BR112020010152A2

BR112020010152A2 - máquina para distribuir bebidas à base de café e métodos de programação e distribuição correspondentes

Info

Publication number: BR112020010152A2
Application number: BR112020010152-4A
Authority: BR
Inventors: Andrea Illy; Furio Suggi Liverani; Riccardo Piras; Michele ALESSIO; Eleonora BULIGATTO; Francesco CESCUTTI
Original assignee: Illycaffe' S.P.A.
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2021-02-09
Also published as: KR20200087245A; CA3081817A1; EP3713462A1; US11534022B2; ES2936232T3; EP3713462B1; JP7282768B2; US20200367689A1; CN111372500A; JP2021503979A; KR102609383B1; CN111372500B; WO2019102509A1

Abstract

A presente invenção pertence ao campo da física, especificamente relacionado ao segmento de medição, observação e análise de variáveis relacionadas ao processo de uma máquina de distribuição de bebidas à base de café capaz de fornecer, em cada ocasião, bebidas à base de café customizadas em relação às solicitações específicas de um usuário. A presente invenção também diz respeito a um método de distribuição de bebidas à base de café, este último entendido aqui como café líquido, utilizado para fornecer o tipo específico de café líquido solicitado por um usuário. As modalidades da presente invenção também se referem a um programa adequado para gerenciar e controlar a máquina de distribuição de café líquido em relação ao tipo específico e características do café líquido solicitado por um usuário.

Description

Relatório descritivo para a patente de invenção: “MÁQUINA

PARA DISTRIBUIR BEBIDAS À BASE DE CAFÉ E MÉTODOS DE PROGRAMAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO CORRESPONDENTES”. CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção pertence aos campos da física e necessidades humanas, especificamente relacionado ao segmento de medição, observação e análise de variáveis relacionadas ao processo de uma máquina de distribuição de bebidas à base de café capaz de fornecer, em cada ocasião, bebidas à base de café customizadas em relação às solicitações específicas de um usuário. A presente invenção também diz respeito a um método de distribuição de bebidas à base de café, este último entendido aqui como café líquido, utilizado para fornecer o tipo específico de café líquido solicitado por um usuário. As modalidades da presente invenção também se referem a um programa adequado para gerenciar e controlar a máquina de distribuição de café líquido em relação ao tipo específico e características do café líquido solicitado por um usuário.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉNCICA

[002] Existem máquinas de distribuição de café líquido que, por meio de extração ou percolação controlada de água quente sob pressão através de um painel de pó de café, distribuem o tipo necessário de bebida à base de café. As máquinas são fornecidas com uma bomba conectada a uma fonte de abastecimento de água, capaz de remover a água da fonte de abastecimento de água e conduzi-la sob pressão em direção a um dispositivo de aquecimento. Do dispositivo de aquecimento, obtém-se água quente e/ou vapor de água que, por meio da bomba, são alimentados a uma câmara de extração para obter café líquido, por percolação através do painel de café presente na câmara de extração.

[003] Algumas máquinas conhecidas são fornecidas com uma unidade de controle e comando configurada para acionar a bomba, o dispositivo de aquecimento, possíveis válvulas localizadas a montante da câmara de extração, pistões pneumáticos para definir o volume da câmara de extração, ou outros componentes, em relação ao tipo de café líquido a ser distribuído.

[004] As unidades de controle e comando conhecidas detectam uma pluralidade de parâmetros através de sensores instalados ao longo do curso da água, na câmara de extração, e a jusante da câmara de extração. Os parâmetros detectados pelos sensores são memorizados na unidade de controle e comando, que os compara com dados predefinidos. São conhecidas máquinas de distribuição de café líquido capazes de distribuir tipos de café conforme as solicitações do usuário. Contudo, as máquinas conhecidas do estado da técnica incluem numerosos problemas que as tornam ineficientes e inflexíveis.

[005] Os documentos EP1802222 (EP’222) e US8124150 (US’150)

descrevem uma máquina de distribuição de bebidas, como por exemplo café, que compreende uma unidade de controle e comando capaz de detectar e memorizar pelo menos a taxa de fluxo do café líquido distribuído.

[006] A seguir, nos referiremos ao documento EP’222, mas as considerações feitas sobre ele também podem ser estendidas para o documento US’150. O EP’222 é fornecido com uma câmara de extração que possui um volume que pode ser definido em relação à posição recíproca desejada de dois pistões. Os pistões requerem um alto consumo de energia que pesa sobre o funcionamento das outras partes da máquina de distribuição de café e dificulta a definição precisa da pressão interna da câmara de extração, que é fundamental para a obtenção de diferentes tipos de café com características específicas.

[007] O documento EP’222 estipula que há, ainda, uma válvula localizada a montante da câmara de extração que não permite determinar por quanto tempo a água e/ou vapor permanecem na câmara de extração. A solução conhecida descrita por EP’222 também determina que a taxa de fluxo do café líquido distribuído e proveniente da câmara de extração, e a temperatura interna da câmara de extração, devem ser necessariamente detectadas. Além disso, esta solução conhecida possibilita o ajuste dos parâmetros da máquina de café em relação ao que é detectado a jusante da câmara de extração, ou em relação à taxa de distribuição de fluxo do café líquido, enquanto a detecção é diferida e, consequentemente, também o ajuste.

[008] Devido a tais limitações, a solução conhecida descrita em EP’222 não é versátil ou flexível, uma vez que não é possível obter uma ampla variedade de tipos de café com características específicas, por exemplo, o tipo que inclui café cremoso, ou um processo no qual uma quantidade desejada de ar é incorporada. Essa abordagem conhecida também é lenta e imprecisa, uma vez que o ajuste é feito em tempos atrasados para memorizar os dados detectados após a distribuição do café, e porque o ajuste ocorre após a detecção em tempo real do fluxo de café líquido dispensado. Outro problema dessa conhecida solução é que o café dispensado antes da detecção da taxa de fluxo ou, em qualquer caso, antes da realização dos ajustes dos parâmetros, terá suas características organolépticas distribuídas no copo de maneira incontrolável, se o café tiver características organolépticas como sabor, aroma, acidez, densidade, entre outros, que sejam diferentes dos solicitados pelo usuário. Os amantes ou entusiastas do café são capazes de detectar variações nas propriedades organolépticas, mesmo que sejam mínimas, que podem influenciar em seus julgamentos das bebidas e suas escolhas ou preferências de um tipo específico de café ou produtor de café.

[009] Os documentos anteriores do estado da técnica, EP2409613 (EP’613) e US8960077 (US’077) também descrevem máquinas de distribuição de bebidas, como café, que possuem uma câmara de extração com um volume que pode ser ajustado por dois pistões. Em particular, os pistões também são usados para definir a altura do bico que dispensa a bebida. Essas soluções têm substancialmente os mesmos problemas que o

EP’222, uma vez que elas também atuam em parâmetros, como a altura do bico de distribuição que, às vezes, afeta de uma maneira descontrolada as características organolépticas do café líquido dispensado. Além disso, essas soluções implicam taxas de manutenção.

[010] O documento do estado da técnica EP2294953 (EP’953) descreve uma máquina de café análoga a essas descritas nos documentos anteriores supramencionados, que possuem duas ou mais bombas localizadas em série e conectadas ao tanque de água. Além dos problemas descritos acima, todos presentes, essa conhecida solução apresentada em EP’953 é ainda mais desperdiçadora do ponto de vista energético, em comparação com as soluções conhecidas que foram mencionadas. Ademais, apresenta outros problemas de coordenação e, principalmente, de manutenção.

[011] O documento do estado da técnica EP2001343 (EP’343) descreve um método de distribuição e uma máquina de distribuição de café capaz de executar uma infusão prévia na câmara de extração. No entanto, esta solução conhecida permite interromper o fluxo de água na câmara por um tempo definido, mesmo por muitos segundos. A interrupção do fluxo de água é realizada desativando a bomba principal e/ou acionando uma válvula localizada a jusante da própria bomba. Essa conhecida solução não é apenas lenta, mas também desperdiçadora, do ponto de vista energético, uma vez que a bomba é acionada várias vezes para distribuir uma única bebida de café. Tal processo pode causar um desequilíbrio quantitativo e qualitativo incontrolável da água utilizada para obter a bebida a ser distribuída e da própria bebida. Este processo também provoca o desgaste dos aparelhos e componentes, além de complexidade no programa de gerenciamento e estresse excessivo nos componentes mecânicos, hidráulicos e eletrônicos. Além disso, o EP’343 estabelece que quando o fluxo de água é interrompido, a quantidade de água residual presente ao longo dos tubos a montante da câmara de extração é descarregada em um recipiente de coleta. Isso requer grandes espaços que tornam a máquina distribuidora volumosa. O documento EP’343 também estipula dispositivos adicionais e maior complexidade do sistema de controle e comando, que resulta em desgaste dos componentes, alto consumo energético e problemas de estagnação e contaminação devido à água presente no recipiente de coleta.

[012] Do documento WO2017/189628, também são conhecidos uma máquina e um método para a produção de bebidas feitas por infusão. Mais especificamente, a máquina compreende um sistema de gerenciamento de fluxo de solvente (SFMS), ou seja, uma bomba, um sistema de gerenciamento de temperatura de solvente (STMS), ou seja, um aquecedor, uma câmara de infusão, um sistema de gerenciamento de solução/pressão para a solução/infusão (SPMS), e um sistema de controle utilizado para monitorar e/ou modificar automática e independentemente as características variáveis do solvente, tais como pressão, temperatura e fluxo. A máquina também compreende sensores, como termopares, manômetros e medidores de fluxo posicionados ao longo da máquina que produz bebidas. O sistema de controle pode utilizar um ou mais algoritmos de infusão para auxiliar no controle de qualquer um dos SFMS, STMS e SPMS durante uma infusão. O sistema de ajuste/gerenciamento da pressão da solução/infusão (SPMS) modula seletivamente a pressão da infusão através da adição de uma resistência de fluxo gerada pela válvula.

[013] A configuração particular da máquina descrita em WO2017/189628, no entanto, possui alta inércia térmica e mecânica, o que torna a máquina particularmente lenta em responder a possíveis flutuações em relação às condições ideais de funcionamento. O sistema de controle da máquina descrita em WO2017/189628, de fato, não é capaz de levar em consideração a instabilidade do funcionamento, isto é, as condições de não linearidade, que são induzidas ao acionar cada um dos componentes operacionais da máquina. Também deve ser notado o fato de que o processo de distribuição de café, durante o intervalo de distribuição, pode durar por algumas dezenas de segundos.

[014] Portanto, é necessário aperfeiçoar uma máquina de distribuição de café líquido e aperfeiçoar o método de distribuição relacionado a uma máquina de distribuição de café líquido, assim como aperfeiçoar o programa de gerenciamento e controle para uma máquina de distribuição de café líquido. As melhorias acima, incorporadas à presente invenção, se destinam a superar pelo menos uma das desvantagens do estado da técnica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[015] A presente invenção é apresentada e caracterizada nas reivindicações independentes, enquanto as reivindicações dependentes descrevem outras características da invenção ou variantes da principal ideia inventiva.

[016] As modalidades da presente invenção dizem respeito a uma máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito fornecido com pelo menos: uma bomba configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento configurado para aquecer a água fornecida pela bomba, uma câmara de extração localizada a jusante do dispositivo de aquecimento e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do café líquido que sai da câmara de extração.

[017] De acordo com um aspecto da invenção, a máquina compreende: sensores configurados para detectar os parâmetros de funcionamento do circuito, uma interface de usuário com a qual o usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização para memorizar uma lista de curvas de extração características do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas.

[018] De acordo com as possíveis soluções da invenção, os sensores são configurados para detectar, repetidamente durante o tempo de distribuição, pelo menos um parâmetro de funcionamento do circuito.

[019] Além disso, a máquina compreende uma unidade de controle e comando configurada para implementar: um modelo matemático não linear com variáveis acopladas, configurado para descrever matematicamente o funcionamento do circuito; um algoritmo de processamento e filtragem configurado para receber pelo menos um referido parâmetro de funcionamento detectado pelo sensor, e determinar, repetidamente, durante o tempo de distribuição e com base no modelo matemático, uma pluralidade de variáveis do sistema adequadas para descreverem o comportamento do circuito ao longo do tempo; um algoritmo de controle não linear configurado para comparar e identificar, repetidamente, durante o tempo de distribuição, um desvio entre as variáveis do sistema e a curva de extração característica selecionada e para fornecer, na saída, repetidamente durante o tempo de distribuição, sinais de comando pelo menos da bomba, do dispositivo de aquecimento e da válvula de distribuição.

[020] Ainda de acordo com esse aspecto da presente invenção, o modelo matemático empregado é configurado para implementar redes neurais de funcionamento detectados e para determinar as variáveis do sistema, sendo esse modelo matemático composto por uma pluralidade de equações não lineares do primeiro princípio (FP), que governam os fenômenos físicos do circuito, e uma pluralidade de mapas de correlação, que são configurados para correlacionar as variáveis do sistema.

[021] A combinação das características técnicas mencionadas acima permite controlar ativamente, de maneira responsiva e preditiva, a máquina de distribuição de café, repetidamente, durante cada distribuição.

[022] Durante o intervalo de tempo de distribuição e por meio da referida comparação entre as variáveis do sistema e a curva de extração selecionada pelo usuário, o algoritmo de controle não linear é capaz de prever o desenvolvimento ao longo do tempo das várias variáveis do sistema, mesmo que elas se comportem de forma não linear. Tal não linearidade das variáveis, contudo, pode ser estimada utilizando o modelo matemático não linear.

[023] O sistema de controle descrito acima permite, de fato, levar em consideração o estado estacionário de alta transitoriedade durante cada processo de extração devido às grandes perturbações e variabilidade induzidas pelos componentes, por exemplo, pelas instabilidades de fluxo geradas pela bomba.

[024] Além disso, a combinação das características técnicas descritas acima permite realizar, durante o intervalo de distribuição, uma pluralidade de micro ajustes na bomba, dispositivo de aquecimento e válvula de ajuste, que permitem que todo o sistema não desvie da curva de extração selecionada, devido à avaliação de cada desvio que é determinado em cada ocasião.

[025] A interação contínua de informações entre o algoritmo de processamento e filtragem, o algoritmo de controle não linear e o modelo matemático não linear permite definir um sistema de controle que, vantajosamente, é capaz de implementar lógicas de autoaprendizagem.

[026] Por exemplo, as lógicas de autoaprendizagem podem estabelecer que o algoritmo de controle não linear é configurado para modificar, ao longo do tempo, até o modelo matemático não linear, de acordo com as variáveis do sistema que são determinadas em cada ocasião.

[027] As modalidades da presente invenção contemplam pelo menos a utilização de uma bomba, configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento, configurado para aquecer a água fornecida pela bomba, e uma válvula de distribuição do tipo proporcional e ajustável seletivamente. De acordo com uma possível solução: a bomba é do tipo microengrenagem, o dispositivo de aquecimento é do tipo rápido, sendo configurado para apresentar um tempo de aquecimento da água inferior a 3 segundos. Preferencialmente, esse aquecimento se dá a um tempo inferior a 2 segundos, e a válvula de distribuição é de acionamento magnético, e possui funcionamento com uma lógica de modulação por largura de pulso (PWM).

[028] As modalidades da presente invenção também dizem respeito a um método de distribuição de café líquido ao longo de um circuito que fornece: a alimentação de uma quantidade controlada de água sob pressão por meio de uma bomba; o aquecimento da água alimentada pela bomba com um dispositivo de aquecimento; o posicionamento de uma quantidade desejada de pó de café em uma câmara de extração; a passagem da água aquecida pela bomba através da câmara de extração; o ajuste do fluxo de distribuição do café líquido que sai da câmara de extração com o uso de uma válvula de distribuição do tipo proporcional e ajustável seletivamente; a detecção, por meio de sensores, de pelo menos um parâmetro de funcionamento do circuito; a seleção de uma dentre uma pluralidade de receitas para café líquido por meio de uma interface de usuário; a memorização de uma lista de curvas de extração características do café líquido, cada uma delas associada a uma das receitas, em um dispositivo de memorização.

[029] De acordo com um aspecto da invenção, os sensores detectam, repetidamente durante o tempo de distribuição, pelo menos um parâmetro de funcionamento do circuito. Além disso, o método estipula: o recebimento de pelo menos um parâmetro de funcionamento e determina, com um algoritmo de processamento e filtragem, repetidamente durante o tempo de distribuição, uma pluralidade de variáveis do sistema adequadas para descrever o comportamento do circuito ao longo do tempo, tais variáveis do sistema também sendo determinadas com base em pelo menos um modelo matemático não linear com variáveis acopladas, configurado para descrever matematicamente o funcionamento do circuito, a comparação e a identificação, repetidamente durante o tempo de distribuição, com um algoritmo de controle não linear, de um desvio entre as variáveis do sistema e as curvas de extração características selecionadas, o fornecimento, na saída, repetidamente durante o tempo de distribuição, de sinais de comando pelo menos da bomba, do dispositivo de aquecimento e da válvula de distribuição.

[030] Ainda de acordo com um aspecto da invenção, o parâmetro de funcionamento compreende a taxa de fluxo da água fornecida pela bomba, detectada pelos sensores com uma frequência de amostragem compreendida entre 20Hz e 50Hz, e a temperatura da água em trânsito pelo circuito, detectada pelos sensores com uma frequência de amostragem compreendida entre 5Hz e 10Hz.

[031] Em conformidade com as modalidades possíveis, a máquina de distribuição, de acordo com qualquer uma das modalidades descritas no presente documento, pode ser utilizada como um módulo de preparação automática para café líquido, sendo funcionalmente acoplável a um aparelho modular de preparação de bebidas.

[032] De acordo com possíveis formulações, o aparelho modular pode corresponder a uma das modalidades descritas no pedido WO2016/193223 apresentado pelo Requerente, e cujo conteúdo está integrado no presente pedido.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[033] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma máquina de distribuição de café líquido que satisfaça os requisitos de distribuição do tipo específico de café líquido de acordo com as características solicitadas pelo usuário. Outro objetivo da presente invenção é fornecer uma máquina de distribuição de café líquido que seja flexível e permita obter com repetibilidade, confiabilidade e precisão adequadas, em uma ampla variedade de tipos de café, as características específicas desejadas pelo usuário de uma maneira precisa e em tempo útil.

[034] Outro objetivo é fornecer uma máquina, programa e método confiáveis, que exijam pouca ou nenhuma manutenção. Outro objetivo da presente invenção é fornecer uma máquina de distribuição de café líquido com consumo de energia limitado e que permita distribuir o tipo de café desejado em tempo hábil e com alta precisão, nas características específicas desejadas.

[035] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um método para a distribuição de café líquido capaz de gerenciar e comandar de maneira eficiente os parâmetros dos componentes da máquina de distribuição de café, com a finalidade de obter o café desejado.

[036] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um método de distribuição de café líquido capaz de gerenciar e comandar os componentes individuais, conforme exigidos, e de uma maneira coordenada, evitando gastos energéticos indesejados ou dissipação de calor.

[037] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um programa capaz de gerenciar e comandar uma máquina de distribuição de café líquido capaz de implementar os procedimentos de distribuição de café.

[038] O Requerente concebeu, testou e incorporou a presente invenção para superar as deficiências do estado da técnica e obter esses e outros propósitos e vantagens.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[039] As características da presente invenção tornam-se evidentes a partir da descrição de algumas modalidades a seguir, dadas como um exemplo não restritivo com referência aos desenhos anexados, em que:

[040] A Fig. 1 é uma vista esquemática de uma máquina de café líquido de acordo com uma possível modalidade da presente invenção;

[041] A Fig. 2 é uma vista esquemática de uma máquina de distribuição de café líquido de acordo com uma possível modalidade variante;

[042] A Fig. 3 é uma vista esquemática em perspectiva de um aparelho modular que compreende máquinas de distribuição utilizadas como módulos;

[043] A Fig. 4 é um diagrama de blocos de um método de distribuição de café de acordo com uma possível modalidade da presente invenção;

[044] A Fig. 5 é uma vista esquemática que mostra o funcionamento de um programa de gerenciamento e comando em relação a uma máquina de distribuição de café líquido de acordo com uma possível modalidade;

[045] A Fig. 6 é uma variante da Fig. 1;

[046] A Fig. 7 é um componente da máquina de acordo com a invenção;

[047] A Fig. 8 é uma vista em seção de parte da máquina de acordo com as modalidades da invenção;

[048] A Fig. 9 é uma ilustração esquemática da unidade de controle e comando da presente invenção;

[049] A Fig. 10 é um diagrama do fluxo de distribuição de controle do café líquido;

[050] A Fig. 11 é uma ilustração esquemática de um mapa de correlação;

[051] A Fig. 12 é uma ilustração esquemática de uma possível rede neural.

[052] Para facilitar a compreensão, os mesmos números de referência foram utilizados, sempre que possível, para identificar elementos comuns no desenho. Entende-se que elementos e características de uma modalidade podem ser convenientemente incorporados em outras modalidades sem esclarecimentos adicionais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[053] As modalidades da presente invenção dizem respeito a uma máquina de distribuição de café (10) capaz de distribuir, com repetibilidade, confiabilidade e precisão adequadas, uma ampla variedade de tipos de café nas características desejadas pelo usuário de maneira precisa, oportuna e rápida.

[054] Algumas modalidades estabelecem que a máquina (10) compreende um circuito (22) fornecido com pelo menos uma bomba (12), um dispositivo de aquecimento (14), uma câmara de extração (11) e uma válvula de distribuição (15) conectadas uma à outra para distribuir café líquido.

[055] A máquina (10) também compreende uma unidade de controle e comando (17) configurada para controlar o funcionamento de pelo menos uma bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14), e a válvula de distribuição (15).

[056] A bomba (12) é conectada a uma fonte de abastecimento de água (13) e é capaz de remover e transportar uma quantidade desejada de água pressurizada em direção à câmara de extração (11).

[057] De acordo com possíveis modalidades, a bomba (12) pode ser de deslocamento positivo, seringa, lóbulo, peristáltico, engrenagem ou vibração, ou combinações entre eles. A bomba (12) pode ser utilizada para ajustar o fluxo e a pressão da água removida da fonte de abastecimento (13).

[058] De acordo com uma possível solução, a bomba (12) pode ser do tipo de microengrenagens. Este tipo de bomba permite controlar o fluxo de água fornecido de uma maneira muito precisa e possui uma velocidade de resposta extremamente alta que permite levar em consideração os transientes muito instáveis que ocorrem durante a distribuição do café líquido.

[059] De acordo com uma modalidade vantajosa, a máquina (10) compreende uma única bomba (12) capaz de remover a água da fonte de abastecimento de água (13).

[060] De acordo com possíveis modalidades, a fonte de abastecimento de água (13) pode compreender um tanque, ou uma rede de alimentação, ou uma combinação de ambos.

[061] O dispositivo de aquecimento (14) está localizado entre a bomba (12) e a câmara de extração (11) e é configurado para aquecer a água até a temperatura desejada.

[062] De acordo com possíveis soluções, o dispositivo de aquecimento (14) é do tipo rápido, ou seja, possui um tempo de aquecimento da água, para atingir a temperatura desejada, de menos de 3 segundos, de preferência menos de 2 segundos, mais preferencialmente menos de 1 segundo. Além disso, o dispositivo de aquecimento (14) pode apresentar um atraso na resposta que é menor ou igual a um segundo.

[063] De acordo com possíveis modalidades, o dispositivo de aquecimento (14) é configurado para aquecer a água pressurizada que chega da bomba (12) à medida que passa através dela. O trânsito da água pressurizada por ser instantâneo, ou seja, cerca de um segundo, ou menos.

[064] O dispositivo de aquecimento (14) é capaz de variar e ajustar a quantidade de calor e a consequente temperatura da água aquecida em frações de segundo de até 100Hz, preferencialmente de 5 a 10Hz, considerando a inércia térmica do sistema.

[065] De acordo com uma modalidade da invenção, o dispositivo de aquecimento (14) pode compreender pelo menos um cano tubular (29) feito de um material elétrica e termicamente condutor e no qual circula a água durante o uso. O cano tubular (29) pode ser feito de aço, como por exemplo aço inoxidável AISI 304 ou AISI 316.

[066] O cano tubular (29) pode apresentar um diâmetro compreendido entre 1.5 mm e 8 mm, preferencialmente entre 2 mm e 5 mm. Os tamanhos reduzidos de um cano tubular (29) permitem aumentar a velocidade de aquecimento da água, obtendo uma resposta de aquecimento extremamente rápida.

[067] O cano tubular (29) pode ser fornecido com extremidades terminais (30) que podem ser seletivamente conectadas a uma fonte de energia elétrica. As extremidades do terminal (30) podem definir, respectivamente, o polo positivo e o polo negativo da fonte de energia elétrica, que é feita para circular através do cano tubular (29). Este último, portanto, se comporta como uma resistência elétrica e, quando acionado eletricamente, aquece a água que transita por ele.

[068] De acordo com uma solução da invenção, a câmara de extração (11) consiste em pelo menos um componente fixo (11a) e um componente removível (11c) que pode ser temporariamente combinado com o componente fixo (11a). Pelo menos um cano de saída (11b) do café líquido está presente para dispensá-lo da câmara de extração (11).

[069] O componente removível (11c) é adequado para conter uma quantidade desejada de pó de café no tamanho de grão selecionado.

[070] De acordo com possíveis soluções, o componente removível (11c) possui geometria e tamanhos capazes de definir o volume da câmara de extração (11), uma vez que o componente removível (11c) é temporariamente combinado com o componente fixo (11a).

[071] O componente removível (11c) pode definir um compartimento de contenção (36) no qual o pó de café pode ser inserido no tamanho de grão selecionado.

[072] O compartimento de contenção (36) está localizado em comunicação fluida com o cano de saída (11b). A água alimentada pela bomba (12) é alimentada no compartimento de contenção (36), passa através do pó de café nele contido e sai através do tubo de saída (11b).

[073] De acordo com possíveis modalidades, o cano de saída (11b) pode ser integrado com o componente removível (11c), ou fixo.

[074] Uma vez que o componente removível (11c) tenha sido acoplado com o componente fixo (11a), a câmara de extração (11) tem um volume fixo.

[075] De acordo com possíveis modalidades variantes, descritas utilizando a Fig. 2, a câmara de extração (11) pode ser conectada a um sistema pneumático (23) por meio de um cano (24).

[076] O sistema pneumático (23) pode compreender meios de distribuição (25) capazes de introduzir na câmara de extração

(11) uma quantidade desejada de fluido, por exemplo, ar comprimido, nitrogênio, dióxido de carbono ou outro gás proveniente de uma fonte de fornecimento de fluido, não apresentada.

[077] Por exemplo, o meio de distribuição (25) pode compreender uma válvula de acionamento seletivamente para permitir a introdução do fluido, e possivelmente dispositivos de bombeamento.

[078] O sistema pneumático (23) é configurado para colocar a câmara de extração (11) sob pressão com o gás.

[079] De acordo com esta modalidade, a pressão na câmara de extração (11) pode ser determinada com a água proveniente da fonte de abastecimento de água (13), com o gás, ou utilizando ambos.

[080] Por exemplo, o uso de ar comprimido, nitrogênio, dióxido de carbono ou outro gás permite incorporar o ar, ou o próprio gás, diretamente dentro da bebida de café que está sendo feita.

[081] Além disso, uma vez que a bebida é distribuída, o ar, ou o gás, permite remover possíveis resíduos de café e/ou água estagnada presentes na câmara de extração (11). Isso evita uma possível contaminação, por exemplo, de natureza bacteriana.

[082] De acordo com possíveis modalidades, o sistema pneumático (23) pode ser controlado e comandado pela unidade de controle e comando (17).

[083] De acordo com outra modalidade variante (Fig. 6), o circuito (22) pode incluir um cano de “by-pass” (50) interposto entre o cano de entrega da bomba (12) e um cano de conexão (51) fornecido entre o dispositivo de aquecimento (14) e a câmara de extração (11).

[084] O cano de conexão (51) é fornecido com uma válvula de distribuição (52), como por exemplo, do tipo de três vias, na qual o cano de “by-pass” (50) é conectado.

[085] A válvula de distribuição (52) pode ser conectada à unidade de controle e comando (17) e ser seletivamente comandável para interceptar ou permitir o fluxo através do cano de “by-pass” (50) e/ou em direção à câmara de extração (11).

[086] Em particular, pode ser previsto que, quando for necessário distribuir o café líquido, a válvula de distribuição (52) permite que a água passe pelo do cano de conexão (51). Pelo contrário, quando a água presente no cano de conexão (51) não está nas condições desejáveis, por exemplo, de temperatura, a água sofre recirculação através do cano de “by-pass” (50), impedindo-a de ser introduzida na câmara de extração (11).

[087] Além disso, o “by-pass” pode permitir a recirculação da água em direção ao dispositivo de aquecimento (14) para alcançar rapidamente a temperatura adequada da água, mesmo quando a própria máquina (10) é iniciada fria.

[088] De acordo com modalidades possíveis, o cano de saída (11b) pode ser combinado com a válvula de distribuição (15).

[089] A presença da válvula de distribuição (15) no cano de saída (11b) permite o controle adequado das condições da água, e, em particular, a pressão, na câmara de extração (11).

[090] A válvula de distribuição (15), em particular, pode ser instalada no cano de saída (11b), isto é, para distribuir o café líquido proveniente da câmara de extração (11).

[091] A válvula de distribuição (15) é do tipo proporcional, isto é, permite ajustar a seção de distribuição ou trânsito do café líquido.

[092] O tamanho da seção de distribuição é controlado e definido proporcionalmente, em cada ocasião, através da unidade de controle e comando (17).

[093] De acordo com soluções possíveis, a seção de distribuição determinada pela válvula de distribuição (15) e a pressão com a qual a bebida é empurrada através da própria seção de distribuição, são feitas para gerar um regime turbulento que injeta ar ao café líquido distribuído.

[094] O Requerente concluiu que existem condições em que a seção de distribuição e a ação da bomba permitem que o café líquido incorpore o ar e se torne cremoso. Tais condições permitem estabelecer um regime de turbulência definido.

[095] De acordo com possíveis modalidades, a válvula de distribuição (15) pode ser incorporada, ou integrada, no componente removível (11c) e/ou no cano de saída (11b).

[096] De acordo com possíveis modalidades, a válvula de distribuição (15) pode compreender um obturador com pelo menos uma porção de cone truncado que pode ser posicionada por um atuador, tal como um servo motor, com o objetivo de ajustar a seção de distribuição do café da câmara de extração (11).

[097] De acordo com possíveis soluções, a válvula de distribuição (15) pode compreender um obturador possuindo pelo menos uma porção esférica, que pressiona um canal de saída da câmara de extração (11), que pode ser movido de maneira controlada, acionando, por exemplo, um material de memória de forma associado com o obturador. A atuação pode ser, por exemplo, do tipo elétrico ou magnético. Em particular, no caso de material com memória de forma, a atuação pode ser obtida através de uma tensão elétrica atuando no material com memória de forma.

[098] De acordo com possíveis modalidades, a válvula de distribuição (15) pode ser uma válvula que funciona com uma lógica de modulação por largura de pulso (PWM). A válvula de distribuição (15) pode compreender uma eletroválvula, uma válvula acionada eletromagneticamente ou magneticamente, possivelmente em combinação com um elemento elástico, com campo magnético duplo, ou de outro tipo.

[099] De acordo com possíveis modalidades, a válvula de distribuição (15) é comandada para definir o tempo de distribuição da bebida de café através de uma seção de distribuição fixa. Esta solução pode ser comandada por meio de uma lógica PWM. Esta última solução permite distribuir a quantidade desejada de café líquido com alta precisão, e não requer necessariamente um trabalho no cano de distribuição para melhorar suas superfícies, tal como a eletrodeposição de uma camada de revestimento. Além disso, esta solução garante alta precisão de distribuição para taxas de fluxo compreendidas dentro da faixa de taxas de fluxo da presente invenção.

[0100] Outra vantagem da solução que utiliza uma válvula de distribuição (15) com lógica PWM é que é possível corrigir os efeitos de perdas de carga e/ou variações na geometria da seção de passagem na distribuição da bebida de café. Por exemplo, a geometria da seção de passagem pode ser alterada pela presença de resíduos de café no obturador da válvula de distribuição (15) e/ou nas paredes do cano de distribuição.

[0101] De acordo com possíveis modalidades, a válvula de distribuição (15) pode compreender um canal para a intercepção/passagem do café líquido, ou seja, um cano de entrada ou saída, revestido com material capaz de garantir uma tolerância de superfície no próprio canal predefinido. Por exemplo, o material pode ser depositado no canal através de eletrodeposição.

[0102] De acordo com possíveis modalidades, a válvula de distribuição (15) pode ser feita de material plástico resistente a uma temperatura inferior ou igual a cerca de 150°C, preferencialmente inferior ou igual a cerca de 130°C.

[0103] De acordo com possíveis soluções, a válvula de distribuição (15) é configurada para gerenciar e resistir a pressões compreendidas entre 1,5 bar e 20 bar e taxas de fluxo compreendidas entre 1 ml/s e 6 ml/s. Em particular, pode ser previsto que a válvula de distribuição (15) seja interposta ao longo da extensão do cano de saída (11b) (Fig. 8).

[0104] De acordo com possíveis soluções (Fig. 8), a válvula de distribuição (15) compreende um obturador (31) adequado para assumir uma primeira posição, na qual fecha ou intercepta o cano de saída (11b), para condicionar o tempo que a água permanece na câmara de extração (11), e pelo menos uma segunda posição controlável aberta que define a seção de distribuição do café líquido.

[0105] De acordo com uma possível solução, o componente removível (11c) pode ser fornecido com um envoltório de acomodação (32) que intercepta, durante o uso, o cano de saída (11b) e no qual o obturador (31) está instalado. A válvula de distribuição (15) também pode compreender um elemento deslizador (33) instalado, que desliza no envoltório de acomodação (32) e é conectado ao obturador (31). O elemento deslizador (33) pode ser seletivamente móvel em uma direção horizontal ou substantivamente horizontal. Entre o elemento deslizador (33) e o obturador (31), um elemento elástico (34) pode ser interposto, configurado para manter o obturador (31) em uma condição em que fechará ou abrirá o cano de saída (11b).

[0106] A válvula de distribuição (15) também compreende um atuador (35) configurado para acionar o obturador (31) e levá-lo às referidas primeira e segunda posições, pelo menos. O atuador (35) é conectado à unidade de controle e comando (17) para ajustar o espaço através do qual a água passa. O atuador (35) pode ser do tipo eletromagnético. Este tipo de atuação permite a obtenção de tempos de resposta extremamente reduzidos e uma precisão de ajuste extremamente alta.

[0107] De acordo com uma possível solução, o atuador (35) pode ser controlado em PWM.

[0108] De acordo com uma modalidade variante, o atuador (35) pode ser provido com um solenoide seletivamente acionável para determinar o movimento do obturador (31).

[0109] A combinação de um atuador (35) do tipo eletromagnético com a presença de um elemento elástico (34), associado ao obturador (31), permite alcançar, em um curto intervalo de tempo, também na faixa de décimos de segundo,

um ponto de equilíbrio que depende da pressão na câmara de extração (11). A pressão na câmara de extração (11) é, na verdade, uma função da taxa de fluxo que entra na câmara de extração (11), gerada pela bomba (12), e da força gerada pelo atuador (35). Ao controlar adequadamente essa condição de equilíbrio entre a ação do elemento elástico (34) e o atuador (35), é possível obter um controle da taxa de fluxo de saída do café líquido da câmara de extração (11).

[0110] O atuador (35) pode ser fixo em relação ao componente removível (11c), que, durante o uso, se posiciona em cooperação com o atuador (35).

[0111] De acordo com a presente invenção, a máquina (10) também compreende sensores (16) conectados ao circuito (22) e seus componentes, e que são capazes de detectar, em tempo real, uma pluralidade de parâmetros físicos, isto é, parâmetros de funcionamento do circuito (22). Os sensores (16) podem compreender pelo menos um dentre um sensor de temperatura T, um sensor de pressão P e um medidor de fluxo F.

[0112] De acordo com possíveis soluções da presente invenção, os sensores (16) podem estar associados com pelo menos um elemento dentre a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) ou a válvula de distribuição (15) para detectar seus parâmetros de funcionamento. Apenas a título de exemplo, pode ser fornecido que os sensores (16) sejam configurados para detectar parâmetros elétricos, tais como voltagem, corrente, potência e parâmetros de funcionamento de um e/ou outros componentes do circuito (22).

[0113] Apenas a título de exemplo, os sensores (16) podem ser configurados para detectar a voltagem elétrica “V”, ou a corrente de alimentação “I” que alimenta a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15).

[0114] De acordo com possíveis soluções da invenção, os sensores (16) podem ser configurados para detectar pelo menos um dentre a taxa de fluxo, temperatura e pressão, direta ou indiretamente, como por exemplo, determinando os parâmetros de funcionamento elétrico de um ou mais componentes do circuito (22).

[0115] Apenas a título de exemplo, pode ser fornecido que um dos sensores (16) seja configurado para detectar a resistividade do dispositivo de aquecimento (14) para consequentemente determinar a temperatura da água.

[0116] De acordo com possíveis modalidades, os sensores (16) consistem em: dois sensores de temperatura T, um dos quais está a montante e um a jusante do dispositivo de aquecimento (14), dois sensores de pressão P, um dos quais está localizado entre a bomba (12) e o dispositivo de aquecimento (14), e um está localizado na câmara de extração (11), e um medidor de fluxo F localizado a jusante da bomba (12). Em modalidades variantes, a máquina (10) pode compreender somente um, ou uma combinação de dois ou mais sensores (16).

[0117] De acordo com possíveis soluções, a amostragem das detecções dos parâmetros físicos detectados pelos sensores (16) é realizada a uma frequência compreendida entre 80Hz e 120Hz, preferencialmente a 100Hz.

[0118] De acordo com outras soluções da invenção, o medidor de fluxo F pode ser configurado para detectar a taxa de fluxo da água fornecida pela bomba (12) com uma frequência de amostragem compreendida entre 20Hz e 50Hz, permitindo assim levar em consideração a alta instabilidade do comportamento da pressão ao longo do tempo.

[0119] De acordo com outra implementação da invenção, os sensores de temperatura T são configurados para detectar a temperatura da água que passa através do circuito (22) com uma frequência compreendida entre 5Hz e 10Hz. Os valores da frequência de amostragem permitem levar em consideração a inercia térmica dos diferentes componentes da máquina.

[0120] De acordo com possíveis modalidades vantajosas, apenas um sensor de pressão P está presente na câmara de extração (11).

[0121] Esta configuração dos sensores (16) é vantajosa para ajustar os parâmetros de funcionamento (20) da máquina (10) com alta reprodutibilidade, precisão e velocidade, uma vez que minimiza o número dos sensores (16) necessários que são utilizados e que estão localizados antes da válvula de distribuição (15).

[0122] De acordo com uma possível solução da presente invenção, a máquina (10) pode compreender uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas para café líquido que deseja que seja distribuído.

[0123] Apenas a título de exemplo, as receitas podem estar relacionadas ao tipo de café líquido distribuído, por exemplo, café expresso, longo, americano, frio e/ou relacionado ao tipo ou origem do café a ser utilizado. Uma curva de extração característica (43) do café líquido pode ser associada a cada receita.

[0124] As curvas de extração características (43) podem identificar os parâmetros de funcionamento nominais da máquina (10) para obter um café líquido com as propriedades desejadas.

[0125] As curvas de extração características (43) podem identificar o desenvolvimento ao longo do tempo de, ao menos, pressão, temperatura e taxa de fluxo da água que é introduzida na câmara de extração, para cada instante do tempo ou intervalo de distribuição do café líquido.

[0126] De acordo com possíveis implementações da invenção, a máquina (10) compreende um dispositivo de memorização (45) configurado para memorizar pelo menos uma lista de curvas de extração características de café líquido, cada uma das quais está associada a uma das referidas receitas.

[0127] A unidade de controle e comando (17) é configurada para implementar um modelo matemático não linear (38), com variáveis acopladas configuradas para descrever matematicamente o funcionamento do circuito (22), ou pelo menos da bomba (12), do dispositivo de aquecimento (14) e da válvula de distribuição (15).

[0128] De acordo com uma possível implementação da invenção, a unidade de controle e comando (17) é configurada para implementar um algoritmo de processamento e filtragem (39) configurado para receber pelo menos um parâmetro de funcionamento detectado pelos sensores (16), e para determinar, repetidamente durante o tempo de distribuição e, baseado, ao menos, no modelo matemático, uma pluralidade de variáveis (40) do sistema que são adequadas para descrever o comportamento, ao longo do tempo, do circuito (22). As variáveis (40) do sistema podem ser independentes, ou seja, medidas e/ou definidas, por exemplo, como sinais de comando, e dependentes, ou seja, determinadas em função das variáveis (40) independentes do sistema. Em particular, os parâmetros de funcionamento detectados pelos sensores (16) podem ser processados com o algoritmo de processamento e filtragem (39) para determinar as variáveis do sistema e, consequentemente, estimar os estados do sistema.

[0129] De acordo com algumas soluções, o modelo matemático (38) pode compreender uma pluralidade de equações não lineares de primeiro princípio, que governam os fenômenos físicos do circuito (22) e que são usadas para determinar as variáveis do sistema.

[0130] De acordo com possíveis soluções, essas equações lineares de primeiro princípio dependem de uma pluralidade de parâmetros experimentais que permitem descrever o comportamento, possivelmente também correlacionado a cada instante de um intervalo de tempo de distribuição, de cada componente do circuito, sob diferentes condições de funcionamento. Apenas a título de exemplo, pode-se prever que os parâmetros experimentais são determinados pelas técnicas numéricas e experimentais.

[0131] De acordo com possíveis soluções, os parâmetros experimentais podem ser detectados por medições reais realizadas no circuito (22), por exemplo, por meio de técnicas de modelagem em testes de “caixa-cinza”.

[0132] De acordo com possíveis soluções, os parâmetros experimentais podem compreender os parâmetros físicos e de construção dos componentes do circuito (22), tais como, apenas a título de exemplo, o volume da bomba (12), a resistência do dispositivo de aquecimento (14), os tamanhos da válvula de distribuição (15), os diâmetros dos canos de conexão entre os diversos componentes, e as propriedades térmicas/elétricas de cada componente.

[0133] De acordo com possíveis soluções, o modelo matemático (38) pode compreender, ou implementar, uma pluralidade de mapas de correlação (19) configurados para correlacionar, possivelmente a cada instante do tempo de distribuição, as variáveis do sistema, os componentes do circuito (22), ou pelo menos da bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15), de modo a descrever o comportamento de cada um desses componentes. Os mapas de correlação (19) podem fornecer uma correlação entre as variáveis (40) dependentes e independentes do sistema.

[0134] O conjunto de variáveis do sistema define um mapeamento do circuito (22), ou seja, uma pluralidade de mapas de correlação (19) para o funcionamento de pelo menos uma das bombas (12), o dispositivo de aquecimento (14) ou a válvula de distribuição (15), preferencialmente dos três componentes.

[0135] Com referência à Fig. 11, é apresentado um possível mapa de correlação (19) é no funcionamento da bomba (12), no qual são identificadas correlações entre a velocidade de rotação “ω” da bomba (12), a pressão “p” e a taxa de fluxo “qeff” da água saindo da bomba (12).

[0136] O mapa de correlação (19), apresentado na Fig. 11, identifica duas variáveis independentes, ou seja, a velocidade de rotação e a pressão, e uma variável dependente que é a taxa de fluxo, mesmo que os mapas de correlação (19) também sejam aplicáveis a espaços de tamanho arbitrário, como por exemplo, com mais de duas variáveis independentes. Além disso, de um modo geral, com essas variáveis do sistema é possível descrever matematicamente todas as características não lineares presentes no sistema hidráulico/térmico do circuito (22), ou dos seus componentes.

[0137] De acordo com uma implementação da invenção, o modelo matemático (38) é configurado para implementar redes neurais (41) adequadas para processar os parâmetros de funcionamento (20) detectados e para determinas as referidas variáveis (40) do sistema. As redes neurais (41) podem ser implementadas no algoritmo de processamento e filtragem (39).

[0138] De acordo com uma possível solução (Fig. 12), as redes neurais (41) são determinadas por uma pluralidade de parâmetros estáticos W1, também chamados de pesos. Os parâmetros estáticos W1 são combinados entre si por funções de acoplamento σ definidas por algoritmos de otimização determinados pelas variáveis (40) do sistema. As funções de acoplamento σ permitem fazer com que a variável (40) do sistema possa ser determinada para convergir, utilizando pesos secundários W2, em direção a um único valor. Dessa forma, é possível obter uma estimativa suficientemente confiável das variáveis (40) do sistema que são determinadas a partir dos parâmetros de funcionamento (20).

[0139] De acordo com uma possível solução, os parâmetros estáticos W1 do sistema podem ser detectados por meio de testes “off-line”, medições ou treinamento “off-line”, nos quais uma pluralidade de dados experimentais, detectados em bancos de teste, são processados através de um algoritmo de otimização “off-line” que converge em um conjunto de parâmetros que minimizam os erros entre dados reais e as saídas dos mapas de correlação. Os parâmetros experimentais assim determinados permanecem inalterados ao longo do tempo e tornam-se constantes utilizadas pela unidade de comando e controle (17), em tempo real, para estimar e caracterizar o funcionamento do circuito (22).

[0140] De acordo com outra implementação da invenção, as variáveis (40) do sistema podem ser determinadas através de testes, ou detecções, realizados diretamente, durante o uso da máquina, ou seja, “on-line”. As variáveis (40) do sistema podem ser memorizadas durante o uso da máquina (10) e processadas por um algoritmo de otimização, também realizado em tempo real, o que permite adaptar os mapas de correlação (19) à possível mudança progressiva nas propriedades do circuito (22), que podem ocorrer devido a, por exemplo, desgastes, danos, formação de calcário e funcionamento não otimizado dos componentes do circuito. Este modo de operação permite implementar lógicas de autoaprendizagem automáticas através do circuito (22), particularmente no que diz respeito às propriedades hidráulicas do tijolo de café, que mudam durante a extração, e de uma extração para outra.

[0141] Apenas a título de exemplo, a Fig. 12 releva, de uma maneira simplificada, uma possível rede neural aplicada à bomba (12). Neste caso específico, a rede neural (41) é utilizada para aproximar a conexão estática existente entre a velocidade de rotação instantânea ω da bomba (12), a pressão resistente instantânea e o fluxo instantâneo real.

Este último se difere do fluxo nominal sem recirculação, devido a vazamentos do cano de entrega da bomba de sucção, e assume um comportamento geralmente não linear.

[0142] A superfície tridimensional apresentada no gráfico da Fig. 11 revela a saída da rede neural, enquanto os pontos mostram as medições reais no circuito (22). A superfície tridimensional é um mapeamento preciso equivalente ao desempenho volumétrico da bomba (12), ou seja, uma razão entre os quocientes de fluxo atual e nominal. Em geral, as redes neurais (41) também podem ser utilizadas de forma similar para descrever matematicamente todas as características não lineares dos circuitos hidráulico e térmico.

[0143] De acordo com possíveis implementações da invenção, o algoritmo de processamento e filtragem (39) compreende um ou mais filtros configurados para filtrar distúrbios e instabilidades dos parâmetros de funcionamento (20) detectados pelos sensores (16). Os parâmetros de funcionamento (20) compreendem um forte componente de ruído que também pode ser ainda mais amplificado por vários fatores. O algoritmo de processamento e filtragem (39) permite, de fato, detectar somente alguns parâmetros de funcionamento (20), enquanto os outros parâmetros são estimados determinando as variáveis (40) do sistema. O algoritmo de processamento e filtragem (39) permite, portanto, a redução do número total de sensores (16) para um número mínimo, de forma que o circuito permaneça observável.

[0144] De acordo com uma possível implementação da invenção, o algoritmo de processamento e filtragem (39) pode compreender um “Unscented Kalman Filter” (Filtro Kalman Inodoro). Apenas a título de exemplo, os sinais de pressão representam um componente de ruído substancial introduzido, por exemplo, pela conformação da bomba, por exemplo pelas engrenagens, se a bomba for do tipo de engrenagem.

[0145] Tais excitadores, juntamente com o comportamento dinâmico das câmaras hidráulicas, são, em alguns casos, ainda mais amplificados. Além disso, nem sempre é tecnicamente possível, nem economicamente vantajoso, medir todas as variáveis que descrevem o comportamento do sistema. O “Unscented Kalman Filter” (Filtro Kalman Inodoro) permite a filtragem dos sinais medidos e, com base no modelo matemático não linear, estimar os estados ou variáveis que não foram medidos. Portanto, o “Unscented Kalman Filter” (Filtro Kalman Inodoro) permite escolher o uso de um subconjunto de sensores para estimar todos os estados, desde que o sistema permaneça observável. Com o “Unscented Kalman Filter” (Filtro Kalman Inodoro) é possível monitorar os parâmetros do sistema de forma a identificar possíveis desvios ao longo do tempo para realizar a manutenção adequada dos componentes.

[0146] De acordo com possíveis soluções, a unidade de comando e controle (17) é configurada para implementar um algoritmo de controle não linear (42) que é configurado para comparar e identificar, repetidamente durante o tempo de distribuição, um desvio entre as variáveis (40) do sistema e a curva de extração característica (43) selecionada pelo usuário. Além disso, o algoritmo de controle não linear (42) é configurado para fornecer, na saída, repetidamente durante o tempo de distribuição, sinais de comando (44), ao menos na bomba (12), no dispositivo de aquecimento (14) e na válvula de distribuição (15). Os sinais de comando permitem implementar micro correções instantâneas do funcionamento do circuito (22) de modo que as condições estabelecidas na câmara de extração (11) são aquelas definidas pelas curvas de extração características.

[0147] De acordo com possíveis soluções, os sinais de comando (44) podem compreender um parâmetro de acionamento dos componentes do circuito (22).

[0148] Em possíveis soluções, o parâmetro de acionamento pode compreender um parâmetro de acionamento elétrico para a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15). Apenas a título de exemplo, o sinal de comando (44) pode compreender uma voltagem elétrica para alimentar a bomba, uma voltagem elétrica para alimentar o dispositivo de aquecimento (14) e uma voltagem elétrica para alimentar a válvula de distribuição (15).

[0149] De acordo com uma possível solução, o algoritmo de controle não linear (42) pode compreender um modelo de controle preditivo MPC do tipo adaptativo. Os sinais de comando (44) são determinados para fazer com que as variáveis (40) do sistema executem as trajetórias necessárias definidas pelas curvas de extração características (43). O algoritmo de controle não linear (42) permite a previsão,

instante por instante, da resposta do circuito no futuro imediato, com base no modelo matemático (38), e calcula os sinais de comando (44) otimizados através de um procedimento de otimização.

[0150] Com referência à Fig. 10, será descrito um controle de fluxo, implementado pela unidade de controle e comando (17) do circuito (22).

[0151] Inicialmente, por meio da interface de usuário (37), o usuário escolhe o tipo de café desejado ou identifica uma receita desejada para café líquido. A unidade de controle e comando (17) recebe a informação da interface de usuário (37) e identifica a curva de extração característica para a receita específica selecionada. A unidade de controle e comando (17) inicia o processo de distribuição do café líquido através da ativação dos componentes do circuito (22). Quanto estes componentes estão acionados, os parâmetros de funcionamento (20), ao menos os da bomba (12), do dispositivo de aquecimento (14) e da válvula de distribuição (15), são detectados.

[0152] Em particular, valores de pressão, temperatura e fluxo, podem der detectados ao longo do circuito (22), ou parâmetros elétricos de voltagem e/ou corrente. Alguns desses parâmetros de funcionamento (20) podem ser determinados e/ou estimados de maneira indireta, com base em outros parâmetros de funcionamento (20) detectados diretamente. Além disso, no início do processo de distribuição, sinais de comando são definidos para a bomba

(12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15).

[0153] Os sinais de comando e os parâmetros de funcionamento são processados pelo algoritmo de processamento e filtragem (39), que, baseado no modelo matemático (38), identifica o estado do sistema ou todas as variáveis (40) do sistema que caracterizam pelo menos a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15). O algoritmo de controle não linear (42) compara as variáveis (40) do sistema com a curva de extração característica selecionada pelo usuário e identifica um desvio. O algoritmo de controle não linear (42), também com base no modelo matemático (38) e o desvio detectado, permite identificar sinais de comando (44) para a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15).

[0154] Todo o fluxo de controle é continuamente repetido, diversas vezes durante o processo de distribuição, fornecendo os sinais de comando (44) como entrada, pelo menos, para o algoritmo de processamento e filtragem (39). Este último combina os sinais de comando com os parâmetros de funcionamento atualizados e repete o controle. Os sinais de comando (44) determinados em cada ocasião podem, ainda, serem fornecidos ao modelo matemático (38) para atualizá-lo.

[0155] As lógicas de controle do sistema descritas acima permitem a obtenção de um café líquido com as propriedades desejadas pelo usuário, mesmo que haja mau funcionamento de alguns componentes. Além disso, a unidade de controle e comando (17) descrita acima permite a obtenção de bebidas de café com características organolépticas otimizadas mesmo em condições de funcionamento extremas da máquina (10).

[0156] Apenas a título de exemplo, pode ser fornecido o desligamento completo do dispositivo de aquecimento (14) para abastecer a câmara de extração com água da fonte ou em temperatura ambiente, por exemplo entre 4°C e 20°C, enquanto garante, ainda, a extração de uma bebida de café, o chamado “café expresso frio”.

[0157] Em possíveis soluções, pode ser fornecido que a faixa de temperatura da água fornecida à câmara de extração (11) esteja compreendida entre 4° e 100°C.

[0158] De acordo com uma possível solução, a unidade de controle e comando (17) compreende instruções básicas e meios para processar tanto as instruções básicas quanto as instruções de usuário (18) fornecidas por um usuário, assim como os parâmetros físicos de fornecimento de instruções específicas em tempo real aos componentes dedicados do circuito. As instruções básicas podem ser memorizadas na unidade de controle e comando (17), ou disponibilizadas por meio de conexões remotas.

[0159] As instruções básicas podem compreender funções de partida/parada da máquina, início do modo de modo de espera, medição e verificação da quantidade de água presente no tanque, medição e verificação da quantidade de água fornecida pela fonte de água, ou outras funções normalmente oferecidas em máquinas automáticas de distribuição de café líquido.

[0160] De acordo com outro aspecto da presente invenção, a unidade de controle e comando (17) é configurada para condicionar, em tempo real, de maneira coordenada, e em cada ocasião, pelo menos um dos parâmetros de funcionamento (20) de pelo menos um dentre a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15).

[0161] De acordo com possíveis soluções vantajosas, a unidade de controle (17) é adequada para processar os parâmetros físicos detectados pelos sensores (16) e as instruções de usuário (18) em relação a pelo menos um mapa de correlação (19) (ver na Fig. 5) dos parâmetros de funcionamento (20) memorizados na unidade de controle e comando (17).

[0162] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, a unidade de controle e comando (17) é configurada para condicionar, em tempo real, e de forma coordenada, ao menos os parâmetros de funcionamento (20) da bomba (12), do dispositivo de aquecimento (14) e da válvula de distribuição (15). O ajuste é feito em relação aos parâmetros físicos detectados pelos sensores (16), às instruções do usuário (18) e pelo menos um mapa de correlação (19) dos parâmetros de funcionamento (20) memorizados na própria unidade de comando e controle (17). Mais especificamente, com base no mapa de correlação (19) e nos parâmetros detectados pelos sensores (16), a unidade de controle e comando (17) pode condicionar, de maneira coordenada, o funcionamento dos diversos componentes, obtendo, em cada ocasião, tipos de café líquido que de outra forma não seriam obtidos se esses últimos elementos fossem controlados de forma independente.

[0163] O Requerente concluiu que não é necessário detectar a taxa de fluxo do café líquido distribuído da câmara de extração e que, em vez disso, é vantajoso ajustar o tempo que a água permanece na câmara de extração (11) por meio da válvula de distribuição (15).

[0164] O Requerente também descobriu que é vantajoso, em várias ocasiões, condicionar a pressão na câmara de extração (11) com a bomba (12).

[0165] Observou-se que a ação coordenada da bomba (12) com a válvula de distribuição (15) permite obter as taxas de fluxo e de pressão de café líquido desejadas saindo da câmara de extração (11), e ao mesmo tempo, permite obter tipos de café líquido apresentando as características desejadas, tais como cremosidade, corpo etc.

[0166] A possibilidade de gerenciar e controlar os parâmetros de funcionamento da válvula de distribuição (15) com a bomba (12) de forma coordenada, ou seja, adaptando a pressão e a seção de distribuição de café líquido, também permite obter cafés cremosos, ou cafés similares àqueles obtidos por meio de cápsulas e/ou sachês. Em particular, foi observado que é possível manter a bomba (12) em funcionamento ao mesmo tempo em que se abre a válvula de distribuição (15)

quando a pressão desejada for atingida.

[0167] Em relação à pressão da água e a seção definida pela válvula de distribuição (15), é possível obter o tipo desejável de café líquido. Dessa maneira, é possível obter diferentes tipos de café líquido tipicamente obtidos por meio de cápsulas e ou/sachês sem a necessidade de descartar as cápsulas e/ou sachês após o uso.

[0168] As instruções de usuário (18) podem ser fornecidas remotamente ou por meio de uma interface de usuário conectada à unidade de controle e comando (17).

[0169] A unidade de controle e comando (17) é configurada para implementar uma lógica de controle de múltiplas entradas/saídas (MIMO), ou seja, é capaz de condicionar uma pluralidade de parâmetros de funcionamento (20), enquanto adquire uma pluralidade de parâmetros físicos dos sensores (16) e em relação ao mapa de correlação (19).

[0170] O mapa de correlação (19) define o desenvolvimento funcional de um ou mais parâmetros de funcionamento (20) em relação a um ou mais parâmetros de funcionamento (20) e/ou dos parâmetros de funcionamento detectados pelos sensores (16). Por exemplo, o mapa de correlação (19) define uma correlação multivariada entre dois ou mais parâmetros de funcionamento (20). Por exemplo, um mapa de correlação (19) compreende os desenvolvimentos funcionais cruzados da fonte de alimentação da bomba (12), a corrente elétrica que alimenta o dispositivo de aquecimento (14), a posição do obturador da válvula de distribuição (15), a pressão da câmara de extração (11), o fluxo da água a jusante da bomba (12), e outros parâmetros de funcionamento (20) específicos e/ou parâmetros físicos detectados pelos sensores (16).

[0171] Em virtude dos mapas de correlação (19) memorizados na unidade de controle e comando (17), ou acessados remotamente por ela, é possível coordenar o acionamento da bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15) de forma a obter, a cada repetição, o café líquido específico apresentando as características desejadas.

[0172] O acionamento coordenado da bomba (12), do dispositivo de aquecimento (14) e da válvula de distribuição (15), permite otimizar, em tempo real, o funcionamento dos componentes individuais do circuito. A otimização também pode operar no consumo de energia da máquina, atuando em zonas funcionais do mapa de correlação que permitem minimizar a energia utilizada. Além disso, pode ser fornecido que o dispositivo de aquecimento (14) possa ser comandado exclusivamente conforme necessário e por períodos curtos, até menos de um segundo. Isso permite economizar energia e não dispensar o calor sem que seja efetivamente utilizado para aquecer a água necessária para fazer café líquido.

[0173] De acordo com possíveis modalidades, o mapa de correlação (19) pode compreender zonas funcionais nas quais exige uma alta não linearidade dos parâmetros de funcionamento (20). Tais zonas funcionais podem ser identificadas em tempo real através da unidade de controle e comando (17) em relação aos parâmetros físicos detectados pelos sensores (16) e às instruções do usuário (18).

[0174] A unidade de controle e comando (17) pode ser configurada para identificar essas zonas funcionais e para impedir que os componentes da máquina (10) operem com esses parâmetros de funcionamento (20).

[0175] A unidade de controle e comando (17) pode ser configurada para otimizar e gerenciar os componentes do circuito (22) nas zonas não lineares utilizando algoritmos específicos e/ou procedimentos de funcionamento. Por exemplo, a unidade de controle e comando (17) pode ser configurada para aproximar os parâmetros de funcionamento (20) com desenvolvimentos lineares. Em relação a essa aproximação linear, a unidade de controle e comando (17) pode ser configurada para comandar os componentes do circuito (22).

[0176] Devido ao conhecimento detalhado dos desenvolvimentos funcionais dos componentes da máquina (10) fornecidos pelo mapa de correlação (19), a unidade de controle e comando (17) pode otimizar o consumo de energia em tempo real.

[0177] A unidade de controle e comando (17) pode ser configurada para identificar os parâmetros de funcionamento (20), que minimizam a energia a ser utilizada para obter o café líquido escolhido pelo usuário.

[0178] A identificação dos parâmetros de funcionamento (20) que minimizam a energia pode ser realizada por meio de um programa capaz de determinar, em relação às instruções do usuário (18) e aos parâmetros físicos detectados pelos sensores (16), a energia associada a um conjunto de parâmetros de funcionamento (20). A partir da comparação das energias relacionadas a um número predefinido de conjuntos de parâmetros de funcionamento (20) nas proximidades daqueles que permitem obter o tipo de café líquido solicitado, é possível identificar o conjunto de parâmetros de funcionamento (20) para os quais uma quantidade mínima de energia é associada. Os mapas de correlação (19) também podem compreender informações relacionadas às energias associadas a uma pluralidade de conjuntos de parâmetros de funcionamento (20), de modo a acelerar a identificação dos parâmetros de funcionamento (20) que minimizam a energia consumida.

[0179] De acordo com possíveis modalidades, a unidade de controle e comando (17) pode ser configurada para controlar e comandar o dispositivo de aquecimento (14) em relação ao estado instantâneo do próprio dispositivo de aquecimento (14). Por exemplo, a unidade de controle e comando (17) pode implementar um modelo analítico não linear para obter, em tempo real, o modelo linearizado a ser utilizado para um controle de temperatura não linear.

[0180] De acordo com possíveis modalidades, a unidade de controle e comando (17) pode implementar, no programa que governa, um filtro Kalman estendido, uma aplicação do tipo de filtro “Unscented Kalman Filter” (Filtro Kalman Inodoro) para gerenciar a não linearidade, ou outro.

[0181] De acordo com possíveis soluções, mantendo a bomba (12) em operação, a válvula de distribuição (15) é configurada para posicionar o obturador em pelo menos uma posição fechada para condicionar a água e/ou o vapor a permanecer(em) na câmara de extração (11), e em pelo menos uma posição aberta ou parcialmente aberta definindo uma seção de distribuição através da qual o café é distribuído em direção ao cano de saída (11b).

[0182] A válvula de distribuição (15) permite a definição da seção de passagem do café líquido de maneira proporcional, ou seja, a unidade de controle e comando (17) ajusta a seção em relação ao tipo de café a ser distribuído e aos mapas de correlação (19).

[0183] Na posição fechada, o obturador da válvula de distribuição (15) é capaz de definir o tempo que a água permanece na câmara de extração (11), com o objetivo de realizar a infusão prévia desejada.

[0184] Nesta condição, devido à ação coordenada da bomba (12) com a câmara de extração (11), esta última pode ser saturada com água e pressão definidas pela própria bomba (12), de acordo com o tipo de café a ser distribuído.

[0185] A bomba (12) e a válvula de distribuição (15) podem ser configuradas para simular as condições de uma cápsula de café expresso na câmara de extração (11). Vantajosamente, a ação combinada da bomba (12) e da válvula de distribuição (15) pode obter a situação em que uma contrapressão é criada, de modo a definir turbulência na bebida e obter um creme persistente. Tais condições são definidas com base no tempo em que a água permanece na câmara de extração (11) e a pressão atingida dentro desta, a qual é mantida em um valor definido ou continuamente ajustado com um desenvolvimento definido pela bomba (12) comandada pela unidade de controle e comando (17).

[0186] Após um tempo, o obturador da válvula de distribuição (15) é aberto de modo a definir uma seção de distribuição de maneira proporcional. Ao atuar na bomba (12) e na abertura da seção de distribuição definida pela válvula de distribuição (15), que pode ser fixa ou definida por uma série de pulsos, é vantajosamente possível gerar uma turbulência que permite a incorporação de ar no café de forma a obter uma bebida cremosa. Normalmente, a turbulência é gerada devido à perda de carga que ocorre quando o extrato de café líquido é empurrado através da seção de distribuição. Em relação à abertura ajustada pela posição do obturador da válvula de distribuição (15), e a ação da bomba (12), a taxa de fluxo do café líquido distribuído é definida. Portanto, a válvula de distribuição (15) é controlada pela definição da taxa de fluxo do café líquido dispensado e o tempo que a água permanece no painel de café, em combinação com o modo de funcionamento da bomba (12).

[0187] O Requerente descobriu que, vantajosamente,

poderia ser desnecessário monitorar diretamente a taxa de fluxo do café líquido distribuído com um sensor específico ou de outra maneira, pois pode ser suficiente monitorar o fluxo de água detectado entre a bomba (12) e o dispositivo de aquecimento (14).

[0188] De acordo com possíveis variáveis, não reveladas, a máquina (10) pode compreender uma unidade de pesagem localizada abaixo do recipiente no qual o café líquido é distribuído e configurado para pesar o recipiente com o café líquido distribuído. Por exemplo, a unidade de pesagem pode compreender uma célula de carga. A unidade de pesagem pode ser conectada à unidade de controle e comando (17) de forma a permitir que a unidade de pesagem forneça à unidade de controle e comando (17) informações em tempo real a respeito do peso do café líquido distribuído.

[0189] Isso pode ter a vantagem de acelerar qualquer ajuste dos parâmetros de funcionamento (20) para obter o tipo específico de café líquido apresentando as características solicitadas pelo usuário. De fato, graças à presente invenção, pode não ser necessário esperar que parte do café líquido seja dispensada para detectar sua taxa de fluxo.

[0190] De acordo com possíveis implementações da invenção, a unidade de pesagem permite a realização de uma operação de pesagem, antes do início da distribuição, em intervalos regulares durante a distribuição, como por exemplo a cada 100ms, no final da distribuição, e até que o copo localizado no grupo de pesagem seja removido. Desse modo, vantajosamente, o café líquido distribuído não é alterado, de forma descontrolada, por uma quantidade de café líquido com as características de café diferentes das solicitadas pelo usuário.

[0191] A ação combinada da bomba (12) e da válvula de distribuição (15) permite o ajuste do fluxo e da pressão através da ação em dois pontos distintos da máquina (10). Com base nos tempos de fechamento da válvula (15), a pressão e o fluxo definidos pela bomba (12) em combinação com a perda de carga definida pela válvula de distribuição (15), é possível definir, em cada ocasião, as condições específicas que permitem a obtenção de um produto específico no copo.

[0192] Possíveis modalidades da presente invenção referem-se a um método de distribuição de bebidas à base de café por meio de uma máquina (10) de distribuição de café líquido, como em uma das modalidades descritas.

[0193] De acordo com a presente invenção, o método de distribuição estabelece: o fornecimento, à unidade de controle e comando (17), de pelo menos um mapa de correlação (19) dos parâmetros de funcionamento (20) relacionados a pelo menos uma bomba (12), um dispositivo de aquecimento (14) e uma válvula de distribuição (15), além das instruções básicas; o fornecimento, à unidade de controle e comando (17), das instruções de usuário (18) em relação ao tipo de café líquido a ser distribuído;

a detecção dos parâmetros físicos em tempo real ao longo do circuito (22) por meio dos sensores (16); o condicionamento, em tempo real e de forma coordenada, de um ou mais parâmetros de funcionamento (20) de, pelo menos, a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15), em relação aos parâmetros físicos detectados pelos sensores (16), as instruções de usuário (18) e o mapa de correlação (19) fornecido.

[0194] De acordo com possíveis modalidades, o método de distribuição pode fornecer o mantimento da válvula de distribuição (15) em uma posição fechada e, simultaneamente, acionar a bomba (12) para definir a pressão e o tempo que a água permanece na câmara de extração (11).

[0195] De acordo com possíveis modalidades, o método prevê o acionamento da válvula (15) enquanto a bomba (12) é mantida em operação para definir uma seção de distribuição do café líquido da válvula de distribuição.

[0196] De acordo com possíveis modalidades, um fluido, tal como ar comprimido, nitrogênio ou outro gás, pode ser injetado na câmara de extração (11).

[0197] O fluido pode ser introduzido na câmara de extração (11), ainda que simultaneamente com a água, e a pressão na câmara de extração (11) é definida pelo efeito combinado de ambas as substâncias.

[0198] De acordo com possíveis soluções, o método de distribuição prevê a identificação, em tempo real e em relação às instruções do usuário (18), dos parâmetros físicos detectados pelos sensores (16) e o mapa de correlação (10) e os parâmetros de funcionamento (20) que minimizam a energia exigida para fornecer o tipo de café líquido solicitado.

[0199] De acordo com possíveis soluções, o método de distribuição prevê que a unidade de controle e comando (17) condicione o funcionamento de, pelo menos, a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15), com os parâmetros de funcionamento (20) que foram identificados, de modo a minimizar energia.

[0200] De acordo com possíveis soluções, o método de distribuição prevê a identificação de uma ou mais zonas funcionais do mapa de correlação (19), nas quais os parâmetros de funcionamento (20) possuem desenvolvimentos funcionais não lineares.

[0201] Se a zona ou zonas funcionais com desenvolvimentos não lineares dos parâmetros de funcionamento (20) forem identificadas, o método de distribuição pode fornecer a aproximação dos parâmetros de funcionamento (20) nas zonas não lineares com desenvolvimentos lineares, com o objetivo de otimizar e gerenciar os componentes do circuito (22).

[0202] De acordo com possíveis soluções, o método de distribuição prevê que a unidade de controle e comando (17) não acione, pelo menos, a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15), com os parâmetros de funcionamento (20) que possuem desenvolvimentos funcionais não lineares identificados.

[0203] De acordo com possíveis formulações, a presente invenção também se refere a um programa de processador (21) para gerenciar e controlar a máquina (10) de distribuição de café, capaz de implementar o método de distribuição supramencionado.

[0204] De acordo com possíveis soluções, o programa de gerenciamento e controle (21) é capaz de identificar, em tempo real e em relação às instruções do usuário (18), os parâmetros físicos detectados pelos sensores (16) e o mapa de correlação (19), os parâmetros de funcionamento (20) de, pelo menos, a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15), que minimizam a energia necessária para distribuir o tipo de café solicitado, sendo o referido programa de gerenciamento e controle (21) capaz de condicionar a unidade de controle e comando (17) para acionar, pelo menos, a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15) com os parâmetros de funcionamento (20) identificados.

[0205] De acordo com possíveis modalidades, o programa de gerenciamento e controle (21) é configurado para identificar uma ou mais zonas funcionais do mapa de correlação (19), nas quais os parâmetros de funcionamento (20) apresentam desenvolvimentos funcionais não lineares.

[0206] O programa de gerenciamento e controle (21) pode ser configurado para condicionar a unidade de controle e comando (17) a não acionar, pelo menos, a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15) com os parâmetros de funcionamento (20) relacionados a essas zonas funcionais.

[0207] O programa de gerenciamento e controle (21) pode ser configurado para condicionar a unidade de controle e comando (17) para acionar, pelo menos, a bomba (12), o dispositivo de aquecimento (14) e a válvula de distribuição (15) com os parâmetros de funcionamento (20) que apresentam desenvolvimentos funcionais não lineares e que são linearizados.

[0208] É claro que as modificações e/ou adições de peças podem ser feitas na máquina (10) de distribuição de café, no método de distribuição e no programa de gerenciamento e controle (21), conforme descritos até agora, sem se afastar do campo e escopo da presente invenção.

[0209] De acordo com possíveis modalidades, a máquina (10) de distribuição pode ser utilizada como módulo para a preparação automática de café líquido que pode ser funcionalmente conectado de maneira removível a um aparelho modular (26) para preparação de bebidas (ver Fig. 3).

[0210] Os módulos de preparação automática individuais são autônomos e permitem que o aparelho modular (26) prepare, independentemente, diferentes bebidas.

[0211] O aparelho modular (26) é configurado para funcionar mesmo quando um ou mais módulos de preparação não estão instalados.

[0212] Se a máquina (10) de distribuição, de acordo com a presente invenção, é utilizada como um módulo de preparação automática, a unidade de controle e comando (17) gerencia o funcionamento da máquina (10) de distribuição individual.

[0213] De acordo com possíveis modalidades, o aparelho modular (26) pode compreender uma unidade de controle e gerenciamento global (27) configurada para gerenciar o funcionamento dos módulos individuais conectados ao aparelho modular (26) da mesma maneira que as unidades individuais de controle e comando (17).

[0214] De acordo com possíveis modalidades, o aparelho modular (26) pode compreender uma unidade para fornecer água quente e/ou vapor (28).

[0215] Fica claro também que, embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a alguns exemplos específicos, um especialista no estado da técnica certamente poderá conseguir muitas outras formas equivalentes de máquina (10) de distribuição de café, método de distribuição e programa de controle e gerenciamento (21), apresentando as características definidas nas reivindicações, e, portanto, todas compreendidas dentro do campo de proteção aqui definido.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, caracterizada pelo fato de que os referidos sensores (16) são configurados para detectar, repetidamente durante o tempo de distribuição, pelo menos um referido parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), e em que a referida máquina compreende uma unidade de controle e comando (17) configurada para implementar: - um modelo matemático não linear (38) com variáveis acopladas, configurado para descrever matematicamente o funcionamento do referido circuito (22);

- um algoritmo de processamento e filtragem (39) configurado para receber pelo menos um referido parâmetro de funcionamento (20) detectado pelo referido sensor (16), e para determinar, repetidamente durante o tempo de distribuição, e com base no referido modelo matemático (38), uma pluralidade de variáveis (40) do sistema adequadas para descreverem o comportamento do referido circuito (22) ao longo do tempo; - um algoritmo de controle não linear (42) configurado para comparar e identificar, repetidamente durante o tempo de distribuição, um desvio entre as referidas variáveis (40) do sistema e a referida curva de extração característica (43) selecionada para fornecer, na saída, repetidamente durante o tempo de distribuição, sinais de comando (44) pelo menos da referida bomba (12), do referido dispositivo de aquecimento (14) e da válvula de distribuição (15).

2. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, conforme a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido modelo matemático (38) é configurado para implementar redes neurais (41) adequadas para processar os referidos parâmetros de funcionamento (20) detectados e para determinar as referidas variáveis (40) do sistema.

3. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, conforme as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que o referido modelo matemático (38) compreende uma pluralidade de equações não lineares do primeiro princípio (FP) que governam os fenômenos físicos do circuito (22) e que são utilizadas para determinar as referidas variáveis (40) do sistema.

4. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de que o referido modelo matemático (38) compreende, ou implementa, uma pluralidade de mapas de correlação (19) configurados para correlacionar as referidas variáveis (40) do sistema.

5. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de que o referido algoritmo de processamento e filtragem (39) compreende um ou mais filtros configurados para filtrar as perturbações e instabilidades dos parâmetros de funcionamento (20) detectadas pelos sensores (16).

6. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de que o algoritmo de processamento e filtragem (39) compreende um “Unscented Kalman Filter” (Filtro Kalman Inodoro).

7. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de que o referido algoritmo de controle não linear (42) pode compreender um controle de modelo preditivo do tipo adaptativo.

8. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de a referida bomba (12) ser do tipo microengrenagem.

9. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de aquecimento (14) é do tipo rápido e está configurado para apresentar um tempo de aquecimento da água, a fim de atingir a temperatura desejada, inferior a 3 segundos

10. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de aquecimento (14) é do tipo rápido e está configurado para apresentar um tempo de aquecimento da água, a fim de atingir a temperatura desejada, inferior a 2 segundos.

11. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de que a válvula de distribuição (15) é uma válvula de funcionamento com uma lógica de modulação por largura de pulso (PWM).

12. Máquina de distribuição de café líquido compreendendo um circuito (22) fornecido com pelo menos: uma bomba (12) configurada para fornecer uma quantidade controlada de água sob pressão, um dispositivo de aquecimento (14) configurado para aquecer a água fornecida pela referida bomba (12), uma câmara de extração (11) localizada a jusante do referido dispositivo de aquecimento (14) e configurada para conter uma quantidade desejada de café em pó, e uma válvula de distribuição (15) de tipo proporcional e ajustável seletivamente para controlar o fluxo de distribuição do referido café líquido saindo da referida câmara de extração (11), a referida máquina compreendendo sensores (16) configurados para detectar pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), uma interface de usuário (37) com a qual um usuário pode selecionar uma dentre uma pluralidade de receitas de café líquido, e um dispositivo de memorização (45) para memorizar uma lista de curvas de extração características (43) do café líquido, cada uma associada a uma das referidas receitas, de acordo com quaisquer reivindicações supramencionadas, caracterizada pelo fato de que a referida válvula de distribuição (15) é uma válvula de acionamento eletromagnético.

13. Um método de distribuição de café líquido através de um circuito (22) que: fornece uma quantidade controlada de água sob pressão por meio de uma bomba (12); e proporciona aquecimento da água fornecida pela referida bomba (12) com um dispositivo de aquecimento (14); e posiciona uma quantidade desejada de pó de café em uma câmara de extração (11); e faz a água aquecida passar da referida bomba (12) através da referida câmara de extração; e ajusta o fluxo de distribuição do referido café líquido que sai da câmara de extração (11) com uma válvula de distribuição (15) do tipo proporcional e ajustável seletivamente; e detecta com sensores (16) pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22); e seleciona uma dentre uma pluralidade de receitas para café líquido por meio de uma interface de usuário (37), para memorizar uma lista de curvas de extração características do café líquido, cada uma delas associada a uma das referidas receitas, em um dispositivo de memorização (45), caracterizado pelo fato de que os referidos sensores (16) detectam, repetidamente durante o tempo de distribuição, pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22), e o referido método compreende as seguintes etapas: - receber pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) e determinar, por meio de um algoritmo de processamento e filtragem (39), repetidamente durante o tempo de distribuição, uma pluralidade de variáveis (40) do sistema (40) adequadas para descrever o comportamento do referido circuito (22) ao longo do tempo, as referidas variáveis (40) também sendo determinadas com base em pelo menos um modelo matemático não linear (38) com variáveis acopladas, configurado para descrever matematicamente o funcionamento do referido circuito (22); - comparar e identificar, repetidamente durante o tempo de distribuição, por meio de um algoritmo de controle não linear (42), um desvio entre as referidas variáveis (40) do sistema e as referidas curvas de extração características (43) selecionadas; - fornecer, na saída, repetidamente durante o tempo de distribuição, sinais de comando (44) pelo menos da referida bomba (12), do referido dispositivo de aquecimento (14) e da referida válvula de distribuição (15).

14. Um método de distribuição de café líquido através de um circuito (22) que: fornece uma quantidade controlada de água sob pressão por meio de uma bomba (12); e proporciona aquecimento da água fornecida pela referida bomba (12) com um dispositivo de aquecimento (14); e posiciona uma quantidade desejada de pó de café em uma câmara de extração (11); e faz a água aquecida passar da referida bomba (12) através da referida câmara de extração; e ajusta o fluxo de distribuição do referido café líquido que sai da câmara de extração (11) com uma válvula de distribuição (15) do tipo proporcional e ajustável seletivamente; e detecta com sensores (16) pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22); e seleciona uma dentre uma pluralidade de receitas para café líquido por meio de uma interface de usuário (37), para memorizar uma lista de curvas de extração características do café líquido, cada uma delas associada a uma das referidas receitas, em um dispositivo de memorização (45), conforme a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os referidos sinais de comando (44) são fornecidos na entrada do referido modelo matemático (38).

15. Um método de distribuição de café líquido através de um circuito (22) que: fornece uma quantidade controlada de água sob pressão por meio de uma bomba (12); e proporciona aquecimento da água fornecida pela referida bomba (12) com um dispositivo de aquecimento (14); e posiciona uma quantidade desejada de pó de café em uma câmara de extração (11); e faz a água aquecida passar da referida bomba (12) através da referida câmara de extração; e ajusta o fluxo de distribuição do referido café líquido que sai da câmara de extração (11) com uma válvula de distribuição (15) do tipo proporcional e ajustável seletivamente; e detecta com sensores (16) pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22); e seleciona uma dentre uma pluralidade de receitas para café líquido por meio de uma interface de usuário (37), para memorizar uma lista de curvas de extração características do café líquido, cada uma delas associada a uma das referidas receitas, em um dispositivo de memorização (45), de acordo com as reivindicações 12 e 13, caracterizado pelo fato de que o referido parâmetro de funcionamento compreende a taxa de fluxo da água fornecida pela bomba (12), a referida taxa de fluxo sendo detectada pelos referidos sensores (16) com uma frequência de amostragem compreendida entre 20Hz e 50Hz.

16. Um método de distribuição de café líquido através de um circuito (22) que: fornece uma quantidade controlada de água sob pressão por meio de uma bomba (12); e proporciona aquecimento da água fornecida pela referida bomba (12) com um dispositivo de aquecimento (14); e posiciona uma quantidade desejada de pó de café em uma câmara de extração (11); e faz a água aquecida passar da referida bomba (12) através da referida câmara de extração; e ajusta o fluxo de distribuição do referido café líquido que sai da câmara de extração (11) com uma válvula de distribuição (15) do tipo proporcional e ajustável seletivamente; e detecta com sensores (16) pelo menos um parâmetro de funcionamento (20) do referido circuito (22); e seleciona uma dentre uma pluralidade de receitas para café líquido por meio de uma interface de usuário (37), para memorizar uma lista de curvas de extração características do café líquido, cada uma delas associada a uma das referidas receitas, em um dispositivo de memorização (45), conforme as reivindicações 12, 13 e 14, caracterizado pelo fato de que o referido parâmetro de funcionamento compreende a temperatura da água em trânsito pelo circuito (22), a referida taxa de fluxo sendo detectada pelos referidos sensores (16) com uma frequência de amostragem compreendida entre 5Hz e 10Hz.