Otimização da limpeza CIP (clean in place) por meio de vazão pulsada

• Autor(a) principal: Silva, Lucas Donizete
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26165; http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.351
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS; CIP; Engenharia Química; Vazão Pulsada; Indústria de laticínios; Controle; Indústria de laticínios - controle de processos; CFD; Fluidodinâmica computacional; leite cru

As indústrias de alimentos empenham esforços para manter a qualidade de seus produtos, reduzir custos e evitar problemas de contaminação alimentar e saúde pública. A etapa de higienização é a chave para manter em condições adequadas as superfícies dos equipamentos e tubulações. O objetivo deste trabalho foi (1) analisar a limpeza clean in place (CIP) convencionalmente empregada na indústria de laticínios; (2) avaliar o efeito da vazão pulsada na etapa de sanitização do processo CIP, (3) modelar e controlar o sistema de vazão em um protótipo simulador de linha de circulação de leite e (4) investigar os perfis de velocidades e tensão experimentados pela tubulação utilizando a técnica de fluidodinâmica computacional (CFD). Para realização deste trabalho foi utilizado um protótipo de sistema CIP com três superfícies de aço inoxidável, tipicamente presentes na indústria, no formato de dois tubos cilíndricos retos e um acessório cotovelo. Os cupons foram submetidos a contaminação natural com leite cru durante um período de duas horas a temperatura de 37ºC para promover a adesão e formação de biofilme. Em seguida, foram submetidos a higienização CIP convencional. Alternativamente, esses cupons foram contaminados e higienizados empregando vazão pulsada em diferentes configurações na etapa de sanitização, de acordo com planejamento composto central (PCC). Em ambos os cenários, as populações microbianas foram avaliadas por rinsagem e plaqueamento. O sistema de vazão foi modelado por função de transferência de primeira ordem com tempo morto (FOPDT) e o controle da vazão pulsada foi realizado por um controlador PID, o qual foi dimensionado por quatro métodos diferentes: Síntese Direta, Modelo Interno, Integral do erro absoluto ponderado pelo tempo (ITAE) e pelo método de Hagglund Astrom e ajustado com sintonia fina. Além disso, avaliou-se o uso de filtros para suavização de ruídos esporádicos de alta magnitude e ruídos de alta frequência. Simulações fluidodinâmicas utilizando software FLUENT Academic foram realizadas para investigar o comportamento da velocidade e tensão na higienização convencional e alternativa. A modelagem do sistema com função de transferência mostrou-se satisfatória para representar a dinâmica da vazão, assim como o uso de filtros suavizou os ruídos nas medidas coletadas. Na higienização, a redução do número de colônias foi mais expressiva nos trechos retos em comparação com acessório cotovelo na higienização convencional. As variáveis ondulação e período da pulsação mostraram-se significativas para remoção de células aderidas a superfície em ambos os cupons avaliados. A técnica CFD permitiu conhecer a dinâmica do escoamento em relação a velocidade e tensão de cisalhamento. As maiores ondulações W>1 promoveram maiores reduções decimais da adesão devido ao efeito anular experimentado pelas superfícies. Dessa forma, foi possível, portanto, reduzir o tempo de operação da etapa de sanitização com a estratégia de vazão pulsada assim como redução no consumo energético.