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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Desenvolvimento de indicadores de desempenho para gerenciamento do consumo de água e energia em um sistema clean in place
Title Alternative: Development of performance indicators for water and energy consumption management in a clean in place system
Author: Sislian, Rodrigo, 1983-
Advisor: Silva, Flávio Vasconcelos da, 1971-
Abstract: Resumo: O sistema CIP (Clean in Place) é um processo de limpeza caracterizado por efetuar a higienização em máquinas, sem a necessidade da desmontagem dos componentes. O melhor aproveitamento dos insumos utilizados no processo é um fator importante a ser considerado e a minimização destes pode trazer vantagens financeiras e ambientais. O fato de não haver muitos modelos matemáticos que representem adequadamente o processo de limpeza e a escassez de publicações relacionadas ao tema, torna de interesse o desenvolvimento de ferramentas para o estudo de redução do consumo de insumos, em especial, de água e energia elétrica. Neste trabalho, foram utilizados os resultados experimentais coletados em uma planta do processo de limpeza Clean in Place (CIP), com características de uma instalação semi-industrial. Com base nestes dados, utilizou-se a estrutura ANFIS (Sistema de Inferência Fuzzy Neuro-Adaptativo) do software Simulink® para a modelagem da resposta do pH para variações na vazão de água de enxágue, e foram definidos indicadores de desempenho relacionados à vazão de água de enxágue, ao volume consumido de água e energia elétrica, ao custo da água e da energia elétrica, à taxa de decaimento do pH e um indicador chave de desempenho do custo do enxágue (KPICE). Foi implementado o SIStema de GErenciamento de Custo do Consumo do Processo CIP ¿ SISGECIP ¿ e desenvolvida uma interface gráfica de usuário, os quais possibilitaram a análise do comportamento do processo para o estudo proposto. A análise dos indicadores para as simulações com vazões de enxágue fixa entre a condição de vazão de 15 L.min-1, em que a limpeza é mais rápida (918 segundos), e a vazão de água de enxágue de 10 L.min-1 (1322 segundos), considerada a que representa a limpeza com consumo mínimo de água, mostrou a possibilidade de economia no custo da água de R$ 8,04 a cada 100 enxágues do CIP e redução de 4,20% no consumo de água. Além disto, considerou-se outras duas condições com o custo menor de água e maior de energia elétrica, o que mostrou a possibilidade de aumento da vazão de enxágue sem o aumento do custo da limpeza com possível retomada mais rápida da produção, sendo necessárias outras informações que envolvem a produção como um todo para a tomada de decisão. Os resultados obtidos nas condições consideradas, indicam a possibilidade de economia financeira maior em uma implementação no ambiente industrial, com base na redução de consumo de água e energia elétrica ou tempo para retomar a produção, fatores estes de grande relevância. Com relação à sustentabilidade, este trabalho apresenta a proposta de uma perspectiva holística do processo e deixa os resultados menos dependentes da avaliação de especialistas e menos influenciados por suposições. Se estendido para as demais etapas do processo de limpeza CIP, possibilita agregar também ganhos, tanto no sentido de redução do impacto ambiental quanto no aspecto financeiro, diretamente relacionado às tarifas cobradas para o consumo de água e energia elétrica

Abstract: The CIP (Clean in Place) system is a cleaning process characterized by cleaning the machines used without the need to disassemble the components. The better use of inputs used in the process is an important factor to be considered and its minimization can bring economic and environmental advantages. The fact that there are not many mathematical models that represent adequately the cleaning process and there is a shortage of publications related to the topic, makes it interesting to development tools for the study of reducing the inputs consumption, especially water and electricity. In this work it has been used the experimental results collected in a Clean in Place (CIP) plant with characteristics of a semi-industrial facility. Based on these data, the ANFIS structure (Adaptive Neuro Fuzzy Inference System) of the Simulink® software was used to model the pH response for variations in the rinse water flow rate, and were defined performance indicators related to the rinse water flow rate, the volume of water and electricity consumed, the cost of water and electricity, the pH decay rate and a key performance indicator of the rinse water cost (KPICE). The CIP Process Consumption Cost Management System ¿ designated SISGECIP - was implemented and a graphical user interface was developed both allowing the analysis of the process behavior for the proposed study. The analysis of the indicators for simulations with fixed rinse flow rates between the 15 L.min-1 flow condition, in which cleaning is faster (918 seconds) and the 10 L.min-1 rinse water flow rate (1322 seconds), considered the cleaning with minimum water consumption, showed the possibility of savings in water costs of R$ 8,04 for every 100 rinses in the CIP and a 4,20% reduction in water consumption. In addition, two other conditions were considered, with a lowest cost of water and highest cost of electricity, that showed the possibility of increasing the rinse flow rate without increasing the cost of cleaning with a possible faster resumption of production, requiring other information that involves the production as a whole for decision making. The results obtained under the conditions considered, indicate the possibility of greater financial savings in an implementation in the industrial environment, based on the reduction of water and electricity consumption or time to resume production, factors of great relevance. Regarding sustainability, this study provides a holistic perspective of the process and leaves the results less dependent on expert judgment and less influenced by assumptions. If extended to the other steps of the CIP cleaning process, it can also add gains, both in terms of reducing environmental impact and in the financial aspect, directly related to the fees charged for the consumption of water and electricity
Subject: Indicadores de desempenho
Identificação de sistemas
Água - Consumo
Energia elétrica - Consumo
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SISLIAN, Rodrigo. Desenvolvimento de indicadores de desempenho para gerenciamento do consumo de água e energia em um sistema clean in place. 2020. 1 recurso online ( 158 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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