Estudo computacional da etapa fermentativa da produção de cerveja e proposta de uma estratégia de controle para o processo

Abstract

A cerveja é a bebida alcoólica mais antiga do mundo e seu processamento vem evoluindo ao longo do tempo. Atualmente, a comercialização da cerveja ocupa uma posição de destaque no mercado econômico, pois é a bebida alcoólica mais consumida no Brasil e no mundo. Devido a esta importância econômica, a busca por processos mais eficientes e com capacidade de manter a qualidade sensorial do produto final é de grande interesse para as cervejarias. A fermentação é uma etapa importante do processo cervejeiro, pois é nessa fase que se formam os produtos e sub-produtos do metabolismo das leveduras. O estudo detalhado sobre a etapa fermentativa da produção de cerveja permite analisar como as principais variáveis de processo influenciam a fermentação e o modo como elas interagem. Para atingir esta meta, a modelagem matemática, aliada à simulação computacional, foi utilizada nessa dissertação como ferramenta de estudo do processo fermentativo. Os objetivos desta dissertação foram: i) Selecionar e reproduzir através de simulação computacional modelos matemáticos fenomenológicos da etapa de fermentação do processo de produção cervejeira; ii) Investigar o efeito das variáveis manipuláveis de processo (temperatura, pressão e/ou vazões) sobre o comportamento dinâmico dos produtos e subprodutos de interesse, e; iii) Propor uma estratégia de controle que seja capaz de implementar de modo eficiente perfis ótimos de temperatura no processo cervejeiro. Foram encontrados poucos modelos dinâmicos na literatura que representam a etapa fermentativa da produção da cerveja. Para o desenvolvimento dessa dissertação foram utilizados três modelos fenomenológicos escolhidos com base em sua validação experimental e nas variáveis de processo consideradas. Observou-se que as variáveis manipuláveis de processo normalmente influenciam a dinâmica da temperatura da fermentação e, consequentemente, a dinâmica das demais variáveis do processo. Para a melhor condução do processo fermentativo uma estratégia de controle simples, capaz de aquecer e refrigerar o tanque de fermentação conforme a necessidade do processo, foi proposta nessa dissertação. A estratégia de controle proposta se mostrou bastante eficiente, proporcionando ao operador a possibilidade da aplicação de perfis ótimos de temperatura que proporcionem a condução satisfatória da fermentação cervejeira, levando a um produto final com os atributos sensoriais adequados para o consumidor.