BR112018070969B1

BR112018070969B1 - Dispensador de alimentos semilíquidos viscosos e método e sistema para controlar as características do alimento

Info

Publication number: BR112018070969B1
Application number: BR112018070969-7A
Authority: BR
Inventors: Lin Yang; Rong Chen
Original assignee: Société Des Produits Nestlé S.A
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2022-10-25
Also published as: CA3020766A1; JP2019511233A; ES2969470T3; EP3442351A1; WO2017177417A1; US11122816B2; CN109152384A; IL262105A; AU2016402743B2; EP3442351A4; AU2016402743A1; RU2717417C1; EP3442351B1; BR112018070969A2; US20210204563A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um método de controle para um dispensador de alimentos congelados ou quentes semilíquidos viscosos que compreende um meio de agitação configurado para agitar o alimento, um motor (50) configurado para acionar a rotação do meio de agitação, um meio de refrigeração ou meio de aquecimento configurado para inserir energia fria ou energia térmica no alimento, um sensor de velocidade de rotação (80) configurado para detectar uma velocidade de agitação, e um sensor de temperatura (13) configurado para detectar uma temperatura do alimento, sendo que o método de controle compreende as etapas de: a) refrigerar ou aquecer o alimento pelos meio de refrigeração ou meio de aquecimento; b) comparar a temperatura do alimento detectada pelo sensor de temperatura (13) com um valor-alvo predefinido da temperatura do alimento e determinar a continuação da refrigeração ou do aquecimento ou parar a refrigeração ou o aquecimento e manter a parada por um tempo predefinido; c) intervir pelo ajuste correspondente do valor-alvo predefinido quando um conjunto de dados coletados a partir do sensor de velocidade de rotação (80) mostrar que a tendência de alteração da velocidade de rotação satisfaz as condições de intervenção predefinidas; e d) retornar à etapa a) para o (...).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] O presente pedido se refere a um sistema e método para controlar as características de alimentos semilíquidos viscosos e a um dispensador de alimentos semilíquidos viscosos que tem o sistema de controle.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Com o desenvolvimento da economia e a melhoria continua do padrão de vida, o consumo de iogurtes ou de sorvetes está aumentando e a demanda do mercado por dispensadores de alimentos congelados, como máquinas de iogurte ou máquinas de sorvete, cresce cada vez mais ano a ano. Portanto, a competência de sobrevivência do mercado e a competitividade de um alimento depende diretamente da confiabilidade do desempenho de controle do dispensador de alimentos. Tomando um dispensador de sorvetes, por exemplo, o overrun (incorporação de ar ao sorvete durante o congelamento) é uma das características mais importantes de um produto de sorvete, tendo grande impacto sobre a qualidade e o sabor do sorvete. No processo de venda de produtos de sorvete, é necessário manter uma temperatura constante das matérias-primas do sorvete em uma tremonha refrigerada do dispensador de sorvete e ao mesmo tempo controlar um meio de agitação para agitar a uma velocidade constante a fim de manter o overrun a um nível constante e, portanto, obter um sabor consistente. Durante a dispensação de tempos em tempos, a baixa velocidade de misturação pode resultar em uma misturação insuficiente da matéria-prima e carreamento irregular de ar, e a alta velocidade de misturação pode resultar em baixas chances de carreamento de ar. A temperatura excessivamente aumentada na tremonha refrigerada pode levar à fusão parcial das matérias-primas do sorvete, e uma temperatura excessivamente diminuída na mesma pode levar ao endurecimento das matérias-primas do sorvete e uma maior dificuldade de misturação. Como resultado, o overrun característico dos produtos de sorvete será inevitavelmente afetado, levando diretamente à degradação do sabor e da qualidade do produto.

[0003] Há uma variedade de sistemas de controle para controlar as características do produto de uma máquina de sorvetes no mercado, a maioria dos quais são de tipos de controle baseados em temperatura, isto é, para executar o monitoramento usando dados medidos por um sensor de temperatura. O princípio de controle é manter as características do produto de sorvete consistentes pelo controle da temperatura do alimento em uma certa faixa. Entretanto, esse método de controle negligencia os seguintes fatores: 1) o controle de consistência da temperatura não é suficientemente preciso para evitar a redução do overrun do produto; 2) o monitoramento da temperatura é um método de monitoramento indireto, levando, assim, ao retardo da resposta de controle da máquina; 3) as características do produto dispensado são severamente influenciadas por fatores ambientais, como a temperatura ambiente e a frequência da dispensação.

[0004] Além disso, o modelo de utilidade chinês CN201163974Y apresenta uma máquina de sorvetes macios do tipo de controle de velocidade de rotação, sendo que um sistema de controle de tal máquina compreende uma unidade de processamento central (CPU), uma tela de exibição de LED e LCD conectada à unidade de processamento central, respectivamente, um painel operacional, um sensor de velocidade de rotação e um circuito de acionamento; o sensor de velocidade de rotação estando instalado ao lado de um eixo de acionamento de saída de um redutor de velocidade da máquina de sorvetes ou ao lado de um eixo de acionamento de saída de um eletromotor. O modelo de utilidade determina a maciez e a dureza do sorvete com o uso do sensor de velocidade de rotação para detectar variação na velocidade de rotação de um motor de misturação causada pela variação de carga e, então, com o uso da CPU. Na prática, o método apresentado neste modelo de utilidade é incapaz de identificar com precisão a maciez e a dureza do sorvete por causa do erro de medição, e, dessa forma, não é confiável.

[0005] O modelo de utilidade chinês CN201365492Y ilustra uma máquina de sorvetes macios com um sistema de controle capaz de detectar a velocidade de rotação em linha, sendo que uma chave se- letora de amostragem de velocidade de rotação sem carga está disposta e conectada a uma unidade de processamento central (CPU). O princípio de controle desse modelo de utilidade tem um valor de velocidade de rotação sem carga (que é obtido pela detecção da velocidade de rotação sem carga em linha) armazenado em um circuito integrado para servir como um valor de ponto de partida, com o uso de um sensor para detectar uma alteração da velocidade de rotação de um motor de misturação causada pela variação de carga e, então, determinar a maciez e a dureza do sorvete através do desvio em com-paração com a linha de base sem carga pela CPU. Esse método de controle apresentado sofre o seguinte defeito: a exatidão do monitoramento para determinar a maciez e a dureza do sorvete não é suficiente para determinar a variação do overrun do sorvete. Além disso, em comparação com a variação do overrun do sorvete, um atraso ocorre no monitoramento da alteração da velocidade de rotação. Consequentemente, esse método de controle pode resultar em uma oscilação considerável das características do produto de sorvete, por exemplo, reação excessiva da CPU, e dessa forma, ele pode ser incapaz de assegurar a estabilidade na qualidade do produto dispensado.

[0006] Em vista do exposto acima, a presente invenção tem por objetivo superar um ou mais dos defeitos acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] O objetivo da presente invenção é fornecer um método de controle para um dispensador de alimentos semilíquidos viscosos que seja capaz de controlar a viscosidade do alimento com precisão e confiabilidade para manter a consistência das características (particularmente as características associadas à viscosidade) do produto dispensado e minimizar a influência do ambiente o máximo possível.

[0008] O objetivo da invenção acima é alcançado com base na compreensão de que a viscosidade é alterada conforme a temperatura do alimento muda, o que pode ser diretamente indicado pela alteração na velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor ou do meio de agitação que está em contato com o alimento.

[0009] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um método de controle para um dispensador de alimentos congelados semilíquidos viscosos que compreende um meio de agitação configurado para agitar o alimento, um motor configurado para acionar a rotação do meio de agitação, um meio de refrigeração configurado para introduzir energia fria no alimento, um sensor de velocidade de rotação configurado para detectar uma velocidade de agitação e um sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura de alimento, sendo que o método de controle compreende as etapas de: a) refrigerar o alimento através do meio de refrigeração; b) comparar uma temperatura do alimento detectada pelo sensor de temperatura com um valor-alvo predefinido da temperatura do alimento e determinar a continuação da refrigeração quando a temperatura do alimento for maior que ou igual ao valor-alvo predefi- nido, e parar a refrigeração e manter a parada por um tempo predefi- nido quando a temperatura do alimento for menor que o valor-alvo predefinido; c) intervir pelo ajuste correspondente do valor-alvo prede- finido quando um conjunto de dados coletados a partir do sensor de velocidade de rotação mostrar que a tendência de alteração da velocidade de rotação satisfaz as condições de intervenção predefinidas; e d) retornar à etapa a) para o ciclo seguinte.

[00010] O algoritmo de controle da presente invenção evita a influência do ambiente pelo uso de dados monitorados em tempo real bem como pelo uso de monitoramento dinâmico e tecnologia de controle de imprecisões autoadaptáveis. Particularmente, a análise e o monitoramento da tendência de alteração dos parâmetros de velocidade de rotação indicativos da viscosidade se destinam a um pré-aviso, o que possibilita a reação oportuna e adequada da máquina.

[00011] De acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um método de controle para um dispensador de alimentos quentes semilíquidos viscosos que compreende um meio de agitação configurado para agitar o alimento, um motor configurado para acionar a rotação do meio de agitação, um meio de aquecimento configurado para introduzir energia térmica no alimento, um sensor de velocidade de rotação configurado para detectar uma velocidade de agitação e um sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura do alimento, sendo que o método de controle compreende as etapas de: a) aquecer o alimento pelo meio de aquecimento; b) comparar uma temperatura do alimento detectada pelo sensor de temperatura com um valor-alvo predefinido da temperatura do alimento e determinar a continuação do aquecimento quando a temperatura do alimento for menor que ou igual ao valor-alvo predefi- nido, e parar o aquecimento e manter a parada por um tempo predefi- nido quando a temperatura do alimento for maior que o valor-alvo predefinido; c) intervir pelo ajuste correspondente do valor-alvo prede- finido quando um conjunto de dados coletados a partir do sensor de velocidade de rotação mostrar que a tendência de alteração da velocidade de rotação satisfaz as condições de intervenção predefinidas; e d) retornar à etapa a) para o ciclo seguinte.

[00012] De preferência, o sensor de velocidade de rotação mede uma velocidade de rotação de um eixo de acionamento de saída do motor. A precisão de medição do sensor está estreitamente relacionada à posição do sensor. Devido à existência de uma caixa de engrenagem de redução, a menor etapa reconhecível nesta invenção é relativamente pequena. Por exemplo, durante a aplicação da presente invenção, a razão de engrenagem da caixa de engrenagem de redução é de 1:83,5, o que significa que se a engrenagem de baixa velocidade girar 1 volta, a engrenagem de alta velocidade girará 83,5 voltas. Considerando que o máximo da diferença identificável na velocidade de rotação é menor que 30 voltas por minuto, com o uso do método de controle da presente invenção, os dados registrados são muito mais precisos, e a máquina é mais sensível para dar uma resposta rápida (a precisão do controle pode satisfazer o requisito menor que ± 2%).

[00013] De preferência, um conjunto de dados na etapa c) é composto de uma pluralidade de dados de índice de ciclo de uma pluralidade de ciclos consecutivos.

[00014] De preferência, durante um ciclo que consiste em uma etapa a) e uma etapa b), os dados de velocidade de rotação medidos durante o período de refrigeração ou aquecimento são calculados para servir como os dados de índice de ciclo.

[00015] De preferência, para o dispensador de alimentos congelados, o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é reduzido quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra um aumento monotônico de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e uma diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que um valor de diferença predefinido. Para o dispensa- dor de alimentos quentes, o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é aumentado quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra um aumento monotônico de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e uma diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que um valor de diferença predefinido.

[00016] De preferência, para o dispensador de alimentos congelados, o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é aumentado quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra uma diminuição monotônica de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e a diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que o valor de diferença predefinido. Para o dispensador de alimentos quentes, o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é reduzido quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra uma diminuição monotônica de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e a diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que o valor de diferença predefinido.

[00017] De preferência, o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é ajustado por um valor constante.

[00018] De acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um sistema de controle para um dispensador de alimentos semilíquidos viscosos que compreende um meio de agitação configurado para agitar um alimento, um motor configurado para acionar a rotação do meio de agitação, um meio regulador de temperatura configurado para inserir energia térmica ou energia fria no alimento, sendo que o sistema de controle compreende um módulo de controle principal e um módulo de captura de dados que compreende um sensor de velocidade de rotação configurado para detectar uma velocidade de agitação e um sensor de temperatura configurado para detectar uma temperatura do ali- mento, sendo o módulo de controle principal configurado para receber sinais de dados do sensor de velocidade de rotação e do sensor de temperatura, controlar a operação do meio regulador de temperatura com base em um resultado de comparação entre uma temperatura real do alimento e um valor-alvo predefinido da temperatura do alimento e analisar os dados de velocidade de rotação a partir do sensor de velocidade de rotação para que quando a análise de dados mostrar que a tendência de alteração da velocidade de rotação satisfaz as condições de intervenção predefinidas, a intervenção seja realizada pelo ajuste correspondente do valor-alvo predefinido.

[00019] De preferência, o sensor de velocidade de rotação é montado em um eixo de acionamento de saída do motor.

[00020] Em um modo, o meio regulador de temperatura é um meio refrigerador. O meio de refrigeração é, de preferência, um evaporador do tipo cilindro. O evaporador do tipo cilindro é compreendido em um circuito de refrigeração com um compressor, e o módulo de controle principal do compressor controla as funções liga e desliga do compressor com base no resultado de comparação entre a temperatura real do alimento e o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento.

[00021] Em um segundo modo, o meio regulador de temperatura é um meio de aquecimento. De preferência, o meio de aquecimento é, de preferência, uma bobina de aquecimento elétrico.

[00022] De acordo com um aspecto adicional da invenção, é fornecido um dispensador de alimentos semilíquidos viscosos que tem o sistema de controle apresentado acima. O dispensador pode ser, por exemplo, um dispensador de sorvetes, um dispensador de "slush", um dispensador de milkshake ou um dispensador de xarope de chocolate quente.

[00023] De acordo com o sistema de controle e o método da invenção, tanto o parâmetro de temperatura de produto, que é uma in- dicação indireta da viscosidade do produto, como o parâmetro de velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor, que é uma indicação direta da viscosidade do produto (que pode ser uma indicação do overrun em termos de sorvete), são considerados, e a tendência de variação das características do produto é prevista com base nesses parâmetros, e, dessa forma, uma intervenção pode ser desencadeada antecipadamente, superando, assim, os defeitos de retardo de controle baseado na temperatura existente e grande desvio de controle baseado na velocidade de rotação, alcançando uma notável autoadaptação, evitando a influência a partir do ambiente sobre o dispensador e obtendo características de controle mais precisas, mais confiáveis e mais sensíveis.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00024] As modalidades da presente invenção serão ilustradas em detalhes com referência aos desenhos, nos quais: A Figura 1 é uma vista em perspectiva geral de um dispen- sador de acordo com a presente invenção; A Figura 2 mostra parte dos componentes internos do dis- pensador, em particular o meio de agitação e o sensor de temperatura. A Figura 3 mostra um motor e uma caixa de engrenagem de redução do dispensador mostrado na Figura 1, sendo que um sensor de velocidade de rotação está montado sobre ou próximo a um eixo de acionamento de saída do motor para detectar diretamente a velocidade de rotação do mesmo; A Figura 4 mostra um sensor de velocidade de rotação montado próximo ao eixo de acionamento de saída do motor; A Figura 5 é uma vista de um módulo de controle de um sistema de controle de acordo com a presente invenção; A Figura 6 mostra um fluxograma de controle de um método de controle para o dispensador de alimentos congelados de acordo com a presente invenção; e A Figura 7 mostra um resultado de comparação entre o teste executado de acordo com o método de controle da presente invenção e o teste executado sem qualquer intervenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[00025] A invenção será adicionalmente descrita com referência aos exemplos a seguir. Será notado que a invenção, como reivindicada, não se destina a ser limitado de forma alguma por estes exemplos.

[00026] A Figura 1 mostra um dispensador 1 para produzir e dispensar um alimento semilíquido viscoso, sendo que o dispensador compreende uma tremonha 10 para conter uma matéria-prima de um alimento semilíquido. Um meio regulador de temperatura (não mostrado) para ajustar a temperatura da matéria-prima, por exemplo, um meio de refrigeração incorporado como um evaporador do tipo cilindro e/ou um meio de aquecimento incorporado como uma bobina de aquecimento elétrico para o aquecimento da matéria-prima, é fornecido dentro da tremonha. Além disso, o dispensador compreende adicio-nalmente um meio de agitação que se estende para dentro da matéria-prima para agitar a mesma, por exemplo, de preferência, um raspador em espiral disposto em torno do evaporador do tipo cilindro.

[00027] O dispensador é dotado de um cabo de manipulação 20 na parte frontal para controlar a dispensação do produto. O cabo de manipulação é configurado para ser abaixado ou pressionado para a dis- pensação do produto através de uma saída para dispensação 30 disposta acima de uma área frontal do dispensador. A área frontal do dispensador pode receber um recipiente de um determinado tamanho (como um cone para sorvete ou um cone para panqueca, uma caneca ou outros recipientes similares com um topo aberto). O recipiente é colocado em uma posição adequada por um operador para receber uma quantidade especificada do produto que é extrudado através da saída de dispensação para venda ou consumo. Portanto, a qualidade do produto no recipiente comprado por um consumidor final depende diretamente do controle da matéria-prima alimentícia pelo dispensador. Ou seja, a alta estabilidade, a exatidão e a confiabilidade do controle das características do produto por um dispensador de produto alimentício podem assegurar que a característica de um produto comprado em qualquer momento e em qualquer ambiente seja sempre consistente.

[00028] A seguinte ilustração é feita com base em um dispensador de sorvetes como exemplo.

[00029] Com referência à Figura 1 e à Figura 2, um dispensador de sorvetes típico é composto principalmente de uma tremonha de matéria-prima 10, um evaporador do tipo cilindro 11 disposto na tremonha de matéria-prima, um raspador 12 para misturar e uma extrusora para extrusão da matéria-prima até uma saída para dispensação. Geralmente, o dispensador de sorvetes é usado a uma temperatura ambiente de + 20°C a + 39°C, na qual a matéria-prima do sorvete é propensa a derreter. Na maioria dos casos, o meio regulador de temperatura usado para regular a temperatura da matéria-prima do sorvete é incorporado como um meio de refrigeração para inserção de energia fria na matéria-prima de acordo com a situação específica. Como parte de um circuito de refrigeração, o evaporador do tipo cilindro é configurado para que um refrigerante flua e evapore nele para absorver e retirar o calor da matéria-prima do sorvete na tremonha de matéria-prima para que a matéria-prima do sorvete seja mantida a uma temperatura adequada. O circuito de refrigeração compreende também componentes como um compressor 40, um radiador, uma válvula de regulagem, e assim por diante. Estes componentes formam um circuito fechado, no qual o refrigerante circula e flui. O raspador para misturação é acionado por um motor 50 para girar. Conforme mostrado nas Figuras 3 e 4, um eixo de acionamento de saída do motor está conectado a uma caixa de engrenagem de redução 60 por meio da qual um torque de saída a partir do motor é transmitido a um eixo de acionamento de misturação 70 sobre o qual o raspador está montado.

[00030] De preferência, o sensor de velocidade de rotação 80 está disposto sobre ou próximo ao eixo de acionamento de saída do motor para monitorar uma flutuação de velocidade de rotação deste último, o que é favorável para ampliar uma razão de resolução. A aplicação do dispensador de sorvete tem uma razão de resolução relevante de 1% (a diferença real de 30 rpm/2.700 rpm). De fato, com a influência do ambiente, a velocidade de rotação real do eixo de acionamento de saída do motor varia de 2.200 a 2.700 rpm. Em termos da faixa de medição dessa velocidade de rotação, a precisão do sensor de velocidade de rotação atual pode possibilitar que a razão de resolução seja alta o suficiente para a amplitude de flutuação da velocidade de rotação. Consequentemente, a alteração da velocidade de rotação do raspador pode ser refletida de forma precisa e direta pela medição da velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor.

[00031] O sistema de controle para o dispensador de acordo com a invenção compreende: um módulo de interface de operação que pode incluir membros de operação, como um identificador de produto, um botão de confirmação, um botão de limpeza; Um módulo de captura de dados que inclui um sensor para determinar a posição da tremonha de matéria-prima ou de uma tampa da tremonha, um sensor de temperatura para medir uma temperatura do ambiente, um sensor de temperatura 13 para medir uma temperatura da matéria-prima dentro da tremonha de matéria-prima e um sensor de velocidade de rotação 80 para medir uma velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor e/ou uma velocidade de rotação do raspador; um módulo de circuito de acionamento configurado para acionar elementos de execução, como meio regulador de temperatura ou componentes conectados a eles (por exemplo, um compressor, uma válvula eletromagnética para controle de refrigeração na aplicação do dispensador de sorvete), um motor, um alarme, um elemento atuador eletromagnético para travar a tampa da tremonha; e um módulo de controle principal que compreende uma placa de circuito impresso e uma memória configurada para comunicação de dados com a placa de circuito impresso. A placa de circuito impresso pode compreender um circuito de controle principal, como um circuito microprocessador, que pode ser programado para realizar o controle funcional da máquina.

[00032] Com referência à Figura 6, testes foram feitos em um exemplo do dispensador de sorvete. O método de controle da presente invenção é ilustrado com referência às etapas executadas nos testes.

[00033] O sensor de temperatura para medir a temperatura da matéria-prima na tremonha de matéria-prima é de um resistor térmico tipo 10K3A1I, sendo que a precisão do mesmo é +/-0,5°C dentro da faixa de temperaturas de -10~0°C e +/-0,1°C dentro da faixa de temperaturas de 0~70°C. O sensor de velocidade de rotação para medir a velocidade de rotação do raspador é um sensor de efeito Hall S100_400_01-06, sendo que a precisão do mesmo é de +/-1 volta por minuto dentro da faixa 0 a 3.000 RPM. O produto é dispensado da máquina a cada 20 minutos para coleta dos dados de overrun e, então, vertido de volta na tremonha de produto. A velocidade de rotação é medida por segundo, sendo que o overrun do sorvete = (volume do recipiente - ((massa do produto e do recipiente - massa do recipiente sem o produto)/densidade do sorvete))/((massa do produto e do recipiente - massa do recipiente sem o produto)/densidade do sorvete).

[00034] Primeiro, uma embalagem grande de 4,7 l de material congelado bruto é despejada na tremonha de matéria-prima do dispensa- dor de acordo com a invenção, e uma energia para o dispensador é ligada, e um programa de controle é ativado para entrar em um primeiro estágio (um estágio pré-estável). Então, o raspador mantém a agitação para realizar a pré-mistura. A duração do estado pré-estável pode ser ajustada na memória como uma variável predefinida tp, que é, por exemplo, igual a 2 horas (tp pode ser qualquer valor selecionado dentre 0 a 2 horas). No estado pré-estável, o sensor de temperatura e o sensor de velocidade de rotação enviam continuamente os sinais de dados de medição para o módulo de controle principal que analisa os dados recebidos e determina que a característica do produto está em um estado estável preliminar quando a velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor é menor que o valor predefinido de velocidade de rotação Ro (por exemplo, 2.200 RPM; Ro pode ser selecionado de 1.800 a 2.300 RPM), ou quando a temperatura de medição do produto alimentício é menor que um valor predefinido de tem-peratura Ts0 (por exemplo, -6,6°C; Ts0 pode ser selecionado de -5,9°C a -7,0°C).

[00035] A máquina entra em um segundo estágio (estágio estável) quando seu tempo de operação atinge um tempo definido pela variável predefinida tp. O módulo de controle principal envia um comando para o compressor, instruindo o compressor para que comece o trabalho, de modo que o refrigerante é levado a fluir através do evaporador do tipo cilindro na tremonha de matéria-prima para resfriar a matéria-prima em seu interior. Ao mesmo tempo, o valor da temperatura do produto e o valor da velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor são continuamente registrados. O módulo de controle principal compara a temperatura de produto medida com o valor-alvo predefinido Ts (que é de -6,3°C nesta modalidade), determinando manter o compressor ligado quando a temperatura do produto é maior que ou igual ao valor-alvo predefinido atual Ts, e envia uma instrução para parar o compressor e mantê-lo desativado por uma duração fixa t0 (por exem- plo, 4 minutos e meio) quando a temperatura do produto é menor que o valor-alvo predefinido Ts. Entretanto, o valor da velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor é registrado continuamente. Descobriu-se a partir da medição real que a velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor muda ciclicamente: durante um primeiro período de tempo a partir do início de operação do compressor até o bloqueio do mesmo, o valor de velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor cai de um valor máximo Maxindex para um valor mínimo Minindex em uma curva similar a uma parte de um senoide, enquanto que durante um segundo período de tempo no qual o estado desligado do compressor é mantido por uma duração fixa t0, o valor da velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor aumenta a partir do valor mínimo Minindex em uma curva similar à outra parte de uma senoide, sendo que uma soma do primeiro período de tempo e do segundo período de tempo pode ser considerada como um ciclo. Imediatamente após o estado desligado do compressor durar a duração fixa t0, o módulo de controle principal ordena que o compressor inicie a operação novamente e entra no próximo ciclo no qual a alteração da velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor segue quase a mesma regra.

[00036] Para obter a previsão da tendência de variação do overrun do sorvete, o módulo de controle principal processa e analisa os dados coletados e armazenados. Os dados são processados e analisados da seguinte maneira: pontos de amostra m (incluindo o primeiro valor máximo de velocidade de rotação e o último valor mínimo de velocidade de rotação) são extraídos do conjunto de dados de velocidade de rotação no um primeiro período de tempo de cada ciclo, com o valor médio de todos os pontos de amostra sendo um índice Mn do ciclo (n significa o enésimo ciclo obtido no estágio estável). Tomando o ciclo 15 (o ciclo é o 15° ciclo), por exemplo, todos os pontos entre o Maxindex e o Minindex são extraídos para se obter um valor médio de 2.668 RPM, isto é o M15 = 2.668 RPM. Os dados de velocidade de rotação são coletados continuamente e processados da mesma forma para se obter os dados de índice de múltiplos ciclos consecutivos, por exemplo, ciclo 15 a 20 (é predefinido no módulo de controle principal que o número dos ciclos consecutivos considerados é i, sendo que i é um número inteiro razoável, i = 6 nesta modalidade), com os dados de índice correspondentes sendo 2.668, 2.660, 2.662, 2.670, 2.660, 2.672.

[00037] O módulo de controle principal armazena e analisa esses dados de índice. Quando chega um tempo em que os dados de índice de ciclos i consecutivos indicam uma tendência de aumento monotô- nico em uma sequência de tempo e o aumento dos dados de índice do último ciclo nos ciclos i em comparação com aquele do primeiro ciclo é maior que um valor predefinido V0 (que é 10 nesta modalidade), é previsto que o overrun do sorvete cairá em poucas horas (o que pode ocorrer em 2 horas em termos de aplicação de sorvete). Então, o módulo de controle principal determina que um programa de intervenção redutor de temperatura deve ser acionado quando se entra no ciclo seguinte. Tomando a aplicação de sorvete como um exemplo, os dados de índice dos ciclos 19 a 24 são 2.660, 2.667, 2.678, 2.679, 2.679, 2.680, com os últimos dados sendo maiores que ou iguais aos dados anteriores, e o último dado de índice 2.680 sendo maior que o primeiro dado de índice 2.660 por 20, o que excede o valor predefinido V0. A intervenção redutora de temperatura é acionada para baixar o valor-alvo atual predefinido Ts em um certo valor Δt (que é 0,2°C nesta modalidade). Ou seja, se o valor-alvo predefinido atual Ts for, por exemplo, -6,3°C durante os ciclos 19 a 24, através da intervenção, o valor-alvo predefinido Ts é atualizado para ser -6,5°C, que é adotado durante o 25° ciclo. Em virtude dessa intervenção, o tempo de operação do compressor durante o ciclo 25 pode ser aumentado, por exem- plo, em cerca de 10%, para fornecer energia fria suficiente para resfriar a matéria-prima. Na prática, a intervenção de resfriamento pode ser acionada repetidamente, mas não é permitido que o valor-alvo prede- finido Ts mais baixo seja menor que -7°C. Quando o valor-alvo prede- finido Ts é inferior a -7°C, a máquina emite um alarme para informar o operador sobre possíveis falhas na máquina ou outros riscos potenciais.

[00038] Quando chega um tempo em que os dados de índice de ciclos i consecutivos indicam uma tendência de decréscimo monotôni- co em uma sequência de tempo e o decréscimo dos dados de índice do último ciclo nos ciclos i em comparação com aquele do primeiro ciclo é maior que um valor predefinido Vd (que é 10 nesta modalidade), é previsto que o overrun do sorvete subirá em poucas horas (o que pode ocorrer em 2 horas em termos de aplicação de sorvete). Dessa forma, o módulo de controle principal determina que um programa de intervenção de aumento de temperatura deve ser acionado quando se entra no ciclo seguinte. Tomando a aplicação de sorvete como um exemplo, os dados de índice dos ciclos 29 a 34 são 2.675, 2.672, 2.672, 2.663, 2.662 e 2.659, com os últimos dados sendo menores que ou iguais aos dados anteriores, e o último dado de índice 2.659 sendo menor que o primeiro dado de índice 2.675 em 16, o que excede o valor predefinido Vd. A intervenção de aumento de temperatura é acionada para elevar o valor-alvo atual predefinido Ts em um certo valor Δt (que é 0,2°C nesta modalidade). Ou seja, se o valor-alvo predefinido atual Ts for, por exemplo, -6,5°C durante os ciclos 29 a 34, através da intervenção, o valor-alvo predefinido Ts é atualizado para ser -6,3°C, que é adotado durante o ciclo 35, de modo que a inserção de energia fria na matéria-prima na tremonha de matéria-prima é reduzida. Na prática, a intervenção de aumento de temperatura pode ser acionada repetida-mente, mas não é permitido que o valor-alvo predefinido Ts mais alto seja maior que -6°C. Quando o valor-alvo predefinido Ts é maior que -6°C, a máquina emite um alarme para informar o operador sobre possíveis falhas na máquina ou outros riscos potenciais.

[00039] Para executar o algoritmo de controle acima, o módulo de controle principal se comunica o tempo todo com o módulo de interface de operação, com o módulo de captura de dados e com o módulo de circuito de acionamento do sistema de controle (veja a Figura 5). Durante o funcionamento da máquina, o módulo de controle principal recebe sinais de dados do sensor de velocidade de rotação e do sensor de temperatura, compara uma temperatura real do alimento monitorada pela temperatura em tempo real com uma temperatura-alvo predefini- da, controla a operação do meio regulador de temperatura com base no resultado de comparação, e ao mesmo tempo analisa e processa os dados medidos pelo sensor de velocidade de rotação, e determina se uma tendência de variação da velocidade de rotação satisfaz as condições de intervenção. Quando a tendência de variação da velocidade de rotação satisfaz as condições de intervenção, o módulo de controle principal emite uma instrução de intervenção correspondente ao meio regulador de temperatura para atualizar a temperatura-alvo predefinida do alimento de modo correspondente e continua a controlar a operação do meio regulador de temperatura de acordo com o resultado de comparação entre a temperatura real do alimento monitorada pelo sensor de temperatura em tempo real e a temperatura-alvo atualizada.

[00040] De preferência, o módulo de controle principal compreende também um módulo de controle de proteção que ativa um modo de proteção em resposta a condições anormais da máquina. Por exemplo, quando o sistema é determinado como anormal devido ao aparecimento da velocidade de rotação da velocidade do motor menor que 200 RPM, ou devido ao aparecimento da temperatura do produto abaixo de -7,5°C, o módulo de controle de proteção ordena que a máquina pare de funcionar e entre no modo de proteção.

[00041] Pode-se notar a partir do fluxo de controle acima que o sistema de controle e o método da invenção levam em consideração tanto o parâmetro de temperatura do produto, que é uma indicação indireta da viscosidade do produto (para sorvete, o overrun pode ser considerado como indicativo da viscosidade), e o parâmetro de velocidade de rotação do raspador (eixo de acionamento de saída do motor), que é uma indicação direta da viscosidade do produto, preveem a tendência de variação da viscosidade do produto com base na análise destes parâmetros e acionam antecipadamente uma intervenção pela qual o valor-alvo predefinido Ts é consequentemente ajustado com base no resultado de previsão para controlar adicionalmente a entrada de energia térmica/energia fria na matéria-prima, de modo que a tendência de variação da viscosidade do produto seja neutralizada, mantendo, dessa forma, um equilíbrio dinâmico da viscosidade do produto. Embora a temperatura real do produto sofra flutuação dentro de uma determinada faixa, a amplitude da flutuação é sempre mantida dentro de uma faixa estreita controlável, de modo que a influência sobre a viscosidade do produto (por exemplo, o overrun do sorvete) é desprezível. Além disso, o sistema e o método da invenção são capazes de se adaptar à influência do ambiente, à mudança de temperatura do ambiente e à alteração de frequência de dispensação, e similares, para que o produto seja sempre mantido em um estado físico estável e para que problemas como o retardo do controle baseado em temperatura da técnica anterior bem como o grande desvio do controle baseado em velocidade de rotação da técnica anterior possam ser evitados.

[00042] A Figura 7 mostra os resultados dos testes nos quais os produtos de sorvete são dispensados por um operador com a mesma frequência e no mesmo ambiente para monitorar a viscosidade do produto pela medição do overrun. Descobriu-se a partir do resultado do teste que quando o teste está em andamento sem qualquer intervenção, o overrun muda dessa maneira: ele aumenta para 105% e, então, cai abaixo de 40%, e o resultado de monitoramento da velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor mostra um aumento identificável; em contraste, mediante o uso do método de controle da presente invenção, quando a viscosidade tende a diminuir, o módulo de controle principal aciona uma intervenção redutora de temperatura, de modo que mais energia fria é aplicada à matéria-prima na tremonha de matéria-prima para manter a estabilidade do overrun do produto, e ao mesmo tempo, a velocidade de rotação do eixo de acionamento de saída do motor muda em uma amplitude maneira relativamente pequena. A partir da comparação dos testes, descobriu-se que o método de controle de acordo com a invenção pode manter a flutuação da temperatura do produto de sorvete a ± 0,2°C no máximo. Dessa forma, a temperatura do produto é mantida em um nível constante e não há grande flutuação na velocidade de rotação do raspador. O produto de sorvete obtido dessa forma tem sempre um overrun constante. A máquina apresenta, dessa forma, características de produto mais estáveis e uma melhor qualidade no recipiente.

[00043] Embora alguns dos parâmetros no método de controle acima sejam estabelecidos com base nas características dos produtos de sorvete, os versados na técnica podem contemplar que os dispen- sadores de alimentos para outros produtos semilíquidos viscosos, como "slushes", xaropes de chocolate e mikshakes, podem ser controlados pela mesma lógica de controle, e a única diferença do exemplo do sorvete é que parte dos parâmetros de controle pode precisar ser ajustada para se adaptar às características de determinados produtos alimentícios.

[00044] Além disso, o sistema de controle e o método da presente invenção são aplicáveis a uma aplicação de dispensação de fluido quente na qual é necessário que um alimento semilíquido viscoso seja mantido em uma temperatura maior que a temperatura ambiente, por exemplo, em uma estação de inverno. Tomando como exemplo a dis- pensação de um xarope de chocolate para uma bebida quente, seu algoritmo de controle difere daquele usado para dispensar sorvete principalmente nos seguintes pontos: 1) ao se comparar uma temperatura de alimento detectada pelo sensor de temperatura com um valor-alvo predefinido da temperatura do alimento, o módulo de controle principal é configurado para determinar a continuação do aquecimento quando a temperatura do alimento for menor que ou igual ao valor-alvo predefinido e parar o aquecimento e manter a parada por um tempo predefinido quando a temperatura do alimento for maior que o valor-alvo predefinido; 2) o módulo de controle principal é configurado para elevar o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra um aumento monotô- nico de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e uma diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que um valor de diferença predefinido; 3) o módulo de controle principal é configurado para reduzir o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra uma diminuição monotônica de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e a diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que o valor de diferença predefinido.

[00045] Além disso, embora seja descrito acima que o índice de cada ciclo é obtido tomando-se a média aritmética dos pontos velocidade de rotação da amostra, pode ser entendido que outro método de processamento de dados, por exemplo, um método de tomada de média geométrica, pode ser adotado para calcular o índice de cada ciclo.

[00046] Adicionalmente, embora nas modalidades acima a entrada da energia fria na matéria-prima seja ajustada pelo controle do com pressor em resposta ao ajuste do valor-alvo predefinido, os versados na técnica podem compreender que a intervenção pode ser implementada ajustando-se o parâmetro do período de tempo de operação do compressor ou ajustando-se a vazão do refrigerante diretamente com base no ajuste do valor-alvo predefinido. O valor-alvo predefinido ajustado de modo correspondente serve como um importante va- lor-limite do ciclo seguinte durante o estágio estável após a intervenção ser realizada.

[00047] Como usado neste relatório descritivo, as palavras "compreende", "compreendendo" e palavras similares, não devem ser interpretadas em um sentido exclusivo ou exaustivo. Em outras palavras, elas se destinam a significar "que inclui(em), mas não se limita(m) a". [00048] Embora a invenção tenha sido descrita a título de exemplo, deve ser entendido que variações e modificações podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção definida nas reivindicações. Além disso, se existirem características específicas equivalentes conhecidas, tais equivalentes são incorporados como se fossem especificamente mencionados neste relatório descritivo. A descrição e as modalidades devem ser consideradas apenas exemplificadoras, e o verdadeiro escopo da invenção é definido pelas reivindicações em anexo e por seus equivalentes.

Claims

1. Método de controle para um dispensador (1) de alimentos congelados semilíquidos viscosos que compreende um meio de agitação configurado para agitar o alimento, um motor (50) configurado para acionar a rotação do meio de agitação, um meio de refrigeração configurado para introduzir energia fria no alimento, um sensor de velocidade de rotação (80) configurado para detectar uma velocidade de agitação e um sensor de temperatura (13) configurado para detectar uma temperatura de alimento, sendo que o método de controle caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) refrigerar o alimento através do meio de refrigeração; b) comparar uma temperatura do alimento detectada pelo sensor de temperatura (13) com um valor-alvo predefinido da temperatura do alimento e determinar a continuação da refrigeração quando a temperatura do alimento for maior que ou igual ao valor-alvo predefi- nido da temperatura do alimento, e parar a refrigeração e manter a parada por um tempo predefinido quando a temperatura do alimento for menor que o valor-alvo predefinido; c) intervir pelo ajuste correspondente do valor-alvo da temperatura do alimento predefinido quando um conjunto de dados coletados a partir do sensor de velocidade de rotação (80) mostrar que a tendência de alteração da velocidade de rotação indicativa da viscosidade do produto alimentício satisfaz as condições de intervenção para uma intervenção de aumento ou redução de temperatura predefi- nidas; e d) retornar à etapa a) para o ciclo seguinte.

2. Método de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de velocidade de rotação (80) mede uma velocidade de rotação de um eixo de acionamento de saída do motor (50).

3. Método de controle, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um conjunto de dados na etapa c) é composto por uma pluralidade de dados de índice de ciclo de uma pluralidade de ciclos consecutivos.

4. Método de controle, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, durante um ciclo que consiste em uma etapa a) e uma etapa b), a média dos dados de velocidade de rotação medidos durante o período de refrigeração é calculada para servir como os dados de índice de ciclo.

5. Método de controle, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é reduzido quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra um aumento monotônico de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e uma diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que um valor de diferença predefi- nido.

6. Método de controle, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é aumentado quando a pluralidade de dados de índice de ciclo mostra uma diminuição monotônica de acordo com a sequência de tempo dos ciclos, e a diferença entre os dados de índice máximo e os dados de índice mínimo é maior que o valor de diferença predefini- do.

7. Método de controle, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento é ajustado por um valor constante.

8. Sistema de controle para um dispensador (1) de alimentos semilíquidos viscosos compreendendo um meio de agitação configurado para agitar um alimento, um motor (50) configurado para acionar a rotação do meio de agitação, um meio regulador de temperatura configurado para inserir energia térmica ou energia fria no alimento, sendo o sistema de controle compreendendo um módulo de controle principal e um módulo de captura de dados que compreende um sensor de velocidade de rotação (80) configurado para detectar uma velocidade de agitação e um sensor de temperatura (13) configurado para detectar uma temperatura do alimento, caracterizado pelo fato de que o módulo de controle principal é configurado para receber sinais de dados do sensor de velocidade de rotação (80) e do sensor de temperatura (13), em que a operação de controle do meio regulador de temperatura se baseia em um resultado de comparação entre uma temperatura real do alimento e um valor-alvo predefinido da temperatura do alimento e analisa os dados de velocidade de rotação a partir do sensor de velocidade de rotação (80) para que quando a análise de dados mostrar que a tendência de alteração da velocidade de rotação indicativa da viscosidade do produto alimentício satisfaz as condições de intervenção predefinidas para uma intervenção de aumento ou redução de temperatura, a intervenção seja realizada pelo ajuste correspondente do valor-alvo predefinido da temperatura do alimento.

9. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o sensor de velocidade de rotação (80) do sensor é montado sobre ou próximo a um eixo de acionamento de saída do motor (50) para detectar a velocidade de rotação do mesmo.

10. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o meio regulador de temperatura é um meio de refrigeração, por exemplo, um evaporador do tipo cilindro (11).

11. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o evaporador do tipo cilindro (11) é compreendido em um circuito de refrigeração com um compressor (40), e os controles liga ou desliga do módulo de controle principal do compressor (40) se baseia no resultado de comparação entre a tempera- tura real do alimento e o valor-alvo predefinido da temperatura do alimento.

12. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o meio regulador de temperatura é um meio de aquecimento, por exemplo, uma bobina de aquecimento elétrico.

13. Dispensador (1) de alimentos semilíquidos viscosos, caracterizado pelo fato de que tem o sistema de controle como definido em qualquer uma das reivindicações 8 a 12.

14. Dispensador (1) de alimentos congelados semilíquidos viscosos, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dispensador é um dispensador de sorvete, um dispensador de "slush", um dispensador de milkshake ou um dispensador de xarope de chocolate quente.