PROCESSO DE PRODUÇÃOPROCESSO DE PRODUÇÃO

ÁlcoolÁlcool

Gustavo NunesFernando OliveiraEduardo Soares

Histórico da Produção de Histórico da Produção de Álcool no BrasilÁlcool no Brasil

• O álcool é um produto nobre, utilizado desde a antiguidade. Inicialmente em remédios, depois em lamparinas.

• Com o surgimento do automóvel a utilização deste produto como combustível veio naturalmente.

• As experiências com o álcool combustível no Brasil foram a partir da década de 20. Em 1925, o primeiro carro usando álcool como combustível realizou uma viagem do Rio de Janeiro a São Paulo.

• Com a crise de 1929, muitos canaviais ficaram inutilizados por terem excedidos a produção. Com isso, produzir álcool foi uma excelente solução.

• Getúlio Vargas foi um grande entusiasta no uso do álcool combustível. No entanto, a partir de 1945, a falta de investimento do Estado somada a política de exploração de petróleo fizeram desacelerar o crescimento do setor alcooleiro.

• Em 1973 aconteceu um boicote árabe no fornecimento do combustível fóssil (petróleo). Com isso, diante da crise energética mundial, o Brasil consegue inovar aproveitando a grande oferta de cana-de-açúcar no mercado interno para criar o Pró-Álcool (Programa Nacional do Álcool).

• Começa então a produção de álcool em larga escala no Brasil. No início usava-se apenas álcool misturado a gasolina, mas a partir de 1979, carros começaram a usar exclusivamente ÁLCOOL HIDRATADO como combustível.

Etapas da produção de ÁlcoolEtapas da produção de Álcool

Fermentação

Centrifugação do vinho

Tratamento do fermento

Destilação

Preparo do mosto

Pré-evaporação

Tratamento do Caldo

Análise dos materiais Análise dos materiais envolvidosenvolvidos

• A busca de meios técnicos para informarem sobre os acontecimentos dentro das colunas e tubulações, fez com que instrumentos locais fossem instalados (termômetros, manômetros, rotâmetros, entre outros). Contudo como os locais ideais para a medição nem sempre são de fácil acesso para as leituras, surge o desejo de medição à distância. O problema foi resolvido com o agrupamento dos instrumentos em painéis centralizados, evitando que houvessem pessoas andando pela planta para se fazer as leituras dos equipamentos, além da vantagem em tempo para reagir as anormalidades do processo.

• Muitas plantas de álcool e açúcar possuem salas onde os instrumentos estão dispostos para a informação do processo, e em muitas delas, o operador também pode atuar nos equipamentos à distância. No entanto ainda há em muitas plantas a dependência do homem, para manter o processo estável, através de ações corretivas. Nestas instalações se observa a dificuldade dos operadores em realizar tarefas como: abrir e fechar válvulas gradualmente e ligar ou desligar bombas na hora certa.

• Um próximo passo para estas usinas seria o da implementação de controladores, que podem ser analógicos, mecânicos, pneumáticos, hidráulicos ou eletroeletrônicos, possibilitando manter as plantas em situações relativamente estáveis. Pois as perturbações que tenderiam a tirar o processo da estabilidade seriam rapidamente compensadas pela atuação dos controladores.

• O surgimento dos equipamentos digitais ajudou nesta tarefa, porque tornou-se possível linearizar as medições, determinar grandezas por vias indiretas, implantar novos algarismos de controle e selftuning. O Controlador Lógico Programável, PLC (do Inglês Programmable Logic Controller), tornou-se a principal ferramenta de controle pois possibilita o estreitamento da faixa de ação dos controladores, para uma aproximação maior dos limites seguros do processo, e conseqüentemente aumentar o rendimento das reações. Agora os controladores são implementados facilmente via software no PLC, utilizando estratégias de controle como feedfoward, cascata, limites cruzados, entre outras. E as modificações na programação dos seqüênciamento e modificação nos set-points em reação as condições adversas (alarmes) e perturbações externas podem ser realizadas automaticamente, sem a intervenção do operador.

Fluxograma da instrumentação do Fluxograma da instrumentação do equipamento de produção de álcool equipamento de produção de álcool hidratado.hidratado.

Fluxograma do ProcessoFluxograma do Processo

Sub-processo: Sub-processo: ÁLCOOL ÁLCOOL HIDRATADOHIDRATADO

Malha de ControleMalha de Controle

Hierarquia de controle típica de Hierarquia de controle típica de uma planta de processouma planta de processo

Nesse tipo de estrutura, os setpoints (valores de referência ou desejados) são definidos pelas camadas superiores e implementados pelas camadas inferiores.

As variáveis controladas fazem a interligação entre as camadas e, por isso, a escolha de quais camadas deverão existir e quais variáveis serão controladas tem grande importância no projeto de controle da planta.

Estágios da Malha de Estágios da Malha de ControleControle

• O procedimento para realização do controle é composto por quatro estágios, onde as malhas mais rápidas são tratadas no primeiro estágio e na medida em que se avança nos estágios, a velocidade das malhas diminui. Tais estágios são descritos a seguir:

• 1º Estágio são fechadas as malhas de controle com rápida resposta e que podem ser utilizadas como malhas escravas para formar malhas em cascata com alguma malha mestre.

• 2º Estágio é subdividido em quatro etapas: fechamento das malhas de nível; análise de interação, estabilidade e saturação das malhas de controle (utilizando ferramentas de análise como a análise RGA e o Índice de Niederlinski); análise de perturbações no estado estacionário e, por último, sintonia e teste do sistema de controle através de simulação dinâmica.

• 3º Estágio com todas as malhas de nível, vazão, temperatura e pressão controladas, a química do processo e a especificação dos produtos são avaliadas a fim de se definir as malhas de composição. Tal definição é feita através de detalhada análise dos balanços de massa globais.

• 4º Estágio consiste em adicionar camadas de controle superiores, como ferramentas de otimização em tempo real, controle preditivo, entre outros.

Tela de um software de Controle Tela de um software de Controle que simula o processo de que simula o processo de fabricação de álcoolfabricação de álcool

RedesRedes

• Os tipos de redes utilizadas podem ser, por exemplo, EtherNet/IP para integrar o sistema supervisório, o servidor e os CLP’s. Uma rede ControlNet para fornecer comunicação de E/S dos dispositivos em alta velocidade, enquanto a comunicação a nível de dispositivos, fica por conta de uma rede DeviceNet.

• A necessidade de obstrução em algum processo por um enólogo, para correção de temperatura, velocidade de agitação na fermentação, densidade, entre outros, faz com que se tenha de ter uma rede chão-de-fábrica, com diversas interfaces homem-máquina, integrando sistemas supervisórios em que as variáveis do processo possam ser alteradas manualmente.

Protocolos de RedesProtocolos de Redes

EtherNet

• Como alternativa às tradicionais redes industriais, surgem implementações que utilizam a Ethernet, tecnologia de rede local mais utilizada no mundo, possuindo enorme espectro de fornecedores a baixo custo. Apesar de não ter sido projetada para suportar os requisitos das redes de automação industrial, apresenta-se como uma tecnologia bastante interessante para este contexto, devido ao alto desempenho (taxas de transmissão que variam de 10 Mbps a 10 Gbps), baixo custo e expressiva interoperabilidade. Existem atualmente vários grupos de trabalho desenvolvendo soluções para utilização da rede ethernet na indústria.

Protocolos de RedesProtocolos de Redes

ControlNet

• Trata-se de uma rede para o nível intermediário, ou de controle, com transferência de dados em tempo real, provendo transportes de dados críticos de E/S e mensagens, incluindo o upload e download de programação e configuração de dispositivos.

• Uma rede típica de chão-de-fábrica, pela sua robustez, alta confiabilidade e velocidade.

• Seu sistema de comunicação serial opera de forma totalmente determinística e previsível, permitindo que os vários dispositivos e controladores da rede se comuniquem em momentos precisos e pré-determinados.

Protocolos de RedesProtocolos de Redes

DeviceNet

• O protocolo DeviceNet (www.odva.org) foi criado para ser um protocolo de baixo custo, integrando dispositivos mais simples no chão de fábrica, como sensores e drives.

• Tornou-se um protocolo aberto em 1994 e utiliza o modelo produtor/consumidor para a troca de dados, sendo derivado da rede CAN.

Cabeamento das Cabeamento das RedesRedesDeviceNet

EtherNet

Cabeamento das Cabeamento das RedesRedesControlNet

Topologia das RedesTopologia das Redes DeviceNet

Topologia das RedesTopologia das Redes ControlNet

• Uma rede ControlNet pode suportar até 48 pontos, operando numa velocidade de 5Mbit/segundo, cobrindo uma distância de 250 metros entre um ponto e outro.

ConclusãoConclusão • Em uma usina sucroalcooleira, a automação é vital para que a produção, a qualidade dos produtos e a segurança sejam constantes. Por meio do uso de softwares de supervisão atuando em computadores industriais e outros equipamentos, há o controle completo da transformação da cana-de-açúcar. Com isso, o produtor consegue uma grande vantagem competitiva e tecnológica, com altas taxas de produção e indicadores de seu rendimento industrial durante toda a safra.

• A implantação do sistema automatizado completo na usina necessita de um alto grau de investimento, mas esta modernização tem retorno certo. O valor pode ser medido pela redução de perdas resultante de um processo altamente estável, pela melhoria da eficiência dos equipamentos, a segurança, a economia de insumos (água, vapor, energia elétrica) e menor dependência de recursos humanos.

ReferênciasReferênciasFluxograma da produção de álcool hidratado http://www.abepro.org.br/biblioteca/ENEGEP1997_T1108.PDF

Histórico da produção de álcool hidratado http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/Repositorio/Acucar_e_alcool_o_combustivel_do_+Brasil_000fjjyfmjn02wyiv80sq98yqe1zidvy.wmv

Redes e automação na produção de álcool http://www.weg.net/files/weg-em-revista/WR-53.pdf

Pró-Álcool http://pt.wikipedia.org/wiki/Pró-álcool

Etanol http://colegiosesi.wordpress.com/2008/03/26/etanol/

Cabo EtherNet http://www.bath.ac.uk/bucs/networking/resnet/connectingtoresnet/ethernetcable/ethernet_cable.jpg

Cabo DeviceNet http://images.pennnet.com/articles/cs/thm/th_241702.jpg

Cabo ControlNet http://www.belden.com.br/pdf/NP_241P_novo.pdf

Protocolos de redes http://www.cefetrn.br/~walmy/RI_A6.pdf

Qual tipo de topologia utilizar? http://admnsredes.home.sapo.pt/qual_a_topologia_devemos_usar.htm