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

Autor(es):
Eric Fujiwara
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Tese de Doutorado
Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
Data de defesa:
Membros da banca:
Luiz Otávio Saraiva Ferreira; Delson Torikai; Paulo Roberto Gardel Kurka
Orientador: Carlos Eduardo Vaz Rossell
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
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado