102013006864 SISTEMA E PROCESSO PARA MONITORAMENTO DE PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO
Depósito: 20/08/2012
Destaque: Prêmio Inventores Unicamp 2016, licenciada para Optolink
Inventor: EDUARDO ONO / CARLOS KENICHI SUZUKI / CARLOS EDUARDO VAZ ROSSELL / CELINA KIYOMI YAMAKAWA / JACIANE LUTZ IENCZAK / ERIC FUJIWARA
Titular: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS - UNICAMP (BR/SP) / CENTRO NACIONAL DE PESQUISA EM ENERGIA E MATERIAIS - CNPEM (BR/SP)
A presente patente descreve um sistema e processo para monitoramento em tempo real de processos de fermentação, notadamente a fermentação alcoólica. O objetivo principal é determinar com precisão o instante ideal para interrupção do processo, quando os nutrientes (açúcares) estão substancialmente esgotados. Isto visa otimizar a produtividade, evitando a parada prematura (fermentação incompleta) ou tardia (perda de eficiência e possíveis danos à levedura). A invenção supera as limitações das técnicas "off-line" tradicionais, que são lentas e requerem análise em laboratório. O sistema utiliza o fenômeno óptico da reflexão de Fresnel como princípio de sensoriamento. O sistema é composto por uma fonte de luz (laser ou LED) (1), detectores (2), acopladores ópticos (3) e uma fibra óptica (4). A fibra óptica atua como o próprio elemento sensor (6), com sua extremidade livre em contato com o meio de fermentação (mosto) dentro do biorreator (11). A luz é guiada pela fibra até a interface com o líquido, onde parte é refletida de volta devido à diferença entre os índices de refração da fibra e do meio. A intensidade da luz refletida (IR) é captada e convertida em sinal elétrico pelos fotodetectores (2). Durante a fermentação, os açúcares são consumidos e convertidos em etanol, alterando gradualmente o índice de refração do líquido. Esta alteração provoca uma variação correspondente na intensidade da luz refletida, que é monitorada continuamente.
A unidade de aquisição e processamento de dados (12) armazena os valores de intensidade ao longo do tempo. É realizado o ajuste de uma curva a esses dados e calculada a sua primeira derivada em tempo real. O ponto ótimo para interrupção da fermentação é identificado quando o valor da primeira derivada se iguala a zero. Isto indica que o índice de refração do meio se estabilizou, sinalizando que os açúcares foram essencialmente consumidos. A fibra óptica utilizada pode ser uma fibra comercial padrão, comum em telecomunicações, o que reduz custos. Opcionalmente, a fibra pode ser substituída por uma fibra polimérica. A extremidade da fibra no biorreator pode ser encapsulada em um tubo de sílica vítrea ou outro material inerte. Este encapsulamento protege a fibra durante a esterilização e evita contaminação do substrato. O sistema oferece vantagens como imunidade a interferências eletromagnéticas, segurança em ambientes explosivos, tamanho reduzido e baixa reatividade química. O processo permite a aquisição de dados à distância e o acoplamento fácil ao biorreator. O monitoramento é contínuo e automático, sem necessidade de coleta e preparação de amostras. A invenção é ilustrada com exemplos de fermentação em batelada utilizando glicose pura e caldo de cana como substratos. As reivindicações protegem o sistema, suas variações (como uso de circulador no lugar do acoplador) e o processo de monitoramento descrito. Em resumo, a invenção fornece uma solução técnica robusta, econômica e eficaz para o controle em tempo real de processos fermentativos.
Pesquisadores da Unicamp e do CNPEM desenvolveram um sistema para monitorar em tempo real a fermentação alcoólica. A tecnologia visa aumentar a eficiência nas usinas, determinando o momento exato para interromper o processo. Sensores instalados nas dornas de fermentação acompanham online a conversão de açúcares em etanol. Isto otimiza a produção e evita perdas que podem chegar a 19% do total de etanol. O método substitui a análise manual e demorada, tornando o processo muito mais eficiente. O sistema utiliza uma fibra óptica em contato com o líquido para realizar o monitoramento. Várias fibras podem ser usadas simultaneamente em diferentes posições dentro do equipamento. Isto permite o acompanhamento integrado de parâmetros como temperatura, pressão e vazão. De acordo com os desenvolvedores, não existe no mercado uma tecnologia similar que integre esses dados.
A invenção resolve um grande gargalo do setor: a dificuldade de monitorar a fermentação em tempo real. A parada no momento errado pode afetar a produtividade e causar a perda do fermento, que é reutilizado. A tecnologia foi protegida por patente em cotitularidade pelo INPI. Foi licenciada de forma não exclusiva para a empresa Optolink. A empresa tem interesse na fabricação e comercialização de produtos baseados no sistema. A aplicação vai além das usinas de açúcar e etanol, podendo ser usada em cervejarias e indústrias de bebidas. O desenvolvimento contou com a expertise de pesquisadores da FEM-Unicamp e do CTBE-CNPEM. A Agência de Inovação Inova Unicamp teve um papel fundamental na proteção da tecnologia. A equipe da Inova foi essencial na interação com os inventores e na elaboração do pedido de patente. O apoio também foi crucial na formalização do contrato de transferência de tecnologia com a empresa. O sistema representa uma solução inovadora e com grande potencial de mercado para a indústria.
Carlos Kenichi Suzuki é professor titular em Engenharia de Materiais, Unicamp - Faculdade de Engenharia Mecânica e Mecatrônica. Doutorado em Engenharia de Materiais pela University of Tokyo (1981) e Mestre em Ciência dos Materiais pela Unicamp - IFGW (1974). Tem atuado na área de materiais & dispositivos fotônicos e materiais nanoestruturados com ênfase nos seguintes temas: fibras ópticas especiais, sistemas inteligentes de sensoriamento em tempo real de combustíveis líquidos, controle de qualidade online de bioetanol e sacarose em usinas sucroalcooleiras.
Resumo: 102013006864 O presente pedido de patente de invenção refere-se a um processo e um sistema para monitoramento de processos de fermentação. A invenção proposta tem seu campo de aplicação no monitoramento em tempo real do processo de fermentação alcoólica, fornecendo o instante ideal para interrupção do processo fermentativo, de forma a otimizar o processo produtivo. As principais vantagens do sistema da presente invenção são decorrentes da utilização da própria fibra óptica como elemento sensor pois estas apresentam tamanho e peso reduzidos, baixa reatividade em meios agressivos, imunidade eletromagnética a riscos em ambientes potencialmente explosivos. Além disso, para a aplicação descrita no presente relatório, a fibra óptica possui também a vantagem da facilidade de acoplamento no biorreator, a aquisição dos dados pode ser feita a distância e o sistema não requer a utilização de nenhum tipo de fibra óptica especial, sendo que as fibras ópticas comerciais, utilizadas principalmente em telecomunicações, são totalmente adequadas. O processo proposto apresenta como vantagem monitoramento em tempo real do processo de fermentação alcoólica.
Referências:
Nenhum comentário:
Postar um comentário