Otimização do desempenho de um processo fermentativo para produção de cerveja utilizando simulação dinâmica e análise exergética

dc.creatorMyllena Luiza Freitas Ferreira
dc.date.accessioned2023-09-06T17:59:31Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:13:12Z
dc.date.available2023-09-06T17:59:31Z
dc.date.issued2023-05-26
dc.description.abstractFermentation plays a fundamental role in beer production, and in this study, we exploredaninnovative approach to optimize this vital process. Our main goal was to performa dynamicsimulation of the concentrations of key beer components, with a focus on optimizingthetemperature profile, as well as an exergy analysis to assess the overall systemefficiency. Toachieve these objectives, we used kinetic models and optimization techniques, leveragingavailable data in the literature to propose and evaluate a comprehensive mathematicalsimulation of the fermentation process. When certain essential parameters were not readilyavailable in the literature, we employed an optimization routine to estimate them. Theresultsprovided significant values for these parameters, with Kx reaching 59.1341 g/Landtlaghaving a value of 0.3264 hours. After obtaining these crucial parameters, we validatedthemathematical simulation of the fermentation process. Using the Particle SwarmOptimization(PSO) algorithm, we achieved an optimized temperature profile for the fermenter. Ourobjective function was twofold: to minimize the fermentation time and ensure that theconcentrations of by-products (diacetyl and ethyl acetate) remained within acceptablelimits.As a result of this enhancement, we were able to reduce the fermentation time by17.5hourscompared to the performance of WEST Brewery, while also increasing theethanolconcentration. In addition to remarkable results in terms of time and concentration, wealsoconducted an exergy analysis to evaluate the efficiency of the systemas a whole. Theresultsrevealed a satisfactory efficiency of 85%, indicating robust performance and a sustainablesystem. The amount of destroyed exergy that affected the fermentation process waslow,representing only 14% of the total, further highlighting the efficiency of our method. Finally,it is worth noting that our fermentation process achieved a yield of 0.45 grams of ethanol pergram of consumed glucose, highlighting the effectiveness and potential of our approach.These results demonstrate the significant impact of our dynamic simulation and optimizationon enhancing the fermentation process, contributing to the production of high-qualitybeersina more efficient and sustainable manner.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/58514
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
dc.subjectEngenharia química
dc.subjectEngenharia de sistemas
dc.subjectEngenharia de produção
dc.subjectCerveja
dc.subjectCerveja - Fabricação
dc.subjectBebidas fermentadas
dc.subjectFermentação
dc.subjectCinética
dc.subjectTemperatura
dc.subjectQualidade dos produtos
dc.subjectExergia
dc.subjectOtimização
dc.subjectEficiência produtiva
dc.subjectGlicose
dc.subjectÁlcool
dc.subject.otherFermentação
dc.subject.otherOtimização
dc.subject.otherModelo cinético
dc.subject.otherAnálise exergética
dc.titleOtimização do desempenho de um processo fermentativo para produção de cerveja utilizando simulação dinâmica e análise exergética
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Andréa Oliveira Souza da Costa
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9333155021620480
local.contributor.referee1Erika Cristina Cren
local.contributor.referee1Suzimara Reis da Silva
local.contributor.referee1Esly Ferreira da Costa Junior
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1247338053742292
local.description.resumoA fermentação desempenha um papel fundamental na fabricação da cerveja, e neste estudo, exploramos uma abordagem inovadora para otimizar esse processo vital. Nosso objetivo principal foi realizar uma simulação dinâmica das concentrações dos elementos-chave da cerveja, com foco na otimização do perfil de temperatura, bem como uma análise exergética para avaliar a eficiência geral do sistema. Para alcançar esses objetivos, utilizamos modelos cinéticos e técnicas de otimização, aproveitando dados disponíveis na literatura para propor e avaliar uma simulação matemática abrangente do processo de fermentação. Quando certos parâmetros essenciais não estavam prontamente disponíveis na literatura, empregamos uma rotina de otimização para estimá-los. Os resultados nos forneceram valores significativos para esses parâmetros, com Kx atingindo 59,1341 g/L e tlag com um valor de 0,3264 horas. Após obter esses parâmetros cruciais, validamos a simulação matemática do processo de fermentação. Utilizando o algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO), alcançamos um perfil de temperatura otimizado para o fermentador. Nossa função objetivo foi dupla: minimizar o tempo de fermentação e garantir que as concentrações dos subprodutos (diacetil e acetato de etila) permanecessem dentro dos limites aceitáveis. Como resultado desse aprimoramento, conseguimos reduzir o tempo de fermentação em 17,5 horas em comparação com o desempenho da cervejaria WEST, além de aumentar a concentração de etanol. Além dos resultados notáveis em termos de tempo e concentração, também conduzimos uma análise exergética para avaliar a eficiência do sistema como um todo. Os resultados revelaram uma eficiência satisfatória de 85%, indicando um desempenho robusto e um sistema sustentável. A quantidade de exergia destruída que afetou o processo de fermentação foi baixa, representando apenas 14% do total, o que ressalta ainda mais a eficiência de nosso método. Para finalizar, vale destacar que nosso processo fermentativo alcançou um rendimento de 0,45 grama de etanol por grama de glicose consumida, destacando a eficácia e potencial de nossa abordagem. Esses resultados demonstram o impacto significativo de nossa simulação dinâmica e otimização no aprimoramento do processo de fermentação, contribuindo para a produção de cervejas de alta qualidade de maneira mais eficiente e sustentável.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química

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