O documento discute alternativas para automatizar o processo de cozimento de açúcar, incluindo diferentes tipos de sensores para monitorar a concentração da solução açucarada, como condutividade, atrito e microondas. Também apresenta modelos matemáticos para controlar a semeadura, formação de grãos e alimentação durante o cozimento, além de estratégias de controle para automatizar o processo completo.

1. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
ALTERNATIVAS para a
AUTOMATIZAÇÃO de um
COZIMENTO de AÇÚCAR
Eduardo Munhoz

2. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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.

3. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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.

4. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Curvas de Saturação das Soluções
Açucaradas
Temperatura ºC
Temperatura ºF
Brix
Partes
de
sacarose
por
100
partes
de
água
Não
Saturado
Saturado
Zona
M
etaestável
Z
o
n
a
I
n
t
e
r
m
e
d
i
á
r
i
a
Z
o
n
a
L
á
b
i
l
S
u
p
e
r
S
a
t
u
r
a
d
o
110
240 70,6
260 72,2
280
0.80
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
500
45 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

5. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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).

6. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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

7. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Nesta zona haverá formação de
cristais somente em presença de
outros cristais existentes.
Os cristais pré-existentes e os novos
crescem juntos.
Zonas de Sobresaturación
Zona Intermediária

8. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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

9. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Tacho Contínuo Horizontal

10. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Tacho Batelada Típico
XAROPE
MEL
ÁGUA
VAPOR
TOMADA
DE
PROVA
CALANDRA
CONDENSADO
CONDENSADO
ÁGUA
MULTI-JATO
VÁCUO
SEPARADOR
DE
ARRASTE
TUBO
CENTRAL
DESCARGA
DE
MASSA
QUEBRA
VÁCUO
LUNETAS

11. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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.

12. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Tipos de sensores
 Condutividade/ Resistividade
 Atrito/ Esforço eletromecânico
 Radiofreqüência
 Microondas

13. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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

14. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Sondas de consistência por atrito

15. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Sondas de Concentração de Radiofreqüência

16. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Sonda de concentração de Microondas

17. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Sonda de concentração de Microondas

18. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Circulação num tacho de batelada
PONTO DE MEDIÇÃO DO
NIVEL E DA CONSISTENCIA

19. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0

20. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Medições e Pontos de Atuação

21. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Modelo Matemático
Concentração para Semeadura
0,062 ( 1 +
8,22S
0,05
Pureza
Temperatura Brix
REF +
+ +
+
+
0,05
-
0,05
+
1
+ 2S ) 0,746
0,89S + 1
0,21 e
- 0,11S
REF + C
26,6 e
- 4S
-
67
o

22. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Formação de Grãos
0,062 ( 1 +
8,22S
0,05
Temperatura
REF +
+ +
+
+
0,05
-
0,05
+
1
+ 2S ) 0,186
0,89S + 1
0,21 e
- 0,11S
REF + C
26,6 e
- 4S
-
Modelo Matemático
Pureza Brix

23. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
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
- 0,08S
REF + C
26,6 e
- 4S
-
0,06S + 1
0,746
Pureza Brix
Modelo Matemático

24. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Estratégia de Controle (1)
ESTÁGIO AÇÃO CONTROLE
Carga do tacho 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
Concentração 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

25. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Estratégia de Controle (2)
ESTÁGIO AÇÃO CONTROLE
Concentração A supersaturação atinge 1.06 (74°
Bx).
Fechar alimentação Válvula de alimentação
Reduzir o vapor Válvula de vapor
Semeadura A supersaturação atinge 1.11 (75°
Bx)
Introduzir a semente Válvula on-off do
tachinho de semente
A 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

26. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Estratégia de Controle (3)
ESTÁGIO AÇÃO CONTROLE
Cristalização
Fase 2
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%
Aperto da massa O agitador mecânico atinge a
sua máxima potencia
Fechar 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-vácuo
on. Válvula de água de
alimentação em 0%
Descarregar o
tacho
Abrir a válvula de descarga de
fundo
Válvula de descarga
em 100%

27. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Comunicação entre os elementos de
campo e o Sistema de Controle

28. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Arquitetura
Estação de Operação
e Servidor OPC
Estação de Engenharia e
Operação
®
PROCESS FIELD BUS

29. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Exemplo de tela para o operador

30. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
smar
DIVISÃO AÇÚCAR E ÁLCOOL
Exemplo de tela para o operador

31. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Exemplo de tela para o operador

32. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Exemplo de tela para o operador

33. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Exemplo de tela para o operador

34. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Instalação da sonda e do transmissor de
nível no fundo do vácuo

35. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Instalação da sonda e do transmissor de
nível no fundo do vácuo

36. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Manifold de alimentação de produtos no tacho

37. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Tachinho de semente e válvula on-off

38. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Válvula de descarga do magma

39. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Válvula de alimentação de vapor

40. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
Válvula de água do multijato

41. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0
FIM
MUITO OBRIGADO !!!

42. PROCAC.PPT- 07/98 - 1.0