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Automação de Cozedor na Usina de Açúcar e Álcool ! Adriano Reis dos Santos; 2 Jose Gilmar Bizari *?Discentes do Curso de Pós Graduação em Automação e Controle Industrial do Centro Universitário de Lins - Unilins, Lins-SP, Brasil Adriano ..siersantos(O gmail.com; gbizarri(yhotmail.com “Esp.Jose Alberto Coretti(orientador); “Esp.Ana Elisa Alencar Silva de Oliveira(orientador); ** Docentes do Curso de Pós Graduação em Automação e Controle Industrial do Centro | Universitário de Lins - Unilins, Lins-SP, Brasil Jose.coretti)unilins.edu.br; anaelisaDunilins.edu.br Resumo: vapor. Os resultados demonstram que atualmente é indispensável o uso da automação para ser competitivo num mercado que esta cada vez mais acirrado. O presente artigo tem por escopo avaliara automação no cozedor de açúcar numa indústria sulcroalcoleira que esta cada dia mais dependente da tecnologia. Busca-se identificar a diferença do cozedores automático e manual e seus diferenciais Palavras — chaves: — cozedores.açúear. mostrando o quanto é importante a automação. indústria tecnologia nas indústrias hoje. Desta forma, o artigo apresenta os resultados de uma pesquisa de campo que investigou desde o processo de cozimento do açúcar quanto ao sistema de automação incorporado ao cozimento e seus benefícios melhorando a produção e qualidade. A pesquisa caracteriza-se como quantitativa e qualitativa onde através de pesquisa de campo e comparações pode obter os resultados para fundamentar a importância de investir em tecnologia. Os dados mostram que os números em produção de açúcar com cozedor automático são maiores, com isso a usina ganha em produção, padrão do açúcar e economia de Abstract: This article is to assess the scope of automation in a cooker sugar industry 1 suleroaicoleira this increasingly dependent on technology ... We seek to identify the difference of cookers and their automatic and manual differential showing how important technology in the industry today. Thus, the paper presents the results of a field study that investigated the long cooking process of sugar as the automation system built to cooking and its benefits by improving production and quality, The research is characterized as a quantitative and qualitative where through field research and comparisons can get the results to substantiate the importance of investing in technology... The data show that the mumbers in the sugar production with automatic cooker are larger, thus the plant gains in production, standard and economy sugar steam. The resulis demonstrate that it is currently necessary to use antomation to be competitive a market that is increasingly fierce. Keywords: cookers.Sugar. industry automation. 1 Introdução O setor sucroalcoleiro vem crescendo atualmente devido a grande demanda de açúcar e álcool no Brasil. Hoje contamos com uma grande quantidade de usinas instaladas em todo Brasil, uma grande plantação de cana de açúcar e métodos de moagem mais eficiente para uma melhor produção de açúcar e álcool. Conforme a biodiserlbr, 2011: O Brasil conta, atualmente, com aproximadamente 320 unidades produtoras de açúcar e álcool. Isso representa uma capacidade instalada para o processamento de mais de 430 milhões de toneladas de cana, o que pode resultar na produção de até 18 bilhões de litros e 29 milhões de toneladas de açúcar. Na atual safra deverão ser processadas aproximadamente 390 milhões de toneladas de cana, atingindo 27,5 milhões de toneladas de açúcar e 16,7 bilhões de litros de álcool. Além disso, deverão ser gerados aproximadamente 3GWh de energia elétrica, durante as 4.000 horas de funcionamento médio dessas usinas, dos quais quase 90% utilizados para autoconsumo (biodiselbr, 2011) Atualmente com as exportações em ritmo acelerado as usinas estão aumentando sua plantação de cana de açúcar que deve atingir em 2020 uma safra de 846 milhões de toneladas. Para nosso governo isso ainda representa um crescimento abaixo da meta que deveria chegar a 1,2 bilhões de toneladas com um aumento significativo também na produção de açúcar e álcool (Udop2012).. Para se manter competitivo no mercado é importante a implantação de sistema de automação para a produção de açúcar e álcool. A necessidade de sistemas automatizados para um melhor controle do processo melhorando a qualidade e aumentando a produção (Embrapa2012). A cana colhida no campo é transportada ate a usina para ser moída para retirada do caldo que passa pela dosagem e A capacidade de trabalho com variáveis analógicas era muito limitada. e Na ocorrência de um defeito, o diagnóstico era muito demorado. O pessoal da manutenção poderia levar dias para encontrar uma bobina queimada ou um contato defeituoso dentro do circuito. s- Quando ecra necessário mudar o comportamento do sistema (devido à mudança no modelo de carro produzido, por exemplo) eta necessário sucatear todo o sistema é começar a fazer tudo do zero o que custava meses de trabalho. (Emerik, 2008). O grande avanço da automação se deu com a entrada da microeletrônica que a partir da década de 60 foram criados os CLPs para substituir os grandes painéis de reles economizando tempo, espaço e energia. (HISTÓRIA DA AUTOMAÇAO, 2007). Com a necessidade de melhorar ainda mais a produtividade houve uma grande evolução nos computadores e começaram a usar programas para ter mais competitividade com qualidade. Aliados aos CLPs que contaram com software especial começaram a ter um ótimo controle e visão geral do processo, foram implantados sistemas SCADA onde o operador consegue ver em tempo real todas vaiáveis do processo, históricos e alarmes. . (revista Cadware, 2006). Atualmente a automação vive a fase da rede industrial na comunicação que substitui vários cabos por um único com muito mais informações dos equipamentos trafegando ate o PLC. Os protocolos são os mais variados de acordo com a necessidade do processo, entre eles estão o Profibus, Fieldbus e DeviceNet(SMAR,2011). A automação tem papel importantíssimo nas indústrias sucroalcooleiras desde o inicio da moagem ate o produto final, pois isso eleva a capacidades das maquinas trabalharem ao seu rendimento máximo evitando grandes paradas e uma grande uniformidade no processo com segurança e monitoramento para uma manutenção preventiva evitando imprevistos e prejuízos. (Eid ET AL. 1998) Certamente um setor muito importante numa usina é a fabrica de açúcar onde se tem o produto final, depoisde todo processo para obter o caldo através da moenda e tratamento de caldo para obter uma concentração melhor chegando ao brix de 78 a 80 onde começam aparecer cristais que se transformam de um estado liquido estado quase solido que se torna em massa cozida. (RIBEIRO,2011) 220 COZEDOR Entre os séculos XVI ao XVII o açúcar era feito manualmente em tanques aquecidos por lenha, o calor era regulado de acordo com a quantidade de lenha para fazer toda etapa de evaporação e cristalização conforme a figura 2. ( Paulo Roberto Ribeiro 2003) Figura- 2httpifpt.scribd.com/doc/36797195/Apostila- Acucar-Alcoo-Smar Atualmente o caldo é aquecido através de aquecedores com vapor de escape oriundos das turbinas a vapor. Após passar pelo decantador para retirada de sujeira ele entra na evaporação por um processo continuo de múltiplo efeito eliminando o excesso de água para uma concentração do xarope na media 65 de brix. ( Castro e Andrade 2006) De acordo com RIBEIRO, 1999: Aconsistênciadamassacozidanão maispermitefervê- laemtubosestreitosenemfazê- Jacircularfacilmentedeumcorpopara aooutro.Porissoutiliza- seoCozedoraVácuo, queéumevaporadordesimplesefeit o desenhadoparamanipularmateria isdensoseviscosos.Ocozedoréess enciaimenteumeristalizadorevapor ativo istoé umequipamentopararea lizarcontrolaracristalizaçãodoaçúea rpormeiodaevaporaçãodaágua. Exi stemváriostiposdeCozedores: BatetadaouContinuo VerticaisouHorizontais Comecalandracuserpentinas Comcalandrafixaoufiutuante Comcalandraplanaouinclinada Comcirculaçãonaturalouforçada(ag itaçãomecênica). (PauloRobertoRibeiro1999) —CozedorVistaExterna- Figuras http://pt.scribd.com/doc/55554242/37/Auto macao-da-area-de-Cozimento Começando no cozimento de massa B, inicia com a entrada de xarope ou mel dentro do cozedor ate cobrir a calandra, deve ter um vácuo na media de 60 he. Nesse momento a válvula de vapor deve ser acionada para processar a evaporação da água e concentrar ate a região metacstável, logo em seguida deve aplicar no interior do cozedor a semente que são a moagem de cristais mais etanol preparado em laboratório, Com os sólidos dissolvidos dolicor mãe mais açúcar da massa de cristaisdeve se elevar ao máximo a concentração de Brix e esta pronto para arriar em cristalizadores massa B. Depois de passado por centrifugas e separado o mel é produzido o magma que serve de pé para a massa A que vai ser adicionado o xarope para aumentar os 5 é feito através de válvulas que alimentamo cozedor com matéria prima auxiliada por uma sonda que mede radiofrequência ou condutividade, após a granagem é feito o controle dos prãos através de água mantendo a evaporação econcentração ate chegar a media de 93%quandoa massa esta pronta para ser enviada aos cristalizadores (SANDRO DA SILVA PINTO 200). Em um processo de cozimento automático seja parcial ou total se ganha com a qualidade do produto final com maiores números de bateladas e padronização entre tumos com maior produção (Runtime 2006). Segundo RIBEIRO, 1999 o cozedor automático diminuiu ate 30% do tempo de cozimento por batelada economizando mais vapor e eliminando os falsos cristais com melhor uniformidade. (RRIBEIRO 1999) 3- Pesquisa de Campo ou Estudo de Caso 3.1 Métodos e técnicas Com o objetivo de demonstrar automação de um cozedor na produção de açúcar e álcool realizou-se um estudo de caso numa usina de açúcar e álcool localizada na região oeste do estado de São Paulo. A empresa foi fundada em 1983 com a união de alguns acionistas para fazer álcool. A usina iniciou com a capacidade de moagem de 177 toneladas de cana na primeira safra e produzir 10 mº de álcool. No decorrer do tempo viu-se a necessidade de fabricar açúcar devido aos preços instáveis do álcool. A partir de 1996 começou a instalar uma fabrica de açúcar, um ano depois se iniciava a produção de açúcar. Hoje a usina conta com uma media de 5 mil funcionários e uma moagem de cana ultrapassando 8 milhões de toneladas por safra. A fabricação de açúcar por safra alcança a media de 572 mil toneladas e 222.500 mê de álcool. Além da geração de energia para consumo próprio a usina vende parte da sua produção que chega a 30 MW. Dentro de todo processo de produção vamos analisar somente os cozedores de açúcar manual e automático e verificar as principais diferenças. O caso a ser estudado pode ser classificado como qualitativo ou quantitativo, que esta sendo a meta de qualquer empresa que visa o sucesso, aumento de produção com qualidade, utiliza comparações, medições e métodos de avaliações feitas no processo, que permite mostra a diferença da fabricação do açúcar nas usinas utilizando Cozedores manuais e automáticos. Tendo como finalidade, mostrar o avanço dado nesse seguimento que dia após dia vem mostrando um mercado promissor e rentável, com muitos investimentos voltados para esse setor, pois a pesquisa vem mostra diferença real que podem ocorrer durante a fabricação do açúcar, ocasionando alterações no produto. Foram utilizados dados coletados em campo que mostram o cozimento feito por sistema manual onde o operador tem que fazer aberturas de válvulas, analisa o desenvolvimento dos cristais com apenas seu conhecimento e habilidade sendo o 7 suporte e automáticos com controles precisos de concenitações, temperaturas, gráficos, válvulas todas automáticas a modo que qualquer mudança no decorrer do cozimento já e corrigida. Com o crescimento e aumento da produção de açúcar e álcool a empresa tem quase 100% de seus processos automatizados desde entrada de matéria prima ate seus produtos finais e resíduos em sua filial. Sendo o açúcar, álcool e energia elétrica os principais produtos de seus processos, como todo o caldo extraído fica tudo voltado para a produção do açúcar, tendo em vista maior produtividade e qualidade investindo muito em automação de seus processos sendo inclusos o processo da fabricação do açúcar, tendo todo o processo de cozimento automatizado. A empresa tem como meta usar todo o caldo resultante da extração da cana para a fabricação de açúcar e após usar esse caldo para o açúcar, usar os méis obtidos nesse processo para fabricação do áicool, a fabrica de açúcar tem que conseguir processar todo esse caldo, para que não tenha redução na produção ou ate mesmo para a extração do caldo, tendo como experiência na matriz, cozedores manuais, que necessitam de maior tempo para o processo, contar com a experiência e atenção do operador para controlar e ficar atento a mudanças das variáveis do processo, sabendo que e impossível conseguir processar um açúcar de boa qualidade e com padrão. São três turnos, nunca vai ser o mesmo operador. A eficiência da fabrica de açúcar depende de inúmeros fatores, o cozimento & muito importante para conseguir absorver todo o caldo extraído e manter o ritmo de produção. 3.2 Cozedor manual massa B Na usina pesquisada, todo processo de fabricação do açúcar se inicia nos cozedores de segunda ou massa B. Para operar um cozedor de açúcar manual não e fácil, vamos descrever a situação de uma operação toda manual apesar de válvula quebra vácuo, válvula de descarga de fundo, válvula de corte serem elétricas. Normalmente é iniciado o processo com xarope ou mel, começamos (formando o vácuo) formar vácuo significa manter uma pressão negativa dentro do tacho, essa pressão normalmente e adquirida através da utilização de coluna de água (coluna barométrica), onde e feita circulação da água dentro da coluna e com a velocidade da mesma gerar essa pressão, fazendo uma interligação entre as partes superiores do cozedor e da coluna. O ideal é conseguir uma pressão dentro do cozedor de -23 pol Hg que é feito a medição por vacuômetros. Com essa pressão negativa deve abrir a válvula de mel para encher o cozedor ate cobrir a calandra, isso é conferido através dos visores instalado no corpo do cozedor. Logo em seguida deve abrir as válvulas de vapor e monitorar o nível por algum tempo ate o mel ficar no ponto de fio que esta em torno de 80 a 82 de concentração. O operador deve fazer o teste a mão do ponto de fio, não existe sonda de concentração. O cozedor não é 100 % automático, mesmo assim o processo de batelada é mais rápido e confiável dando mais tempo ao operador podendo trabalhar com mais equipamentos.) Nos cozedores automático o operador tem todas as informações do processo na tela do supervisórioalém de conseguir interagir com mais rapidez e eficiência. Algumas variáveis de processo são medidas através dos transmissores de nível, temperatura, vácuo no corpo, pressão de vapor na calandra e sonda de concentração. As válvulas automáticas analógicas são a de alimentação do cozedor e válvula do multijato que controla água para aumentar ou diminuir o vácuo dentro do cozedor. Quanto as válvulas automáticas on- off estão a de alimentação xarope, água e mel, válvula de descarga de massa, de corte e quebra vácuo conforme figura 7 do supervisório . [5.800 va a Codiairiva PL CTO0O poe Figura 7 — Figura Supervisório Para iniciar uma batelada o operador faz uma limpeza total do cozedor, na tela supervisório ele clica em LAVAGEM COM VAPOR e coloca o tempo desejado no set-point, normalmente o tempo que atinge 100 ºC. Em seguida operador clica em pé CORTE, COZIMENTO E APERTO. Ê importante certa pressão negativa dentro do cozedor para puxar o magma da sementeira e existe uma malha de controle conforme figura 8 entre a válvula multijato € o transmissor de vácuo instalado no corpo do cozedor. A WM 512 é uma variável de processo que nesse caso é a pressão negativa que entra noPID para ser processado e logo em sua saída WM 4000 manda para um ganho qué é convertido na WM 522 na saída analógica para controle da válvula automática PID Vazio Ganho Saida “O PD o] [O ERTELINTIS O] o e EM em [E “EMO > Mio] wMs22 our] Ev: WMBto INP= 44000 ISP: 24,34 eum: CIOD farta: WyMa007. 00 Ram: Cito Ser: WMan07.02 Bia: CO Figura 8- Bloco Programa O cozedor começa abrir a válvula automática do multijato ate atingir o set- point de 24 Hg, quando estiver em 8 Hg começa abrir a válvula de corte para puxar o magma que foi programado conforme o 10 desejo do operador através do botão LIBERAÇÃO. O ideal do nível de magma dentro do cozedor é acima da calandra conhecido pelo operador a um nível de 45% estabelecido em pé corte e logo a válvula fecha. A partir desse momento o cozedor passa de pé corte para cozimento abrindo a válvula de vapor com controle de pressão conforme a malha da figura 9. A variável WM 513 é o sinal do transmissor de pressão que vai atuar a válvula de vapor da calandra. através da WM 521. Es PID Pressao Safesadra Ea PID Ealandra, Soido vs Colandy FD GATEDIATIO ” em EM em en WMH4DEO ev VeM521 -0U7] ro: wMsta ter: voando se: 00 sem: cr0o farta: wnanar eo Rar: cioo str: Wraapa7.02 pra: co Figura 9- minha foto PLC Na etapa do cozimento aparece umamensagem na tela para operador ESCOLHER MATERIA PRIMA, normalmente no cozimento massa A escolhe xarope. A sonda de concentração e o nível do cozedor vão fazer todo controle da massa, medir a concentração e adiciona xarope conforme a necessidade ate chegar aos 90% de nível conforme operador colocou e passa para o aperto. A foto 10 mostra como deve ser montada uma sonda de concentração no cozedor. Figura - 10 http://www eletrosert.com.br/produtos asp? content=produtos sonda concentração pro bex 2.asp&menu=produtos&id=28 A malha da figura 11 e 12 mostram o controle da concentração que inicia no MUX feito através da entrada analógica dasonda de concentração WM 510 e entrada analógica do nível WM 511 que após ser processado pelo PID vai para válvula de matéria prima através da saída analógica WM 4120. A variável nível e concentração são usados ate o final do cozimento, sem essas duas variáveis o operador teria que ficar toda hora monitorando e abrindo a válvula necessária no momento do cozimento. Seleção PY PID Concenitáção MDS TATIE PIB 3 E eu en enj— wid4121 saum] WM4120 :y na: sto eve: wisstor mo: Mis se 7158 sE1: wMs0208 is: vmar Do sr: twMg1z7.02 Figura 11 Bloco PID 11 nível em 45% e final do cozimento com 92% conforme a linha azul do gráfico. A concentração iniciada esta em torno de 70% e durante o processo chega numa media de 85% a 90% dependendo do desejo do operador. CONCLUSAO Através de pesquisas em internet e caso pratico podemos concluir que hoje não da mais para trabalhar sem tecnologia, antigamente o processo de açúcar e álcool exigia um numero maior de funcionários para executar serviços que além de pouca produção ainda não tinha um padrão definido, tudo era feita na pratica. Com o mundo moderno se exige cada vez mais produção e qualidade onde a tecnologia anda aliada com a indústria mantendo a competitividade entre os setores. Verificou se uma diferença de tempo entre os cozedores automático e manual, vale lembrar ainda que os cozedores manuais dificilmente vão seguir padrões iguais de cozimento com operadores diferentes. Nos cozedores automáticos o controle de concentração, nível e outras variáveis são feito constante, qualquer que seja a mudança no processo já e corrigida. Por exemplo, (cair à pressão do vapor na calandra, o PID já envia sinal para aumentar a abertura da válvula de vapor para compensar a queda de pressão) Onde se for manual ate o operador verificar essa queda na pressão e ir ate a válvula para abrir, isso e se o operador estiver com 100% de atenção, que e praticamente impossível no caso. Com esses e entre outros detalhes a utilização dos cozedores automáticos torna- se indispensável para obter uniformidade e padrão, fácil interação com o processo, ganho de tempo e um operador que iria trabalhar com um ou dois cozedores utilizando o automático ele consegue trabalhar com mais cozedores. Em um único dia um cozedor automático consegue uma batelada a mais e ainda sobra tempo, isso significa 800 HL a mais de massa e com maior qualidade e economia de vapor sempre mantendo padrão. Cada 800 HL conseguem fazer 65 toneladas de açúcar que multiplicado por 30 dias da um total de 1950 toneladas. A usina que não investir em automação para produzir mais e com custo menor pode ter os dias contados porque o mercado esta cada vez mais exigente. Sem tecnologia não sobrevive mais. *HL - O hectolitro é uma unidade de volume equivalente a cem litros, representado pelo símbolo hl 13 REFERENCIAS http://www biodieselhr.com/energia/alcool/mercado-etanol htm(biodieselbr 2011) acesso em 31/03/2012 http:/Avww.udop.com.br/index.php?item=noticias&cod=10848274nc. Acesso em 29/04/2012 http://www agencia. coptia.embrapa.br/gestor/cana-de- agúcar/arvore/CONTAGOI 135 22122006154842.html Acesso em 29/04/2012) http://pt.seribd.com/doç/42 199643/PROCESSO-DE-FABRICACAO-DE-ACUCAR-E- ALCOOL Acesso em 11/05/2012 http://www authomathika.com br/arquivos/MEDI%C7%C30%20DE%20BRIX%20PORG20ME CROONDAS TEORIA pdf(GalloeMartins) Acesso em 11/05/2012 http://www .smar.com/brasil2/shownews.asp?Id=682. 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