BR102021003370B1

BR102021003370B1 - Sistema e método de quebra de grãos

Info

Publication number: BR102021003370B1
Application number: BR102021003370-3A
Authority: BR
Inventors: Ramiro Saraiva Da Silva; Carlos Fernando Oliveira Cabeça Neves; Sidney Roberto Dias De Carvalho; Rafael Monteiro Veras; Renan Bonnard
Original assignee: Bunge Alimentos S/A
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2022-04-05
Also published as: AR124954A1; CA3209371A1; EP4299181A1; CN117460580A; BR102021003370A2; WO2022178607A1

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE QUEBRA DE GRÃOS. A presente invenção refere-se a um sistema e um método de quebra de grãos que geram grãos quebrados dentro de uma especificação predeterminada. O sistema de quebra de grãos compreende: rolos; e um controlador lógico programável, CLP, configurado para: obter um ponto de ajuste, e controlar uma distância entre rolos a partir do ponto de ajuste obtido, em que o ponto de ajuste é determinado de acordo com características de grãos quebrados provenientes dos rolos, e em que a distância entre rolos é controlada de modo contínuo e automático. O método de quebra de grãos, compreende as etapas de: obter um ponto de ajuste; controlar uma distância entre rolos, em que a distância entre rolos é determinada a partir do ponto de ajuste obtido; e alterar o ponto de ajuste, caso características de grãos quebrados provenientes dos rolos não estejam dentro de especificações desejadas, em que a etapa de alterar o ponto de ajuste é realizada de modo contínuo e automático.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema e um método de quebra de grãos que geram grãos quebrados dentro de uma especificação predeterminada.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] Os sistemas e métodos de quebra de grãos, por exemplo, grãos de soja, mais amplamente conhecidos e utilizados no estado da técnica, também chamados de moinhos quebradores de grãos, envolvem a quebra de grãos, obtenção das características dos grãos quebrados e ajuste do sistema de acordo com as características obtidas. O ajuste é realizado para que os grãos quebrados resultantes do processo de quebra satisfaçam as especificações desejadas e maximizem a extração de óleo dos grãos. Os sistemas e os métodos de quebra de grãos do estado da técnica mais comumente utilizados realizam a obtenção das características e o ajuste do sistema de modo não automatizado, utilizando, por exemplo, um operador.

[0003] Os sistemas desenvolvidos pela indústria de processamento de grãos para quebra de grãos compreendem, em sua grande maioria, dispositivos que requerem a constante presença de operadores responsáveis pela operação e medição do resultado obtido. Após a medição, o operador pode determinar se o produto obtido satisfaz ou não as especificações desejadas para aquele determinado produto. Caso não satisfaça, um ajuste manual do dispositivo se faz necessário para adequar os produtos subsequentes às especificações desejadas.

[0004] Além disso, diversos métodos de quebra e métodos para operar os sistemas conhecidos estão descritos no estado da técnica. A grande maioria dos métodos também requer a participação de um operador para ajuste do processo e adequação do produto obtido. Essa necessidade resulta na dependência de um profissional treinado e capacitado para o desempenho dessa função.

[0005] Como consequência das necessidades citadas, é possível observar nos sistemas e métodos do estado da técnica a presença de erros humanos associados à necessidade da participação de um profissional. Como exemplo, é possível citar a imprecisão nos ajustes dos dispositivos, a baixa frequência de ajustes relacionada ao elevado custo de cada ajuste, fraudes, etc. Esses erros afetam a qualidade do produto obtido, assim como a eficiência da quebra.

[0006] Um exemplo de dispositivo para quebra de grãos do estado da técnica, é descrito no documento US 5,154,364. Nesse documento é descrita uma técnica configurada para fragmentação de grãos alimentícios, tais como soja, trigo, milho, etc. Essa técnica permite o ajuste da distância entre rolos para proteção do equipamento e adaptação do dispositivo ao trabalho que se deseja realizar. Esse ajuste é realizado através de um motor e um sensor responsável por medir a distância entre os rolos. Grãos que precisam de maior quebra de partículas exigem uma distância entre rolos menor, ao passo que, grãos que precisam de menor quebra de partículas exigem uma distância entre rolos maior.

[0007] No entanto, o equipamento descrito requer informações de entrada de um operador para determinar a correta distância entre os rolos. Não há uma adequação automática do equipamento a partir do produto gerado. O equipamento deve ser informado pelo operador das operações a serem executadas. Também não são descritos meios externos capazes de fornecer, em tempo real, informações relacionadas aos produtos obtidos para que o dispositivo possa ajustar a distância entre os rolos de modo contínuo e automático. Adicionalmente, não são descritos meios para garantir uma leitura confiável dos sensores.

[0008] Outro exemplo do estado da técnica é a disposição técnica de moinho quebrador de sementes descrita no documento MU 8400134-8. É descrito o uso de cilindros ajustáveis por meio hidráulico através de CLP. É descrito também a variação do diferencial de velocidade entre os cilindros para aumento de eficiência.

[0009] Nesse caso, é mencionado o ajuste automático dos cilindros por meio de um sistema hidráulico comandado por um CLP. No entanto, não são descritos ou sugeridos ajustes devido à não conformidade do produto final com especificações desejadas. Pela descrição fornecida, ainda existe a necessidade da participação de um operador para realizar a medição dos parâmetros do produto final e realizar o ajuste do moinho quebrador, que é operado automaticamente pelo CLP. O CLP é alimentado apenas por sensores de umidade.

[0010] Em vista dos ensinamentos do estado da técnica, os processos e dispositivos conhecidos não descrevem um sistema ou um método capaz de realizar uma quebra de grãos e reajustar, de modo contínuo e automático, a distância entre rolos a partir dos resultados obtidos, como, por exemplo, características dos grãos quebrados.

[0011] Também não é mencionado nos documentos do estado da técnica o uso de encoders e drives de acionamento elétrico para controlar a movimentação dos motores responsáveis por fazer variar a distância dos rolos.

Objetivos da Invenção

[0012] Em vista dos problemas descritos no estado da técnica, a presente invenção tem por objetivo prover um sistema e um método de quebra de grãos capazes de ajustar as características do produto final a partir de características obtidas em produtos anteriormente processados. O ajuste é realizado pela variação da distância entre rolos responsáveis pela quebra dos grãos de modo contínuo e automático, sem que seja necessária a participação de operadores.

[0013] A presente invenção tem por objetivo prover também um sistema e um método de quebra de grãos capazes de alterar a distância entre rolos ao mover individualmente ao menos um rolo de cada par de rolos da máquina.

[0014] Outro objetivo da presente invenção é prover um sistema e um método de quebra de grãos capazes de corrigir erros entre as medições das distâncias entre rolos e os pontos de ajuste determinados por um otimizador externo.

[0015] Além disso, a presente invenção tem por objetivo prover um sistema e um método de quebra de grãos capazes de alterar os pontos de ajuste a partir da corrente do motor, caso um limite de corrente predefinido seja excedido, resultando em um aumento de segurança do sistema.

[0016] Adicionalmente, é um objetivo da presente invenção prover um sistema e um método de quebra de grãos capazes de realizar os ajustes de distância entre rolos com maior frequência quando comparados a outros sistemas e métodos conhecidos, resultando em um sistema e um método mais responsivos.

[0017] É um outro objetivo da presente invenção realizar os ajustes de distância entre rolos de modo contínuo e automático durante a quebra dos grãos, resultando em uma quebra mais eficiente, precisa e homogênea.

Breve Descrição da Invenção

[0018] Os objetivos da presente invenção são alcançados por um sistema de quebra de grãos, que compreende rolos e um controlador lógico programável (CLP). O CLP é configurado para obter um ponto de ajuste, e controlar uma distância entre rolos a partir do ponto de ajuste obtido. O ponto de ajuste é determinado de acordo com características de grãos quebrados provenientes dos rolos. A distância entre rolos é controlada de modo contínuo e automático. Adicionalmente, o ponto de ajuste é alterado de acordo com valores medidos por sensores de corrente, vibração e temperatura.

[0019] Em uma concretização, os rolos do sistema de quebra de grãos podem ser pelo menos um rolo móvel e um rolo fixo. Em outra concretização, os rolos são uma pluralidade de par de rolos, em que a distância entre rolos é controlada individualmente para cada par de rolos da pluralidade de par de rolos.

[0020] Além disso, a distância entre rolos é controlada por um sistema de movimentação de rolo, que compreende um motor e um fuso, em que o motor é acoplado ao fuso e o fuso é acoplado a uma extremidade longitudinal do rolo móvel. O fuso permite um movimento linear horizontal do rolo móvel.

[0021] O CLP do sistema de quebra de grãos recebe também informações de posição do fuso a partir de um sensor e compara as informações de posição do fuso com o ponto de ajuste para determinar o acionamento do motor e controlar a distância entre rolos.

[0022] O ponto de ajuste é proveniente de um otimizador externo, em que o otimizador externo é configurado para determinar o ponto de ajuste a partir de características de grãos quebrados.

[0023] Os objetivos da presente invenção são alcançados também por um método de quebra de grãos, que compreende as etapas de: obter um ponto de ajuste; controlar uma distância entre rolos, em que a distância entre rolos é determinada a partir do ponto de ajuste obtido; e alterar o ponto de ajuste, caso características de grãos quebrados provenientes dos rolos não estejam dentro de especificações desejadas, em que a etapa de alterar o ponto de ajuste é realizada de modo contínuo e automático.

[0024] No método de quebra de grãos da presente invenção, o ponto de ajuste é determinado por um otimizador externo. Além disso, a etapa de controlar a distância entre rolos é realizada por um CLP através de um sistema de movimentação de rolo.

Breve Descrição dos Desenhos

[0025] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0026] Figura 1 - é uma vista lateral de uma concretização do sistema de quebra de grãos da presente invenção;

[0027] Figura 2 - é um diagrama conceitual de uma concretização do sistema de quebra de grãos da presente invenção; e

[0028] Figura 3 - é uma sequência de etapas de uma concretização do método de quebra de grãos da presente invenção.

Descrição Detalhada dos Desenhos

[0029] A figura 1 ilustra uma vista lateral do sistema de quebra de grãos 100 de acordo com uma concretização da presente invenção. Nesse exemplo de concretização, o sistema de quebra de grãos 100 compreende rolos 110, um sistema de movimentação de rolo 120 e um sistema de controle 130.

[0030] Em uma concretização, os rolos 110 do sistema de quebra de grãos 100 são cilindros acoplados a mancais 112, que permitem a rotação dos rolos 110 em torno de seus eixos longitudinais. Os mancais 112 definem a posição das extremidades dos eixos longitudinais dos rolos 110 e podem ser acoplados a fusos 122. Os mancais 112 não acoplados aos fusos 122 são fixos. Já os mancais 112 acoplados aos fusos 122 são móveis no sentido transversal ao eixo longitudinal do rolo 110. Essa liberdade de movimentação dos mancais 112 permite a movimentação dos rolos 110 na direção transversal ao seu eixo longitudinal.

[0031] Em uma concretização, a liberdade de movimentação transversal dos rolos 110 é limitada pelo fuso 122 a uma movimentação transversal no plano horizontal. Pelo menos um rolo fixo 110, acoplado aos mancais fixos 112, e um rolo móvel 110, acoplado aos mancais móveis 112, se encontram nesse plano horizontal, formando assim um par de rolos 110. Desse modo, o sistema de quebra de grãos 100, de acordo com essa concretização, é capaz de aproximar e distanciar os rolos móveis 110 dos rolos fixos 110 de acordo com as necessidades do sistema.

[0032] Em uma concretização, o sistema de quebra de grãos 100 pode compreender uma pluralidade de par de rolos 110 em uma pluralidade de planos horizontais. Nesse caso, a distância entre rolos 110 é controlada individualmente para cada par de rolos 110 da pluralidade de par de rolos 110. Utilizar uma pluralidade de par de rolos 110 em diferentes planos horizontais e com diferentes distâncias entre rolos 110 permite que os grãos passem por diferentes processos de quebra antes de se tornar o produto final. Essas quebras em sequência resultam em um produto final mais homogêneo e de melhor qualidade.

[0033] Um exemplo de concretização é um sistema de quebra de grãos 100 com dois pares de rolos 110 em dois planos horizontais diferentes. Os pares de rolos 110 são posicionados de modo substancialmente alinhado verticalmente permitindo que o produto resultante de uma quebra seja o produto inicial da quebra seguinte. Apesar de ter sido descrito esse exemplo de concretização, outras configurações também são possíveis, como, por exemplo, uma pluralidade de rolos 110 móveis e/ou fixos em um mesmo plano horizontal, ou uma sequência maior de planos horizontais compreendendo pares de rolos 110 substancialmente alinhados verticalmente.

[0034] Durante o funcionamento do sistema de quebra de grãos 100, a aproximação e o distanciamento dos rolos 110 se traduz em uma variação de características do produto final, ou seja, do grão quebrado. As características do grão quebrado determinam a qualidade desse produto. Portanto, é crucial que a aproximação e o distanciamento dos rolos 110 sejam feitos de modo preciso e frequente. Ao possibilitar o ajuste da posição dos rolos 110, o sistema de quebra de grãos 100 da presente invenção permite que as características dos grãos quebrados, e, portanto, a qualidade, sejam ajustadas de acordo com as especificações desejadas.

[0035] A movimentação dos rolos 110 é possível por meio do sistema de movimentação de rolo 120. Em uma concretização, o sistema de movimentação de rolo 120 compreende, além dos já mencionados fusos 122, motores 124. Como já mencionado, os fusos 122 são acoplados aos mancais 112 do rolo móvel 110 e permitem um movimento linear do rolo 110 em uma direção transversal ao seu eixo longitudinal. Cada rolo móvel 110 compreende dois fusos 122 para que ambas as extremidades do eixo longitudinal possam se mover simultaneamente. Isso garante o alinhamento do rolo móvel 110 com o rolo fixo 110 durante a movimentação do rolo móvel 110.

[0036] Em uma concretização, o fuso 122 é mecanicamente conectado ao motor 124, que é responsável por realizar a movimentação do fuso 122. Ao girar o fuso 122 em seu eixo longitudinal, o motor 124 realiza a movimentação do mancal 112 do rolo 110 no sentido longitudinal do fuso 122 e transversal do rolo 110. O motor 124 pode ser, por exemplo, um motor elétrico, ou, mais especificamente, um motor de passo. A utilização de um motor de passo 124 permite um posicionamento preciso do rolo móvel 110 com relação ao rolo fixo 110. No entanto, outros motores, como um servo motor, ou outras formas de acionamento que permitem esse ajuste preciso do rolo 110 podem ser utilizados.

[0037] Em uma concretização, o motor 124 pode ser conectado ao fuso 122 por meio de um redutor mecânico 126. O redutor mecânico 126 é configurado para adequar o torque e a velocidade angular do fuso 122 com relação ao motor 124 para as especificações requeridas. No entanto, a conexão do motor 124 ao fuso 122 não está limitada ao uso de um redutor mecânico 126, podendo ser feita de diferentes modos, realizando ou não a adequação do torque e da velocidade angular.

[0038] Em uma concretização, cada fuso 122 é movimentado por um motor 124. Sendo assim, cada rolo móvel 110 é movimentado por dois motores 124, tendo em vista que cada extremidade do eixo longitudinal do rolo móvel 110 é acoplada a um fuso 122. Em uma concretização de dois pares de rolos 110 em diferentes planos horizontais, o sistema de quebra de grãos 100 compreende dois rolos móveis 110 e dois rolos fixos 110 e, portanto, quatro motores 124 no total. Outras configurações para os conjuntos de rolos 110 e sistemas de movimentação de rolo 120 são possíveis, como, por exemplo, a utilização de um motor 124 para a movimentação de múltiplos fusos 122.

[0039] O sistema de movimentação de rolo 120 é controlado por um sistema de controle 130. Em uma concretização, o sistema de controle 130 compreende sensores 132, um controlador lógico programável (CLP) 134, um otimizador externo 136 e um drive de motor 138.

[0040] Os sensores 132 são utilizados para evitar erros de medição da distância entre rolos 110 decorrentes de possíveis escorregamentos do motor 124. Em uma concretização, o sensor 132 monitora a posição horizontal do rolo 110 por meio da variação angular do rotor do motor 124 ou do eixo do fuso 122. O sensor 132 pode ser ligado, por exemplo, diretamente no rotor do motor 124 para fazer esse monitoramento. Desse modo, é possível aumentar a confiabilidade da medição da distância entre rolos 110 após um referenciamento inicial realizado durante a instalação do sistema de quebra de grãos 100.

[0041] Um exemplo de sensor 132 utilizado para realizar o monitoramento da distância entre rolos 110 é um encoder absoluto, que é capaz de converter deslocamentos, como, por exemplo, a rotação do rotor do motor 124, em pulsos elétricos. Esses pulsos elétricos são enviados ao CLP 134 para auxiliar no controle do sistema de movimentação de rolo 120.

[0042] O CLP 134 é um equipamento configurado para receber sinais dos elementos do sistema de quebra de grãos 100, realizar uma rotina computacional e controlar elementos com base nos sinais recebidos e processados. Em uma concretização, o CLP 134 está conectado aos sensores 132, ao otimizado externo 136 e ao drive de motor 138. Tais conexões 135 são conexões que permitem a transmissão de sinais entre os elementos citados, sendo que essa transmissão de sinais pode ocorrer através de conexões 135 físicas ou remotas, não estando limitada a nenhum tipo específico de transmissão de sinais.

[0043] Em uma concretização, o CLP 134 é conectado aos drives de motor 138, que, por sua vez, são conectados aos motores 124 que movimentam os fusos 122. O drive de motor 138 é configurado para receber os sinais do CLP 134 e realizar o chaveamento dos componentes de potência para fornecer a corrente necessária para dar movimento aos motores 124. Em outras palavras, o drive de motor 138 faz uma ponte entre o CLP 134 e o motor 124.

[0044] A figura 2 ilustra um diagrama conceitual do sistema de quebra de grãos de acordo com uma concretização da presente invenção. Essa concretização ilustrada na figura 2 representa um diagrama conceitual da concretização ilustrada na figura 1 para cada lado de cada um dos rolos móveis 110. Os laços de controle para ambos os lados dos rolos 110 possuem lógicas iguais. No entanto, os parâmetros de entrada podem ser diferentes, dependendo da análise gerada pelo otimizador externo 140, de acordo com valores medidos por sensores de corrente, vibração e temperatura presentes em partes mecânicas do sistema de quebra de grãos 100 e com as características de grãos quebrados.

[0045] Na configuração da figura 2, uma distância E entre os rolos 110 é proporcionada pelo fuso 122. Cada algoritmo de controle gera um sinal de controle C adequado exigido pelo motor 124 para que a distância E entre os rolos 110 seja atingida. Esse valor é proporcional a um erro B entre um ponto de ajuste A gerado pelo otimizador externo 136 e uma distância F entre os rolos 110 estimada pelo sensor 132 a partir do número de revoluções D do fuso 122.

[0046] O otimizador externo 136 utiliza modelos matemáticos para correlacionar os valores medidos pelos sensores de corrente, vibração e temperatura presentes em partes mecânicas do sistema de quebra de grãos 100 e com as características de grãos quebrados e, assim, gerar pontos de ajuste A para os rolos 110 correspondentes ao que está sendo monitorado em tempo real. Esses pontos de ajuste A gerados são enviados a um controlador de posição 137 presente no CLP 130 e analisados de acordo com os erros B para gerar o sinal de controle C.

[0047] Por exemplo, se em um determinado momento, os sensores de corrente, vibração e temperatura e as características dos grãos quebrados estiverem apresentando determinados valores, o otimizador externo 136, através de modelos matemáticos, irá determinar pontos de ajuste A ideais para o atual comportamento do processo, garantindo assim a qualidade do quebramento dos grãos de acordo com os requisitos estabelecidos pela operação do sistema.

[0048] A partir das características dos exemplos de concretização descritos, o sistema de grãos quebrados controla a distância entre rolos 110 de modo contínuo e automático a partir de informações provenientes do otimizador externo 136 e do CLP 134. Desse modo, o sistema de quebra de grãos 100 é capaz de realizar ajustes com maior frequência e que resultam em uma quebra mais eficiente, precisa e homogênea.

[0049] A figura 3 ilustra um método de quebra de grãos de acordo com uma concretização da presente invenção. Nessa concretização, a sequência de etapas se inicia com uma etapa de obter 510, no CLP, o ponto de ajuste determinado pelo otimizador externo. O ponto de ajuste é utilizado pelo CLP para determinar a distância entre rolos para que o produto final satisfaça as especificações desejadas.

[0050] Então, é realizada uma etapa de controlar 520 a distância entre rolos, em que a distância entre rolos é determinada a partir do ponto de ajuste obtido do otimizador externo. A etapa de controlar 520 a distância entre rolos é realizada pelo CLP e através do sistema de movimentação de rolo. Ao controlar 520 a distância entre rolos, o método de quebra de grãos movimenta o rolo móvel para aproximá-lo ou distanciá-lo do rolo fixo. Essa aproximação ou distanciamento dos rolos se traduz em uma variação de características do produto final, ou seja, do grão quebrado.

[0051] Com o intuito de produzir grãos quebrados dentro das especificações desejadas, é realizada uma etapa de alterar 530 o ponto de ajuste, caso as características de grãos quebrados provenientes dos rolos não estejam dentro de especificações desejada. Essa etapa é realizada de modo contínuo e automático para que os ajustes sejam realizados com maior frequência e o método de quebra de grãos resulte em uma quebra mais eficiente, precisa e homogênea.

[0052] Tendo sido descrito um exemplo de concretização, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

1. Sistema de quebra de grãos (100), caracterizado pelo fato de que compreende: rolos (110); um sistema de movimentação de rolo (120), que compreende um motor (124) e um fuso (122), em que o motor (124) é acoplado ao fuso (122) e o fuso (122) é acoplado a uma extremidade longitudinal do rolo (110); e um controlador lógico programável, CLP (134), configurado para: obter um ponto de ajuste (A), e controlar uma distância (E) entre rolos (110) a partir do ponto de ajuste (A) obtido, em que a distância (E) entre rolos (110) é controlada pelo sistema de movimentação de rolo (120), em que o ponto de ajuste (A) é determinado de acordo com características de grãos quebrados provenientes dos rolos (110), em que o ponto de ajuste (A) é proveniente de um otimizador externo (136) configurado para determinar o ponto de ajuste (A) a partir das características de grãos quebrados, e em que a distância (E) entre rolos (110) é controlada de modo contínuo e automático.

2. Sistema de quebra de grãos (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ponto de ajuste (A) é alterado de acordo com valores medidos por sensores de corrente, vibração e temperatura.

3. Sistema de quebra de grãos (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os rolos (110) são pelo menos um rolo móvel (110) e um rolo fixo (110).

4. Sistema de quebra de grãos (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os rolos (110) são uma pluralidade de par de rolos (110), em que a distância entre rolos (110) é controlada individualmente para cada par de rolos (110) da pluralidade de par de rolos (110).

5. Sistema de quebra de grãos (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o fuso (122) permite um movimento linear horizontal do rolo móvel (110).

6. Sistema de quebra de grãos (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o CLP (134) recebe também informações de posição do fuso (122) a partir de um sensor (132) e compara as informações de posição do fuso (122) com o ponto de ajuste (A) para determinar o acionamento do motor (124) e controlar a distância entre rolos (110).

7. Método de quebra de grãos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: obter (510) um ponto de ajuste determinado por um otimizador externo; controlar (520) uma distância entre rolos através de um sistema de movimentação de rolo, em que a distância entre rolos é determinada a partir do ponto de ajuste obtido; e alterar (530) o ponto de ajuste, caso características de grãos quebrados provenientes dos rolos não estejam dentro de especificações desejadas, em que a etapa de alterar o ponto de ajuste é realizada de modo contínuo e automático.