Sistema de sensoriamento a fibra óptica para determinação da concentração de sacarose e etanol aplicado a amostras de usinas sucroalcooleiras

Autor(es)

Eric Fujiwara

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2012-07-13

Membros da banca

Carlos Kenichi Suzuki; Luiz Otavio Saraiva Ferreira; Delson Torikai; Paulo Roberto Gardel Kurka

• Orientador: Carlos Kenichi Suzuki

Resumo

O monitoramento eficiente dos diversos estágios de uma usina sucroalcooleira é uma característica essencial para aprimoramento do processo, minimizando as perdas e garantindo a qualidade dos produtos. Nesta pesquisa, foi desenvolvido um sensor a fibra óptica baseado em refletometria para determinação da concentração de etanol e sacarose, aplicado ao monitoramento de produtos, co-produtos e efluentes da usina. Os sinais coletados pelo sistema de sensoriamento foram processados por redes neurais artificiais, viabilizando o cálculo do teor de sacarose e etanol em soluções binárias com erro médio de 0,2 wt% e 1,5 vol%, respectivamente. No caso da medição de amostras de usina, a concentração de sacarose foi obtida com erros menores do que 3 wt%, enquanto que o teor de etanol foi calculado com erros menores a 4 vol%. Adicionalmente, o sistema de sensoriamento foi aplicado no monitoramento em tempo real da etapa de fermentação alcoólica, demonstrando que a tecnologia permite identificar o término da conversão de açúcares em etanol, evitando o tempo ocioso do processo. A metodologia foi também utilizada em medida colaborativa com um sensor capacitivo por eletrodos interdigitados, proporcionando uma redução significativa no erro de medição a valores de até 0,03 vol% no teor de etanol. Finalmente, foi proposta uma técnica inovadora para análise de líquidos baseada na análise em freqüência de sinais ópticos por correlação de hologramas gerados por ruído modal, viabilizando a detecção da massa da amostra com erro médio de 0,48 g, assim como a aferição da viscosidade dinâmica com erro de 0,08 mPa, sendo que estas informações podem ser utilizadas para estimar a concentração da amostra por meio do cálculo da densidade ou da própria viscosidade. Com o desenvolvimento deste projeto de pesquisa, espera-se contribuir com as áreas de tecnologia de instrumentação, automação, e dispositivos fotônicos, proporcionando melhorias significativas para o monitoramento de processos de fabricação de açúcar e álcool em usinas sucroalcooleiras, através de uma técnica minimamente invasiva com boa sensibilidade, resposta em tempo real, possibilidades para automação e relativo baixo custo de implementação (AU)

• Processo FAPESP: 09/09767-7 - Sistema Automatizado de Sensoriamento à Fibra Óptica para Determinação da Concentração em Misturas Água-Etanol
• Beneficiário: Eric Fujiwara
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado