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Ajuste de Modelo Matemático à Cinética da Remoção de Resíduos em Sistemas de Limpeza CIP
Ana Paula Pereira Reis, Fernanda Ferreira Pires, Rubens Gedraite Faculdade Engenharia Química, UFU,
38400-902, Uberlândia, MG
E-mail: rgedraite@feq.ufu.br,
PALAVRAS-CHAVE: modelo matemático; sistema limpeza CIP; cinética da reação
RESUMO – Este trabalho tem por finalidade obter modelo matemático adequado para representar a
cinética da reação de limpeza CIP de um trocador de calor do tipo casco e tubos usando a soda cáustica
como agente detergente. O estudo da cinética foi executado com base na concentração de soda cáustica
residual presente na água de enxágüe utilizada para a limpeza final do equipamento. Os resultados
experimentais obtidos sugerem que o comportamento dinâmico da cinética de limpeza seja definido por
meio de uma EDO de 2ª ordem. Os dados experimentais coletados foram analisados com o intuito de
ajustar um modelo matemático que permita representar de forma adequada e coerente o
comportamento do sistema. A função matemática que melhor resposta tem apresentado é a função
sigmoidal. Os resultados obtidos sugerem boa concordância entre os dados experimentais e a função
ajustada.
1. INTRODUÇÃO
O processo de limpeza de equipamentos da indústria química vem recebendo maior
atenção a cada dia que passa. Uma das principais razões para este comportamento reside no
fato de que significativa quantidade de insumos é gasta nestes processos.
O estudo do processo de limpeza CIP é baseado na cinética de remoção dos resíduos que
permanecem aderidos às paredes dos equipamentos do processo. Esta cinética vem sendo
estudada por GORMEZANO (2007), CARLOTTI FILHO (2008) e MELERO JR (2011).
Os resultados parciais obtidos até o presente apontam para um comportamento dinâmico
que pode ser representado por meio de uma EDO baseada em propriedade química
mensurável e que varia com a concentração de resíduos sólidos removidos pelo fluido de
limpeza por meio de ação mecânica e química.
Neste trabalho o pH foi escolhido como a variável de processo que apresenta
comportamento passível de observação e medição confiável ao longo do tempo.
2. METODOLOGIA EMPREGADA
Os autores anteriormente citados trabalharam com protótipos e/ou com bancadas
experimentais usadas para representar um sistema industrial de interesse. Foram estudados
trocadores de calor, por se tratar de equipamentos tipicamente encontrados nos processos
químicos.
Os equipamentos foram submetidos à operação com leite e posteriormente limpos por
meio do emprego de solução de soda cáustica, a qual atua como detergente neste processo.
Na seqüência, os equipamentos foram lavados com água de enxágüe para remoção dos
resíduos de soda caustica.
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A medição da concentração residual de soda cáustica presente na água de enxágüe usada
foi medida experimentalmente por meio de um medidor de pH de laboratório, adaptado para
medição em tempo real.
Os resultados obtidos com a medição do pH ao longo do tempo foram coletados
eletronicamente por meio de um sistema de aquisição de dados utilizando o aplicativo
LABVIEW®.
3. RESULTADOS OBTIDOS
Os resultados preliminares obtidos sugerem que a cinética tenha um comportamento
correspondente a um sistema de segunda ordem, com base nas seguintes observações
experimentais (GEDRAITE et al., 2010): (i)- a variação do pH não é instantânea e, (ii)- a variação
apresenta um decaimento exponencial, após um pequeno período de tempo, conforme
apresentado no gráfico apresentado na seqüência.
Adicionalmente, foram obtidos os valores dos parâmetros que permitem estabelecer a ordem
dos modelos obtidos, como apresentado na tabela que se segue.
Os modelos ajustados sugerem um comportamento bastante razoável para o sistema
modelado face ao comportamento dinâmico real do sistema estudado, como pode ser visto na
figura apresentada a seguir.
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4. CONCLUSÕES
Os dados experimentais coletados foram analisados e permitiram o ajuste de modelos
matemáticos adequados para representar de forma coerente o comportamento do sistema.
A função matemática que melhor resposta apresentou é a função sigmoidal.
Os resultados obtidos sugerem boa concordância entre os dados experimentais e a função
ajustada.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CARLOTTI FILHO, M. A. C. Estudo da cinética de remoção de resíduos de cálcio e de detergente
alcalino nas etapas de pré-lavagem e de enxágüe em um trocador de calor de placas. São
Caetano do Sul, SP: CEUN-IMT, 2008. Mestrado.
GEDRAITE, R.; KUNIGK, L.; RIBEIRO, S.; MELERO JR., V.; VASCONCELOS, F.; Sislian, R.
Experimental investigation about the milk protein based deposit removal kinetics. World
congress on communication and arts, WCCA, Guimarães – Portugal, 2010.
GORMEZANO, L. Desenvolvimento e implementação de sistema para avaliar a cinética de
remoção de resíduos presentes nos tubos de trocador de calor feixe tubular. São Caetano do
Sul, SP: CEUN-IMT, 2007. Mestrado
MELERO JR, V. Instrumentação e Identificação de um Processo de Sanitização CIP. São
Caetano do Sul, SP: CEUN-IMT, 2011. Mestrado
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