Modelagem, simulação e otimização de um túnel de pasteurização na produção de cerveja

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dilay, Emerson
Data de Publicação: 2003
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/79721
Resumo: Orientador: Prof. Dr. José Viriato C. Vargas
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPEVargas, José Viriato Coelho, 1958-Dilay, Emerson2024-05-24T13:23:57Z2024-05-24T13:23:57Z2003https://hdl.handle.net/1884/79721Orientador: Prof. Dr. José Viriato C. VargasDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa Interdisciplinar de Pós-Graduação em EngenhariaInclui referências: p. 55-58Resumo: Neste estudo foram realizadas a modelagem matemática, a simulação e a otimização computacional de um túnel de pasteurização usado na produção da cerveja. O trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático para análise energética e busca a redução do consumo energético da instalação pela otimização de parâmetros de projeto e operação. O equipamento foi fisicamente modelado de modo simplificado sendo dividido em volumes de controle (elementos de volume). A análise por uma metodologia de elementos de volume pode ser entendida como uma melhoria do método de análise concentrada ("lumped analysis"), uma vez que isso permite acrescentar uma dependência espacial para as grandezas em análise, discretizando o sistema contínuo em elementos de volume. A malha resultante não necessita ser muito refinada, como em outros métodos numéricos, uma vez que as equações governantes são originadas de um modelo termodinâmico, com apenas equações algébricas e equações diferenciais ordinárias. Os resultados numéricos do modelo foram validados a luz de dados experimentais de temperatura, medidos com um registrador móvel de temperatura num túnel existente na Companhia Cervejaria Brahma (Ambev) em Curitiba, PR, para uma determinada condição de operação. A seguir, a análise paramétrica demonstra a resposta esperada do sistema em função da variação de temperaturas, de taxa de produção, diâmetros de tubulações, espessura de isolamentos e outros, do ponto de vista enérgico, isto é, busca analisar a qualidade do produto, associado a um custo enérgico mínimo. Um estudo de otimização foi conduzido com o modelo matemático validado e ajustado experimentalmente, determinando a geometria ótima para mínimo de consumo de energia total pelo túnel, identificando como restrição física o volume total do túnel (ou massa material). A influência de vários parâmetros na geometria otimizada foi investigada. Um aplicativo computacional foi desenvolvido e validado experimentalmente, podendo ser utilizado futuramente como ferramenta de projeto e otimização de túneis de pasteurização.Abstract: In this study, it was carried out the mathematical modeling, simulation and computational optimization of a pasteurization tunnel used in beer production with the aim of developing a mathematical model for energetic analysis and seek the reduction of energy consumption of the installation through the project and operating parameters optimization. The equipment was physically modeled in a simplified way being divided in control volumes (volume elements). The volume elements methodology can be understood as an improvement of the method of "lumped analysis", once it allows for a spatial dependence of the variables in the analysis, by discretizing the continuous system in volume elements. The resulting mesh does not need to be so refined as in other numerical methods, since the governing equations are based in a thermodynamic model, with only algebraic equations and ordinary differential equations. The numerical results of the model were validated with temperature experimental data, measured with a mobile temperature recorder in an existing tunnel at Brahma Brewery Company (Ambev) in Curitiba, PR, for a certain operating condition. The parametric analysis demonstrated the expected system response as a function of temperature variation, the production rate, pipe diameters and insulation thickness, from the energetic point of view, i.e., it seeks to analyze the quality of the product, associated to minimum energetic cost. An optimization study was performed with the experimentally validated and adjusted mathematical model, determining the optimal geometry for total minimum energy consumption by the tunnel, identifying as a physical constraint, the total volume of the tunnel (or mass of material). The influence of several parameters on the optimized geometry was investigated. A computational application was developed and validated experimentally, which could be used in the future as a design and optimization tool for pasteurization tunnels.xii, 85 f. : il., grafs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalCerveja - IndústriaCerveja - PasteurizaçãoEngenharia de Materiais e MetalurgiaModelagem, simulação e otimização de um túnel de pasteurização na produção de cervejainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALD - D - EMERSON DILAY.pdfapplication/pdf4985638https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/79721/1/D%20-%20D%20-%20EMERSON%20DILAY.pdf1ff7aa04cae9f807168cabf42471df9bMD51open access1884/797212024-05-24 10:23:57.988open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/79721Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-05-24T13:23:57Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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