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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