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ALTERNATIVAS para a AUTOMATIZAÇÃO de um COZIMENTO de AÇÚCAR

Eduardo Munhoz

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Cozimento de Açúcar

É o processo de cristalização do açúcar por evaporação de água dentro de una vaso de pressão desenhado para manipular materiais densos e viscosos.

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Processo de Cristalização

É o processo de transferência de massa entre a solução açucarada e os cristais de sacarose, que acontece quando se excede o ponto crítico da força de atração molecular e as moléculas mudam para o estado sólido na sua forma cristalina.

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Curvas de Saturação das Soluções Açucaradas

Temperatura ºC

Temperatura ºF

Brix

Pa

rte

s d

e s

ac

aro

se p

or

10

0 p

art

es

de

ág

ua

Não Satu

rado

Satura

doZona M

etaestá

vel

Zona Inte

rmediá

ria

Zona LábilSuper S

atura

do

110

240 70,6

260 72,2

2800.8

0

300 75,0

320 76,2

340 77,2

360 78,3

380 79,2

400 80,0

420 80,8

440 81,5

460 82,0

480 82,7

50045 50 55 60 65 70 75 80 85 90

83,3

120 130 140 150 160 170 180 190

73,7

0.85

0.90

0.95

1.00

1.20

1.30

1.40

1.05

1.10

1.15

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Sobre-saturação

Numa solução açucarada, a cristalização acontece somente se a solução está sobre-saturada (ou seja, a solução deve ter mais componentes sólidos que a água capaz de dissolver ditos componentes a determinada temperatura).

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Zona Metaestável

É a região mais perto à curva de saturação, onde os cristais existentes na massa crescem sem que haja formação de novos cristais.

Se encontra entre as curvas de saturação 1.0 e 1.2

É a região da curva onde se efetua a “semeadura” e o corredor em que deve ser mantido o cozimento

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Nesta zona haverá formação de cristais somente em presença de outros cristais existentes. Os cristais pré-existentes e os novos crescem juntos.

Zonas de SobresaturaciónZona Intermediária

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Nesta zona haverá formação de novos cristais independentemente da presença ou não de cristais existentes. Os cristais novos e os existentes crescem juntos.

Zonas de Sobresaturación Zona Lábil

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Tacho Contínuo Horizontal

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Tacho Batelada Típico

XAROPE

MEL

ÁGUA

VAPOR

TOMADADE

PROVA

CALANDRA

CONDENSADO

CONDENSADO

ÁGUA

MULTI-JATOVÁCUO

SEPARADORDE

ARRASTE

TUBOCENTRAL

DESCARGADE

MASSA

QUEBRAVÁCUO

LUNETAS

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Zona Metaestável

Toda a base de funcionamento de um bom controle automático de cozimento consiste em identificar e adotar o tipo certo de sensor de concentração/ consistência. Um bom cozimento é aquele que consegue que todos os cristais semeados no inicio da operação sejam recuperados no final, sem perder nem um cristal por fusão ou diluição e sem que se forme nenhum novo cristal adicional por nucleação espontânea.Ou seja, o cozimento automático deve ser conduzido dentro de um estreito corredor chamado de Zona Metaestável.

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Tipos de sensores

Condutividade/ Resistividade Atrito/ Esforço eletromecânico RadiofreqüênciaMicroondas

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Condutividade - Cuitômetro

Hugot escrevia, em 1962:

…...“O trabalho do tacheiro é certamente o mais importante dos trabalhos da fábrica. Ainda que tende a ser mais e mais simplificado e de ser possível o controle por instrumentos, o cozimento de açúcar é evidentemente uma questão de destreza”........

E a seguir recomenda o uso do “Cuitômetro” que basicamente, é um par de eletrodos que medem a condutividade da massa cocida

0

500

1000

1500

2000

72 73 74 75 76 77 78

CONDUTIVIDADE (x 10-6) vs. BRIX

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Sondas de consistência por atrito

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Sondas de Concentração de Radiofreqüência

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Sonda de concentração de Microondas

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Sonda de concentração de Microondas

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Circulação num tacho de batelada

PONTO DE MEDIÇÃO DO NIVEL E DA CONSISTENCIA

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Medições e Pontos de Atuação

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Modelo Matemático

Concentração para Semeadura

0,062 ( 1 +8,22S

0,05

PurezaTemperatura Brix

REF ++ ++

+0,05-

0,05+

1 + 2S ) 0,7460,89S + 1

0,21 e - 0,11SREF + C

26,6 e- 4S

-

67o

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Formação de Grãos

0,062 ( 1 +8,22S

0,05

Temperatura

REF ++ ++

+0,05-

0,05+

1 + 2S ) 0,1860,89S + 1

0,21 e - 0,11SREF + C

26,6 e- 4S

-

Modelo Matemático

Pureza Brix

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Alimentação para o crescimento dos cristais

K ( 1 +TiS

0,05

Temperatura

REF ++ ++

+0,05-

0,05+

1 + TdS )1,03S + 1

0,23 e - 0,08SREF + C

26,6 e- 4S

-0,06S + 1

0,746

Pureza Brix

Modelo Matemático

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Estratégia de Controle (1)

ESTÁGIO AÇÃO CONTROLECarga do tacho Válvula de vapor fechada 0%

Agitador mecânico parado OffInicio da formação de vácuo Válvula de água do

multijatoEstabilização do vácuo em -28” Hg

Válvula de água do multijato

Alimentar a solução até cobrir a calandra

Válvula de alimentação 100% aberta

Concentração Manter o vácuo em -28”Hg Válvula de água do multijato

Ligar o agitador mecânico OnManter o nível do produto acima da calandra

Válvula de alimentação

Alimentar o tacho com vapor Válvula de vapor

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Estratégia de Controle (2)

ESTÁGIO AÇÃO CONTROLEConcentração A supersaturação atinge 1.06 (74°

Bx). Fechar alimentação Válvula de alimentaçãoReduzir o vapor Válvula de vapor

Semeadura A supersaturação atinge 1.11 (75°Bx)Introduzir a semente Válvula on-off do

tachinho de sementeA alimentação de vapor se mantém no mínimo durante 2 minutos

Válvula de vapor

Cristalização Fase 1

Manter a alimentação de vapor em 20 PSI

Válvula de vapor

Manter a supersaturação em 1.15 (76° Bx)

Válvula de alimentação

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Estratégia de Controle (3)

ESTÁGIO AÇÃO CONTROLECristalizaçãoFase 2

Alimentar o produto mantendo a supersaturação em 1.15 (76° Bx)

Válvula de vapor

Atingir 100% do volume do tacho Válvula de alimentaçãoFechar a válvula de alimentação Válvula de alimentação

em 0%Aperto da massa O agitador mecânico atinge a

sua máxima potenciaFechar a válvula de vapor Válvula de vapor em

0%Fim da batelada Desligar o agitador mecânico Off

Quebrar o vácuo. Fechar a válvula de água do multijato

Válvula quebra-vácuoon. Válvula de água de alimentação em 0%

Descarregar o tacho

Abrir a válvula de descarga de fundo

Válvula de descarga em 100%

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Comunicação entre os elementos de campo e o Sistema de Controle

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ArquiteturaEstação de Operação

e Servidor OPC Estação de Engenharia e Operação

®

PROCESS FIELD BUS

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Exemplo de tela para o operador

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smarDIVISÃO AÇÚCAR E ÁLCOOL

Exemplo de tela para o operador

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Exemplo de tela para o operador

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Exemplo de tela para o operador

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Exemplo de tela para o operador

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Instalação da sonda e do transmissor de nível no fundo do vácuo

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Instalação da sonda e do transmissor de nível no fundo do vácuo

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Manifold de alimentação de produtos no tacho

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Tachinho de semente e válvula on-off

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Válvula de descarga do magma

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Válvula de alimentação de vapor

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Válvula de água do multijato

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FIM

MUITO OBRIGADO !!!

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