UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA Balanos de Massa e Energia em Processos de Produo de Cerveja Matheus Oliveira Silva Uberlndia, MG 2014 UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA Balanos de Massa e Energia em Processos de Produo de Cerveja Matheus Oliveira Silva Monografiadegraduaoapresentada UniversidadeFederaldeUberlndiacomo partedosrequisitosnecessriosparaa aprovaonadisciplinaEQQ32Projetode GraduaodocursodeEngenharia Qumica. Uberlndia, MG 2014 MEMBROSDABANCAEXAMINADORADAMONOGRAFIADADISCIPLINA EQQ32PROJETODEGRADUAODEMATHEUSOLIVEIRASILVA APRESENTADAUNIVERSIDADEFEDERALDEUBERLNDIA,EM12DE MARO DE 2014. BANCA EXAMINADORA: ______________________________________________ Professor Doutor Ubiraja Coutinho Filho Orientador FEQUI/UFU ______________________________________________ Professor Rubens Gedraite Examinador FEQUI/UFU RESUMO Aproduodecervejadatadadosprimrdiosdahumanidade,sendoconhecidas gravaesdeprocessosnoEgitoAntigoeemcivilizaessumrias,datadasde8000 a.C.Suapopularidadecomobebidanutritivaeapreciadacomeou,emlargaescala, quandomongesautilizaramcomoboafontealimentciaduranteseuslongosjejunse passaram a vender os mais variados tipos de cerveja produzidos por eles. Com os anos e a revoluo industrial, o processo de fabricao de cerveja sofreu inmeras atualizaes eseuconsumoexpandiu-seglobalmente,apesardequeduranteasgrandesguerras mundiais sua indstria sofreu grandes perdas e perdeu fora. Porm, com os tempos de paz e a prosperidade econmica a cerveja, em sua maioria do tipo Lager Pilsen, passou aserapreciadaemgrandeescalaerepresenta,atualmente,umfaturamentobilionrio emtodoomundo,inclusivenoBrasil.Dessaforma,faz-senecessrioconhecere entender todo seu processo para que, assim, seja possvel melhor-lo e otimiz-lo. ABSTRACT Thebeerproductionisdatedfromthehumanity'sorigins,beingknownrecordingsof processes inOld Egypt and in Sumerian civilization, dated of 8000B.C.Its popularity as nutritious drink and appreciated began when monks used it as good nutritious source duringtheirlongfastsandtheystartedtosellthemostvariedbeertypesproducedby them.Withtheyearsandtheindustrialrevolution,theprocessofbeerproduction suffered countless updating and its consumption expanded globally, although during the greatworldwarstheindustryofbeersufferedgreatlossesanditlostforce.However, withthetimesofpeaceandtheeconomicprosperity,thebeer,initsmajoritythetype LagerPilsen,passedtobeappreciatedingreatscaleanditactsnowarevenue billionaire all over the world, besides in Brazil. In that way, it is necessary to know and to understand all its process, so that will be possible to improve it and to optimize it. Sumrio Lista de Figuras.................................................................................................................i Lista de Tabelas ................................................................................................................ ii Lista de Smbolos ............................................................................................................ iii 1. CONSIDERAES GERAIS...................................................................................... 1 2. OBJETIVOS................................................................................................................. 1 3. REVISO BIBLIOGRFICA ...................................................................................... 2 3.1. Contexto Histrico ...................................................................................................... 2 3.2. Tipos de Cerveja ......................................................................................................... 6 3.2.1. Ale ........................................................................................................................... 7 3.2.2. Lager ........................................................................................................................ 8 3.2.3. Lambic ..................................................................................................................... 8 3.3. Ingredientes da Cerveja .............................................................................................. 8 3.3.1. gua ........................................................................................................................ 8 3.3.2. Cevada ..................................................................................................................... 9 3.3.3. Lpulo .................................................................................................................... 11 3.3.4. Levedura ................................................................................................................ 12 3.3.5. Adjuntos de Fabricao ......................................................................................... 12 3.4. Processos de Fabricao de Cerveja ......................................................................... 13 3.4.1. Maltao ................................................................................................................ 14 3.4.2. Preparao do Mosto ............................................................................................. 15 3.4.3. Fermentao........................................................................................................... 16 3.4.4. Maturao .............................................................................................................. 17 3.4.5. Envase .................................................................................................................... 18 3.4.6. Pasteurizao ......................................................................................................... 18 4. ESTUDO DE CASOS ................................................................................................. 19 4.1. Dimenses da Dorna de Fermentao ...................................................................... 19 4.2. Volume de Dorna para a Produo de 80000 garrafas/dia ....................................... 22 4.3. Produo em 100 Dornas de 1000 m e Tempo de Maturao de 5, 10 e 20 Dias ... 23 4.4. Determinao da Quantidade de Amnia Lquida Saturada .................................... 26 4.4.1. Balanos de Massa ................................................................................................ 26 4.4.2. Balanos de Energia .............................................................................................. 28 5. RESULTADOS ........................................................................................................... 31 6. SUGESTES .............................................................................................................. 33 7. AGRADECIMENTOS ................................................................................................ 33 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................ 34 Apndice .......................................................................................................................... 36 i Lista de Figuras Figura 1. Hino a Ninkase, onde a cerveja era uma bebida dedicada deusa .................... 2 Figura 2. Monges como semeadores do costume de fabricar e tomar cerveja .................. 4 Figura 3. Arte retratando o costume da produo de cerveja ser uma responsabilidade ... 4 Figura 4. Diversos tipos de cerveja divididos em dois grandes grupos: Ales e Lagers..... 7 Figura 5. Hordeum vulgare e Hordeum distichum .......................................................... 10 Figura 6. Lpulo in natura ............................................................................................... 11 Figura 7. Saccharomyces cereviseae e Saccharomyces uvarum ..................................... 12 Figura 8. Processo de fabricao de cerveja estruturado em operaes unitrias ........... 14 Figura 9. Dornas de fermentao de cerveja de uma cervejaria Heineken no Brasil ...... 17 Figura 10. Dimensionamento da dorna de fermentao I ................................................ 20 Figura 11. Dimenses da dorna de fermentao II .......................................................... 21 Figura 12. Dorna para uma produo diria de 80000 garrafas de 600 mL .................... 23 Figura 13. Dimenses de uma dorna de 1000 m ............................................................ 26 Figura 14. Grfico para as concentraes da fermentao .............................................. 31 ii Lista de Tabelas Tabela 1. Dados de processo para diferentes tempos de maturao ................................ 25 Tabela 2. Especificaes sugeridas para a dorna em diferentes tempos de maturao.. 25 Tabela 3. Parmetros das equaes de balano de massa ................................................ 28 Tabela 4. Parmetros das equaes de balano de energia .............................................. 30 Tabela 5. Resultados para o substrato, clulas e produto ................................................ 30 iii Lista de Smbolos V Volume do cilndro

Volume do cone H Altura do cilindro

Altura do Cone R Raio da dorna fermentativa

Volume da dorna

Volume de cerveja na garrafa

Tempo de fermentao

Tempo de maturao

Tempo total

rea de troca trmica

Nmero de dornas

Nmero de filtros

rea filtrante total i ndice para o contedo da dorna j ndice para o contedo da camisa S Substrato F Vazo de alimentao t Tempo iv

Relao entre a variao da concentrao de clulas com a concentrao de substrato

Cintica de crescimento das clulas

Velocidade mxima de crescimento das clulas

Constante de afinidade ao substrato P Produto

Relao entre a variao da concentrao do produto com a concentrao de substrato X Clulas Densidade

Calor especfico T Temperatura Vazo mssica

Entalpia de reao U Coeficiente global de troca trmica A rea de troca trmica

Volume ocupado pela amnia dentro da camisa

Entalpia de vaporizao da amnia 1 1.CONSIDERAES GERAIS De acordo com o relatrio da Barth-Haas Group [1], o Brasil o terceiro maior produtor de cerveja no mundo, com uma produo de 13,280 bilhes de litros no ano de 2012, atrs apenas dos Estados Unidos da Amrica (produo de 22,931 bilhes delitros)edaChina(produode49,020bilhesdelitros).Segundoocervejeiroda MicrocervejariaBambergdeVotorantin(SP),AlexandreBazzo,existemmaisde100 tiposdecerveja.Abebidapodeserclassificadaemtrstipos:altafermentao,baixa fermentaoeaquelasquenotmaltaenembaixafermentao,chamadasde espontneas. [2] A cerveja mais produzida (e consumida) no Brasil a cerveja tipo Lager Pilsen. Dentre as indstrias produtoras de cerveja no pas, a Companhia de Bebidas das Amricas(Ambev)sedestacaporseraquartamaiorcervejariadomundo,com operaesemmaisde14pasesdasAmricasecom70%domercadobrasileirode consumo de cerveja. [3] Acervejatornou-seumprodutodegrandeimportnciaemescala mundialqueseuretornoeconmicoegeraoderendatantoemimpostoscomoem salrios importantssimo para economias nacionais. No ano de 2010, a Ambev vendeu 165,14milhesdehectolitrosdebebidasearrecadouumareceitalquidadeR$25 bilhes.[3]Suamaiorproduoconcentra-senacervejadotipoLagerPilsen, representando98%doconsumototaldecervejapelosbrasileiros.Ocidadobrasileiro chegaaconsumir66,7litrosaoanodecerveja,ocupandoa26posionoranking mundial de consumo per capita. [4] Dessaforma,nota-seaimportnciadacervejaemeconomiasecomo entender seu processo de produo e otimiz-lo, tanto para melhoria da qualidade para o cliente quanto para maior gerao de lucro e renda. 2.OBJETIVOS Descrever a cerveja; Explicar brevemente o processo de produo de cerveja. 2 3.REVISO BIBLIOGRFICA 3.1. Contexto Histrico Sabe-sequeohomemconheceoprocessodefermentaohmaisde 10.000 anos e obtinha, nessa poca, as primeirasbebidas alcolicas. Especula-se que a cerveja tenha sido descobertaacidentalmente,provavelmentefruto da fermentao no induzidadealgumcereal.Adescobertadacervejasedeupoucotempodepoisdo surgimentodopo.Ossumrioseoutrospovosteriampercebidoqueamassadopo, quandomolhada,fermentava.Dessaforma,teriaaparecidoumaespcieprimitivade cerveja,como"polquido".Vriasvezesforamrepetidasestemtodoe,inclusive, melhorado,dandoorigemaumgnerodecervejaqueossumriosconsideravamuma bebidadivina,aqualera,porvezes,oferecidaaosseusdeuses.Diversosestudos arqueolgicosrealizadosnaregiodoNiloAzulcomprovaramqueem7000a.C., aproximadamente,ospovoslocaisproduziamumabebidaapartirdesorgoqueseria semelhantenossacerveja.NaSumriaforamencontradasinscriesfeitasemuma pedra onde um cereal era utilizado em um processo semelhante fabricao da cerveja. Nesta mesma civilizao foi encontrada uma placa de barro, recolhida em Tepe Gawra e datadadecercade4000a.C.,aondesevmduasfigurasquebebempossivelmente cervejadeumpote,utilizandoparaissolongaspalhas,tradicionalmenteusadaspara aspirar a bebida e evitar a ingesto dos resduos de cereal.Inclusive, o Hino a Ninkase, a deusa da cerveja dos Sumrios, , na realidade, uma receita de cerveja. [5] Figura 1 Hino a Ninkase, onde a cerveja era uma bebida dedicada deusa.Fonte: http://www.cervejasdomundo.com/Na_antiguidade.htm 3 NaChina,desenvolveram-setcnicasdepreparaodebebidasdotipo da cerveja, obtidas a partir de gros de cereais. A Samshu, fabricada a partir dos gros de arroz, e a Kin j eram produzidas cerca de 2300 a.C. As tcnicas utilizadas eram algo diferentedasdospovosmesopotmicoseegpcios.Defato,odesenvolvimentoda cerveja ata forma pelaqual hoje a conhecemos, deve-se mais a estes dois ltimos do que civilizao chinesa. Foram mesmo os egpcios que ensinaram os gregos a produzir cerveja.Assimcomootinhamaprendidocomosegpcios,osgregosensinaramaarte de produzir cerveja aos romanos. Muitos romanos consideravam a bebida desprezvel e tpicadepovosbrbaros.Tcito(historiadoreoradorromano),nasuadescriodos germanos, referiu-se a uma bebida "horrvel", fermentada de cevada ou trigo. Foi nessa poca que as palavras cervisia ou cerevisia passaram a ser utilizadas pelos romanos, em homenagem a Ceres, a deusa da agricultura e da fertilidade. [5] NaIdadeMdia,aproduoeconsumodecervejativeramumgrande impulso, muito por causa da influncia dos mosteiros, locais onde este produto era no stecnicamentemelhorado,comotambmproduzidoevendido.Nosmosteiros,as tcnicasdefabricaoiamsendodesenvolvidasembuscadeumacervejamais agradvelaopalatoemaisnutritiva.Aimportnciadaqualidadealimentardacerveja era algo relevante para os monges, dado que era um produto que os ajudava a passar os difceis dias de jejum. Osbeneditinos de Weihenstephan foram os primeiros a receber, oficialmente,aautorizaoprofissionalparafabricaoevendadacerveja,em1040 d.C.Comisso,estaacervejariamaisantigadomundoaindaemfuncionamentoe hoje conhecida, principalmente, como o Centro de Ensino da Tecnologia de Cervejaria da Universidade Tcnica de Munique. [6] 4 Figura 2 Monges como semeadores do costume de fabricar e tomar cerveja.Fontes: http://www.cervejasdomundo.com/EraMedieval.htm e http://miojogenerico.blogspot.com.br/2011/11/porque-pao-liquido.html Figura 3 Arte retratando o costume da produo de cerveja ser uma responsabilidade feminina.Fonte: http://www.cervejasdomundo.com/EraMedieval.htm AtpraticamenteofimdaIdadeMdia,acervejaeuropeiadividia-se peloempregodedistintosaromatizantes,plantassilvestres,comoomirto generalizado naregioescandinava,masproibidonaInglaterra,ouogruyt(umcompostodeervas aromticas)utilizadoemoutrasregiesdonortedaEuropa.Olpulo(Humulus lupulus),conhecidonaEuropaCentral,viriaadestacar-secomoaromatizantede superior qualidade e pelas notveis propriedades antisspticas. O Duque Wilhelm IV da BavieracriouaReinheitsgebot-leidapureza-quetornouilegalousodeoutros ingredientesnofabricodecervejaquenofossemgua,cevadaelpulo. [6] 5 Posteriormente foi introduzida a permisso na utilizao de leveduras na lei da pureza, vistoque,quandoproclamada,noeradeconhecimentopblicoaexistnciadeum agente fermentador como o fungo. Naeramoderna,ainvenodamquinaavaporporJamesWatt,em 1765, permitiu a industrializao e racionalizao da produo cervejeira. As primeiras cervejeirasqueutilizarammquinasavaporchamavam-seasimesmasSteamBeer Breweries,sendoqueaindahojesubsistemfbricascomestadesignao.Em1830, GabrielSedlmayreAntonDreherdesenvolveramomtododeproduoquedaria origemsLagers,sendoque12anosdepoisseriaelaboradaaprimeiraPilsenna Bomia.Outrainvenocujasrepercussestiveramgrandeimpactonafabricaoda cerveja foi a descoberta da refrigerao artificial (Teoria de Gerao de Frio Artificial). Em1876,osestudosdeLouisPasteursobreofermentoeosmicrorganismos possibilitaramumavanonapreservaodosalimentos,sendoamplamenteutilizado em cervejarias. At descoberta de Pasteur, a fermentao do mosto era natural, o que, normalmente, trazia prejuzos aos fabricantes. O notvel cientista francs convenceu os produtoresautilizaremculturasselecionadasdelevedurasparafermentaodomosto, paramanterumapadronizaonaqualidadedacervejaeimpediraformaode fermentaoactica.IgualmenteimportantefoiotrabalhodeEmilChristianHansen (micologistadinamarqus).Este,aproveitandoodesenvolvimentodomicroscpio, descobriuaexistnciadeclulasdeleveduradebaixafermentao,poisanteseram somenteconhecidaslevedurasdealtafermentao.Eleisolouaclula,quefoi multiplicadasobculturapura.Comoalevedurainfluenciafundamentalmenteosabor, esta descoberta permitiu a constncia do sabor e qualidade. [7] NoinciodosculoXXeasduasgrandesguerras,almdacrise econmica gerada pela Grande Depresso e a proibio da produo e comercializao debebidasalcolicasnosEstadosUnidosdaAmrica(LeiSeca,1920-1933),a produo de cerveja caiu drasticamente, tendo sobrevivido poucascervejarias. Passado maisesteperodomuitodifcil,assistiu-seaumaumentogradualnaproduoe consumodecerveja,sendoqueaBudweiserfoiaprimeiramarcaaultrapassaros10 milhes de barris por ano, isto j em 1966. Atualmente, a indstria cervejeira pode ser caracterizadaporduasgrandestendncias:aprimeirarepresentadapelasgrandes fusesentregigantescervejeiras,quecriamempresascadavezmaiores,comvendas impressionantes,contudo,emgeral,comprodutosdequalidadeinferior;asegunda representadaporpequenasemdiasempresasquedesenvolvemprodutosdegrande 6 qualidade,paraapreciadoresebaseadasnastradiesdoslocaisondeseencontram implantadas. [7] 3.2. Tipos de Cerveja As cervejas so principalmente classificadas quanto proporo de malte decevadapresentenasuafabricao.Ascervejasditasdepuromaltesofabricadas com100%demalte,ouseja,todafontedeacaradvmdele.Ascervejasusuais possuem no mnimo 55% de malte de cevada.Contudo, aquela cerveja na qual possui menos de 55% de malte de cevada classificada segundo o extrato utilizado como fonte deacar.Comoexemplodesteltimocaso,tm-seascervejasdetrigoecervejasde arroz. Quantofermentao,pode-sedizerqueacervejadebaixa fermentao, onde os microrganismos se depositam no fundo do tanque onde ocorreu a fermentao,eacervejadealtafermentao,naqualaslevedurasflutuamsobrea superfcie do lquido ao final da fermentao. Segundootipodelevedurautilizada,acervejaprincipalmente classificada em dois grandes grupos: Cervejas tipo Ale e cervejas tipo Lager. A levedura Saccharomycescerevisiaeconhecidaporserdefermentaoaltaeutilizadana fabricao de cerveja do tipo Ale. Atua na superfcie da mistura, com ao rpida, no chegando a consumir todo o acar contido no malte, dando um sabor doce bebida. A leveduraSaccharomycesuvarumdefermentaobaixaeutilizadanafabricaode cervejas do tipo Lager. Atua de maneira mais lenta provocando uma fermentao menos densa, porm, mais eficaz, o que leva a formao de uma cerveja mais limpa e de sabor seco. [8] Existe, ainda, a cerveja tipo Lambic, onde o mtodo arcaico de fabricao ainda utilizado,ouseja,afermentaoocorreatravsdaexposiodomostosleveduras selvagens e bactrias presentes no ambiente. 7 Figura 4 Diversos tipos de cerveja divididos em dois grandes grupos: Ales e Lagers. Fonte: http://www.papodebar.com/os-tipos-de-cerveja/ 3.2.1. Ale AscervejastipoAlesofabricadasatravsdeumprocessodealta fermentao.Afermentaosedaumatemperaturamaisaltaqueasutilizadasna fabricao daLager, estando entre 15 e 24C, durante um tempo curto de trs a cinco dias. Este processo de fabricao o mais antigo, sendo que era o nico conhecido at o sculo XIX, onde foi descoberta a baixa fermentao e surgiram as cervejas tipo Lager. Esteprocessodealtafermentaooufermentaoaquenterealaossaboresmais complexos, frutados e lupulados da cerveja. So,em geral, cervejas mais encorpadas e vigorosassendoquepodemvariarmuitodeumamarcaparaoutra,comcaractersticas que vo desde o doce ao amargo e das claras s escuras. [9] 8 3.2.2. Lager AscervejastipoLagerutilizamumprocessodebaixafermentaoem sua fabricao. A palavra deriva do alemo lagern que significa armazenar. Este termo referia-seaohbitoquesetinhadearmazenarestetipodecervejasemlocaisondea temperatura era muito baixa por longos perodos de tempo, antes de se passar fase de consumopropriamentedita.Suafermentaoocorreabaixastemperaturas compreendidas entre 6 e 12C e suas origens remontam Baviera do sculo XIX, local ondeosmestrescervejeirostinhamporhbitoguardarosseusprodutosemcavernas muito frias de modo a lhe darem certa maturao. Esses produtos, as Lagerbier, eram o resultado de anos de desenvolvimento de tcnicas de refrigerao e de utilizao de um fermento especial. A principal diferena desse fermento para o que se utilizava no resto daEuropaeraqueseudepsitoficavanofundoapsafermentao,aocontrriodas Ale, cujo resduo subia ao topo. No ano de 1842, na cidade de Plzen, Josef Groll, jovem originrio da Baviera, utilizou um malte diferente do habitual que, em combinao com aguamuitolevedalocalidade,deuorigemaumacervejacordeouroemuitoclara. Esta experincia daria origem Pilsener ou Pilsner, estilo que rapidamente se espalhou comgrandesucessopelaEuropa.Atualmente,aPilsenerumacervejaclara,comum volume pronunciado de gs, sabor a lpulo e uma porcentagem de lcool que varia entre 3 a 6%. [10] No Brasil, a cerveja Lager Pilsen a mais apreciada pela populao. 3.2.3. Lambic So usualmente feitas de trigo, porm no ocorre adio de leveduras ao mosto.Suafermentaoocorredevidoslevedurasselvagenscontidasnoambiente, sendo a fermentao espontnea. usualmente fabricada em uma pequena rea ao redor de Bruxelas, ondeas leveduras selvagens daregio dotam esse tipo de cerveja de uma gamanumerosadearomasvariveisdesdeofrutado(framboesa,cerejaoubanana)ao ctrico (vinho branco ou vinagre). [11] 3.3. Ingredientes da Cerveja 3.3.1. gua 9 Aguacompreende90%doprodutototaldacerveja.SegundoReinold (1997), para se produzir 1 litro da bebida utiliza-se de 5 a 10 litros de gua. Por isso, a instalaodaindstriadeveserfeitaemumlocalcomgrandequantidadedegua. idealotratamentodamesmaantesdautilizao,podendopassarporestaesde desmineralizao ou abrandamento, eliminando os sais indesejveis. [12] O pH ideal da gua para a fabricao de cerveja est entre 6,5 a 7,0. Por exemplo,seopHdaguaestiveralcalino,ouseja,acimade7,ocasionaro rompimento das cascas do malte, o que completamente indesejvel no processo. [13] A fama das cervejas da antiguidade se dava em boa parte pela gua com que eram feitas, que muitas vezes proviam de fontes privadas. Na cidade de Pilsen, onde se criou a cervejaLagerPilsen, a gua que a compunha possua baixa concentrao de minerais,porisso,essetipodebebidaeraconhecidopelasuasuavidade.Jna Inglaterra,aguaqueerautilizadanafabricaodasPaleAle,eradura,ouseja, continhaumaelevadaconcentraodeminerais.EssaguaprovinhadoRioBorton,e devidoasuafama,oatodecolocarmineraisnaguafoipopularmentechamadode Bortonizao. [8] AproduodecervejaPilsencomguamoleeasAlescomguadura perduramatosdiasdehojeeisso,entreoutrascoisas,marcamsuascaractersticas. Toda a gua presente no mundo apresenta algum teor mineral proveniente do solo. Por exemplo,umaguacidalocalizadaprximaaumsolocomcalcrio,ocidopode solubilizaressacal,tornandoaguadura.Entretanto,seestemesmorioseencontra pertodeumsolodegranizo,quesomuitodifceisdedissolver,aguapermanece mole.Amaioriadassubstnciasquesodissolvidasnaguacontribuinegativamente para a qualidade da cerveja, como sabor amargo no caracterstico, deixa a bebida turva, retarda a fermentao e deixa a cerveja mais escura. [12] Dessa forma, a qualidade da gua utilizada na fabricao essencial para manter a qualidade da cerveja. Portanto, aps a captao da gua no recurso hdrico, seu encaminhamentoparaumaEstaodeTratamentodeAfluentes(E.T.A.)necessrio para que seja neutralizada e tornada potvel e vivel para fabricao de cerveja. 3.3.2. Cevada AcevadaumagramneapertencenteaogneroHordeum,sendo originriadooriente.umcerealdecoramarelada,muitoricoemacarepobreem 10 protena,sendoessasduascaractersticasoqueotornaidealparaafabricaode cerveja.Quantomenoroteordeprotena,melhorserasolubilidadedomalteemais elevadoseroteordeextrato,sendoqueoteordeprotenadacevadanodeve ultrapassar 11,5%. [14] Ogrodacevadaconstitudobasicamentepor:cascaexterna, endosperma amilceo e germe (embrio). A casca constitui uma proteo externa para o gro;constitudadematerialcelulsicoapresentandoprotenas,resinasetaninoem menor quantidade. A casca tambm atua como elemento filtrante na filtrao do mosto, contribuindocomoaroma,coresabordolquidocontendoacaresfermentescveis, almdeprotegerogrodeimpactosmecnicossofridosduranteoprocessode maltagem. [15] Almdacevadahaaplicabilidadedeoutroscereaiscomootrigo,que deixaacervejamaisclaraeumpoucomaiscidatambm.Aaveiautilizadana fabricao de cervejas do tipo Stouts conferindo bebida um sabor mais doce e suave. A utilizao do centeio menos frequente, mas quando utilizado traz um gosto picante cerveja.Joarrozeomilhosoutilizadoscomoaditivosemfbricasestadunidenses. Quasetodasascervejariasutilizamalgumcerealjuntocevadaparaobtersabores diferentes. [8] NoBrasil,soutilizadasduasespciesdecevada:Hordeumdistichum (dois gros por fileira) e Hordeum vulgare (seis gros por fileira), que contm alto teor de amido para a produo de malte do tipo Pilsen. [16] Figura 5 Hordeum vulgare e Hordeum distichum, respectivamente.Fontes: http://www.visualphotos.com/image/2x4041341/barley_hordeum_vulgare_panicles_close_up e 11 http://flora.huji.ac.il/browse.asp?lang=en&action=showfile&fileid=11938&from=action=specie%26specie=HORDIS%26fileid=11938 3.3.3. Lpulo Nosanosde1200,olpuloeraadicionadocervejapelosmongespara dar-lhe um sabor amargo caracterstico. Inicialmente a lei da pureza Reinheitsgebot proibiaousodolpuloparafinsdiferentesdearomatizante.Contudo,nosculoXVI, esta pequena flor verde passou a ter seu uso regularizado pela lei da pureza. O lpulo umaplantapertencentefamliaCannabaceae,amesmafamliadaplantamedicinal alucingenamaconha. [17]Humuluslupulusaespciedaplantaconhecida popularmentecomolpulo.Elaumatrepadeiraperene,comfloresverdesecnicas. Para a utilizao destas na cerveja, elas passam por um processo de secagem no forno. Hquemutilizeaflorinnatura,produzindoumaromamaisforte.Esseprocesso necessita da retirada da palha e ptalas residuais. Geralmente as flores so prensadas em formadebalasoupellets,etambmhoextratodelpulo(lpuloemp),masno to forte. [8] Figura 6 Lpulo in natura.Fonte: http://www.bierland.com.br/imprensa/noticias/138-curiosidades-o-lupulo-na-cervejaria.html 12 3.3.4. Levedura AsleveduraspertencemaoReinoFungieapresentam-sedeforma unicelular.Reproduzem-seporbrotamentoougemulaoedeformarpida.Soseres eucariticosepossuemrgidaparedecelular,esuasdimensessomaioresqueas bactrias. Onde inseridas estabelecem reaes qumicas aerbias e anaerbias, pois so aerbiasfacultativas.SoutilizadasespciespertencentesfamliaSaccharomyces, usualmente as espcies S. cereviseae e S. uvarum. No Brasil, a cerveja tipo Lager Pilsen produzida utiliza a espcie Saccharomyces pastorianus, descendente da S. cereviseae e que trabalha em temperaturas mais baixas. [18] Figura 7 Saccharomyces cereviseae e Saccharomyces uvarum, respectivamente. Fonte: http://www.thescrewybrewer.com/p/yeast-in-your-beer.html 3.3.5. Adjuntos de Fabricao Oacaroaditivomaiscomum,poisfermentacomfacilidadee utilizadaprincipalmenteparacorreodoteoralcolicodacerveja,almdedeix-la maisclara.Oarrozemilhopodemserutilizadosparasubstituirpartedacevada, originando uma cerveja mais clara e de sabor mais seco. [8] Frutas,comoacerejaeframboesa,soadicionadasparacausaruma segundafermentaoepermitirumnovosaborbebida.Atualmente,oscervejeiros utilizamapenasoextratodefrutasenomaisinnatura.Osapreciadoresdestetipode fabricaotambmadicionamoutrosingredientes,taiscomo:mel,alcauz,gengibre, baunilha, melao, chocolate e pimenta. [8] 13 Osantioxidantessotambmadicionados.Possuemoprincpiode desacelerar a auto-oxidao dos lipdeos. Eles podem agir de forma competitiva com os radicaislivresdoslipdeos,impedindoacontinuaodareaoemcadeia.Os antioxidantessoutilizadosapenasemcervejasqueseroengarrafadas,poisoChopp que armazenado em barris de consumo imediato. [15] 3.4. Processos de Fabricao de Cerveja Graasaosavanostecnolgicoseainformtica,aindstriaeacincia transformaram o processo defabricao de cerveja, queera artesanal, em um processo industrialeeficiente,comoempregodetecnologiaesofisticao.Entretanto,o conhecimentoacercadetodooprocessoenvolvidonafabricaoimprescindvel, sendoapresenadeummestrecervejeironecessria,poisasfalhasnoprocessoso imprevisveis. [8] Oprocessodeproduodecervejaocorreemgrandesbateladas,visto queparaoprodutofinalpossuiraqualidadeexigidapeloclienteepelosrgos reguladoressonecessriosvriosajustesduranteoprocesso.Istodevidomatria-prima possuir variaes em sua composio e qualidade. Oprocessopodeserdivididoem:Maltao,preparaodomosto, fermentao, maturao, envase, pasteurizao e expedio. 14 Figura 8 Processo de fabricao de cerveja estruturado em operaes unitrias.Fonte: www.engenhariadacerveja.com.br/category/engenharia 3.4.1. Maltao Amaioriadosprocessosdeproduodecervejacompraogrode cevadaemformademalte,sendoestaetapadesnecessria.Contudo,amaltao consiste em quatro passos: Preparao do gro, macerao, germinao e secagem. Duranteapreparaodosgros,estessosecadosemtemperaturasde 50a60Cparareduzir seuteordeumidade.Istopermitequesejamarmazenadospor tempos maiores. Aps a secagem destes gros, feito a separao dos gros dos demais componentes advindo da colheita, tais como galhos, folhas e insetos. Aps, feito uma seleo dosgros de acordo com seu tamanho de formaa obter um malte homogneo. [19] Duranteamacerao,osgrossoembebidosemguamornaparaque possam aumentar sua umidade para o teor de 45% em relao ao seu peso. As condies 15 de temperatura e o fornecimento de oxignio para os gros so controlados. Esta etapa d princpio ao incio da germinao dos gros. [19] Para a germinao, os gros so dispostos em estufas com a temperatura controladaparaque,assim,brotemradculas(pequenasformaesembrionriasda futura raiz da planta). A durao da germinao de 5 a 8 dias. [19] A secagem tem como objetivo interromper o processo de germinao pela ao do calor devaporinjetado,emtemperaturasprximasde50C.Nosfornosdesecagem,ainda ocorre a caramelizao (tostagem) dos gros. A umidade final dos gros de 4 a 5% do seu peso. [19] 3.4.2. Preparao do Mosto Omostopodeserdefinidocomoumasoluoaquosadeacares,que seroosalimentosparaaslevedurasquerealizamafermentao,dandoorigemao lcooldasbebidas.Destamaneira,apreparaodomostoumaetapadeterminante paraaboaqualidadedacerveja.Opreparoconsisteemcozinharomalte,eincluias seguintesetapas:Moagemdomalte,brassagemoumosturao,filtrao,fervura, decantao ou whirlpool e resfriamento. A moagem do malte consiste em submeter o malte ao de moinhos de martelo ou de rolo, de modo a romper a casca do gro e liberar o amido presente em seu interior. [19] Nessa fase, a casca do malte rasgada para que o endosperma seja triturado efiqueexpostodemaneiraafacilitaraaodasenzimasduranteoprocessode mosturao. [8]Acascapreservadaaomximo,poisserfuturamenteutilizadana filtrao como segundo meio poroso. Namosturao,omaltemodocolocadoemguaquenteporum perododeumaaquatrohoras.Nestemomentoasenzimassoativadaspelocalorda guaecontinuam-seasreaesiniciadasnamaltagem.Ocorre,assim,aquebrado amidoemacaresmaissimples.Haindaumavariaodesteprocesso,ondeso retiradasvriasvezesomaltejcozidoeencaminhadoparaoutracubadecozimento. Issopermiteumamaiorretiradadeacardosgrosmaltados.Essatcnicabastante aplicadaemproduodecervejastipoLager,umavezqueseumaltecontmmenos acares. [8] Apsopreparodomosto,esteresfriadode80a100Catcercade 75a78Cemumtrocadordecalor,eentofiltradopararemooderesduosdos 16 grosdemalteeadjunto.Estafiltraorealizadapormeiodepeneirasqueutilizam comoelementosfiltrantesaprpriacascadomaltepresentenomosto,eaparteslida retirada denominada bagao de malte ou dreche. [19] Aps esta primeira filtrao, faz-se uma pulverizao com gua quente sobre o colcho de casca de semente que se criou para que ocorra a retirada de todo o acar ainda contido. Para a fabricao de algumas cervejas mais densas faz-se a pulverizao com o prprio mosto, sem qualquer diluio. [8] O mosto aquecido na caldeira para que ocorra a fervura por um perodo de60a90minutos,estabilizando-o.Esteprocessoinativaasenzimas,coagulae precipita as protenas, e concentra e esteriliza o mosto. nesta fase que se adicionam os aditivosqueproporcionamcaractersticastpicasdecadatipoemarcadecerveja,tais como o lpulo, caramelo, acar, mel, extratos vegetais, etc.. [19] Duranteadecantaoouwhirlpoolocorrearetiradadosresduosde lpulo, protenas indesejveis e taninos que podem coagular durante o processo, atravs de uma peneira ou de uma centrfuga. Ao centrifugar h a formao do chamado trub. [8]Oprocessorecebeonomedewhirlpool,pois,usualmente,ocorreemumtanque cilndrico de mesmo nome. Aps, o mosto resfriado em um trocador de calor at uma temperatura maisbaixa,dependendodotipodecerveja.Emseguida,enviadoparaostanquesde fermentao. 3.4.3. Fermentao Aosairdotrocadordecaloreserintroduzidonadornafermentativa,o mosto para a produo de cerveja do tipo Ale deve estar a uma temperatura entre 16 e 24C, enquanto que para a produo do tipo Lager deve estar entre 4 e 13C, que so as temperaturas ideais para o metabolismo das leveduras utilizadas em cada processo. [8] A fermentao do mosto dividida em duas etapas: numa primeira etapa, denominadaaerbia,aslevedurassereproduzem,aumentandodequantidadede2a6 vezes; em seguida inicia-se a fase anaerbia, onde as leveduras realizam a fermentao propriamente dita, convertendo os acares presentes no mosto em CO2 e lcool. [19] A primeira fase da fermentao, dita aerbia, pode ser representada pela seguinte Equao 1 simplificada: 17

(1) Asegundafasedafermentao,ditaanaerbia,podeserrepresentada pela Equao 2 adiante:

(2) Demodoagarantirumbomandamentoaoprocessodefermentao necessrioqueatemperaturasemantenhaconstanteemvaloresentre8e15C.Para isso,asdornasdefermentaosoconstantementeresfriadas,umavezquea fermentao um processo exotrmico. [19] Figura 9 Dornas de fermentao de cerveja de uma cervejaria Heineken no Brasil.Fonte: http://santacerveja.blogspot.com.br/2012/12/heineken-brasil.html 3.4.4. Maturao Ao final da fermentao, a maturao utilizada para estabilizar o aroma eosabordacerveja,almdepermitiradecantaodosmicrorganismosesubstncias indesejveis misturados cerveja. Usualmente, a cerveja fica nas dornas por um perodo de 15 a 60 dias e em uma temperatura igual ou menor a 0C. [19] 18 Pormeiosnaturais,ascervejastipoAlepassamporumperodode maturaodepoucosdias,menosdeumms.AscervejastipoAlemaisfortespodem precisar de um perodo de maturao de at um ano. As cervejas tipo Lager precisam de umlongoperodoquevariadeseismesesaumanoparasuavizarseuaromaesabor. Entretanto, os processos industriais que produzem cerveja em longa escala reduzem esse processo em poucas semanas, controlando temperatura e presso nas dornas. [8] Nestaetapatambmocorreacarbonatao.Elapodeacontecer naturalmenteouserestimuladapeloscervejeirosatravsdaadiodeumpoucode cerveja,leveduraoualgoaucarado.Issopermiteaativaodelevedurasinativas presentesnacerveja,mtodoesteconhecidoporKrusening.Atualmente,adiciona-se dixido de carbono nas dornas para saturar a cerveja de CO2. [8] 3.4.5. Envase Antes de proceder etapa de envase, a cerveja filtrada para remover as impurezas decantadas. Utilizam-se filtros de velas verticais ou placas horizontais, alm do uso de terra diatomcea (denominada kiesselguhr). So adicionados alguns adjuntos, tais como os agentes estabilizantes, corantes ou acares para acerto final do paladar do produto. [19] No processo de envase, deve-se ter grande cuidado com possveis fontes decontaminao,perdadegsecontatodacervejacomoxignio.Taisocorrncias comprometemaqualidadedoproduto.Oenvasefeitocomumenteemgarrafasde vidro, latas de alumnio e barris de Chopp de madeira ou metal. [19] 3.4.6. Pasteurizao Apasteurizao,descobertaporLouisPasteur,umprocessode esterilizao no qual se submete o produto a um aquecimento (at 60C) seguido de um rpidoresfriamento(at4C).Oprodutopasteurizadoapresentamaiorestabilidadee durabilidade em funo da eliminao dos microrganismos. [19] Oprocessodepasteurizaonoutilizadoportodososcervejeiros, vistoqueoaquecimentoeliminaboapartedosabordacerveja. [8]Devidoaisso,o Choppconhecidoporterumgostomaisfortequeacerveja,poisnosubmetido pasteurizao. 19 4.ESTUDO DE CASOS Paraopresenteprojetodegraduao,foramrealizadoso dimensionamento dos seguintes itens: Determinaodasdimensesdadornadefermentaocomumarelao dimetro:altura de 1:1,5 na parte cilndrica e parte cnica com ngulo de inclinao de 150; Volume de dorna para uma produo de 80000 garrafas/dia de cerveja de 600 mL com fbrica operando 24 horas por dia, sete dias por semana; Produo de cerveja em 100 dornas de 1000 m com tempo de maturao de 5, 10 e 20 dias; rea de troca de trmica de cada dorna; Quantidade de filtros de 80 m necessrios para a filtrao da cerveja nos diferentes tempos de maturao e gastos anuais com terra diatomcea na filtrao; Determinao da quantidade de amnia lquida saturada necessria para o resfriamentodadornadefermentaoecomparaocomdadosda literatura. 4.1. Dimenses da Dorna de Fermentao Paraoclculodasdimensesdadornadefermentaoutilizou-seuma relaodimetro:alturade1:1,5paraapartecilndricaengulode150paraaparte cnica. Um esquema pode ser visto na Figura 10. 20 Figura 10 Dimensionamento da dorna de fermentao I. Fonte: O autor Paradeterminarumafrmulabaseadaemumparmetroparaa determinao do volume e das dimenses da dorna, multiplicou-se tanto a altura quanto o dimetro da dorna por x. Sabe-se que o volume de um cilindro dado por:

(3) Sendo, R o raio da dorna em metros; e H a altura da dorna em metros. Sabe-se, tambm, que o volume de um cone [20] dado por:

(4) Sendo, R o raio do cone em metros; e

a altura do cone em metros. Assim,tem-seovolumedadorna,dadopelasomaentreosvolumesdo cilindro e do cone. 21

(

) (

)(5) Paraseobteraalturadocone(

),utiliza-sedasrelaesdesenoe cosseno dadas no tringulo formadocomngulo de 90 pela metade docone(visto na Figura 11). Assim:

(6) E,

(7) Desta forma, obtm-se o volume da dorna de fermentao (Equao 8) e as dimenses da dorna atravs do parmetro x (Figura 11).

(8) Figura 11 Dimenses da dorna de fermentao II. Fonte: O autor 22 4.2. Volume de Dorna para a produo de 80.000 garrafas/dia Para uma produo diria de 80000 garrafas de 600 mL de volume, pode-se obter a produo diria atravs da Equao 9.

(9) Sendo,

o volume de cerveja nas garrafas produzidas em litros. Destaforma,obtm-seumaproduodiriade48.000litrosdecerveja. Para a obteno do volume de dorna necessrio para esta produo diria, adotou-se um tempo de maturao de 20 dias e tempo de fermentao de 10 dias. Assim, tem-se:

(10)

(11) Sendo,

ovolumedadornaemmetroscbicos;e

emdias;

otempode fermentao em dias; e

o tempo de maturao em dias. Assim,obteve-seumvolumededornade1440m.Prope-se,ento,a construo de quatro dornas de 360 m de volume, com as dimenses dadas pela Figura 12. 23 Figura 12 Dorna para uma produo diria de 80000 garrafas de 600 mL. Fonte: O autor Considera-se que a rea de troca trmica necessria para a dorna de 40 m para cada 1000 hL de cerveja na dorna. Assim, a rea total dada por:

(12) Sendo,

a rea de troca trmica da dorna em metros quadrados; e

o volume da dorna em metros cbicos. Paraasquatrodornasde360mpropostas,areadetrocatrmicapor dorna de 144 m, totalizando 576 m de rea de troca trmica. 4.3. Produo em 100Dornas de 1000 mcom Tempo deMaturao de 5, 10 e 20 Dias Paraestecaso,tem-seaproduodecervejadadapelasequaesa seguir: 24

(13) Sendo,

o nmero de dornas presentes; e

o tempo total dado pela Equao 11. Paraoclculodonmerodefiltrosde80m,considera-seque necessrio um filtro para cada 400hL/h de cerveja a ser filtrada. Assim:

(14) Sendo,

areafiltrantetotalempregadanafiltraodetodaaproduode cerveja, dado em metros quadrados. A rea filtrante total pode ser calculada por:

(15) Sendo, produo/hora a produo de cerveja por hora dada em hectolitros. Para a obteno da quantidade de terra diatomcea gastas anualmente na filtrao,humagrandemargemdevariabilidade,poisosprocessosdefiltraoda cervejariapodemserfeitosunicamentecomterradiatomcea(maiorgasto)oufeitos atravs de diversos mtodos, incluindo a utilizao de terra diatomcea. Para estimativa, calcularam-seosdoisextremosgastos,ouseja,ummtodoqueusapraticamenteterra diatomceaeoutroemqueafiltraofeitapormaisdeumprocesso.Sabe-sequeo gastodeterradiatomceaaproximadamente0,125x10-3t/hLdecervejafiltrada (mtodoI)equeogastodeterradiatomceade500g/mdereadefiltraocom reuso da mesma por 30ciclos de filtrao de 8 horas cada (mtodoII), caracterizando, dessaforma,osdoismtodosaferidosparaesteprojetodegraduao.OmtodoI dadopelautilizaoexclusivadeterradiatomceaparaefetuarafiltraodacerveja produzida,enquantoomtodoIIdadopelautilizaodeoutrossistemasdefiltrao conjugados com o uso da terra diatomcea. 25 Os dados obtidos para os trs diferentes tempos de maturao (5, 10 e 20 dias) esto dispostos na Tabela 1 a seguir. Tabela 1 Dados de processo calculados para diferentes tempos de maturao

Produo (hL/ano)

(m/dorna)

(m)

(80 m) Terra Diatomcea I (t/ano) Terra Diatomcea II (t/ano) 51122.812.500,00400520,83306,512851,56250010,220 101117.380.952,38400396,82544,962172,6190477,300 201111.779.193,55400268,81723,361471,7741945,840 Combasenosdadosobtidos,podem-sesugeriralgumasespecificaes dos equipamentos, como visto na Tabela 2. Tabela 2 Especificaes sugeridas pelo autor

(m/dorna)

(m)

(80 m) 5114005607 10114004005 20114003204 Finalmente,asdimensesparaadornade1000mpodemservistasna Figura 13. 26 Figura 13 Dimenses de uma dorna de 1000 m. Fonte: O autor 4.4. Determinao da Quantidade de Amnia Lquida Saturada Para a determinao da quantidade de amnia lquida saturada necessria para oresfriamento dasdornas de fermentao,foi utilizado um cdigocomputacional feitonoprogramaMaple15.Estecdigoencontra-senoApndicedesteprojeto. Considerou-sequeaamniaalimentadaa0Ccomolquidosaturadonacamisade resfriamento e que todo calor recebido por ela atravs da parede da dorna e da camisa consumido em sua evaporao como calor latente. Paraasimulaoatravsdocdigo,foramfeitosbalanosdemassae energia, descritos a seguir. 4.4.1. Balanos de Massa Obalanodemassadosubstrato(acaresfermentescveis,usualmente maltose e glicose) [21]: 27 (

)

(

)

(16) Sendo,

aconcentraoinicialdesubstratonoreatoremgramasporlitro;

a concentraodesubstratonotempoi,dadaemgramasporlitro;

asvazesde alimentaoeretiradadesubstratodoreator;

ofatorderendimentotericoem biomassa que relaciona a variao da concentrao de clulas coma de substrato;

a concentraodeclulasnotempoi,dadaemgramasporlitro;e

omodelocintico para o processo em questo, dado em dia-1. E,

((

)) (17) Sendo,

aconstantedeafinidadeaosubstrato,dadaemgramasporlitro;e

a velocidade mxima de crescimento da levedura, dada em dia-1. O balano de massa para o produto (etanol) dado por [21]: (

)

(

)

(18) Sendo,

aconcentraoinicialdeetanolnadornafermentativa,dadaemgramaspor litro;

aconcentraodeetanolnotempoi,dadaemgramaporlitro;e

o rendimentotericodeetanol,definidocomoarelaoentreasvariaesdeprodutoe substrato. Obalanodemassaparaasclulas(Saccharomycescereviseae)dado por [21]: (

)

(19) Sendo,

a concentrao inicial de clulas, dada em gramas por litro. 28 Para este processo, no h entradas nem sadas, ou seja, aps a dorna ser completamenteenchidaeiniciadaafermentao,nohadiesnemretiradasde correntes. Dessa forma, os balanos de massa simplificados ficam: (

)

(

)

(20) (

)

(

)

(21) (

)

(22) Osparmetrosdasequaesdebalanodemassapodemservistosna Tabela 3 a seguir. Tabela 3 Parmetros das equaes de balano de massa

(g/L)10

(g/L)5

(g/L)0

(dia-1)0,412

(g/L)200

0,0532

0,48 4.4.2. Balanos de Energia O balano de energia no reator dado por [22]:

(23) 29 Sendo,ndiceiparacaracterizarocontedodoreator;adensidadeemquilogramas pormetrocbico;ocalorespecficoemquilocaloriasporquilogramavezesgrau Celsius; e

a temperatura dentro do reator em graus Celsius. O balano de energia na camisa dado por [22]:

(

) (24) Sendo, ndice j para caracterizar o contedo da camisa. Contudo, para o processo em questo, utilizada amnia saturada para o resfriamento,sendoquetodocalorrecebidoatravsdacamisaconsumidoemsua vaporizao. Assim, os balanos energticos tornam-se:

(

)

(

)

(25) Sendo,

a entalpia de reao dadaem quilocaloria por litro; U o coeficiente global de troca trmica, dado em quilocaloria por dia vezes metro quadrado vezes Kelvin; e A a rea de troca trmica em metro quadrado.

(

)

(

)

(26) Sendo,

a entalpia de vaporizao da amnia, dada em quilocalorias por quilo;

a vazo mssica de amnia, dada em quilos por dia; e

o volume ocupado pela amnia dentro da camisa em m. Sabe-sequeacada48,8gramasdelcoolproduzidassoliberadas50 quilocaloriasdeenergia [23]equesonecessrios40mdereadetrocatrmicapara cada 100 m de volume de dorna, assim:

(27) 30

(28) E,

(29) Osparmetrosdasequaesdebalanodeenergiapodemservistosna Tabela 4. Tabela 4 Parmetros das equaes de balano de energia

(Kg/m)1000

[24] (Kg/m)681

(Kcal/Kg.C)1

[24] (Kcal/Kg.C)1,00581581 (Kcal/dia.m.K)2065,009559

[25] (Kcal/Kg)345,2326837

(0) (C)5

(0) (C)0

(m)1000 31 5.RESULTADOS Paraoconsumodosubstratoatravsdocrescimentodasclulase consequente produo de produtos pelas mesmas foram obtidos os seguintes resultados atravsdasimulaoexecutadanocdigocomputacionaldescritonoApndicedeste presente projeto: Tabela 5 Resultados para o substrato, clulas e produto t (dia)

(g/L)

(g/L)

(g/L) 01005 18,260751735565440,8348391669841055,09252800767384 26,796816747094571,537527961496855,17040934906547 35,573495520690472,124722150209875,23549003831434 44,557463379882162,612417577830295,28954294820880 53,717900301570113,015407855446875,33420770397786 63,027102444109513,346990827050015,37095814999712 72,460707804118523,618860254263775,40109034484656 81,997658494179873,841123923049095,42572456813687 91,619998341549284,022400796323845,44581608825811 101,312580649447074,169961288542715,46217070947899 111,062738381485914,289885577172045,47546231813538 32 Figura 14 Clulas (azul), substrato (preto) e produto (vermelho). Fonte: Simulao no programa Maple 15 Considerou-seofimdafermentaoaoatingiraconcentraode1g/L desubstrato.Nota-sequeasclulasnoobtiveramumcrescimentoalto,contudoera esperadopelapequenaconcentraodeclulasesubstratopresentesnoincioda fermentao, alm da cintica de crescimento adotada ser lenta. Atravsdasimulaopelobalanoenergtico,obteve-seumamassade 6660Kg/diadeamniapassandonacamisaparamanterresfriadoadornade fermentao.Utilizandoumfatordeseguranade1,2tem-seumamassade7992 Kg/dia. Ou seja, uma capacidade de resfriamento de 114,9625 Mcal/h. Comparando-se comoscompressoresdofabricanteMYCOMCO.LTD,modelo200LH,quepossui capacidadederesfriamentode227,3Mcal/h [26],tem-sequeserianecessrioum compressor por dorna de 1000 m para que o resfriamento fosse efetivo. Contudo, deve-se salientar quea concentrao inicial de substrato dentro da dorna pequena, assim a liberao de calor pela reao pouca e lenta, no sendo necessria uma capacidade de resfriamento elevada para realizar o controle trmico da dorna. 33 6.SUGESTES Sugere-separamelhorobtenodedadosomelhoramentodocdigo utilizadoparaaresoluodasEDOs,especialmenteparaosbalanosdeenergia, tornando assim o modelo mais fiel realidade. 7.AGRADECIMENTOS Agradeoaoapoiodetodososenvolvidosnodesenvolvimentodesse projetodegraduao,especialmenteaoprofessororientadorDr.UbirajaraCoutinho Filho, pela sua orientao e pacincia. 34 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1)RELATRIOBARTH-HAASGROUP.Disponvelem:< http://www.barthhaasgroup.com/images/pdfs/report2013/Barth_Beilage_2013.pdf> Acesso em: 30 de Outubro de 2013. 2)BAMBERGBIER.Microcervejaria.Disponvelem:< http://www.cervejariabamberg.com.br/release_producaobrasil.php>Acessoem:30 de Outubro de 2013. 3)AMBEV.Institucional.Disponvelem: Acesso em: 30 de Outubro de 2013. 4)ABRASEL.Disponvelem:< http://www.abrasel.com.br/index.php/component/content/article/7-noticias/2236-050813-ritmo-de-producao-de-cerveja-cai-em-2013.html>Acessoem:30de Outubro de 2013. 5)CERVEJASDOMUNDO.NaAntiguidade.Disponvelem:< http://www.cervejasdomundo.com/Na_antiguidade.htm>Acessoem:30de Outubro de 2013. 6)CERVEJADOMUNDO.AEraMedieval.Disponvelem:< http://www.cervejasdomundo.com/EraMedieval.htm>Acessoem:30deOutubro de 2013. 7)CERVEJADOMUNDO.EraModerna.Disponvelem:< http://www.cervejasdomundo.com/EraModerna.htm> Acesso em: 30 de Outubro de 2013. 8)LEVENTHAL, J. 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P.285. 26)SALVADOR,F.ProjetodeumSistemadeRefrigeraoIndustrialcomSet-point Varivel. So Paulo, 1999. P.16. 36 Apndice > > Legenda X: clulas (Saccharomyces Cereviseae) S: substrato (Acar - Maltose) P: produto (etanol) Balano de Massa Substrato > Balano de Massa Produto (Etanol) > Balano de Massa Clulas > Equaes Auxiliares > > > > Parmetros > > > > > > > Condio Inicial > 37 Soluo Dinmica > > > > Balano de Energia> > > Parmetros > > > > > > > > > > > 38 > > > Simulao Dinmica > > > > > > >