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
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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
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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
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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
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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
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
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
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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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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
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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
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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira
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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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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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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
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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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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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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
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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
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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira
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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)
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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
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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
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
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
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
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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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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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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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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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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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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
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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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
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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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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
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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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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
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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
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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
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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
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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
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
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
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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
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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira
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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
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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
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
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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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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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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
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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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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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
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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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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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
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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
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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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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
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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
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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
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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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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
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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
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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira
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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
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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
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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
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
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
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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
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
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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
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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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Membrane for Drinking Water American Water Works Association United States of
America 2005
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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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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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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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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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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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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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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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
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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
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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
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
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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
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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira
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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
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Optimizaccedilatildeo de Processos na Induacutestria Cervejeira
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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
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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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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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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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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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
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
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
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
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
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
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
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
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