1CTAI: R. AUTOM. TECN. INF. FLORIANÓPOLIS, V.1, N.1, JUN. 2002

DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA PARA AUTOMAÇÃO DE

UM DESTILADOR DE CACHAÇA E ÁLCOOL DE PEQUENO

PORTE

Alexsandre T Silva, Carlos F. Martins, Laércio Rosa e Ronaldo dos S. DuarteCentro de Tecnologia em Automação e Informática - SENAI/CTAI

Rodovia SC 401, nº 3730 CEP 88.032-005 - Florianópolis-SC

ats@ctai.rct-sc.br martins@ctai.rct-sc.br laercio@senai-sc.ind.br rduarte@senai-sc.ind.br

Resumo - O projeto Automação da Produção de Cachaça fazparte do Programa Catarinense de Melhoria da Qualidade daCachaça, visando a geração de trabalho e renda ao pequenoprodutor catarinense. O processo de produção de cachaça emalambique continuo, desenvolvido pelo Dr. Eng. Jack EliseuCrispim, EPAGRI/URUSSANGA/SC, exige uma temperaturaconstante de 95ºC para o fracionamento dos componentes daguarapa fermentada e uma vazão inversamente proporcionalao grau Alcoólico da cachaça. Para tais funções são utilizadas:válvula de vazão de gás, válvula de vazão de líquido, sensor detemperatura e um alcoômetro. A idéia principal que norteou odesenvolvimento desta pesquisa foi a utilização de recursos deautomação industrial com tecnologia desenvolvida dentro dasunidades do SENAI para melhoria do processo produtivo dacachaça visando padronizar e aumentar sua qualidade,agregando valor ao produto catarinense com investimento viávelao pequeno produtor.

A unidade do SENAI/CTAI, Centro de Tecnologia emAutomação e Informática, responsável pelo controle e integraçãoem conjunto com o SENAI/CEDEP, Centro de Educação eDesenvolvimentos Empresarial, responsável pelodesenvolvimento das válvulas e sensores, desenvolveram durante6 meses os equipamentos necessários para a automatização doprocesso. Após este período de pesquisa, foi possível uma reduçãode custos da ordem de 80% em relação a equipamentos prontosno mercado e uma previsão para a redução ainda maior com acontinuidade da pesquisa e utilização de outras técnicas edispositivos.

Palavras-chave - alambique, guarapa, vinho, alcoômetro.

I. INTRODUÇÃO

Os registros da história da destilação remontam a 3.500anos a.c., sendo que a fabricação de perfumes e cosméticosera conhecida e a destilação servia para elaboração destespreparados. Foi nos meados do século XII, que as bebidasdestiladas passaram definitivamente a fazer parte do hábitodas pessoas. A partir desta data, a evolução do processo dedestilação foi crescente, bem como o consumo de bebidas. Oincremento no consumo nacional e a abertura do mercadoeuropeu e americano, principalmente o mercado alemão italianoe francês, representam possibilidades de rápida expansão dessesetor da economia, a exemplo do que já vem sendo feito pôrestados como Minas Gerais e São Paulo, atualmente osprincipais estados exportadores do produto. Atualmente acachaça de um modo geral é produzida em nosso estado deforma pulverizada, em centenas de pequenos fabricantes que

comercializam regionalmente seus produtos, envasadosnormalmente em garrafões e garrafas, a granel ou em barris. Oque se verifica, na estrutura de produção dominante, é afabricação da cachaça num sistema de produção artesanal,que na grande maioria dos casos, carece dos preceitos básicosquanto à higiene e ao controle de qualidade. Raros são osprodutores que adotam técnicas, mesmo que simples, para amelhoria da qualidade do produto. O caldo da cana-de-açúcaré o elemento básico para a obtenção, através da fermentação,de vários tipos de álcool, entre eles o álcool etílico. A produçãoem Santa Catarina se situa na faixa de 6 milhões de litros anuais,com um consumo na ordem de 35 milhões de litros. De acordocom Tagliari (2001), Santa Catarina possui 14.664 ha de cana-de-açúcar plantados, localizados predominantemente nasregiões mais quentes do estado, no Litoral, Vale do Itajaí eOeste. A produção total de cana-de-açúcar em 1998, segundoo mesmo autor, foi de 483 mil toneladas, com produtividademédia de 33 toneladas pôr ha. Santa Catarina consegue atingirrendimentos de 150 a 180 toneladas de colmos pôr há quandoas lavouras são conduzidas tecnicamente, mas em média, umpequeno produtor rural consegue, em terras férteis,produtividade de 80 a 120 toneladas.

II. DESTILADOR CONTINUO

O novo modelo de destilador contínuo para produção deaguardente e álcool para atendimento aos pequenosprodutores de cachaça e fumo, visa obter produtos com maiorqualidade final. Com o desenvolvimento deste novo tipo dedestilador para as pequenas propriedades os produtores defumo terão uma nova alternativa de energia para secagem dofumo, evitando os problemas de desmatamento oudesenvolvimento de projetos de produção de eucalipto paraqueima nas fornalhas, alem do álcool poder servir comocombustível pala impulsionar carros ou motores.

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Fig. 1 - Micro destilador para produção de 80 litros dia de álcool com85 a 90 GL em fornalha a lenha e bagaço de cana.

Já na destilação da cachaça, para os produtos cabeça,coração e cauda, foi desenvolvido um destilador comcapacidade de separação destas fases, obtendo-se assim umproduto com maior qualidade final. Podendo-se reutilizar acabeça e calda para a produção de álcool combustível. A Figura2 mostra o alambique contínuo, onde a coluna da esquerdasepara a cachaça de cabeça e a coluna do meio separa o coraçãoe a cauda, condensando os 3 produtos na coluna da direita. Aenergia calorífica é aplicada na base do destilador da colunamaior, onde o vinho, guarapa fermentada, é transformado emvapor para posteriormente separar os álcoois na parte superiorda coluna e na coluna do meio. A fonte calorífica destedestilador é a gás, porém a utilização de forno também épossível e viável.

Fig. 2 - Destilador contínuo de cachaça com produção de cachaça decabeça, coração e rabo.

III. FUNCIONAMENTO

O vinho, entra pôr um funil, parte superior do equipamento,pôr gravidade atravessa o interior da coluna de destilação,sofrendo um pré aquecimento, caindo sobre o primeiro pratode separação na parte mais superior da coluna. São váriospratos que pôr diferentes temperaturas vão separar oscomponentes do vinho, que vão sendo recolhidos edirecionado ao condensador, onde há o resfriamento dos trêsprodutos finais, cabeça, coração e rabo. Este processo exigeuma temperatura constante de 95ºC, em sua base ou fornalha,para o fracionamento dos componentes da guarapa fermentada,chamada de vinho. A vazão do vinho é inversamenteproporcional ao grau Alcoólico da cachaça, fazendo-senecessário seu ajuste e monitoramento constante para aprodução de uma cachaça de qualidade e respeitado padrão.Com a variação da vazão do vinho, a fornalha sofre alteraçãode sua temperatura, necessitando de intervenção na fonte deenergia, aqui representada pôr queimadores do tipo industriasa GÁS, exigindo maior ou menor potência calorifica. Omonitoramento dos graus da cabeça, coração e rabo é dadopôr três alcoômetros dentro de tubos separados, logo após ocondensador, antes dos produtos serem recolhidos paraarmazenamento. A leitura pode ser feita em duas escalas, Gay-Lussac ou Cartier.

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Fig. 3 - Projeto técnico do novo modelo de destilador contínuo paraprodução de cachaça.

IV. AUTOMATIZAÇÃO

Devido ao grau de complexidade e exigência de supervisãocontinua, para se ter um padrão de qualidade e volume deprodução para o pequeno produtor, em reunião entre EPAGRIe SENAI, estabeleceu-se uma parceria para o desenvolvimentoda automatização do processo de destilação.

O processo, como citado anteriormente, necessitamonitorar as variáveis temperatura e grau da cachaça e atuarsobre a vazão do vinho e potência calorifica.

A. Sensores

1) Temperatura O sensor de temperatura utilizado é um PT100 a três fios

com um conversor de corrente de 4 a 20mA, o CLP (ControladorLógico Programável) converte a corrente para temperatura entre0º e 150ºC.

2) AlcoômetroAlcoômetro: Os alcoômetros automáticos disponíveis no

mercado, custam cerca de 30 mil reais, inviável para o escopodo projeto. O alcoômetro automático desenvolvido pelo NIT,SENAI/CEDEP, constitui-se de um recipiente contendo umalcoômetro manual e um sensor de medição de distância alaser. Com a variação do teor alcoólico, o alcoômetro sobe oudesce, variando a posição de sua haste em relação ao sensor.Esta distância é medida pelo sensor e enviada ao CLP umacorrente de 4 a20mA, que converte esta leitura em graus Cartier.

Fig. 4 - Alcoômetro automático desenvolvido pelo NIT, SENAI/CEDEP de São José.

3) Sensor de Presença de chamaControle sensível a corrente, detectando a presença de

chama e, no caso de falha de ignição ou posterior falta dechama, provocando uma parada de segurança.

Fig. 5 - Eletrodo de presença de chama.

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B. Válvulas

1) Válvula de vazão de vinhoA válvula de vazão de vinho foi desenvolvida a partir de

uma válvula encontrada facilmente no mercado com preçoacessível e de grande precisão. O NIT encarregou-se dedesenvolver o corpo e o CTAI seu controle eletrônico,baixando o custo para 10% de produtos similares encontradono mercado. As válvulas são acionadas através de pulsos.Estes pulsos movimentam o motor de passo bipolar de duasbobinas. Através de engrenagens a haste da válvula é deslocano sentido perpendicular controlando proporcionalmente osorifícios de entrada e saída do vinho . A haste da válvula foiconstruída de maneira a facilitar sua usinagem.

Fig. 6 - Válvula proporcional de vazão de líquidos, desenvolvida peloNIT SENAI/CEDEP São José para controle de vazão do vinho..

2) Válvula de vazão de GÁSSimilarmente a válvula de vazão de vinho, esta válvula

exigiu uma maior atenção. Para um ajuste preciso do GÁS euma boa vedação, esta válvula demandou um estudo sobre aconstrução de seu corpo e haste. Utilizando informações dahidráulica, pneumática chegou-se a uma válvula de construçãopequena e excelente eficiência, mantendo a mesma economiada válvula de vazão de vinho.

C. Equipamentos

1) CLPO Controlador Lógico Programável utilizado é o Altus

PICOLO 105/R, que possui 12 entradas e 6 saídas digitais,mais modulo analógico Altus PICOLO 140 de 4 entradas e 2saídas e IHM Foton 1(Interface Homem Maquina). Esteequipamento caracteriza-se pelo baixo custo, fácil acessibilidadee pelos recursos disponíveis. A IHM possui 4

botões, permitindo a mudança das linhas do mostrador ealteração dos valores de referencia.

de duas bobinas.

Para gerar os pulsos foi utilizado o CI 74LS194, um shiftregister bidirecional. Como o motor é bipolar e consome 240mAem cada bobina, é utilizado uma ponte H dupla de 500mA, CIL293, e oito diodos devido as correntes reversas. Um NE555em configuração astavel, garante o clock para os passos. OCLP monitora o clock para controlar os passos.

V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] TAGLIARI, P.S. Cana-de-açúcar: boa alternativaagrícola e energética para a agricultura nacional.Agropecuária Catarinense. Florianópolis, v.14, n.1, março,2001

[2] ROMAI, C.; SCHERER,A. SCHERE, I. ; CRISPIM, J.E.Programa de melhoramento da cachaça produzida emSanta Catarina. ACAPAAQ, FIESC, EPAGRI,FLORIANÓPOLIS, 2001, 29P.

[3] CRISPIM, J.E. Manual da Produção de Aguardente dequalidade. Guaíba, Ed. Agropecuária, 2000, 338p.

[4] http://www.solarbotics.net[5] BRAGA, Newton. Revista Saber Eletrônica, [S.L]: Saber,

junho/2002.

VI. CURRICULUM

Alexsandre T. Silva natural deFlorianópolis. Cursando a 6ª fase deAutomação Industrial pela SENAI/CTAI – SC.Estagiário de Pesquisa Aplicada SENAI/CTAI.Área de atuação: Eletrônica e Automação.

Carlos Fernando Martins natural deFlorianópolis.

Graduado em Engenharia de Controle eAutomação Industrial – Univercidade (UFSC–1994). Mestrado em Engenharia Elétrica:Avaliação de desempenho de Sistemas daManufatura (UFSC - 95-96). Doutorado emandamento: Engenharia Mecânica (UFSC).

Coordenador de Pesquisa Aplicada e Coordenador do Cursode Especialização em Automação e Sistemas SENAI/CTAI –SC. Área de atuação: Automação e Informática.

Laercio Rosa natural de Florianópolis.Ronaldo dos S. Duarte natural de Florianópolis.

2) Controle das Válvulas

Como dito anteriormente as válvulas são acionadas atravésde pulsos. Estes pulsos movimentam o motor de passo bipolar