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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Concentração de leveduras da fermentação alcoólica em hidrociclones
metadata.dc.creator: Bicalho, Isabele Cristina
metadata.dc.contributor.advisor1: Ataide, Carlos Henrique
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Duarte, Claudio Roberto
metadata.dc.contributor.referee1: Vieira, Luiz Gustavo Martins
metadata.dc.contributor.referee2: Paixão, Ana Eleonora Almeida
metadata.dc.contributor.referee3: Béttega, Rodrigo
metadata.dc.description.resumo: No processo de fermentação para produção de etanol, as leveduras de Saccharomyces cerevisiae são recuperadas e recicladas para uma nova etapa de fermentação. Este processo de separação representa um grande desafio, pois as leveduras são pequenas e com baixa densidade. Para tal finalidade, o hidrociclone surge como uma alternativa interessante pois, além de utilizar o mesmo princípio de separação das centrífugas, requer baixo custo de manutenção e pode ser prontamente esterilizado. O presente trabalho teve como objetivo otimizar o processo de separação de leveduras da fermentação alcoólica utilizando hidrociclones. Para tanto, avaliou-se, através de estudos experimentais, a influência de variáveis geométricas e operacionais sobre o desempenho de hidrociclones. Um planejamento experimental fatorial (34) foi empregado e os resultados foram usados para a determinação de modelos matemáticos empíricos que descrevem a capacidade, eficiência total, a razão de líquido e a eficiência total reduzida como função de diferentes variáveis geométricas (diâmetro da alimentação, diâmetro do overflow e ângulo de tronco de cone) e da queda de pressão. A geometria ótima encontrada foi utilizada em um outro planejamento 3 níveis que visava avaliar o efeito da concentração e da queda de pressão sobre o desempenho deste hidrociclone. Os diâmetros dos dutos de alimentação e overflow estudados foram de 2, 3 e 4 mm, enquanto que os ângulos de tronco de cone analisados foram de 6, 8 e 10º. Os ensaios foram conduzidos com suspensões de leveduras em água, com concentrações de leveduras de 0,5% a 5,5% em massa. Todos os testes foram realizados a três diferentes quedas de pressão (15, 23 e 31 psi). Para uma concentração de leveduras de 1%, foram obtidas eficiências totais de separação entre 36,54 a 92,02%, eficiências totais reduzidas de 4,67 a 55,59%, capacidades de 0,1183 a 0,4579 m3/h e razões de líquido com valores entre 31,74 a 84,30%. Investigaramse também as forças centrífugas geradas no interior destes equipamentos que variaram de 291g a 4153g. Da análise e discussão dos resultados, pôde-se identificar que a diminuição das variáveis geométricas junto ao aumento na queda de pressão e utilização de suspensões menos concentradas levou, de um modo geral, a um aumento na eficiência total de separação. Para as maiores condições de queda de pressão foram verificadas as quedas de viabilidade que se situaram abaixo de 6,76%. Técnicas de CFD também foram aplicadas no intuito de simular o escoamento interno de um hidrociclone.
Abstract: In the fermentation process for ethanol production, the yeast Saccharomyces cerevisiae are recovered and recycled to a new stage of fermentation. This separation process is a major challenge, because the yeasts are small and low density. For this purpose the hydrocyclone emerges as an interesting alternative, because it uses the same principle of centrifugal separation, requires low maintenance and can be readily sterilized. This study aimed to optimize the separation process of yeast fermentation using hydrocyclones. To this end, was evaluated through experimental studies the influence of geometric and operational variables on the performance of hydrocyclones. A factorial experimental design (34) was applied and the results were used for the determination of empirical mathematical models that describe the capacity, total efficiency of separation, the flow ratio and reduced separation efficiency as a function of different geometric variables (feed inlet diameter, overflow diameter and angle of the hydrocyclone cone) and pressure drop. The geometry "optimum" founded was used in another factorial experimental design which aimed at evaluating the effect of concentration and pressure drop on the performance of the hydrocyclone. The diameters of the feed and overflow pipes studied were 2, 3 and 4 mm, while the angles of the hydrocyclone cone ranged from 6, 8 and 10º. The tests were conducted with suspensions of yeast in water with yeast concentrations from 0.5% to 5.5% by mass. All tests were performed at three different pressure drops (15, 23 and 31 psi). For yeast concentration of 1% was obtained total efficiencies of separation between 36.54 to 92.02%, reduced separation efficiencies from 4.67 to 55.59%, capacities from 0.1183 to 0.4579 m3/h and flow ratios, ranging from 31.74 to 84.30%. It also investigated the centrifugal forces generated within these devices ranging from 291g to 4153g. Analysis and discussion of the results show that the reduction of geometric variables with the increase in pressure drop and use of less concentrated suspensions led, in general, to an increase in total efficiency of separation. For the largest pressure drop conditions, the reduction of viability was checked and presented values below 6.76%. CFD techniques have also been applied in order to simulate the internal flow of a hydrocyclone.
Keywords: Hidrociclone
Leveduras
Variáveis geométricas e operacionais
Hydrocyclone
Yeast
Geometric and operational variables
Separação (Tecnologia)
Álcool
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: BICALHO, Isabele Cristina. Concentração de leveduras da fermentação alcoólica em hidrociclones. 2011. 154 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15161
Issue Date: 28-Jul-2011
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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