automatizacao

Não é possível falar em automação de um sistema de extrusão sem falar de quatro importantes fatores que devem ser considerados cuidadosamente:

1-)A Fórmula do produto

2-)O equipamento de extrusão utilizado ( o “ hardware”)

3-)O Software

4-)As especificações do produto final.

As matérias primas que você selecionou , o equipamento de extrusão específico que você utiliza , e o desenho do processo como um todo tem um grande impacto no produto final.

Embora controles automatizados de extrusão resultem em algum custo extra , eles simplificam enormemente o gerenciamento do processo de extrusão .

A extrusão de alimentos pode ser definida como sendo um processo através do qual amidos e materiais proteináceos sofrem um processo de cozimento e plastificação em um tubo , através da combinação de pressão , temperatura , e atrito mecânico.

Conforme indicado pela complexidade da definição , a extrusão é um processo complexo e pode se tornar um tanto confuso se não for abordado de maneira sistemática – Aliás , isso é pre- requisito para a automação de qualquer processo , não apenas o da extrusão.

A FÓRMULA

A fórmula de um produto extrusado pode ser composta de vários componentes de origem vegetal ou animal. Em geral , uma fórmula típica é composta de carboidratos , proteínas , lipídeos ( gorduras) e outros ingrediente em menor quantidade , como por exemplo vitaminas , minerais , flavors , etc.

CARBOIDRATOS

Entre os carboidratos que podem ser incluídos na fórmula estão os amidos , os hidrocoloides( gomas) e os açucares.
O amido é frequentemente um dos principais ingredientes que compõe a formula , sendo sem dúvida o mais importante dos carboidratos.

Durante o processo de extrusão , o amido é gelatinizado. Para que aconteça a gelatinização do amido , é necessária grande quantidade de umidade , temperatura , e tempo de retenção.

PROTEÍNAS

As proteínas são frequentemente o segundo componente mais importante da fórmula. Elas podem ser de origem animal ou vegetal.. A sua funcionalidade , definida pela sua solubilidade em agua , é a sua principal característica, e tem certamente grande impacto no seu tipo de processamento.

A solubilidade das proteínas é frequentemente determinada pelo nível de aquecimento que recebeu antes do processo de extrusão.

Por exemplo : um farelo de soja que foi tostado em alta temperatura por um longo tempo pode ser mais difícil de processar do que aquele farelo que foi adequada e levemente tostado.

LIPÍDEOS

As gorduras são incluídas na formula pelo seu alto valor calórico , e/ ou por razões de palatabilidade..Porem , no processo de extrusão a gordura atua como um lubrificante , fazendo com com que os parâmetros de processo da máquina tenham que ser ajustados para compensar esse efeito “lubrificante”.

“MINOR” INGREDIENTES

Há uma grande variedade de ingredientes que são adicionados em pequena inclusão na fórmula, seja por razões nutricionais , seja como ajudantes do processo. Alguns desses componentes não afetam o processo de extrusão , e o processo de extrusão não os afetam. Outros componentes porém sofrem um grande impacto no processo de extrusão , como é o caso de vitaminas não protegidas.

O “ HARDWARE” – Nada mais é que a máquina em sua configuração: módulo de abastecimento , condicionamento , potencia do motor , configuração do canhão e suas flexibilidades e recursos.

Até esse ponto ficou claro que para automatizar um sistema de extrusão temos que conhecer a fórmula de cada produto , nos seus componentes principais : PROTEÍNA , AMIDOS , GORDURA.

PRÓXIMO PASSO:

O próximo passo é conhecer a quantidade de massa que está sendo colocada na máquina , ou seja , o FLUXO DE PRODUTO SECO.

É exatamente nesse ponto que o sistema comum começa a ter que ser um pouco modificado.

Os melhores sistema são os gravimétricos , que fornecem uma precisão em torno de 1%.

São costumeiramente usados:

SISTEMA LOSS-IN-WEIGHT – Nesse sistema o silo que abastece a rosca alimentadora está sobre células de carga. A perda de peso ao longo do tempo fornece o indicativo de fluxo da massa.

PESAGEM CONTÍNUA – Nesse sistema a rosca que abastece o silo alimentador de fundo vivo ou então o próprio conjunto rosca+ silo está sobre células de carga.

As constantes indicações de peso ao longo de um intervalo de tempo são integradas pelo software de controle em um PLC, e a somatória dessas indicações de peso( centenas por minuto) é que fazem a indicação de peso de produto em fluxo para a máquina.

PRÉ CONDICIONAMENTO

A função do pré condicionador é hidratar e aquecer o fluxo conhecido de produto ( kg/ hora) durante um tempo de retenção pré determinado , que pode ser de até 3 minutos , antes que esse fluxo entre no canhão da extrusora propriamente dito.

Os condicionadores mais usados atualmente são os que operam em condição atmosférica normal- e isso nos leva ao segundo passo.

SEGUNDO PASSO

Já vimos que que a função do condicionador é hidratar e aquecer a massa de produto antes da
extrusão.

Isso só é possível através da adição de água e vapor.

No caso específico de automação de sistema , isso implica em controlar o fluxo de vapor e de água através de sistemas de medição e controle que emitam um sinal de 4 a 20 miliamperes , proporcional ao fluxo de agua ou vapor considerado.

Também nesse passo podemos medir diretamente ou indiretamente o teor de umidade da massa , ao se conhecer pelo menos a sua umidade inicial.

Os melhores sistemas de adição são controlados por medidores mássicos , que fornecem uma precisão de medição inferior a 1%. Com isso queremos dizer que o velho rotametro para indicar o fluxo de agua será definitivamente aposentado. Há valvulas que indicam alem da pressão a quantidade de vapor adicionada por intervalo de tempo , e podem ser reguladas para fornecer o que se deseja com grande precisão.

A EXTRUSÃO

O extruder em si é o coração do processo. É composto de motor , caixa de redução , barramento , camisas e roscas de diferentes configurações e agressividade. Algumas máquinas , mesmo sendo mono roscas , possuem sistema de variação de velocidade , o que siginifica um parametro a mais para ser controlado pelo sistema de automação.

O barramento do extruder é composto de “ cabeças” ou “ carreteis “ , camisas , e a matriz de formatação – que são as partes não rotativas da máquina .

As partes que giram são o eixo , as roscas segmentadas , e os aneis de retenção ( atrito) e separação/ mistura . São dezenas de configurações possíveis , e a parte final do conjunto de roscas e camisa tem um formato conico. Todo esse conjunto fornece a quantidade necessária de bombeamento , cisalhamento , mistura e energia mecanica / térmica para a tarefa de extrusão- e aí já estamos no terceiro passo.

TERCEIRO PASSO.

Vimos até aqui que a extrusão é um processo complexo e pode se tornar um tanto confuso se não for abordado de maneira sistemática – Aliás , isso é pre- requisito para a automação de qualquer processo , não apenas o da extrusão.

Vimos que o canhão da extrusora é um conjunto de peças configuradas para fornecer a quantidade necessária de bombeamento , cisalhamento , mistura e energia mecânica / térmica para a tarefa de extrusão.

Como regra geral , só podemos automatizar um processo quando conseguimos medir e controlar todos os fatores que afetam esse processo.

No caso específico do canhão podemos adicionar vapor e líquidos ao produto nas secções de rosca que não estiverem ainda sob pressão extrema que é característica da porção terminal do conjunto de roscas.

Essas adições devem ser controladas por medidores , atraves de sinais que são reconhecidos pelos PLCs e software de controle.

Também podemos passar água de resfriamento ou vapor para aquecimento das camisas , que são ocas exatamente para isso.

Seja fornecendo energia térmica adicional através da adição de vapor ou então agua de resfriamento das camisas para controlar uma expansão indesejada do produto , isso implica que a temperatura do produto deve ser controlada através de sondas digitais que fornecem um sinal elétrico de baixa amperagem , exatamente proporcional à temperatura que o produto se encontra – e esse sinal é reconhecido pelo sistema de controle , o qual passa a atuar automaticamente sobre os sistemas de injeção de vapor no canhão , nas camisa , ou injeção de agua de resfriamento das camisas….

Nesse ponto , vamos definr o que são as VARIÁVEIS INDEPENDENTES E AS VARIÁVEIS DEPENDENTES DO PROCESSO.

As variáveis independentes são aqueles parametros do processo que o operador pode controlar diretamente.

A exata natureza dessas variáveis , irá variar com o grau de sofisticação do processo de automação e controle , mas elas incluem coisas tais como o fluxo ( kg/minuto) do produto seco , taxas de injeção de vapor e água, velocidade da rosca ( quando o sistema permite) , e temperatura do barramento do extruder

Convém falar sobre as chamadas “VARÍÁVEIS DEPENDENTES” do processo.

As variáveis dependentes do processo são aquelas que podem variar de acordo com as alterações que são aplicadas nas variáveis independentes.

São elas : o teor de umidade , a energia térmica adicionada ( temperatura) , a energia mecanica , e o tempo de retenção.

As matérias primas são afetadas pelos parâmetros críticos necessários para que se produza um produto acabado de determinadas características.

Resumindo:

  • Se conhecemos a formula de cada produto e suas características ( amidos , proteína e gordura ) , e colocamos essas formulas e seus componentes em um sistema matricial em um banco de dados,
  • Se conseguimos medir e controlar teor de umidade/ adição de água , vapor/ energia térmica adicionada , temperaturas nos diversos pontos do processo – e relacionar isso com as diferentes formulas imputadas no sistema ,
  • Se conseguimos relacionar no sistema matricial os resultados de cozimento/ expansão/ formato com a formula e os diferentes parâmetros de controle citados ( via PLC), então podemos concluir que:

1-)Um sistema automático de controle ira´incrementar a eficiência do operador , reduzir perdas de produtos e melhorar a uniformidade dos produtos finais através da redução do tempo de set-up e paralisação da máquina , e processo de monitoramento.

2-)Haverá com o sistema automático uma excelente oportunidade de documentação do processo, oque significa dizer predizer , monitorar e controlar melhor a qualidade do produto final dentro de um ambiente controlado pela tecnologia dos computadores , e não apenas no velho sistema de amostragens de produto final pelo controle de qualidade….

Sistemas de controle de extrusão devem ser compostos de hardware robusto , sensores confiáveis. A IHM ( interface Homem Máquina ) deve ser amigável e fácil de operar.

Deve ainda possibilitar o gerenciamento das formulas inseridas , controle individual de dispositivos , alarmes de “fora de especificação” dos parâmetros do processo , análise de tendencia dos dados do processo na forma de gráficos , e rastreabilidade de dados.

O software do controle deve possibilitar fazer start-up e encerramento automático de sequencias de produção.

O software de controle deve ainda incluir recuperação automática de rotinas que possibilitarão ajustar automaticamente parâmetros de processo que estiverem fora das especificações.

Com esse tipo de automação de processo , o operador não é mais solicitado a monitorar continuamente e atualizar coisas como regulagem de válvulas , temperatura de aquecimento ou resfriamento , podendo assim concentrar a sua atenção em produzir o melhor produto com a máxima eficiência – e menor custo de processo !!

SUCESSO NA AUTOMAÇÃO DAS SUAS EXTRUSORAS !!

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