PROCESSO DA PASSAGEM DO CAFÉ CRU PARA TORRADOR E SISTEMA DE TORRA

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

PROCESSO DA PASSAGEM DO CAFÉ CRU PARA 
TORRADOR E SISTEMA DE TORRA 
 
DISCIPLINA: SIMULAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
O trabalho a seguir trata-se do processo de uma determinada Indústria de Alimentos 
em relação aos dispositivos e equipamentos utilizados para chegada do café cru ao 
torrador e respectivamente sua torra. Este processo apresenta malha de controle aberta e 
também fechada. 
Todo o processo que garante o funcionamento adequado em um sistema 
automatizado, estão descritos e explicados durante o trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. PROCESSO/PRODUTO 
 
 O sistema automatizado de passagem do café cru para o torrador e sua torra 
proporciona segurança à matéria-prima, no que diz respeito a sua integridade, já que a 
partir do momento em que o café é acondicionado ao silo, seu caminho até chegar ao 
torrador é totalmente fechado, evitando o contato externo. 
Além desta segurança podemos citar a agilidade, praticidade, custo, tempo, 
informações que não seriam possíveis de serem documentadas se o sistema fosse 
realizado de forma manual. 
Pensando de maneira retrógada se este processo não estive automatizado, a 
quantidade de produção poderia ser diminuída pela metade não atendendo a grande 
demanda sem contar que a segurança do processo também poderia estar em risco, já que 
nos dias atuais a segurança alimentar é um dos pré-requisitos dentro de uma Indústria 
Alimentícia. 
Na sequência tem-se as informações necessárias para entendimento deste processo. 
3. PROCESSO: CAFÉ CRU AO TORRADOR E SUAS CONDIÇÕES DE 
TORRA 
 
Como já mencionado o processo escolhido foi o sistema utilizado em 
uma Indústria de Alimentos que produz café torrado e moído, a parte 
interessante para o projeto SCP é o transporte do café cru até o torrador e suas 
condições de torra, como será descrito abaixo. 
 
3.1 Fluxograma do processo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 Detalhes do processo 
Silo café cru: Tem-se disponível um silo de café cru, ele possui em seu interior 
cinco divisórias para que seja despejado o café de acordo com o blend feito pelo setor 
responsável dentro da Indústria. Ainda no interior do silo foram instalados quatro 
chaves “sensores” do tipo capacitivo (sensor de presença), que tem por finalidade 
acompanhar o nível de café que está sendo colocado, para que não haja falhas, como por 
exemplo transbordar o café e assim ter a perda do produto e consequentemente 
retrabalho ou até mesmo prejuízos para a Indústria. 
Válvula Vazão: A válvula controladora de vazão tanto no início do processo quanto 
no final depois do café torrado, atua controlando a saída de café que irá entrar no 
torrador conforme quantidade indicada pelo operador e no final a quantidade de café 
torrado que será retirado do torrador, da mesma forma. 
Balança inicial: Após a válvula aberta o café cru cai em uma balança do tipo célula 
de carga com transmissor, esta etapa tem por objetivo pesar o café que irá direto para o 
torrador, a quantia programada de café que irá se submeter a torra é normalmente de 
480 kg. 
Queimador/fornalha: Necessário para a torrefação do café, o queimador é 
controlado por um sensor Termopar do tipo K, que faz a medição de temperatura (sendo 
elemento primário de medição de temperatura) que varia de 550 ºC à 950 ºC, a conexão 
do queimador com o torrador é feito por sinal pneumático que oferece segurança contra 
explosões. 
Ar quente: Com a chama produzida e controlada no queimador, passa pela 
tubulação ar quente que irá direto ao torrador, a temperatura desse ar pela tubulação é 
controlada por um termopar do tipo K que atua com limite máximo de 700ºC. 
Motor: O motor instalado no torrador tem o objetivo de girar o cilindro responsável 
pela agitação e consequentemente a torra uniforme do café. 
Torrador: Com a chegada do café ao torrador e o ar quente pela tubulação começa 
o processo de torra. Em seu interior ele possui controles de temperatura e pressão. 
Utiliza-se termopar do tipo J (transmissor indicador de temperatura) para o controle, as 
temperaturas variam conforme as fases da torra e o set point programado pelo operador, 
estão entre 610 à 649 ºC. O controle de pressão (transmissor indicador de pressão) faz a 
medição interna de pressão com controle de -6 +6 mmH2O, variando também conforme 
os estágios da torra. 
 Estes dois dispositivos irão converter os dados para o protocolo de comunicação 
adequado e enviar para o CLP que é o controlador do sistema. 
Registrador: Antes de ir para o CLP os valores obtidos de temperatura e pressão 
são computados em um registrador, sendo um instrumento que registra a traço ou em 
pontos em um gráfico, podendo acompanhar pelo sistema todos os valores medidos 
pelos sensores acima citados. 
Controlador: O controlador recebe os dados e os compara com o set point e através 
de um sistema elétrico envia comandos para a válvula controladora de pressão do 
processo, que atua como registro modular, abrindo e fechando conforme a necessidade. 
Válvula pressão: De acordo com os comandos enviados pelo controlador, a válvula 
controladora de pressão atua como registro modular, abrindo e fechando conforme a 
necessidade, é uma espécie de correção para que a pressão dentro do torrador não 
ultrapasse os limites indicados pelo set point e ocorra problemas com o mesmo. 
Balança final: Esta balança tem a finalidade de pesar o café já torrado antes de ser 
liberado para o moinho, nesta etapa consegue-se ter o volume final do café torrado e 
assim poder fazer uma estimativa de quanto é a perda de café durante este processo, 
portanto teve-se uma entrada em média de 480kg de café cru e após a torra verifica-se 
uma quantidade de 415 kg de café torrado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO 
As condições de operação são as condições em que o processo é subordinado, como 
a temperatura, pressão, etc, neste processos as condições que podem ser observadas são: 
Temperatura: As temperaturas deste processo variam à cada estágio, desde o 
queimador com 550 à 950 ºC, o ar quente que é controlado em uma temperatura 
máxima de 700 ºC e o torrador de 610 à 649 ºC já com o café em processo de torra. 
Pressão: A pressão medida dentro do tambor do torrador sofre variações entre 3.00, 
2.70, 1.50, -1.2, -3.3bar, esta pressão deve ser extremamente controlada para que não 
haja riscos de danos aos equipamentos e até problemas mais graves como explosão. 
Com essa medição é possível controlar a válvula de controle de pressão que é 
acionada pelo controlador após comunicação com o set point. 
 
Vazão: A entrada de café para a balança inicial é de 480 kg e sua vazão à tubulação é 
calculada em de 80 kg/minuto, após a torra do café tem-se aproximadamente 415 kg de 
café torrado, dependendo da matéria-prima utilizada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. DISPOSITIVOS E EQUIPAMENTOS 
 
Silo de café cru (sensores) 
Este silo é abastecido com café cru para que na sequencia seja enviado para o 
torrador, a Figura 1 abaixo ilustra que dentro dele há quatro chaves do tipo capacitivo 
(sensor de presença), que tem por finalidade indicar o nível alto de café cru dentro do 
silo. 
 
 
Figura 1: Silo d café cru com quatro sensores capacitivos. 
 
Segundo Thomazini (2012), os sensores capacitivos são utilizados para a 
detecção de objetos de natureza metálica ou não, tais como: madeira, papelão, cerâmica,
vidro, plástico, alumínio, laminados ou granulados, como é o caso, com grãos de café 
cru. 
Eles geram um grande campo eletrostático e detectam mudanças neste campo 
quando um alvo se aproxima da face ativa. As partes internas de um sensor como este 
são constituídas de uma ponta capacitiva, um oscilador, um retificador de sinal, um 
circuito de filtragem e um circuito de saída (THOMAZINI, 2012). 
Thomazini (2012), ainda explica que, quando o alvo se aproxima a capacitância 
do circuito é modificada e ao atingir um determinado valor ativa o oscilador que ativa o 
circuito de saída, comutando seu estado. Desta forma, excelentes sistemas para controle 
de níveis máximos e mínimos de líquidos ou sólidos são obtidos com a 
instalação destes sensores. 
Abaixo algumas ilustrações de sensores capacitivos. 
 
 
 
 Fonte: Saber Eletrônica, São Paulo, 2006. 
Sensores de nível do tipo 
capacitivo. 
 
 
Balança (célula de carga + transmissor) 
Esta balança de célula de carga e transmissor, pesa até 600 kg, do tipo ALFA 
3107C é um modelo completo com todas as funções. Recomendado quando se deseja 
automação local e comunicação com protocolos seriais, mantendo compatibilidade com 
transmissão analógica 4/20mA (ALFA, INSTRUMENTOS). 
Este modelo é utilizado para a balança inicial e também a final. Na Tabela 1 
abaixo, segue quais as funções desta balança, ALFA 31017. 
 
Funções 
Falta-sobra 
Indicador de balança vazia 
Acumulador de pesagens 
Set points configuráveis 
Saída analógica 4/20mA 
 
Fonte: ALFA INSTRUMENTOS, 2017. 
 
 
 Controle Queimador/ fornalha (Termopar Tipo K) 
Para que o café chegue ao torrador e seja submetido a torra, tem-se um 
queimador que varia seu fogo com controle de temperatura, Termopar do tipo K. 
Os termopares são dispositivos elétricos utilizados na medição de temperatura, 
neste caso temos o Termopar do tipo K, formado por fios de Chromel, como 
termoelemento positivo e Alumel como termoelemento negativo, sua medição é 
adequada para -200 ºC até 1260 ºC, seu uso pode ser considerado geral por ser muito 
resistente a oxidação em altas temperaturas. 
Na Tabela 2, pode-se observar a faixa de utilização deste tipo de dispositivo. 
 
 
 
 
Tabela 2: Faixa de utilização e limites de erro para o Termopar tipo K. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Saber Eletrônica, São Paulo, 2006. 
 
 Controle Torra (termopar tipo J) 
Já dentro do torrador, o café a ser torrado é controlado por um dispositivo de 
temperatura, Termopar tipo J. Este dispositivo é formado por fios de Ferro puro como 
termoelemento positivo e Constant como termoelemento negativo, adequado para 
medição que variam de 0 ºC à 760 ºC, é recomendado para uso contínuo no vácuo ou 
em atmosferas oxidantes, redutoras ou inertes. 
Na Tabela 3, pode-se observar a faixa de utilização deste tipo de dispositivo. 
 
Tabela 3. Faixa de utilização e limites de erro para o Termopar tipo J. 
 
 
 
 
 
Fonte: Saber Eletrônica, São Paulo, 2006. 
 
Pressostato (transmissor indicador de pressão) 
No tambor, dentro do torrador um sensor de medição de pressão se encontra 
instalado, modelo Dwyer, mede a pressão interna com controle de -6 à +6 mmH2O. 
Abaixo na Figura 2, temos o modelo de pressostato que é um dispositivo comum 
em todos os setores industriais. Ele mede e regula a pressão em diversas aplicações e 
ajuda a proteger os equipamentos da sobrepressão, é constituído em geral por um 
sensor, um mecanismo de ajuste de set point e uma chave de duas posições, aberta ou 
fechada. 
 Não é possível pensar na automação e refrigeração industrial moderna sem ele. 
Técnicos e engenheiros de manutenção, procuram a confiabilidade de um pressostato 
para que o sistema ou aplicação garanta suas funções. 
 
Figura 2. Modelo Pressostato 
 
Fonte: Saber Eletrônica, São Paulo, 2006. 
 
Registrador: São instrumentos que efetuam o registro de um dado ou um evento, 
imprimindo as informações em gráficos, podendo ser impressas contínua ou 
descontinua. As informações são de caráter permanente. O registrador tem 
como principal vantagem o fato de produzir um gráfico em tempo real do processo 
(THOMAZINI, 2012). 
Segue abaixo Figura 3 com modelo de gráfico de um registrador, importante 
ressaltar que as linhas cruzadas significam processo em funcionamento e as linhas retas 
processo parado. 
 
Figura 3. Registros de um processo 
 
 
 
 
 
 Fonte: Industria Alimentícia A 
 
Controlador: O controlador age conforme as informações dos dispositivos instalados e 
confere com set point programado. Na Figura 4 abaixo, tem-se a ilustração do modelo 
de um controlador. A adequação às variáveis do processo é complexa e necessita de 
equilíbrio. Por isso, o controlador conta com um sistema avançado de auto sintonia de 
PID, onde há automaticamente a adaptação do aparelho às nuanças do processo 
controlado (THOMAZINI, 2012). 
 
Figura 4. Modelo de controlador 
 
 Fonte: Therma Processo Industrial 
 
Registro modular (válvula): A válvula sendo do tipo esfera é um tipo de válvula 
que pode ser utilizada para controle on-off ou modulante; construída com sedes 
metálicas ou resiliente, aceita revestimentos internos anticorrosivos, construída em 
diversos materiais, bitolas e classes de pressão; aplicada em diversos tipos de fluidos 
tais como água, vapor, lamas, além de fluidos corrosivos com ou sem sólidos em 
suspensão. 
A capacidade de vedação também aumenta com o aumento da pressão 
diferencial (ΔP) através da válvula. A válvula pode ser construída no projeto à prova de 
fogo (fire safe). O acionamento é rápido através de um giro de 90°. As conexões podem 
ser flangeadas, rosqueadas ou solda de topo, são bidirecionais quanto ao sentido de 
fluxo. Fluxo direto e ininterrupto, proporciona baixa perda de carga (alta recuperação de 
pressão). A área de passagem pode ser plena, reduzida ou Venturi. A válvula de esfera 
de passagem reduzida é uma ótima opção para controle de fluxo, porém, o projetista 
deve estar seguro de que as tensões causadas pelas forças da tubulação no corpo da 
válvula serão reduzidas ao mínimo (MATHIAS, A.C, 2015). 
 
 
 
 
 
 
 
6. MALHA FECHADA DE CONTROLE 
 
Neste processo a malha fechada de controle se encontra a partir do queimador, onde 
estão instalados os transmissores de temperatura, motor, transmissor de pressão, 
controlador do processo, válvula controladora de pressão acionada pelo controlador e a 
balança final que atuara após todo o processo de torra recebendo o café depois que a 
válvula de controle de vazão for acionada, verificando o volume final de café torrado. 
Segundo Mathias, 2015, malha fechada de controle é um sistema em que os sensores 
verificam o estado atual do dispositivo a ser controlado e esta medida é comparada com 
um valor predefinido (set point). Desta comparação resultará num erro, ao qual o 
sistema de controle fará os ajustes necessários para que o erro seja reduzido a zero. 
O sistema em questão é dito como controle supervisório monolítico que é projetar 
um único supervisor cuja função é habilitar ou desabilitar eventos controláveis, 
conforme a sequência de eventos observados na planta, de forma que o sistema em 
malha fechada obedeça a algumas regras operacionais especificadas. 
Neste caso o controlador compara os valores gerados pelos sensores com o set point 
e na sequencia fornece informações para o próximo dispositivo que é a válvula de 
controle de pressão para fazer a correção do erro do processo.
7. MAPEAMENTO DA INSTRUMENTAÇÃO 
 
7.1 Fluxograma da instrumentação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sensor capacitivo 
LS 101
 
 
Termopar tipo K 
(ar quente) 
Válvula Controladora de 
Vazão (FCV 101) Tipo 
Elemento de 1ª medição 
(TE 101) Tipo K 
Transmissor Indicador de 
Temperatura (TIT 101) 
Tipo K 
Transmissor Indicador de 
Pressão (PIT 101) 
Controlador Lógico 
Programável (CLP) 
Válvula Controladora de 
Vazão (FCV 101) 
Válvula Controladora de 
Pressão (PCV 101) 
Célula de carga inicial 
Modelo Alfa /3107C 
Célula de carga final 
Modelo Alfa /3107C 
Registrador 
8. PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO UTILIZADO 
 
O protocolo de comunicação utilizado é TCP/IP, rede ETHERNET. 
Este protocolo é como uma linguagem utilizada para fazer dois computadores 
ou um computador e um dispositivo (como o CLP) conversarem entre si. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9. CONCLUSÃO 
 
De acordo com o projeto estudado, a automação do processo do café cru até o 
torrador e sua torra, proporciona vantagens e benefícios tanto para empresa como para o 
produto em questão. 
Seu sistema pode ser considerado realimentação (feedback) que é o mais utilizado 
nas empresas de alimentos. 
 Do ponto de vida econômico a aplicação deste processo garante rentabilidade à 
empresa, padronização do processo, diminuição de erros humanos, maior produção, 
menores perdas e melhorias na qualidade do produto, enfim é um processo de melhoria 
que envolve diretamente o produto oferecido a população. 
Mas como todo processo existem suas desvantagens, como a diminuição de mão-de-
obra, gerando menos empregos e maior custo inicial, sendo assim investidores precisam 
ter um capital considerável para aplicação do processo. 
Ao final do estudo pode-se ter uma perspectiva diferente, ao ver todo o custo, 
equipamentos e pessoas qualificadas que se precisa para criar um sistema como este, 
refletindo no custo final do produto que as vezes achamos ser caro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
MATHAIS, A.C – Válvulas: Industriais, segurança e controle – São Paulo, Editora 
Artliber, 2015. 
 
SABER ELETRONICA. Revista: Automação em Industrias – São Paulo, Editora 
Saber, n 405, out 2006. 
 
THOMAZINI, D. A, PEDRO, U. B – Sensores Industriais – Fundamentos e 
aplicações. 5ª ed. São Paulo: Érica, 2012.