto apesar dos diversos potenciais de aplicaccedilatildeo a

utilizaccedilatildeo actual eacute essencialmente na alimentaccedilatildeo animal

Contudo surgiu a possibilidades de valorizaccedilatildeo da dreche extraindo produtos de valor

acrescentado da sua composiccedilatildeo proteiacutenas e polissacariacutedeos O interesse da extracccedilatildeo das

arabinoxilanas adveacutem do facto destas serem fibras dieteacuteticas presentes numa grande

variedade de cereais podendo constituir uma parcela significativa da ingestatildeo de fibras

alimentares humanas e a presenccedila do grupo fenoacutelico na sua estrutura confere propriedade

adicional como antioxidante As proteiacutenas extraiacutedas da dreche satildeo do tipo hordeiacutenas e tem um

papel importante na nutriccedilatildeo humana e animal

Sendo a dreche um fonte barata de proteiacutenas e fibras foi desenvolvido um processo extractivo

de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche agrave escala laboratorial No entanto o processo

extractivo tem como finalidade a aplicaccedilatildeo industrial existindo deste modo a necessidade de

efectuar a simulaccedilatildeo do processo em condiccedilotildees de aplicaccedilatildeo industrial Poreacutem a avaliaccedilatildeo

econoacutemico do projecto eacute fundamental quando se pretende avaliar as possibilidades de lucro

de um projecto ou decidir entre potenciais alternativas e desta forma poder avaliar natildeo soacute a

viabilidade do mesmo como tambeacutem ter uma perspectiva do investimento de capital

necessaacuterio

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

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bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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McGraw-Hill International Editions New York 1991

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Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 12: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Introduccedilatildeo 5

O desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados representa uma mais-valia

para o processo de produccedilatildeo na instalaccedilatildeo Piloto Unicer uma vez que garantem o

cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de trabalho no decorrer do processo de

produccedilatildeo

13 Organizaccedilatildeo da Tese

Esta tese organiza-se em quatro capiacutetulos No primeiro introduccedilatildeo eacute feita uma

contextualizaccedilatildeo e motivaccedilatildeo do tema a tratar optimizaccedilatildeo de sistemas na induacutestria

cervejeira Definem-se os objectivos a atingir e satildeo apresentados alguns conceitos e

terminologias mais relevantes de forma a contextualizar a importacircncia do trabalho

desenvolvido

No Capiacutetulo 2 estado da arte eacute apresentado o estado actual da arte sobre o problema

objecto do presente trabalho optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de utilizaccedilatildeo

de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo normalizados de boas

praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer referindo os estudos cientiacuteficos tecnoloacutegicos

e conhecimento da empresa

No Capiacutetulo 3 descreve-se de forma pormenorizada o trabalho desenvolvido no acircmbito desta

tese para atingir os objectivos propostos Neste capiacutetulo eacute apresentado o trabalho de

optimizaccedilatildeo incluiacutedo a simulaccedilatildeo a niacutevel industrial e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche cervejeira e o trabalho desenvolvido para a

elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Por uacuteltimo no capiacutetulo de conclusatildeo apresentam-se as consideraccedilotildees finais e conclusotildees a

partir das quais se identificaram toacutepicos de interesse com vista a possiacutevel trabalho futuro

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Page 13: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 7

2 Estado da Arte

21 Valorizaccedilatildeo da dreche

O principal subproduto da produccedilatildeo de cerveja dreche apresenta elevado valor nutritivo

contudo tem recebido pouca atenccedilatildeo como mateacuteria-prima De um ponto de vista econoacutemico e

ecoloacutegico o actual destino da dreche para a raccedilatildeo animal pode ser considerado uma soluccedilatildeo

ideal no entanto sendo constituiacuteda por cerca de 20 de proteiacutenas e 28 de polissacariacutedeos

natildeo celuloacutesicos (essencialmente arabinoxilanas) a sua utilizaccedilatildeo poderia estender-se agrave

utilizaccedilatildeo das fibras alimentares e proteiacutenas na nutriccedilatildeo humana e assim obter uma maior

valorizaccedilatildeo da dreche

Pelo poder nutritivo elevado e baixo custo alternativas tem surgido para assegurar uma saiacuteda

sustentaacutevel a niacutevel mundial para a dreche A ingestatildeo de dreche ou derivados apresenta

benefiacutecios para a sauacutede acelera o tracircnsito intestinal aumenta a massa fecal total reduz o

colesterol aumenta a excreccedilatildeo de mateacuteria gorda e ajuda a prevenir o aparecimento de

pedras na vesiacutecula biliar (Fastnaught et al 2001)

A conversatildeo da dreche em farinhas tem sido explorada pela induacutestria de panificaccedilatildeo na

confecccedilatildeo de diversos produtos como patildeo e bolachas No entanto algumas limitaccedilotildees podem

surgir quando utilizada para fins alimentares visto que provocam uma alteraccedilatildeo de sabor cor

e textura dos alimentos quando utilizadas grandes quantidades de farinha de dreche (Oumlztuumlrk

et al 2002)

A dreche pode tambeacutem ser usada para a obtenccedilatildeo de energia quer por combustatildeo directa ou

gaseificaccedilatildeo Estudos desenvolvidos por Okamoto et al (1999) mostraram que a conversatildeo da

dreche em gaacutes eacute uma fonte alternativa de energia que natildeo produz efeitos ambientalmente

adversos

A natureza fibrosa da dreche originou a sua investigaccedilatildeo como

mateacuteria-prima na produccedilatildeo de papel (Ishiwaki et al 2000) tendo sido utilizada na produccedilatildeo

de toalhas de papel e cartotildees

Do ponto de vista da reutilizaccedilatildeo na induacutestria cervejeira estaacute provado que a utilizaccedilatildeo de

extracto de concentrado de dreche no fermentador eacute um eficaz agente anti-espuma sem

afectar a qualidade da cerveja (Mussato et al 2006)

A dreche eacute uma fonte de produtos com valor acrescentado em processos industriais tendo

sido desenvolvido pela empresa Heineken (Heineken et al 2010) um processo simples e

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Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 14: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 8

flexiacutevel que separa a dreche em duas diferentes categorias de produtos as proteiacutenas e as

fibras O extracto proteico constituiacutedo por proteiacutenas e gorduras e pobre em fibras torna-o

adequado agrave alimentaccedilatildeo de animais natildeo ruminantes (por exemplo suiacutenos e aves) O produto

rico em fibras e pobre em proteiacutenas podem ser usado na produccedilatildeo sustentaacutevel de energia

teacutermica

Com o intuito de responder agrave necessidade de valorizaccedilatildeo do subproduto principal da induacutestria

cervejeira foi feita uma anaacutelise de caracterizaccedilatildeo da fracccedilatildeo polipeptiacutedica e polissacariacutedica

de amostras de diferentes lotes de dreche permitindo desta forma tirar conclusotildees

relativamente agrave variabilidade da sua composiccedilatildeo

Os estudos efectuados permitiram inferir que a dreche possui cerca de 75 de humidade

pelo que as anaacutelises de caracterizaccedilatildeo realizadas restringiram-se agrave massa seca Verificando-se

que a dreche seca eacute constituiacuteda por 4 de cinzas 75 de liacutepidos 10 de proteiacutenas e uma

percentagem de accediluacutecares superior a 50

De entre os accediluacutecares presentes na dreche os mais abundantes satildeo a glucose representando

20 a 30 e arabinoxilanas com 23 a 35

Perante os resultados obtidos na anaacutelise da composiccedilatildeo da dreche identificou-se alguma

variabilidade na composiccedilatildeo de accediluacutecares natildeo apresentado no entanto percentagens inferiores

a 50 e nas proteiacutenas embora no geral as proteiacutenas encontradas sejam as mesmas

As anaacutelises realizadas permitiram identificar 62 a 81 do material presente na dreche com

um rendimento de 56-83 kg de arabinoxilanas e 130-140 kg proteiacutenas por tonelada de dreche

Face aos resultados obtidos na caracterizaccedilatildeo da dreche foi desenvolvido um processo

extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da Dreche cervejeira constituiacutedo por trecircs extracccedilotildees

sequenciais alcalinas tendo em vista a maacutexima extracccedilatildeo

A integraccedilatildeo dos resultados experimentais permitiu chegar a um processo sequencial capaz

de extrair 65 de arabinoxilanas e 96 de proteiacutenas com um consumo reduzido e

reutilizaccedilatildeo de reagentes o que origina a formaccedilatildeo de um subproduto (tratamento

destilaccedilatildeo) Podendo no entanto por duplicaccedilatildeo da quantidade de reagente alcalino

utilizado atingir niacuteveis de extracccedilatildeo superiores 74 de arabinoxilanas e 98 de proteiacutenas

Apesar de existir uma maior extracccedilatildeo dos componentes de interesse na utilizaccedilatildeo de

quantidades superiores de reagentes as diferenccedilas natildeo satildeo significativas face aos custos

associados O aumento da temperatura de operaccedilatildeo para o dobro no decorrer do tratamento

alcalino proporciona a diminuiccedilatildeo do tempo de tratamento de 24 h para 2 h sem diminuiccedilatildeo

dos niacuteveis de extracccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 15: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 9

Devido a problemas de contaminaccedilatildeo e de elevado consumo de reagentes o processo

extractivo encontra-se neste momento condicionado a duas extracccedilotildees sucessivas de

concentraccedilatildeo crescente do reagente alcalino capaz de extrair apenas 24 de arabinoxilanas

e 76 de proteiacutenas (Figura 1) Devido a reduccedilatildeo substancial de extracccedilatildeo de arabinoxilanas eacute

necessaacuterio efectuar a simulaccedilatildeo deste processo e respectiva optimizaccedilatildeo de modo a avaliar a

viabilidade do mesmo a niacutevel industrial objectivo deste trabalho O estudo de viabilidade de

um processo pressupotildeem a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo como objectivo final a

validaccedilatildeo do processo e a estimativa do custo de capital necessaacuterio

Figura 1- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas e proteiacutenas da dreche

Vaacuterios estudos tecircm surgido recentemente na extracccedilatildeo das arabinoxilanas de subprodutos

Bataillon et al (1998) combinam a deslignificaccedilatildeo com cloreto de soacutedio e extracccedilatildeo alcalina

para obter preparados de arabinoxilanas de farelo de trigo Os extractos de arabinoxilanas satildeo

purificados por microfiltraccedilatildeo e posteriormente secos por atomizaccedilatildeo (Figura 2) obtendo-se

um rendimento e pureza de 13 e 75 respectivamente

Dreche + Agente Alcalino

Centrifugaccedilatildeo

Extracto A

Acidificar com aacutecido A

Centrifugaccedilatildeo

Proteiacutenas Extracto 1

Acidifica com aacutecido B + Solvente A

Decantaccedilatildeo

Resiacuteduo B Arabinoxilanas

Nova extracccedilatildeo

Resiacuteduo A

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

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McGraw-Hill International Editions New York 1991

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Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

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Page 16: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 10

Figura 2- Esquema do processo extractivo de arabinoxilanas do farelo de trigo (Adaptado de Izydorczyk et al

2007)

A anaacutelise econoacutemica de um processo requer a estimativa do custo de capital necessaacuterio e

custos de produccedilatildeo podendo estes ser determinados com base no meacutetodo factorial (Coulson et

al 1989) Este meacutetodo permite estimar o investimento de capital baseado no custo de

LavagemDecantaccedilatildeo

Resiacuteduo liacutequido

Resiacuteduo Liacutequido

Farelo de trigo natildeo celuloacutesico

Deslignificaccedilatildeo (2h70 ordmC pH 3)

Lavagem

Deslignificaccedilatildeo do farelo

NaCl

H2SO4

Extracccedilatildeo de arabinoxilanas (6h 40 ordmC)

Decantaccedilatildeo NaOH

Resiacuteduo Liacutequido

Precipitaccedilatildeo pH 48

Centrifugaccedilatildeo

Sobrenadante

Microfiltraccedilatildeo Tangencial

Retido

Atomizaccedilatildeo

Arabinoxilanas purificadas

H2SO4

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

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Page 17: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Estado da Arte 11

compra das principais peccedilas de equipamento sendo os outros custos estimados por meio de

factores do custo de equipamento

Para determinar a viabilidade de projecto e efectuar escolhas entre possiacuteveis esquemas de

processamento alternativos eacute necessaacuterio efectuar uma estimativa dos custos de operaccedilatildeo e

custos de produccedilatildeo do produto Os custos de produccedilatildeo satildeo subdivididos em custos fixos de

operaccedilatildeo que natildeo dependem do niacutevel de produccedilatildeo (manutenccedilatildeo matildeo de obra custo de

capital entre outros) e os custos variaacuteveis de operaccedilatildeo que dependem da quantidade de

produto produzido (mateacuterias-primas serviccedilos auxiliares entre outros)

Na avaliaccedilatildeo de projectos existem diferentes criteacuterios de anaacutelise de investimento no entanto

o criteacuterio mais difundido para a anaacutelise financeira de projectos eacute o Valor Actualizado Liacutequido ndash

VAL O VAL corresponde ao valor calculado pelo somatoacuterio das receitas custo de operaccedilatildeo e

investimento actualizados ou descontados para o momento de arranque do projecto

sumsum== +

minus+

=m

kk

n

tt i

I

i

CFVAL

00 )1()1( (21)

Na equaccedilatildeo anterior i representa a taxa de rentabilidade I as despesas de investimento no

periacuteodo k e CF o fluxo de caixa obtido no periacuteodo t

Como regra de decisatildeo apenas devem ser aceites projectos que apresentem um VAL superior

ou igual a zero uma vez que representa o valor em unidade monetaacuteria com referecircncia a uma

determinada data resultante do investimento no projecto depois de pagos os custos e

encargos incluindo-se nestes a taxa de rentabilidade exigida

22 Procedimentos de Operaccedilatildeo Normalizados (SOP)

As actuais teacutecnicas de higiene usadas em unidades de processamento e manipulaccedilatildeo de

alimentos devem incluir o desenvolvimento e a implementaccedilatildeo de procedimentos

operacionais normalizados (SOP- standard operating and procedures) Estes satildeo muito

especiacuteficos e centram-se em actividades tarefas ou funccedilotildees de rotina ou repetidas dentro das

instalaccedilotildees ou do sistema de gestatildeo (Lelieveld et al 2005)

Um SOP eacute um documento escrito que consiste numa instruccedilatildeo que descreve todas as etapas e

actividades de um processo ou procedimento Estas devem ser realizadas sem qualquer desvio

ou alteraccedilatildeo de modo a garantir o resultado esperado O SOP deve ser actualizado

regularmente para assegurar o cumprimento dos requisitos regulamentares e praacuteticas de

trabalho pelo que como objectivo deste projecto a actualizaccedilatildeo das SOP da unidade piloto

da Unicer eacute um procedimento importante para as boas praacuteticas de trabalho nas instalaccedilotildees

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 18: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 12

3 Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados

31 Valorizaccedilatildeo da dreche

No seguimento dos objectivos propostos para este trabalho numa fase inicial do projecto

efectuou-se o acompanhamento do processo de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira a niacutevel laboratorial com o intuito de realizar o levantamento da situaccedilatildeo

actual do processo e obter uma melhor percepccedilatildeo das caracteriacutesticas fiacutesicas dos produtos

extraiacutedos nas diferentes fases do processo de extracccedilatildeo

A avaliaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo permitiu identificar algumas limitaccedilotildees

bull Elevado custo de reagentes com um consumo de solvente A de elevada pureza de

cerca de 12 m3 por tonelada de dreche tratada (Tabela 1)

bull A realizaccedilatildeo do tratamento alcalino agrave temperatura ambiente condiciona o tempo de

execuccedilatildeo do processo com duraccedilatildeo de 24 h

Os dados presentes na Tabela 1 referentes ao consumo de reagentes por tonelada de dreche

tratada foram obtidos em estudos anteriores em fase de elaboraccedilatildeo do processo extractivo

de proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 1- Quantidade de reagentes utilizadas no processo de extracccedilatildeo

Reagente Extracccedilatildeo 1 Extracccedilatildeo 2

Agente alcalino (kg) 231 578

Aacutecido A (kg) 417 153

Aacutecido B (kg) 7 66

Solvente A (m3) 52 59

Subproduto 64 591

A identificaccedilatildeo das principais limitaccedilotildees do processo de extracccedilatildeo inicialmente proposto

permitiu a elaboraccedilatildeo do diagrama processual a niacutevel industrial (Figura 3)

O diagrama processual proposto possibilita a recuperaccedilatildeo do solvente A a reduccedilatildeo do tempo

de execuccedilatildeo do tratamento alcalino de 24 h para 2 h por aumento da temperatura de

operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC e a diminuiccedilatildeo do custo de reagentes

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 19: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 13

A combinaccedilatildeo das duas correntes apoacutes tratamento a diferentes concentraccedilotildees do agente

alcalino permite diminuir a quantidade de reagentes a utilizar nas fases subsequentes

relativamente agrave quantidade de reagentes utilizada no caso de serem feitas extracccedilotildees

independentes

O processo de extracccedilatildeo foi dimensionado com o objectivo de extrair de subprodutos de valor

acrescentado da dreche produzida no centro de produccedilatildeo de Leccedila de Balio Dados fornecidos

pela Unicer estimam a produccedilatildeo diaacuteria de 120 toneladas de dreche o que corresponde a uma

produccedilatildeo anual de 57 000 toneladas

Figura 3- Diagrama processual da extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

A simulaccedilatildeo do processo extractivo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche foi realizado

inicialmente recorrendo agrave ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus No entanto devido agrave

natureza biotecnoloacutegica dos diversos constituintes da dreche natildeo foi possiacutevel estimar as

propriedades termodinacircmicas uma vez que estas natildeo existem na base de dados do Aspen

Plus Assim como alternativa de simulaccedilatildeo foi realizado o estudo a niacutevel industrial utilizando

os resultados obtidos experimentalmente como ponto de partida agrave simulaccedilatildeo do processo de

extracccedilatildeo a niacutevel industrial Tendo-se considerado

Extracccedilatildeo de 76 das proteiacutenas presentes na dreche

O precipitado proteico aleacutem de proteiacutenas conteacutem 7 do total de arabinoxilanas e 3

de cada soluccedilatildeo utilizada

A filtraccedilatildeo apoacutes o tratamento alcalino apresenta 20 de retenccedilatildeo

Extracccedilatildeo de 24 de arabinoxilanas

O precipitado de arabinoxilanas conteacutem 7 de cada soluccedilatildeo utilizada

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 20: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 14

Dreche 6 8

RX

Reactor 1

Reactor 2

Filtro 1

Filtro 2

Alcalino A 4 Alcalino B

5A 7

M1 3

Arabinoxilanas

A simulaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo foi realizada atraveacutes do balanccedilo material agraves correntes

(Figuras 4 e 5) para as quais se obteve os valores indicados na Tabelas 2 e 3

Figura 4- Diagrama processual do tratamento alcalino

Tabela 2- Balanccedilo material do reagente alcalino

Dados Corrente

Dreche Alcalino A

3 4 Alcalino B

5A 6 7 RX 8

Q (th-1) 50 100 150 30 61 91 120 73 18 193

Q (m3h-1) 111 100 211 42 60 102 169 82 21 251

Figura 5- Diagrama processual de extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Tabela 3- Balanccedilo material agrave extracccedilatildeo das proteiacutenas e arabinoxilanas

Dados Corrente

Aacutecido A

10 11 Aacutecido B

Proteiacutenas Solvente A

14 15 Arabinoxilanas

Q (th-1) 14 202 191 04 11 491 685 636 49

Q (m3h-1) 11 261 253 03 09 622 878 748 -

Solvente A Aacutecido B

M2 8

Aacutecido A

10 11 Centriacutefuga M3

Filtro 3

14

15 Proteiacutena

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 21: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 15

Sendo objectivo deste projecto a realizaccedilatildeo do estudo de viabilidade econoacutemica do processo

recorreu-se ao meacutetodo factorial para determinaccedilatildeo do custo de capital tendo por base a

estimativa do custo de equipamento Deste modo estimou-se o custo de aquisiccedilatildeo de cada

equipamento do processo de extractivo atraveacutes do seu dimensionamento recorrendo a

heuriacutesticas dados e correlaccedilotildees existentes em literatura (Peters et al 1991Couper et al

2005Paul et al 2004)

Reactores e Misturadores

Factor de seguranccedila nos reactores 20 (caudal potecircncia do agitador)

Tempo de passagem nos reactores 24 h e 2 h

LD do reactor 15 em que L eacute a altura de liacutequido no reactor e D o diacircmetro do

reactor

Niacutevel de liacutequido no reactor maacuteximo permitido 2 D

Potecircncia requerida pelo agitador 37 kW45 m3 para reacccedilotildees com transferecircncia de

calor e 73 kW45 m3 para mistura de liacutequidos

Velocidade de rotaccedilatildeo do agitador 6 ms-1para mistura de liacutequidos e 46 ms-1 para

reacccedilotildees com transferecircncia de calor

A espessura do reactor depende da pressatildeo relativa de projecto P em Pa do raio

interno do tanque ir em m tensatildeo S em Pa corrosatildeo C em m e da eficiecircncia E

Admitindo que o material eacute de accedilo inox do tipo S285 e admitindo que natildeo haacute corrosatildeo

71094S times= Pa 085E =

PES

rPT i

timesminustimestimes

=60

(31)

O custo associado ao reactor vC depende do peso do reactor oequipamentm (entre 4000 e

12 x 106 kg) e eacute dado por

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln1825507756exp oequipamentoequipamentV mmC ++= (32)

O custo associado ao agitador de accedilo de carbono gitadorCa em US $ depende da potecircncia

de agitaccedilatildeo (cuja gama de valores corresponde a 07 ltkW lt2942)

2)(lnlnexp HPcHPbaCagitador ++=

(33)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 22: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 16

O dimensionamento dos reactores e custos associados apresentados na Tabela 4 satildeo

referentes ao reactor 1 e 2 agrave temperatura de 20 ordmC e reactor 1A e 2A para a temperatura de

40 ordmC

Tabela 4- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo dos reactores

CaracteriacutesticaEquipamento Reactor 1 Reactor 1A Reactor 2 Reactor 2A

Caudal (m3h-1) 25 25 12 12

Temperatura (ordmC) 20 40 20 40

Tempo de Passagem (h) 24 2 24 2

Volume (m3) 608 51 295 25

Diacircmetro (m) 80 35 63 28

Peso (t) 28 5 17 3

Custo Reactor (keuro) 154 50 109 37

Custo Agitador (keuro) 55 35 34 23

Consumo aacutegua 70 ordmC (th-1) - 14 - 87

Custo de aacutegua 70 ordmC (keuroano-1) - 38 - 23

A anaacutelise do dimensionamento e dos custos associados aos reactores a diferentes

temperaturas permitiu inferir que o aumento da temperatura de operaccedilatildeo origina um custo

de utilidade total (aacutegua quente) de 60 keuroano-1 No entanto esse aumento eacute compensado pela

reduccedilatildeo do tempo de operaccedilatildeo e consequente volume do reactor conduzindo assim a uma

reduccedilatildeo de 207 keuro no custo de equipamento

O dimensionamento e determinaccedilatildeo dos custos associados presentes nas Tabela 5 e 6 satildeo

referentes aos misturadores de correntes M1 M2 e M3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 23: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 17

Tabela 5- Dimensionamento dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Caudal (m3h-1) 30 31 105

Temperatura (ordmC) 20 20 20

Tempo de Passagem (h) 02 02 02

Volume (m3) 75 78 263

Diacircmetro (m) 19 19 28

Peso (t) 15 16 35

Tabela 6- Custos de aquisiccedilatildeo dos misturadores

CaracteriacutesticaEquipamento M1 M2 M3

Custo Reactor (keuro) 24 24 38

Custo Agitador (keuro) 12 13 21

Filtraccedilatildeo

Na estimativa preliminar de custos considerou-se o filtro rotativo de vaacutecuo como modelo

de simulaccedilatildeo

O fluxo de filtrado considerando partiacuteculas finas eacute de 305 kgm-2h-1 e de 1220 kgm-2h-1

para partiacuteculas de grandes dimensotildees (Seider et al 2004)

Segundo Inge et al (2007) a dimensatildeo das partiacuteculas apoacutes a realizaccedilatildeo do tratamento

alcalino eacute de 180 microm Assim para os filtros 1 e 2 considerou-se partiacuteculas de grandes

dimensotildees

O custo de aquisiccedilatildeo de equipamento depende da aacuterea de filtraccedilatildeo A em m2

[ ] [ ][ ]2)ln(05540)ln(1905043211exp AACp times+timesminus= (34)

As principais caracteriacutesticas necessaacuterias agrave previsatildeo dos principais custos do equipamento de

filtraccedilatildeo Tabela 7 satildeo obtidas de uma forma muito aproximada uma vez que seraacute necessaacuterio

recorrer a testes laboratoriais para uma melhor caracterizaccedilatildeo dos sistemas de filtraccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 24: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 18

Tabela 7- Dimensionamento e custos dos equipamentos de filtraccedilatildeo

CaracteriacutesticaEquipamento Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3

Caudal Alimentaccedilatildeo (th-1) 12 7 64

Fluxo de Permeado (kgm-2h-1) 1220 1220 303

Aacuterea de Filtraccedilatildeo (m2) 98 59 208

Custo Equipamento (keuro) 139 119 629

Centriacutefuga

O caudal da alimentaccedilatildeo Q depende da velocidade terminal de queda da partiacutecula

0u e do termo de capacidade da centriacutefugasum (Coulson et al 1989)

sum= 0uQ (35)

A velocidade terminal de queda da partiacutecula depende do diacircmetro da partiacutecula d da

densidade das partiacuteculas sρ da densidade do liacutequido ρ da aceleraccedilatildeo graviacutetica g

e da viscosidade do liacutequido micro

microρρ

18)(2 2

0

gdu s minus= (36)

O tamanho das partiacuteculas de precipitado proteico depende do sistema de precipitaccedilatildeo

no entanto tem um tamanho tiacutepico de 01 a 50 microm (Bell et al 1983)

A densidade do precipitado proteico por precipitaccedilatildeo atraveacutes do ponto isoeleacutectrico

das proteiacutenas eacute de aproximadamente 1291 kgm3 (Bell et al1983)

A densidade do liacutequido eacute de 1246 kgm3 Determinada tendo por base a composiccedilatildeo da

mistura

Considerou-se a viscosidade do liacutequido igual agrave da aacutegua 0001 Pas

O custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga depende apenas do caudal de soacutelidos S na

soluccedilatildeo a tratar

30120000 SCp = (37)

As principais caracteriacutesticas da centriacutefuga e respectivo custo de aquisiccedilatildeo apresentados na

Tabela 8 satildeo referentes agrave purificaccedilatildeo do precipitado proteico

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 25: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 19

Tabela 8- Dimensionamento e custo de aquisiccedilatildeo da centriacutefuga

CaracteriacutesticaEquipamento Centriacutefuga

Caudal Alimentaccedilatildeo (m3h-1) 25

0u (ms-1) 12 x 10-5

sum (m2) 960

Custo de Equipamento (keuro) 108

Colunas de destilaccedilatildeo

Soma de 12 m no topo e 18 m no fundo da coluna de destilaccedilatildeo

Factor de seguranccedila do nuacutemero de pratos de 16

Altura maacutexima admitida da coluna de destilaccedilatildeo eacute 533 m

A razatildeo entre a altura e diacircmetro da coluna menor que 30

Espaccedilamento entre pratos de 06 m

Tipo de pratos Sieve

Diacircmetro dos orifiacutecios dos pratos 19 times 10-2 m

O dimensionamento das colunas de destilaccedilatildeo foi realizado recorrendo agrave ferramenta de

Simulaccedilatildeo Aspen Plus

A ferramenta de simulaccedilatildeo Aspen Plus permite atraveacutes da utilizaccedilatildeo de modelos de colunas

de destilaccedilatildeo aproximados determinar o nuacutemero de andares da coluna e razatildeo de refluxo

miacutenima para a separaccedilatildeo pretendida Posteriormente utiliza-se um modelo de colunas de

destilaccedilatildeo rigoroso que permite por utilizaccedilatildeo dos resultados obtidos no modelo aproximado

efectuar a simulaccedilatildeo rigorosa da separaccedilatildeo obtendo as caracteriacutesticas dimensionais das

colunas de destilaccedilatildeo e a quantidade de calor necessaacuteria remover e fornecer ao condensador

e reebulidor respectivamente

Uma vez que a pureza maacutexima do solvente A natildeo eacute exigida podendo ser inferior a pureza

utilizada inicialmente (antes da reciclagem) O reaproveitamento dos reagentes por

destilaccedilatildeo eacute possiacutevel atraveacutes de duas destilaccedilotildees sucessivas sendo que na coluna C1 eacute

separado o solvente A dos restantes componentes (corrente de saiacuteda) e na coluna C2 pelo

facto do aacutecido A possuir um ponto de ebuliccedilatildeo superior ao da aacutegua e solvente A a separaccedilatildeo

eacute completa saindo na corrente de resiacuteduo 3 (Figura 6) Uma vez que a corrente de resiacuteduo

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 26: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 20

possui elevada percentagem de solvente A o reciclo da corrente agrave coluna C1 permite a

reutilizaccedilatildeo do solvente A

Figura 6- Diagrama processual de recuperaccedilatildeo do solvente A

Devido agrave existecircncia de iotildees X+ e Y- em soluccedilatildeo apoacutes destilaccedilotildees sucessivas ocorre a formaccedilatildeo

de um subproduto Devido ao seu ponto de ebuliccedilatildeo sairaacute pelo fundo da coluna de destilaccedilatildeo

juntamente com o aacutecido A O facto do produto do fundo da coluna ser constituiacutedo

essencialmente por aacutegua aacutecido A e subproduto natildeo pode ser reintroduzido novamente no

processo Assim para que seja possiacutevel a utilizaccedilatildeo do aacutecido A recuperado eacute necessaacuterio

efectuar a separaccedilatildeo dos restantes componentes (fora do acircmbito deste trabalho) As

composiccedilotildees dos diferentes produtos da destilaccedilatildeo satildeo apresentadas na Tabela 9

Tabela 9- Composiccedilatildeo maacutessica dos produtos da destilaccedilatildeo

O custo de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo e dos pratos na coluna foi determinado

recorrendo a heuriacutesticas (Tabela 10)

O custo associado agrave aquisiccedilatildeo e instalaccedilatildeo de cada coluna de destilaccedilatildeo pC em US $

atraveacutes da equaccedilatildeo

PLVMp CCFC += (38)

Componente () Corrente Solvente A Corrente Resiacuteduo 3

Solvente A 849 003

Aacutecido A - 50

Aacutecido B 06 0002

Aacutegua 145 932

Subproduto - 18

C1

C2

Resiacuteduo 2

Saiacuteda

Entrada

Solvente A

Resiacuteduo 3

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

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Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 27: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 21

Para colunas de destilaccedilatildeo cujo peso varie entre 4 e 1134 toneladas o custo da

coluna vazia eacute dado por vC que depende da oequipamentm

( )[ ] ( )[ ] 2ln022970ln18255003747exp ColunaColunaV mmC ++= (39)

O peso da coluna colunam depende da densidade do accedilo carbono carbono accediloρ do

diacircmetro interno da coluna iD da espessura da parede da coluna de destilaccedilatildeo st e

da altura do equipamento

( )( ) carbonoaccedilosisiColuna tDLtDm ρπ 80++= (310)

O factor FM eacute 1 para material de construccedilatildeo em accedilo carbono

Para colunas de destilaccedilatildeo com mDi 3790 ltlt e mL 85128 ltlt o custo das

plataformas PLC em US $ corresponde a

( ) ( ) 8016106331601237 LDC iPL = (311)

O custo inerente agrave instalaccedilatildeo dos pratos TC em US $ foi estabelecido atraveacutes da

equaccedilatildeo

BTTMTTNTTT CFFFNC = (312)

O custo base BTC em $ para pratos perfurados com diacircmetro entre 06 e 49 m eacute

dado por

( )iBT DC times= 17390exp369 (313)

O factor NTF depende do nuacutemero de andares da coluna TN se 20gtTN 1=NTF no

entanto caso 20ltTN NTNTF04141

252=

Os factores TTF e TMF satildeo ambos iguais a 1 uma vez os pratos satildeo perfurados e o

material de construccedilatildeo eacute o accedilo carbono

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 28: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 22

Tabela 10- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo

CaracteriacutesticasEquipamento Coluna C1 Coluna C2

Nuacutemero de Pratos 7 5

Andar da Alimentaccedilatildeo 6 4

Razatildeo de Refluxo 1 1

Comprimento da Coluna (m) 85 73

Diacircmetro da Coluna (m) 38 24

Peso da Coluna (t) 176 54

Condensador (GJh-1) -1083 -559

Reebulidor (GJh-1) 1233 559

Custo Equipamento (keuro) 180 83

Permutadores

Os permutadores considerados no processo satildeo utilizados nas colunas de destilaccedilatildeo de

recuperaccedilatildeo do solvente A O dimensionamento dos permutadores teve por base os resultados

obtidos na simulaccedilatildeo das colunas de destilaccedilatildeo que permitiram obter o calor necessaacuterio

remover no condensador e o calor necessaacuterio fornecer no reebulidor os caudais envolvidos e

as diferenccedilas de temperatura entre a entrada e saiacuteda dos permutadores relativamente agrave

corrente a tratar (Tabela 11)

A simulaccedilatildeo dos quatro permutadores existentes no processo de extracccedilatildeo foi realizada

recorrendo ao Aspen Exchanger Design and Rating Esta ferramenta de simulaccedilatildeo permite

obter o caudal de utilidade (aacutegua fria aacutegua quente vapor) necessaacuterio dimensionamento do

permutador e custo de aquisiccedilatildeo associado (Tabela 11) No entanto para efectuar a simulaccedilatildeo

eacute necessaacuterio ter em conta algumas heuriacutesticas sendo os valores obtidos a partir destas

introduzidos nos dados de entrada da aplicaccedilatildeo

Para um permutador de carcaccedila e tubos o diacircmetro externo dos tubos eacute de 0019 m e o

comprimento dos tubos eacute de 49 m

A distacircncia dos anteparos depende do diacircmetro da carcaccedila iD tendo-se

considerado iD02 times

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Page 29: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 23

Para uma passagem nos tubos uma carcaccedila de diacircmetro interno de 03 m apresenta uma

aacuterea de transferecircncia de 279 m2 diacircmetro interno de carcaccedila de 06 m e uma aacuterea de

transferecircncia de 1236 m2 Para um diacircmetro interno de carcaccedila de 09 m a aacuterea de

transferecircncia eacute de 2973 m2 Para efeitos de projecto considerou-se que a carcaccedila

apresenta um diacircmetro de 09 m

As utilidades utilizadas na simulaccedilatildeo dos permutadores satildeo aacutegua e vapor nas condiccedilotildees de

pressatildeo e temperatura dos sistemas de fornecimento destas utilidades nas instalaccedilotildees da

Unicer

Tabela 11- Dimensionamento e custos de aquisiccedilatildeo do reebulidor e condensador

Caracteriacutesticas Equipamento

Condensador 1 Reebulidor 1 Condensador 2 Reebulidor 2

TEntrada (ordmC) 79 87 99 100

Tsaiacuteda (ordmC) 71 140 93 120

Utilidade Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Aacutegua 20 ordmC 4 bar

Vapor 158 ordmC 5 bar

Caudal Utilidade (th-1) 1033 52 573 26

Tsaiacuteda utilidade (ordmC) 45 151 45 151

Aacuterea (m2) 196 196 196 205

Nordm Tubos 709 709 709 740

Custo (keuro) 80 48 48 47

Apoacutes a obtenccedilatildeo dos custos de aquisiccedilatildeo de equipamentos principais eacute possiacutevel inferir que o

custo total de equipamento para o processo de extracccedilatildeo eacute de 1718 keuro No entanto fica

excluiacutedo desta anaacutelise o custo referente aos tanques de armazenamento de reagentes

resiacuteduos e produtos

O aquecimento dos reactores 1A e 2A pode efectuar-se usando o vapor condensado

proveniente dos reebulidores das colunas de destilaccedilatildeo Admitindo que a temperatura de

saiacuteda das camisas dos reactores eacute de 90 ordmC satildeo necessaacuterios 95 th-1 de vapor condensado

Os custos de equipamentos foram determinados tendo por base a actualizaccedilatildeo dos custos

(Ludwing et al 1995) ao ano corrente Janeiro 2010 atraveacutes do Iacutendice de Custo de

Engenharia Quiacutemica (CEPCI) A actualizaccedilatildeo dos custos realiza-se atraveacutes da utilizaccedilatildeo do

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 30: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 24

custo obtido 1eC para determinado CEPCI 1I para determinar o custo actual 2eC para do

CEPCI actual 528I2 = (Icis Pincing 2010)

times=

1

212

I

ICC ee (314)

A utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial para estimativa do investimento de capital eacute possiacutevel atraveacutes

da utilizaccedilatildeo das Tabelas 12 e 13 tendo por base o custo de equipamento determinado

anteriormente ( eC ) e o custo de instalaccedilatildeo ( iC )

Tabela 12- Custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos pelo meacutetodo factorial

Custos de Instalaccedilatildeo Factor Custo Custo (keuro)

Montagem Equipamento 045 eC 773

Tubagem 045 eC 773

Instrumentaccedilatildeo 015 eC 256

Electricidade 01 eC 172

Edifiacutecios (Processo) 01 eC 172

Serviccedilos Auxiliares 045 eC 773

Armazeacutens 02 eC 344

Preparaccedilatildeo do local 005 eC 86

Edifiacutecios auxiliares 02 eC 344

O custo de instalaccedilatildeo dos equipamentos obtido com base na utilizaccedilatildeo do meacutetodo factorial eacute

de 5413 keuro o qual seraacute ponto de partida para a estimativa dos custos indirectos ( ndCi )

Tabela 13- Custo de indirectos pelo meacutetodo factorial

Custos de Indirectos Factor Custo Custo (keuro)

Projecto de Engenharia 025 iC 1353

Empreiteiro 005 iC 271

Contingecircncia 01 iC 541

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 31: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 25

Os custos indirectos e os custos de instalaccedilatildeo por sua vez permitem obter o capital fixo fC

O capital circulante corresponde a 15 do capital fixo cC permitindo assim obter o

investimento de capital IC atraveacutes da equaccedilatildeo

fc CCIC += (315)

Assim eacute possiacutevel obter um investimento de capital de 8715 keuro tendo-se considerado um

investimento de capital de 8800 keuro

Os custos de produccedilatildeo aos quais estatildeo associados os custos variaacuteveis de produccedilatildeo e os custos

fixos de produccedilatildeo descritos na Tabela 14 representam um custo anual de 44 069 keuro

Tabela 14- Custos de produccedilatildeo

Custos de produccedilatildeo Factor de custo Custo (keuroano-1)

Reagentes Tabela 11 41 081

Materiais diversos 01 x CM 38

Serviccedilos auxiliares Tabela 12 2951

Manutenccedilatildeo (CM) 005 x Cf 380

Matildeo-de-obra (M) - 156

Supervisatildeo 02 x M 31

Encargos gerais 05 x M 78

Seguro 001 x Cf 76

A estimativa de custo de reagentes foi obtida tendo por base o consumo reagentes e o

respectivo preccedilo segundo dados fornecidos pela Unicer (Tabela 15) tendo-se obtido um

custo anual de 41 081 keuro

Tabela 15- Custo de reagentes por tonelada de dreche tratada

Reagentes Custo (euro) Quantidadet Dreche Custo (eurot Dreche)

Agente Alcalino (kg) 7775 449 35

Aacutecido A (kg) 1200 1466 176

Aacutecido B (m3) 08 006 494

Solvente A (m3) 09 09 7668

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 32: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 26

Os serviccedilos auxiliares incluem os custos associados as utilidades necessaacuterias ao processo

sendo estas vapor aacutegua aacutegua pura (para as soluccedilotildees) Pelo facto de existir aacutegua quente

resultante da destilaccedilatildeo (reebulidores) o custo e consumo de aacutegua quente para o

aquecimento dos reactores natildeo eacute contabilizado tal como explicado anteriormente sendo

apenas contabilizado o vapor e aacutegua necessaacuterios agrave destilaccedilatildeo e o consumo de aacutegua

proveniente da preparaccedilatildeo das soluccedilotildees (Tabela 16)

Tabela 16- Custo anual de utilidades

Utilidade Custo (euro) Consumo (tano-1) Custo (keuroano-1)

Vapor (158 ordmC 5bar) 55t 622 312 2800

Aacutegua (20 ordmC 4bar) 001m3 12 853 480 137

Aacutegua Pura 01m3 131 840 14

Apoacutes a estimativa dos custos associados ao processo procedeu-se agrave avaliaccedilatildeo econoacutemica do

mesmo efectuando primeiramente uma anaacutelise criacutetica aos valores obtidos Ou seja perante

os custos estimados e a estimativa de vendas dos produtos efectuou-se a anaacutelise

relativamente aos custos de reagentes e vendas correspondentes Dados fornecidos pela

Unicer estimam que o preccedilo de venda das proteiacutenas e arabinoxilanas eacute de 6 eurokg-1 para cada

um dos produtos Assim atraveacutes da quantidade de produto que eacute possiacutevel obter determinou-

se o custo de venda associado (Tabela 17)

Tabela 17- Produccedilatildeo anual e receitas anuais de proteiacutenas e arabinoxilanas

Produto Produccedilatildeo (tano-1) Venda (eurokg-1) Venda (keuroano-1)

Proteiacutenas 4086 6 24 515

Arabinoxilanas 540 6 3240

Avaliando as receitas anuais 27 754 keuro e comparando com o custo de reagentes associado

41 081 keuro eacute possiacutevel inferir que o projecto natildeo eacute viaacutevel uma vez que o custo de reagentes eacute

muito superior as receitas associadas

Para que o processo fosse considerado viaacutevel seria necessaacuterio que o custo de reagentes fosse

reembolsaacutevel pelas vendas do produto Para que tal seja possiacutevel o preccedilo de venda dos

produtos teria de ser superior sendo o preccedilo miacutenimo de 89 eurokg-1 para ambos os produtos

Considerando o preccedilo de venda miacutenimo dos produtos determinado procedeu-se a agrave avaliaccedilatildeo

econoacutemica do processo atraveacutes de anaacutelise cuidada aos primeiros 9 anos de activo da

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 33: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 27

empresa A Tabela 18 apresenta o estudo efectuado em 10 anos sendo que o primeiro ano eacute

considerado o ano de arranque do processo periacuteodo de investimento Na Tabela 18 natildeo estatildeo

representados todos anos aos quais se fez anaacutelise considerando-se um periacuteodo de

amortizaccedilatildeo de 6 anos uma taxa de imposto sobre os lucros de 30 e uma taxa de

rentabilidade de 15

Tabela 18 - Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 90 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 37 052 41 169 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro)

0 17 628 26 442 39 662 44 069 39 662

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 0 0

Custos totais (keuro) 0 19 815 28 629 41 849 44 790 40 383

RAI 0 -3347 -3927 -4797 -3621 -3331

RL 0 -2343 -2749 -3358 -2534 -2331

CF 0 -876 -1282 -1891 -2534 -2331

VA -8800 -762 -970 -818 -953 -576

VA Acumulado -8800 -9562 -10 532 -13 997 -14 950 -16 951

A avaliaccedilatildeo do processo durante 9 anos de activo permitiu inferir que o lucro anual liacutequido

nunca atinge valores positivos o que significa que o projecto eacute economicamente inviaacutevel

apresentando um valor actual liacutequido (VAL) inferior a zero

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto efectuou-

se uma avaliaccedilatildeo ao factor limitante do processo o custo de solvente A Assim realizou-se a

avaliaccedilatildeo do efeito do preccedilo do solvente A na viabilidade do processo verificando-se que a

diminuiccedilatildeo do preccedilo de solvente A para 062 euroL-1 (Icis pricing 2010) proporciona uma

diminuiccedilatildeo do custo de reagentes para 32 018 keuroano-1

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 34: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 28

O preccedilo de venda de 6 eurokg-1 de proteiacutenas e arabinoxilanas conduz agrave inviabilidade o processo

uma vez que o custo de reagentes eacute superior ao retorno das vendas Assim tal como realizado

anteriormente na nova avaliaccedilatildeo econoacutemica assumiu-se como preccedilo de venda dos produtos

89 eurokg-1 (Tabela 19)

Tabela 19- Anaacutelise econoacutemica dos 10 anos de activo da empresa com diminuiccedilatildeo do custo de solvente A

Custos 0 1 2 5 6 10

Vendas 0 40 60 80 90 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 37 052 37 052

Investimento (keuro) 8800 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 14 003 21 004 28 005 31 506 31 506

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 720 720 720 720 720

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 1467 1467 1467 1467 0

Custos totais (keuro) 0 16 190 23 191 30 192 33 693 32 227

RAI 0 -278 1510 2743 3359 4826

RL 0 195 1057 1920 2351 3378

CF 0 1661 2524 3387 3818 3378

VA -8800 1444 1908 1684 1651 835

VA Acumulado -8800 -7355 -5447 -168 1483 5814

Avaliando os valores obtidos na anaacutelise econoacutemica do processo eacute possiacutevel inferir que a

alteraccedilatildeo no preccedilo do solvente A conduz agrave viabilidade do processo obtendo-se um VAL

positivo com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos

Com o intuito de realizar melhorias que possam conduzir agrave viabilidade do projecto sem que

para isso seja necessaacuterio efectuar um aumento do preccedilo de venda dos produtos efectuou-se

um levantamento de potenciais melhorias ao projecto Assim uma vez que o passo limitante

do processo eacute a extracccedilatildeo das arabinoxilanas pelo facto de necessitar de um elevado

consumo de reagentes e energia alternativas a este processo poderatildeo conduzir agrave diminuiccedilatildeo

dos custos e consequentemente viabilidade do projecto

A proposta de melhoria na extracccedilatildeo da arabinoxilanas adveacutem da extracccedilatildeo de arabinoxilanas

do farelo de milho proposta por Izydorczyk et al (2007) Tal com proposto a extracccedilatildeo de

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

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Page 35: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 29

arabinoxilanas do farelo de milho eacute realizada atraveacutes de microfiltraccedilatildeo e sendo o principal

constituinte da dreche a cevada tambeacutem um cereal poder-se-ia extrair as arabinoxilanas da

soluccedilatildeo resultante da extracccedilatildeo proteica por microfiltraccedilatildeo Aacute semelhanccedila daquilo que

ocorre no processo desenvolvido por Izydorczyk et al (2007) apoacutes tratamento alcalino e

reduzindo o pH momento de precipitaccedilatildeo proteica o sobrenadante resultante da

centrifugaccedilatildeo poderia ser tratado por microfiltraccedilatildeo tangencial

Devido agrave impossibilidade de realizaccedilatildeo de experiencias laboratoriais que permitissem tirar

conclusotildees relativamente agrave eficiecircncia de extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo natildeo

foi possiacutevel obter os resultados de extracccedilatildeo nem dados experimentais que permitam

dimensionar o sistema de filtraccedilatildeo No entanto agrave semelhanccedila daquilo que foi efectuado para

os restantes equipamentos realizou-se uma estimativa do custo de equipamento e custos de

operaccedilatildeo do sistema de filtraccedilatildeo para que desta forma seja possiacutevel tirar conclusotildees

relativamente agrave viabilidade de alteraccedilatildeo ao processo de extracccedilatildeo

Esta estimativa preliminar auxilia na tomada de decisatildeo relativamente a trabalho futuro

nomeadamente a investimento no projecto de melhoria do processo actual de extracccedilatildeo

A Figura 7 permite atraveacutes do conhecimento do caudal da corrente de entrada estimar o

custo de equipamento tendo em consideraccedilatildeo o tipo de fluxo envolvido tendo-se

considerado fluxo meacutedio como estimativa

Figura 7- Custo de equipamento em funccedilatildeo do caudal de alimentaccedilatildeo para um sistema de microfiltraccedilatildeo

(Adaptado de Vickers et al 2005)

Recorrendo aos dados da Tabela 3 e utilizando a Figura 7 determinou-se o custo do

equipamento de microfiltraccedilatildeo sendo este de 66 keuro Como forma de verificaccedilatildeo do valor

Custo de Equipam

ento

(US $ (m

3dia

-1 x 264))

Capacidade (m3d-1 x 264) 20 ordmC

Fluxo elevado

Fluxo meacutedio

Fluxo baixo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

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1995

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Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

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bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

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bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

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23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

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bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 36: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 30

obtido recorreu-se a informaccedilatildeo descrita na literatura que refere que o custo de capital

associado a um sistema de microfiltraccedilatildeo apresenta valores de 106 a 212 eurom-3dia-1 (Rosaler

et al 2002) o que corresponde a custo de capital de 65 a 131 keuro Uma vez que o custo de

equipamento estimado se encontra muito proacuteximo do limite inferior para o custo de um

sistema de microfiltraccedilatildeo optou-se por utilizar um valor intermeacutedio da gama de valores

apresentada 98 keuro

A comparaccedilatildeo do custo do equipamento na extracccedilatildeo das arabinoxilanas com o custo de

equipamento de filtraccedilatildeo permite inferir que o investimento de capital reduz

consideravelmente de 8800 keuro para 3600 keuro respectivamente Perante este resultado poder-

se-ia considerar que o investimento na extracccedilatildeo por filtraccedilatildeo em detrimento da extracccedilatildeo

por precipitaccedilatildeo eacute uma mais-valia para o processo No entanto eacute necessaacuterio ter em

consideraccedilatildeo os custos de operaccedilatildeo envolvidos pelo que se utilizou novamente a anaacutelise

econoacutemica de projectos para identificar o projecto mais rentaacutevel recorrendo novamente ao

indicador de anaacutelise financeira de projectos VAL

Para tal efectuou-se agrave semelhanccedila do estudo realizado anteriormente a avaliaccedilatildeo da

evoluccedilatildeo econoacutemica do projecto num periacuteodo de actividade de 10 anos (Tabela 21) A

avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo de extracccedilatildeo de arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo originou

a alteraccedilatildeo dos custos de serviccedilos auxiliares e reagentes Estas alteraccedilotildees advecircm do facto de

natildeo ser contabilizado neste novo processo o custo de vapor e aacutegua fornecidos agraves colunas de

destilaccedilatildeo nem o consumo de solvente A e aacutecido B Por outro lado devido agrave inexistecircncia de

destilaccedilatildeo e consequentemente fornecimento de aacutegua quente proveniente dos reebulidores

existe um custo acrescido de aacutegua quente para aquecimento dos reactores Deste modo eacute

necessaacuterio efectuar o aquecimento dos reactores atraveacutes da utilizaccedilatildeo da aacutegua proveniente

do tanque de condensados existente na Unicer a qual se encontra a uma temperatura de

cerca de 70 ordmC Na Tabela 20 satildeo apresentados as alteraccedilotildees aos custos de reagentes e

serviccedilos auxiliares para os diferentes processos processo proposto (precipitaccedilatildeo) sem

alteraccedilatildeo modificaccedilatildeo do preccedilo do solvente A e processo novo (microfiltraccedilatildeo)

Tabela 20- Custos de reagentes e serviccedilos auxiliares para os diferentes processos

Custos variaacuteveis Processo Proposto Processo Novo

Vapor 158 ordmC 5 bar (keuroano-1) 2800 -

Aacutegua (keuroano-1) 137

(20 ordmC) 60

(70 ordmC)

Reagentes (keuroano-1) 41 081 8433

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 37: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 31

Efectuando a avaliaccedilatildeo aos custos processuais do novo processo do mesmo modo que

determinado anteriormente para o processo actual obteve uma diminuiccedilatildeo dos custos

processuais de 80 Na Tabela 21 natildeo estatildeo representados todos anos aos quais se fez

anaacutelise

Tabela 21- Anaacutelise econoacutemica de 10 anos de activo do processo novo

32 Procedimentos de operaccedilatildeo normalizados

Para o desenvolvimento de um documento que descreva todas as etapas e actividades do

processo de produccedilatildeo de cerveja na instalaccedilatildeo piloto Unicer realizou-se o acompanhamento

do processo produtivo de forma a identificar o modo de funcionamento das diferentes etapas

do processo A identificaccedilatildeo do modo de procedimento pressupocircs o estudo do funcionamento

do autoacutemato que controla todo o sistema de produccedilatildeo e acompanhamento do processo

produtivo permitindo identificar as diferentes tarefas executadas pelo responsaacutevel de

produccedilatildeo

Posteriormente realizou-se o documento que permite a execuccedilatildeo de cada tarefa envolvida no

processo de produccedilatildeo tendo para tal elaborado quatro documentos que permitem a

Custos 0 1 2 6 7 10

Vendas 0 40 60 80 100 90

Vendas (keuro) 0 16 468 24 701 32 935 41 169 37 052

Investimento (keuro) 3600 0 0 0 0 0

Custos variaacuteveis de Produccedilatildeo (keuro) 0 3385 5077 6770 8462 7616

Custos fixos de Produccedilatildeo (keuro) 0 454 454 454 454 454

Amortizaccedilotildees (keuro) 0 600 600 600 0 0

Custos totais 0 3839 5531 7224 8916 8170

RAI 0 12 029 18 570 25 111 32 253 28 982

RL 0 8420 12 999 17 578 22 577 20 287

CF 0 9020 13 599 18 178 22 577 20 287

VA -3600 7844 10 282 7859 8488 5015

VA Acumulado -3600 4244 14 526 48 311 56 798 74 212

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 38: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Descriccedilatildeo Teacutecnica e Discussatildeo dos Resultados 32

reproduccedilatildeo do processo produtivo sendo estes brassagem filtraccedilatildeo ebuliccedilatildeo decantaccedilatildeo

filtraccedilatildeo arejamento do mosto e sementeira Os SOP elaborados obedeceram agrave seguinte

estrutura

Objectivo e Campo de Aplicaccedilatildeo

Responsabilidades

Descriccedilatildeo referecircncias conduccedilatildeo do processo e controlo do processo (caracteriacutesticas do

produto e paracircmetros do processo)

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 39: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 33

4 Conclusotildees

O presente trabalho teve como objectivos a optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da

dreche cervejeira demonstrou-se que a reduccedilatildeo do tempo de tratamento alcalino de 24 h

para 2 h atraveacutes do aumento da temperatura de operaccedilatildeo de 20 ordmC para 40 ordmC constitui uma

vantagem para o processo A alteraccedilatildeo do tempo de execuccedilatildeo do tratamento alcalino

proporciona a diminuiccedilatildeo do tamanho e custo dos equipamentos associados contribuindo

assim para a reduccedilatildeo do investimento de capital em 11 O processo proposto permite ainda

a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes a recuperaccedilatildeo do Solvente A por destilaccedilatildeo e a

diminuiccedilatildeo do consumo de utilidades atraveacutes de integraccedilatildeo energeacutetica

O investimento de capital necessaacuterio para o processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e

arabinoxilanas da dreche eacute de 8800 keuro A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo permitiu concluir

que o processo natildeo eacute viaacutevel economicamente existindo um custo fixo de produccedilatildeo anual de

720 keuro um custo variaacutevel anual de produccedilatildeo de 44 069 keuro e um custo de reagentes anual de

41 081 keuro para vendas anuais no valor de 41 169 keuro No entanto a viabilidade do processo eacute

possiacutevel com um periacuteodo de recuperaccedilatildeo de 6 anos se o preccedilo do reagente principal

solvente A for inferior ao inicialmente indicado em 30 Contudo este processo implica o

aumento do preccedilo de venda dos produtos inicialmente proposto de 6 keurokg-1 para 89 keurokg-1

Foi ainda proposto um novo processo de extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche

que permite uma optimizaccedilatildeo no consumo de reagentes e um menor investimento inicial Este

novo processo alternativo considera a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo

tangencial e proporciona uma diminuiccedilatildeo de 59 nos custos de investimento

A avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo alternativo proposto para o preccedilo de venda de cada um

dos produtos de 6 keurokg-1 permitiu concluir que o processo eacute economicamente viaacutevel

apresentando um custo fixo anual de produccedilatildeo de 454 keuro um custo variaacutevel anual de 8462 keuro

e um custo de reagentes anual de 8433 keuro e vendas anuais no valor de 27 754 keuro

Perante os resultados obtidos eacute possiacutevel concluir que o desenvolvimento de um processo de

extracccedilatildeo que inclua a extracccedilatildeo das arabinoxilanas por microfiltraccedilatildeo tangencial eacute uma

mais-valia para a valorizaccedilatildeo da dreche cervejeira

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 40: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Conclusotildees 34

Relativamente agrave elaboraccedilatildeo dos procedimentos de operaccedilatildeo normalizados eacute possiacutevel concluir

que dada a importacircncia destes documentos as boas praacuteticas de trabalho na instalaccedilatildeo Piloto

Unicer seratildeo garantidas

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 41: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 35

5 Avaliaccedilatildeo do trabalho realizado

51 Objectivos Realizados

Os objectivos deste trabalho passavam pela optimizaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo

de utilizaccedilatildeo de subprodutos e o desenvolvimento de procedimentos de operaccedilatildeo

normalizados de boas praacuteticas de fabrico na instalaccedilatildeo Piloto Unicer Globalmente estes

objectivos foram realizados com sucesso tendo-se conseguido optimizar o processo de

extracccedilatildeo de proteiacutenas e arabinoxilanas da dreche reduzindo o tempo de tratamento

alcalino diminuindo o consumo de reagentes e serviccedilos auxiliares (realizando integraccedilatildeo

energeacutetica) efectuado a avaliaccedilatildeo econoacutemica do processo tendo no entanto obtido resultados

natildeo satisfatoacuterios e elaboraccedilatildeo das SOP

Contudo efectuando algumas alteraccedilotildees a niacutevel da anaacutelise econoacutemica do processo proposto

foi possiacutevel atingir a viabilidade econoacutemica do processo Foi possiacutevel ainda atraveacutes da

proposta de modificaccedilatildeo do processo de extracccedilatildeo propor uma unidade de microfiltraccedilatildeo para

extracccedilatildeo da arabinoxilanas em lugar da precipitaccedilatildeo obtendo assim um processo mais

econoacutemico e viaacutevel

52 Outros Trabalhos Realizados

Este trabalho consistiu na optimizaccedilatildeo de um sistema de higienizaccedilatildeo industrial em regime

Limpeza no local (CIP- cleaning in place) para o qual se fez o levantamento da situaccedilatildeo

actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria

O controlo dos paracircmetros de qualidade e a permanecircncia destes durante longos periacuteodos de

tempo eacute de extrema importacircncia estando relacionado com o sabor cheiro estabilidade e cor

da cerveja No entanto os factores de qualidade natildeo podem ser garantidos exclusivamente

pelo controlo do processo de produccedilatildeo existindo a necessidade de efectuar o controlo das

operaccedilotildees de higienizaccedilatildeo de toda a linha de produccedilatildeo

Deste modo higienizaccedilatildeo eacute um factor muito importante na produccedilatildeo da cerveja A

higienizaccedilatildeo deveraacute assegurar a eliminaccedilatildeo das sujidades visiacuteveis e natildeo visiacuteveis (restos de

produto corpos estranhos resiacuteduos de produtos quiacutemicos) e a destruiccedilatildeo de microrganismos

patogeacutenicos e de deterioraccedilatildeo ateacute niacuteveis que natildeo coloquem em causa a sauacutede dos

consumidores e a qualidade do produto Deveraacute ainda ser respeitada a integridade das

superfiacutecies de trabalho e deveraacute haver o cuidado de eliminar qualquer quiacutemico utilizado no

processo de higienizaccedilatildeo

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 42: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 36

O sistema CIP consiste numa instalaccedilatildeo especiacutefica para higienizaccedilatildeo em circuito fechado Eacute

um sistema automaacutetico de limpeza da unidade de produccedilatildeo raacutepido e eficiente que efectua a

limpeza de todo o equipamento e tubagem sem necessidade de desmantelamento dos

equipamentos A sua utilizaccedilatildeo apresenta algumas vantagens sendo a reduccedilatildeo dos tempos de

limpeza a limpeza uniforme e segura e a optimizaccedilatildeo do uso de aacutegua e detergentes

A optimizaccedilatildeo dos sistemas CIP eacute um factor importante na seguranccedila e qualidade do produto

sendo para isso necessaacuterio estabelecer um balanccedilo oacuteptimo entre os quiacutemicos utilizados a

mecacircnica a temperatura e os tempos sem deixar de lado os aspectos ambientais (Bylund et

al 2003)

Este trabalho teve como objectivo contribuir para a melhoria dos niacuteveis de higienizaccedilatildeo dos

equipamentos intervenientes na produccedilatildeo de cerveja garantindo a seguranccedila qualidade do

produto e funcionalidade do sistema tirando o proveito maacuteximo do sistema CIP

A execuccedilatildeo deste trabalho pressupocircs o acompanhamento de vaacuterios CIPs agrave unidade industrial

efectuando um levantamento da situaccedilatildeo actual

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull A bomba de retorno do CIP-M502 apresenta ruiacutedos e vibraccedilotildees

bull Falha de programaccedilatildeo no aquecimento da soda no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull O caudal de envio eacute superior ao caudal de retorno do CIP o que origina

acumulaccedilatildeo no sistema e consequente paragem sucessiva da bomba de envio de

CIP ndash M501

bull Condutividade da soda insuficiente

bull O aacutecido eacute aquecido no CIP agrave caldeira de ebuliccedilatildeo

bull Incrustaccedilotildees nas cubas 9 e 10 apoacutes o CIP

Posteriormente foram avaliadas e propostas eventuais melhorias ao sistema

bull Acompanhar novamente um CIP agraves cubas realizando anaacutelises de concentraccedilatildeo de

soda antes e apoacutes higienizaccedilatildeo ndash A diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo de soda pode ser

devida a eventuais diluiccedilotildees durante o processo de higienizaccedilatildeo

bull Substituir a bomba M502 por uma de potecircncia equivalente agrave bomba de envio de

CIP o que poderaacute originar alteraccedilotildees nas tubagens

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 43: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Avaliaccedilatildeo do Trabalho Realizado 37

bull Verificar se a programaccedilatildeo do sistema prevecirc a abertura da vaacutelvula V516 no passo

de recirculaccedilatildeo de soda

bull Efectuar alteraccedilatildeo do sistema de programaccedilatildeo para fecho da vaacutelvula V427nos

passos de recirculaccedilatildeo da soda enxaguamento da soda e vazatildeo da caldeira

Apoacutes a avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo actual e identificaccedilatildeo de oportunidades de melhoria eacute

necessaacuterio efectuar a implementaccedilatildeo das melhorias aprovadas para posteriormente proceder

agrave validaccedilatildeo apoacutes implementaccedilatildeo dessas melhorias e desta forma garantir a eficiecircncia do

sistema CIP tirando o proveito maacuteximo do mesmo

53 Limitaccedilotildees e Trabalho Futuro

O Processo de simulaccedilatildeo utilizando o simulador Aspen Plus revelou-se uma ferramenta

limitada para o processo biotecnoloacutegico em estudo pela incapacidade de determinara as

propriedades termodinacircmicas dos componentes envolvidos Assim a exclusatildeo do programa de

simulaccedilatildeo em virtude da realizaccedilatildeo da simulaccedilatildeo a niacutevel industrial recorrendo a heuriacutesticas e

correlaccedilotildees existentes em literatura revelou-se uma tarefa complexa envolvendo o controlo

de muitas variaacuteveis

Destaca-se a necessidade de efectuar um estudo mais aprofundado da recuperaccedilatildeo do

solvente A por destilaccedilatildeo de modo a obter o proveito maacuteximo das unidades envolventes bem

como a diminuiccedilatildeo do consumo de reagentes Propotildee-se ainda como trabalho futuro a

elaboraccedilatildeo de um processo de purificaccedilatildeo do aacutecido A para reutilizaccedilatildeo no processo

A possiacutevel substituiccedilatildeo do processo de purificaccedilatildeo das arabinoxilanas por precipitaccedilatildeo pelo

processo de purificaccedilatildeo por microfiltraccedilatildeo eacute um caso a ter em consideraccedilatildeo pelas suas

vantagens a niacutevel econoacutemico Assim propotildeem-se como trabalho futuro o estudo da

viabilidade realizando estudos a niacutevel laboratorial da extracccedilatildeo de arabinoxilanas da dreche

por microfiltraccedilatildeo

54 Apreciaccedilatildeo final

O desenvolvimento deste projecto na Unicer ndash Centro de Produccedilatildeo de Leccedila do Balio revelou-se

uma boa experiecircncia pessoal e profissional que contribuiu significativamente para a

aprendizagem de novos conhecimentos e novas competecircncias Foram aplicados

conhecimentos adquiridos ao longo do curso na Faculdade de Engenharia bem como a

capacidade de encontrar soluccedilotildees para problemas existentes

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

bull Bylund G Dairy Processing Handbook Tetra Pack Processing Systems AB Sweeden

1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

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bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

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and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

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breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

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23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

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McGraw-Hill International Editions New York 1991

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Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 44: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Tiacutetulo da tese

Referecircncias 39

6 Referecircncias

bull Battaillon M et al Extraction and purification of arabinoxylan from destarched wheat bran in a pilot scale Industrial Crop and Products 8 37-43 1998

bull Bell D J Hoare M Dunnill P Advances in Biochemical Engineering

BiotechnologyThe Formation of Protein Precipitates and Their Centrifugal Recovery

Springer Berlin Heidelberg 1983

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1995

bull Coulson J M Richardson J F Backhurst J R Harker J H Sinnott R K

Tecnologia Quiacutemica Uma Introduccedilatildeo ao Projecto em Tecnologia Quiacutemica Fundaccedilatildeo

Calouste Gulbenkian Lisboa 1989

bull Couper JR Penney WR Fair JR Walas S M Chemical Process Equipment -

Selection and Design Gulf Professional Publishing is an imprint of Elsevier

Amsterdam 2005

bull Fastnaught CE Handbook of Dietary Fiber Barley Fiber Marcel Dekker New York

519ndash542 2001

bull Heineken et al Treatment of brewersacutespent grain Upgrading by-products

meetingmbaacom2005programabstractsO-8html acedido a 9 de Junho de 2010

bull Icis pricing wwwicispricingcom acedido a 1 de Julho de 2010

bull Inge C Brud K Delcour J A Enzymatic Hydrolysis of BrewersacuteSpent Grain Proteins

and Technofunctional Properties of the Resulting Hydrolysates Journal of Agricultural

and Food Chemistry 55 8703-8710 2007

bull Ishiwaki N Murayama H Awayama H Kanauchi O Sato T Development of

high value uses of spent grain by fractionation technology Master Brewers Association

of America Technical Quarterly 37 261ndash265 2000

bull Kunze W Technology Brewing and Malting 2nd Edition VLB Berlin (1999)

bull Lelieveld HLM Mostert MA amp Holah J Handbook of Hygiene Control in the Food

Industry CRC Press Boca Raton Boston New York 2005

bull Ludwing EE Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants Gulf

professional Publishing Boston 1995

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005

Page 45: Mestrado Integrado em Engenharia Química · Keywords: Spent grains, proteins, arabinoxylans, microfiltration. i ... Figura 7- Custo de equipamento em função do caudal de alimentação

Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira

Referecircncias 40

bull Mussatto S Dragone G Rocha G RobertoI Optimum operating conditions for

breweracutes spent grain soda pulping Carbohydrate Polymers6422-28 (2006)

bull Okamoto H Kitagawa Y Minowa T Ogi T Thermal-catalytic conversion of high

moisture spent grains to a gaseous fuel Master Brewers Association of America

Technical Quarterly 36 239ndash241 (1999)

bull Oumlztuumlrk S Oumlzboy Ouml Cavidoglu I Koumlksel H Effects of brewersrsquo spent grain on the

quality and dietary fibre content of cookies Journal of the Institute of Brewing 108

23ndash27 (2002)

bull Paul EL Atiemo-Obeng VA Kresta SM Handbook of Industrial Mixing Science and

Practice Hoboken Wiley Interscience United Sates of America 2004

bull Peters M S Timmerhaus K D Plant Design and Economics for Chemical Engineers

McGraw-Hill International Editions New York 1991

bull Seider W D Seader J D Lewin D R Product amp Process Design Principles John

Wiley amp Sons Inc New York 2004

bull Vickers J C Manual of water supply practices Microfiltration and Ultrafiltration

Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of

America 2005