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
500
45
50
55
60
65
70
480
75
1.
Brix
80
85
90
82,7
40
82,0
1.
30
81,5
at
u
ra
do
440
rm
te
In
340
n
Zo
320
a
300
Nã
280
o
M
et
15
80,0
10
79,2
05
78,3
1.
ed
iá
l
bi
Lá
360
80,8
1.
na
Zo
na
380
ri
a
pe
Su
400
20
1.
rS
420
Zo
Partes de sacarose por 100 partes de água
460
ae
st
e
áv
do
ra
tu o
a
S ra d
tu
Sa
l
1.
1.
0.
00
77,2
95
9
0.
0.
76,2
0
75,0
85
0.
73,7
80
260
72,2
240
70,6
110
120
130
140
150
160
170
Temperatura ºF
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83,3
180
190
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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Zonas de Sobresaturación
Zona Intermediária
Nesta zona haverá formação de
cristais somente em presença de
outros cristais existentes.
Os cristais pré-existentes e os novos
crescem juntos.
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Zonas de Sobresaturación
Zona Lábil
Nesta zona haverá formação de
novos cristais independentemente
da presença ou não de cristais
existentes.
Os cristais novos e os existentes
crescem juntos.
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Tacho Contínuo Horizontal
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Tacho Batelada Típico
MULTI-JATO
SEPARADOR
DE
ARRASTE
VÁCUO
TOMADA
DE
PROVA
XAROPE
ÁGUA
QUEBRA
VÁCUO
MEL
ÁGUA
LUNETAS
TUBO
CENTRAL
VAPOR
CONDENSADO
CALANDRA
CONDENSADO
DESCARGA
DE
MASSA
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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
 Radiofreqüência
 Microondas
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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
CONDUTIVIDADE (x 10-6)
vs. BRIX
2000
1500
1000
500
0
72
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73
74
75
76
77
78
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
Temperatura
Brix
Pureza
REF +
0,062 ( 1 +
1
+ 2S )
8,22S
0,746
0,05
0,05
0,05
+
-
+
+
+
o
0,21 e
- 0,11S
0,89S + 1
-
26,6 e
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+
67
- 4S
C
Modelo Matemático
Formação de Grãos
Pureza
REF +
0,062 ( 1 +
1
+ 2S )
8,22S
0,186
Temperatura
0,05
0,05
0,05
+
-
+
+
+
0,21 e
- 0,11S
0,89S + 1
-
26,6 e
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+
Brix
- 4S
C
Modelo Matemático
Alimentação para o crescimento dos cristais
Temperatura
Brix
Pureza
REF +
K(1+
1
+ TdS )
TiS
0,05
0,05
+
-
+
0,746
0,06S + 1
-
26,6 e
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0,05
- 4S
+
+
+
0,23 e
- 0,08S
1,03S + 1
C
Estratégia de Controle (1)
ESTÁGIO
Carga do tacho
Concentração
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AÇÃO
CONTROLE
Válvula de vapor fechada
0%
Agitador mecânico parado
Off
Inicio da formação de vácuo
Válvula de água do
multijato
Estabilização do vácuo em -28”
Hg
Válvula de água do
multijato
Alimentar a solução até cobrir a
calandra
Válvula de alimentação
100% aberta
Manter o vácuo em -28”Hg
Válvula de água do
multijato
Ligar o agitador mecânico
On
Manter o nível do produto acima
da calandra
Válvula de alimentação
Alimentar o tacho com vapor
Válvula de vapor
Estratégia de Controle (2)
ESTÁGIO
AÇÃO
CONTROLE
Concentração A supersaturação atinge 1.06 (74°
Bx).
Semeadura
Fechar alimentação
Válvula de alimentação
Reduzir o vapor
Válvula de vapor
A supersaturação atinge 1.11 (75°
Bx)
Introduzir a semente
Válvula on-off do
tachinho de semente
A alimentação de vapor se mantém Válvula de vapor
no mínimo durante 2 minutos
Cristalização
Fase 1
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Manter a alimentação de vapor em
20 PSI
Válvula de vapor
Manter a supersaturação em 1.15
(76° Bx)
Válvula de alimentação
Estratégia de Controle (3)
ESTÁGIO
Cristalização
Fase 2
Aperto da massa
Fim da batelada
Descarregar o
tacho
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AÇÃO
CONTROLE
Alimentar o produto mantendo a
supersaturação em 1.15 (76° Bx)
Válvula de vapor
Atingir 100% do volume do tacho
Válvula de alimentação
Fechar a válvula de alimentação
Válvula de alimentação
em 0%
O agitador mecânico atinge a
sua máxima potencia
Fechar a válvula de vapor
Válvula de vapor em
0%
Desligar o agitador mecânico
Off
Quebrar o vácuo. Fechar a
válvula de água do multijato
Válvula quebra-vácuo
on. Válvula de água de
alimentação em 0%
Abrir a válvula de descarga de
fundo
Válvula de descarga
em 100%
Comunicação entre os elementos de
campo e o Sistema de Controle
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Arquitetura
Estação de Operação
e Servidor OPC
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®
Estação de Engenharia e
Operação
PROCESS FIELD BUS
Exemplo de tela para o operador
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Exemplo de tela para o operador
smar
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DIVISÃO 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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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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