alternativas para a automatizaÇÃo de um cozimento...
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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
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ac
aro
se p
or
10
0 p
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es
de
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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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PROCAC.PPT - 07/98 - 1.0
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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PROCAC.PPT - 07/98 - 1.0
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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