BRPI0820561B1

BRPI0820561B1 - Método e aparelho para analisar e separar grão

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Publication number: BRPI0820561B1
Authority: BR
Publication date: 2018-10-02

Description

(54) Título: MÉTODO E APARELHO PARA ANALISAR E SEPARAR GRÃO (51) lnt.CI.: G01N 21/85; B07C 5/342 (30) Prioridade Unionista: 13/11/2007 IE S2007/0825 (73) Titular(es): MINCH MALT LIMITED (72) Inventor(es): MICHAEL NIERLE; PETER NALLEN (85) Data do Início da Fase Nacional: 13/05/2010

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E APARELHO PARA ANALISAR E SEPARAR GRÃO.

Introdução

A presente invenção refere-se a um método e a um aparelho para análise de quantidades de grãos em linha e separação do grão em lotes na base de um ou mais valores de parâmetros de grãos.

Na especificação, o termo em linha se refere a um procedimento que pode ser realizado enquanto um aparelho está em funcionamento e não requer que o aparelho seja desligado, durante o procedimento.

A qualidade do grão usado é um aspecto importante de todos os tipos de processamento de grãos. Por exemplo, na maltagem, a qualidade da cevada tem um efeito significativo sobre a qualidade do malte resultante. Dois dos fatores mais críticos que determinam a qualidade da cevada são a umidade do grão e o teor de proteína e esses fatores, portanto, requerem atenção especial antes do armazenamento e do processamento.

O teor de umidade do grão tem um papel importante em sua saúde e viabilidade durante a armazenagem. A cevada colhida, por exemplo, com um teor de umidade de mais do que 14% em peso da cevada, precisa ser seca a fim de reduzir o nível de umidade para entre 12% e 13%, antes da armazenagem. O nível exato depende da duração esperada de armazenagem até o processamento e da temperatura de armazenagem. O método de secagem deve ser antes moderado e, assim, as temperaturas do ar que não excedem 65°C a 70°C são utilizadas, dependendo do teor inicial de umidade do grão. A temperatura final do grão não deve exceder 40°C, caso contrário, dano irreversível do embrião e outro tecido vivo na cevada impedirão o método de maltagem a jusante.

Os níveis de proteína na cevada determinam os níveis de proteína resultantes no malte e, assim, a qualidade do malte. Foi verificado que a cevada que tem um teor de proteína na faixa de entre 9,5% a 12% de matéria seca produzirá malte tendo um nível de proteína na região de entre 9,2 e 11,7% de matéria seca. O teor de proteína tem um impacto sobre a absorção de água, durante a maceração, e o grau e a qualidade de modificação do endosperma, durante a germinação, desse modo, um lote de grãos, tendo teores de proteína desiguais resultará em germinação desigual do lote. Isso afetará a cor, o aromo e o sabor do malte, bem o processamento a jusante do malte.

Muitos métodos estão disponíveis, presentemente, para a medição da proteína e do teor de umidade do grão. O teor de umidade pode ser medido através da pesagem de lotes de grãos antes e após a secagem, contudo a principal desvantagem desse método é que ele consome muito tempo, com cada análise de lote levando entre 2 e 3 horas. Métodos rápidos, baseados neste princípio, tais como o método Sartorious, têm sido desenvolvidos e esse método, por exemplo, requer apenas 20 a 30 minutos de tempo de análise, incluindo preparação, mas foi verificado ser menos preciso. Outro método rápido para medição de teor de umidade é ο Ή0ΗExpress (Heckmann Company, Alemanha). Esse método leva apenas três a cinco minutos e tem boa precisão, mas requer, antecipadamente, amostragem automática ou manual de consumo de tempo. Os métodos prévios de medição de teor de proteína incluem o método Kjeldahl, que envolve análise de nitrogênio. Esse método também consome muito tempo e requer amostragem.

No caso de todos os métodos acima, umas poucas amostras de um lote são tomadas, essas quantidades são analisadas de acordo com esses métodos e um resultado médio é calculado para o valor particular de parâmetro de grão medido sendo mensurado, isto é, teor de proteína, teor de umidade. O valor médio para o valor de parâmetro de grão medido, porém, é dependente do tipo de grão em cada amostra e, em geral, pode não ser representativa do lote global de grãos.

Um aparelho aperfeiçoado para medição de parâmetros de grãos é aquele divulgado na patente norte-americana N^s 5.406.084. Esse documento divulga um método e um aparelho de medição de NIR para medição de constituintes de produtos alimentícios precipitáveis. Após as medições serem obtidas, porém, delas se tira uma média, a fim de proporcionar um valor médio para um constituinte particular para um lote de grãos. É con3 siderado, portanto, que esse método e esse aparelho levarão a não homogeneidade dentro das bateladas de grãos.

Em consequência, há uma necessidade de um método e de um aparelho mais efetivos para análise e para separação de grãos, a fim de proporcionar lotes de grãos mais homogêneos na base de um parâmetro de grão particular.

Informações da Invenção

De acordo com a invenção, é proporcionado um método para a análise de quantidades de grãos em linha e a separação dos grãos em lotes, na base de um ou mais valores de parâmetros de grãos, o método compreendendo:

distribuição de uma camada de grãos oticamente densa, continuamente além de uma área de medição em linha;

análise de uma quantidade do grão através da emissão de luz na camada de grão, a luz sendo refletida da quantidade de grãos que passam na área de medição em linha e detectando a luz refletida da quantidade de grãos para proporcionar um espectro da quantidade de grãos;

conversão do espectro no ou em cada valor de parâmetro de grão; e separação do grão em lotes através da classificação da quantidade de grãos na base do ou de cada valor de parâmetro de grão; caracterizado pelo fato de o grão ser separado em linha na base do ou de cada valor de parâmetro de grão.

A vantagem desse método é que uma separação mais precisa do grão, na base de um valor de parâmetro de grão especificado, pode ser obtida. Desse modo, após a separação, quantidades de grãos com valores similares para um parâmetro de grão específico podem ser armazenadas juntas, como lotes homogêneas. Isso evita qualquer uma das desvantagens associadas com a não homogeneidade do grão. Por exemplo, no caso de cevada colhida, lotes de cevada com teores de umidade similares podem ser armazenadas, em consequência, a fim de otimizar o desempenho de seca4 gem, bem como assegurar a viabilidade requerida do grão, após o método de secagem. Adicionalmente, a cevada com teores de proteína homogêneos pode ser armazenada e processada, resultando em modificação mais uniforme.

Uma outra vantagem da invenção é que os valores medidos para cada uma das quantidades ou sublotes podem ser rastreados. Desse modo, a documentação para cada método específico pode ser tornada disponível para os clientes, o que é importante em termos do Hazard Analysis Criticai Control Point (HACCP) (um sistema reconhecido internacionalmente para assegurar que produtos alimentícios são seguros e saudáveis de se comer) e políticas de segurança de alimentos.

Em uma modalidade da invenção, a separação do grão em linha compreende as etapas de:

armazenamento de um ou mais valores de limites do grão; comparação do ou de cada valor de parâmetro de grão com o valor de limite de grão armazenado correspondente;

geração de um sinal baseado na comparação entre o ou cada valor de parâmetro de grão e o valor de limite de grão correspondente;

uso do sinal para efetuar a distribuição automática da quantidade de grão para uma localização predeterminada com base no valor de parâmetro de grão.

Em outra modalidade da invenção, a camada de grãos opticamente densa é distribuída em uma velocidade de entre 0,5 e 2,5 m/s. Em uma outra modalidade da invenção, a camada de grãos opticamente densa é distribuída em uma velocidade de entre 1 e 2 m/s. A vantagem dessas velocidades é que elas permitem análise e separação rápidas do grão. O método, portanto, consome menos tempo e é de custo compensador.

De preferência, a luz é emitida continuamente na camada de grãos opticamente densa.

Em uma modalidade da invenção, a luz é emitida em um comprimento de onda de entre 200 e 2000nm.

Em outra modalidade da invenção, a luz é emitida em uma regi5 ão espectral de Infravermelho Próximo (NIR) de entre 780nm e 2000nm e um espectro de NIR é proporcionado.

Em uma outra modalidade da invenção, a luz é emitida em um comprimento de onda de entre 900 e 1500nm.

Em uma modalidade da invenção, a luz é detectada da quantidade de grãos em um tempo de entre 15 e 70 milissegundos.

Em outra modalidade da invenção, a luz detectada da quantidade de grãos em um tempo de entre 30 e 50 milissegundos. Desse modo, como a luz é rapidamente detectada, isso também acelera o método para análise e separação do grão.

De acordo com a invenção, também é proporcionado um aparelho para análise de quantidades de grãos em linha e separação dos grãos em lotes na base de um ou mais valores de parâmetros de grãos, o aparelho compreendendo:

meio para distribuir, continuamente, uma camada de grãos opticamente densa além de uma área de medição em linha;

uma fonte de luz para emitir luz na camada de grãos, a luz sendo refletida da quantidade de grãos que passam na área de medição em linha;

uma unidade sensora para detectar a luz refletida da quantidade de grãos para proporcionar um espectro da quantidade de grãos;

meio para converter o espectro no ou em cada valor de parâmetro de grão; e meio para separar o grão em lotes através da classificação da quantidade de grãos na base do ou de cada valor de parâmetro de grão; caracterizado pelo fato de o aparelho ainda compreender, em linha, meio para a separação do grão na base do ou de cada valor de parâmetro de grão.

Em uma modalidade da invenção, o meio de separação de grãos em linha compreende:

um controlador compreendendo um ou mais valores de limites de grãos armazenados;

um transmissor para transmitir o ou cada valor de parâmetro de grão para o controlador; em que:

o controlador compara o ou cada valor de parâmetro de grão ao valor de limite de grão armazenado correspondente;

o controlador gera um sinal baseado na comparação entre o ou cada valor de parâmetro de grão e o valor de limite de grão correspondente; e o controlador transmite o sinal para pelo menos um meio de saída, de modo que o sinal é usado para afetar a distribuição automática da quantidade do grão via o meio de saída para uma localização predeterminada na base do valor de parâmetro de grão.

Em outra modalidade da invenção, o meio de saída compreende:

um escorregador controlado, tendo uma posição aberta e uma posição fechada e conectado a um primeiro silo; e um escorregador de extremidade conectado a um segundo silo; em que o controlador se comunica com o escorregador controlado e controla a posição do escorregador controlado para permitir ou impedir a quantidade de grão que sai através daquele escorregador; de modo que, quando o escorregador controlado está na posição fechada, a quantidade de grão sairá do aparelho via o escorregador de extremidade.

Em uma outra modalidade da invenção, o escorregador controlado é móvel, articuladamente, entre a posição aberta e a posição fechada.

Em uma modalidade da invenção, o escorregador controlado permanece na mesma posição durante a detecção de valores de parâmetros de grãos que são, consistentemente, menores ou maiores do que o valor de limite de grão.

Em outra modalidade da invenção, o controlador transmite um sinal para o escorregador controlado, a fim de preparar para mudar posição e dispara um tempo de retardo t_tag predeterminado para começar mediante a detecção de uma mudança suficiente no valor de parâmetro de grão, de modo que o valor de parâmetro de grão atravessa o valor de limite de grão.

Em uma outra modalidade da invenção, o controlador transmite o sinal para o escorregador controlado, após a detecção de uma série de valores de parâmetros de grãos suficientemente alterados, durante o tempo de retardo ti_ag.

Nesta modalidade da invenção, a posição do escorregador controlado muda em um tempo igual a ti_ag + t_n; em que t_n é igual ao período de tempo permitido para a quantidade de grãos final analisada, durante o tempo de retardo ti_ag se deslocar da unidade sensora para o escorregador controlado. A vantagem dessas modalidades particulares é que elas permitem a separação rápida do grão em linha, ao mesmo tempo em que vencem possíveis limitações que poderiam ser enfrentadas devido à natureza mecânica do aparelho. Desse modo, como o escorregador só muda a posição após a detecção de uma série de mudanças suficientes de valores de parâmetros de grãos, isso impede a oscilação constante do escorregador ou outro meio de abertura adequado.

Em uma modalidade da invenção, o controlador é um controlador de lógica programável.

Em outra modalidade da invenção, o meio de distribuição distribui a camada de grãos opticamente densa em uma velocidade de entre 0,5 e 2,5 m/s.

Em outra modalidade da invenção, o meio de distribuição distribui a camada de grãos opticamente densa em uma velocidade de entre 1 e 2 m/s.

Em uma modalidade da invenção, o meio de distribuição compreende um escorregador de dosagem, que é ajustável, deslizavelmente, dentro do meio de distribuição a fim de proporcionar a camada de grãos opticamente densa. A vantagem do escorregador de dosagem é que ele controla o fluxo e a velocidade consistente do grão, assim, permitindo à unidade sensora detectar luz de uma camada de grão apropriadamente densa, à medida que ela passa pela área de medição em linha.

Em outra modalidade da invenção, o meio de distribuição compreende uma ou mais de uma calha de alimentação de grão e um transpor8 tador. Nesta modalidade da invenção, a calha de alimentação de grão é posicionada em um ângulo de entre 45° e 90° em relação ao transportador.

Em outra modalidade da invenção, a calha de alimentação de grão ainda compreende um divisor de quantidade de grãos, tendo uma pluralidade de calhas, proporcionando canais para fluxo de quantidades de grãos individuais.

Em uma modalidade da invenção, a fonte de luz emite luz continuamente na camada de grãos opticamente densa.

Em outra modalidade da invenção, a fonte de luz emite luz em uma faixa de comprimento de onda de entre 200 e 2000nm.

Em uma outra modalidade da invenção, a fonte de luz emite luz em uma região espectral de Infravermelho Próximo (NIR) de entre 780nm e 2000nm e um espectro de NIR é proporcionado.

Em uma outra modalidade da invenção, a fonte de luz emite luz em uma faixa de comprimento de onda de entre 900 e 1500nm.

Em uma modalidade da invenção, a unidade sensora é montada em um ângulo na região de 90° no meio de distribuição.

Em uma modalidade da invenção, os parâmetros de grãos são selecionados do grupo que compreende um ou mais dentre teor de proteína do grão, teor de umidade do grão, teor de extrato de amido, teor de 3glucana, teor de beta-amilase e teor de micotoxina.

Descrição Detalhada da Invenção

A invenção será mais claramente compreendida da descrição a seguir de algumas de suas modalidades, dadas à guisa de exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos, em que:

A figura 1 é uma vista esquemática do aparelho da invenção;

A figura 2 é uma vista da tremonha de alimentação de grãos e da calha de alimentação de grãos de uma modalidade da invenção;

A figura 3 é uma vista da calha de alimentação de grãos de outra modalidade da invenção;

A figura 4 é uma vista de uma modalidade do aparelho a jusante da invenção;

A figura 5 é uma vista de outra modalidade do aparelho a jusante da invenção;

A figura 6 é uma vista de uma outra modalidade do aparelho a jusante da invenção;

A figura 7 é uma vista de outra modalidade do aparelho a jusante da invenção;

A figura 8 é uma vista de uma outra modalidade do aparelho a jusante;

A figura 9 é uma vista de uma outra modalidade do aparelho a jusante da invenção;

A figura 10 é uma outra vista esquemática de uma tremonha de alimentação de grãos e calha de alimentação de grãos

A figura 10 é uma vista de uma tremonha de alimentação de grãos e uma calha de alimentação de grãos em escala de laboratório;

A figura 11 é uma outra vista esquemática do aparelho da invenção; e

A figura 12 é uma outra vista esquemática do aparelho com cada um dos parâmetros requeridos para programar o controlador do aparelho.

Fazendo referência à figura 1, há ilustrada uma vista esquemática do aparelho da invenção, indicado, de um modo geral, pelo numeral de referência 1. O aparelho compreende uma tremonha de alimentação de grãos 2 e uma calha de alimentação de grãos 3 para distribuição contínua de grãos no aparelho 1. O aparelho 1 também compreende um transportador 4 para distribuição contínua de grãos através do aparelho 1. Um escorregador de dosagem 5, que proporciona fluxo de grão consistente e uniforme através do aparelho 1 é proporcionado dentro da calha de alimentação de grãos 3, conforme mostrado ou em qualquer posição adequada dentro do transportador 4. O escorregador de dosagem 5 pode ser ajustado manualmente para controlar o fluxo de grão através do aparelho 1 e, assim, proporcionar um fluxo de grão consistente em uma velocidade fixa e uma camada de grãos opticamente densa para análise. Na especificação, o termo camada de grãos opticamente densa se refere a uma camada de grão densa de pelo menos 10 mm, sem quaisquer folgas entre o grão.

O aparelho 1 ainda compreende uma fonte de luz 6 para emitir luz na camada de grão e uma unidade sensora 7 para detectar luz refletida de uma quantidade da camada de grãos e proporcionar um espectro da quantidade de grãos. A fonte de luz 6 pode ser posicionada, opcionalmente, dentro da unidade sensora 7. A unidade sensora 7 também pode compreender um cabeçote de medição (não mostrado) e um sistema de referência em preto/ branco (não mostrado). Um espectrômetro 8 é ainda proporcionado para converter o espectro em um sinal elétrico, que é convertido, subsequentemente, no respectivo valor de parâmetro de grão para aquela quantidade, usando, especificamente, software projetado. Os valores de parâmetros de grãos, gerados pelo espectrômetro 8 são transmitidos para um controlador 9, em geral, por meio de um transmissor (não mostrado).

O aparelho 1 ainda compreende um ou mais escorregadores 10a, 10b, através dos quais as quantidades de grãos podem sair do aparelho 1. O escorregador controlado 10a é controlado pelo controlador 9 e é aberto ou fechado, dependendo do valor de parâmetro de grão para aquela quantidade particular. Quando o escorregador controlado 10a está aberto, a quantidade de grãos que passa através do escorregador controlado 10a naquele momento sairá via o escorregador controlado 10a para um silo de armazenamento (não mostrado).

O controlador 9 também controlará, quando o escorregador controlado 10a é aberto e por quanto tempo o escorregador controlado 10a deve ficar aberto e detalhes adicionais são discutidos em relação à figura 12. Quaisquer quantidades de grãos que não estão dentro da faixa de parâmetros especificada são distribuídas através do transportador 4 para o escorregador de extremidade 10b, onde sairão do aparelho via o escorregador de extremidade 10b para outro silo de armazenamento (não mostrado), assim, separando o grão em linha com base em um parâmetro específico.

A figura 2 mostra uma vista mais detalhada do grão sendo alimentado na calha de alimentação de grãos 3 pela tremonha de alimentação de grãos 2. A fonte de luz 6 é alojada dentro da unidade sensora 7. A unida11 de sensora 7 é posicionada fora da calha de alimentação de grãos, de modo a emitir luz em uma área da calha de alimentação de grãos referida como a área de medição. A unidade sensora 7 também será posicionada em um ângulo ao fluxo do grão de tal maneira que a luz emitida será refletida precisamente da camada de grão que passa. Foi verificado que um ângulo de calha de alimentação de grãos de entre 45° e 90° é mais adequado. O escorregador de dosagem é posicionado a jusante da unidade sensora 7 e é ajustável, deslizavelmente, dentro da calha de alimentação de grãos para assegurar que uma camada de grãos opticamente densa é proporcionada para medição pela unidade sensora 7.

A figura 3 mostra uma modalidade alternativa da calha de alimentação de grãos 3. Nesta modalidade, um divisor de quantidade de grãos 20 é proporcionado dentro da calha de alimentação de grãos 3. O divisor de quantidade de grãos 20 compreende uma pluralidade de calhas 21, através das quais uma quantidade de grãos pode circular antes de ser misturado, homogeneamente, antes de passar pela unidade sensora 7. O divisor de quantidade de grãos 20 assegura que a qualidade do grão dentro do diferencial de massa de grão, passando pela unidade sensora 7, será homogênea através do diâmetro da respectiva calha 21. O divisor de quantidade 20 é particularmente adequado para fluxos de grão maiores e, em particular, fluxos de grão de mais de, aproximadamente, 400 t/h. Um escorregador de dosagem 5 também pode ser proporcionado para controlar o fluxo de grão.

Fazendo referência agora às figuras de 4 a 9, é proporciona uma vista de diferentes modalidades do aparelho a jusante 1. Conforme mostrado na figura 4, a calha de alimentação de grãos 3 é posicionada em um ângulo de, aproximadamente, 45° em relação ao transportador 4. A unidade sensora 7 é posicionada exterior à calha de alimentação de grãos 3, de modo que ela é montada em um ângulo de 90° em relação ao fluxo de grãos. A figura 4 também mostra escorregador controlado 10a e o escorregador de extremidade 10b, levando a separar silos de armazenamento 30a e 30b, respectivamente.

A figura 5 mostra uma modalidade alternativa do aparelho 1.

Nesta modalidade, a unidade sensora 7 é posicionada exterior ao transportador 4, a jusante da calha de alimentação de grãos 3. Nesta modalidade da invenção, o escorregador de dosagem 5 pode ser posicionado dentro da calha de alimentação de grãos 3, a montante da unidade sensora 7 ou dentro do transportador 4, a jusante da unidade sensora 7, de modo a proporcionar uma camada de grãos opticamente densa para análise.

A figura 6 mostra uma outra modalidade alternativa do aparelho 1 . Nesta modalidade, a unidade sensora 7 também é posicionada exterior ao transportador 4, porém, no lado oposto do transportador 4 e, assim, não é mostrada.

As figuras 7, 8 e 9 correspondem às figuras 4, 5 e 6, com a exceção de que a calha de alimentação de grãos 3 é posicionada em um ângulo de 90° em relação ao transportador 4. Nesta modalidade da invenção, o uso de um divisor de quantidade de grãos 20 também é preferível e um escorregador de dosagem será proporcionado dentro da calha de alimentação de grãos 3, como acima. Desse modo, o aparelho pode ser aplicado a qualquer aplicação industrial, onde a calha de alimentação de grãos pode variar de entre 90° (vertical) a 45°. O ângulo da calha de alimentação de grãos 3 depende de certos critérios de fluxo típicos. Esses critérios incluem o tipo de grão que está sendo analisado e separado, o material da calha de alimentação, índices de atrito, espaço disponível para instalação dentro das instalações de silos e outros fatores relevantes.

Fazendo referência à figura 10, são mostradas, em escala de laboratório, uma tremonha de alimentação de grãos 2 e uma calha de alimentação de grãos 3 com cabeçote de medição 40 aplicado para fins de calibração. O cabeçote de medição 40 compreende uma fonte de luz e óptica e é idêntica àquela do cabeçote de medição alojado dentro da unidade sensora 7 do aparelho 1. Desse modo, condições físico-ópticas idênticas às condições industriais do aparelho 1 são proporcionadas. Antes do uso do aparelho 1, validação e referenciação do aparelho 1 devem ser realizadas para o tipo específico de grão e valor de parâmetro de grão a ser medido. Uma amostra do tipo de grão a ser medido é distribuída para o modelo em escala de laboratório e um espectro do grão é obtido usando o cabeçote de medição 40. Um espectrômetro é ligado ao cabeçote de medição 40, via fibras ópticas (não mostradas) e o espectrômetro é conectado a um PC (não mostrado) com o software requerido para converter os espectros recebidos em valores de análise correspondentes. A amostra de grão é, então, analisada usando outros métodos de análise, como análise química, e uma curva de calibração pode ser derivada com base nos valores de análise para o parâmetro e o espectro obtido. A curva de calibração e a data de calibração validada correspondente serão usadas para converter os espectros em valores de análise dentro da aplicação em escala industrial;

Fazendo referência à figura 11, em uso, o grão é distribuído na calha de alimentação de grãos 3 do aparelho 1 via a tremonha de alimentação de grãos 2. Uma unidade sensora 7, posicionada exterior à calha de alimentação de grãos 3 e ao transportador 4, é mostrada. Supondo que a unidade sensora 7, posicionada adjacente à calha de alimentação de grãos 3, está ativa, luz é emitida, continuamente, da fonte de luz 6 dessa unidade sensora 7 por um período de tempo predeterminado, na área de medição da calha de alimentação de grãos de modo a emitir luz na quantidade de grãos que passa pela área de medição. Uma camada de grãos opticamente densa é proporcionada dentro da área de medição pelo escorregador de dosagem 5, posicionado a jusante da calha de alimentação de grãos 3.

A luz é refletida pela quantidade de grãos na área de medição e é detectada como intensidade da luz pela unidade sensora 7, a fim de proporcionar um espectro da quantidade de grãos. A unidade sensora 7 coleta a luz refletida e a transmite via fibras ópticas para o espectrômetro 8. O espectrômetro 8 mede o espectro da luz refletida nos comprimentos de onda relevantes sujeitos ao tipo de grão e ao parâmetro de análise e converte o mesmo em um sinal elétrico. Esse sinal elétrico será enviado, via conexão de Ethernet e Interface de PC (PCI) para um PC com software especificamente planejado.

O software converte esse sinal elétrico no respectivo valor de parâmetro de grão por meio de dados de calibração descritos acima em re14 lação à figura 10. Os valores de parâmetros de grãos são registrados através do tempo e são, então, convertidos em sinais analógicos e/ou digitais. Esses sinais são enviados para o controlador 9 via interfaces adequadas, tais como cartões de l/O.

O controlador 9 é pré-programado com valores de limites de grãos relevantes. Com o recebimento do valor de parâmetro de grão para uma quantidade particular do espectrômetro 8, o controlador 9 compara o valor de parâmetro de grão com o valor de limite de grão e controla o escorregador controlado 10a por meio de pré-conjuntos (t_n, tia_g) programáveis, que serão aqui discutidos em relação à figura 12.

Fazendo referência agora à figura 12, é proporcionada uma outra vista esquemática do aparelho 1 com cada um dos parâmetros de medição indicados. O controlador 9 é pré-programado com os valores de limites de grãos relevantes, bem como outros pré-conjuntos sujeitos ao desenho e às dimensões reais do aparelho 1. Desse modo, logo que o controlador 9 receba um valor de parâmetro de grão do espectrômetro 8 via o PC, ele comparará o mesmo com o valor de limite de grão armazenado correspondente e é programado para enviar um sinal para o escorregador controlado 10a, a fim de abrir ou permanecer fechado com base nessa comparação.

Bem como controlar se o escorregador controlado 10a deve se abrir ou permanecer fechado, o controlador 9 também pode calcular e controlar quando o escorregador controlado 10a deve abrir e por quanto tempo o escorregador controlado 10a deve permanecer aberto, sujeito às séries reais de sinais recebidos do controlador 9 com base nos valores armazenados.

Se tiver havido uma mudança suficiente no valor de parâmetro de grão acima ou abaixo do valor de limite de grão, de modo que ele atravesse o valor de limite de grão e o valor de parâmetro de grão permaneça naquele valor ou outro valor mudado suficientemente por um certo período de tempo, a posição do escorregador controlado 10a mudará. Se a posição do escorregador controlado 10a tiver que mudar, o tempo (tn) em que o escorregador (S) deve mudar de posição é calculado como um parâmetro de pré-conjunto programado no controlador 9, de acordo com a seguinte fórmula:

T_n[S] = L1/V1 + L_n/V2 + t|_ag em que:

l_i = comprimento da unidade sensora para o ponto y no transportador L_n = comprimento do ponto y no transportador até a abertura do escorregador controlado

Vi = velocidade do grão [m/s] à medida que passa pela unidade sensora v₂ = velocidade do grão ao longo do transportador n = número de escorregadores através dos quais o grão passará no respectivo silo, de acordo com a análise do grão, por exemplo, se 2 escorregadores, n = 2.

t_n = tempo que leva para a quantidade de grãos específica alcançar da unidade sensora até aquele escorregador tiag = tempo de retardo que precisa decorrer até que seja assegurado que haverá um sinal consistente acima/ abaixo do valor de limite de grão a fim de evitar escorregadores oscilantes ou outros meios de abertura. Esse tempo de retardo depende também da velocidade de transporte, das dimensões do transportador, do fluxo de massa do grão e da distância de cada escorregador da unidade sensora. Os tempos de retardo serão programados no controlador como um ou mais pré-conjuntos (por exemplo, para cada escorregador individual), de acordo com as dimensões específicas e a especificação do aparelho, conforme instalado.

Se a unidade sensora for montada dentro do transportador, então, L1/V1 = 0 como t_n será calculado da distância da unidade sensora para os escorregadores/ silos (Ι_ι.,._n) e a velocidade do grão V₂ dentro do transportador.

A resolução do sistema de separação depende das condições específicas e do fluxo de grão por cada instalação individual. O fluxo do grão através do aparelho e, em geral, em uma velocidade entre 0,5 e 2,5 m/s e, de preferência, entre 1 e 2 m/s.

*1 = L1/V1 o tempo que um certo fluxo de massa (por exemplo, kg/s) com uma certa qualidade passa pela unidade sensora com cabeçote de medição 40, com uma operação levando, em geral, entre 15 e 70 milissegundos e, de preferência, entre 30 e 50 milissegundos.

O fluxo de massa de grão (m) através da calha de alimentação de grãos 3 ou através do transportador 4 é ajustado com o auxílio do escorregador de dosagem 5. À medida que o fluxo de massa através da calha de alimentação de grãos 3 iguala o fluxo de massa através do transportador 4 (supondo que não deve haver qualquer vazamento) o tempo ti pode ser calculado. Esse valor é baseado na velocidade ν_Ί = velocidade do grão [m/s] à medida que ele passa pela unidade sensora 7 e L₁ = comprimento da unidade sensora 7 até o ponto y no transportador 4. A geometria da camada de grãos que passa pela unidade sensora 7 é aplicada, assegurando que todos os diferenciais de massa que passam serão completamente ocupados pelo grão em fluxo consistente. Isso é obtido pelo escorregador de dosagem 5.

Usando as equações especificadas acima, t_n e ti_ag são calculados e introduzidos no controlador 9.

Por exemplo, supondo que o teor de umidade deve ser analisado e o grão deve ser separado com base no seu teor de umidade. O valor limite de umidade poderia ser ajustado em 12%. O escorregador controlado 10a pode ser preparado para distribuir grão tendo um baixo teor de umidade, por exemplo, (menos de 12%) para um silo 30a e o escorregador de extremidade 10b, portanto, distribuirá grão tendo um alto teor de umidade (por exemplo, igual ou maior do que 12%) para outro silo 30b.

O aparelho 1 pode ser preparado de modo que o escorregador controlado 10a começa em uma posição aberta e que a unidade sensora 7 é posicionada exterior à calha de alimentação de grãos 3. O grão é alimentado, continuamente, através do aparelho 1 e quantidades de grais são analisadas, continuamente, à medida que elas passam pela área de medição adjacente à unidade sensora 7. Supondo que é verificado, continuamente, que o grão tem um baixo teor de umidade e, assim, valores de parâmetros de grãos consistentes, o escorregador controlado 10a é mantido, continuamente, aberto e esse grão é distribuído no silo 30a.

Logo que o controlador 9 detecta uma quantidade tendo um alto teor de umidade, isso é detectado como uma mudança suficiente no valor de parâmetro de grão enquanto o valor de parâmetro de grão cruza o valor de limite de grão, de modo que ele agora está acima do valor de limite de grão e o controlador dispara para começar o tempo de retardo ti_ag. Quantidades adicionais de grão são medidas continuamente até o final de tfi_ag- No final de tfiag, foi verificado que quantidades subsequentes de grão analisadas têm um baixo teor de umidade e, assim, uma mudança suficiente adicional é detectada, de modo que o valor de parâmetro de grão atravessou de volta o valor de limite de grão, o escorregador controlado 10a permanece aberto a fim de permitir que essas quantidades de grãos com um baixo teor de umidade saiam via esse escorregador controlado 10a para o silo 30a. O tempo de retardo não começará novamente até que uma quantidade com um alto teor de umidade seja detectada, isto é, uma mudança adicional suficiente no valor de parâmetro de grão.

Contudo, se uma série de quantidades de grãos com um alto teor de umidade forem medidas, ti_ag começará novamente e o escorregador controlado 10a receberá um sinal do controlador 9 para permanecer na condição de pronto para ser fechado e, assim, preparar para mudar de posição. Após ti_ag ter decorrido e as quantidades de grãos que estão sendo medidas terem um alto teor de umidade, o controlador, então, envia um sinal para o escorregador controlado 10a para fechar e isso assegurará que o grão sairá via escorregador 10b para o silo 30b para armazenamento de grão com um alto teor de umidade.

O tempo em que 10a deve fechar é ti_ag + t_n, isto é, tempo de retardo mais o tempo que leva para que a quantidade vá da unidade sensora 7 para o escorregador controlado 10a. O escorregador 10a é mantido desligado até que o controlador 9 detecte uma quantidade tendo um baixo teor de umidade, isto é, uma outra mudança suficiente. Nesse estágio ti_ag começa e o escorregador 10a se abrirá, se, no final de ti_ag, quantidades com um baixo teor de umidade ainda estiverem sendo detectadas.

O método continua até que todo o grão tenha sido analisado e separado.

O método e o aparelho permitem rápida análise e separação do grão em linha. Problemas mecânicos potenciais que teriam sido considerados por oscilação contínua do escorregador 10a são evitados pela inclusão desse tempo de retardo. Isso permite taxas de fluxo de grãos aumentadas através do aparelho. Embora seja considerado que, devido à inclusão desse tempo de retardo, quantidades pequenas de grãos podem ser enviadas para o silo errado, a homogeneidade global das bateladas de grãos separados estará em linha com as exigências e padrões técnicos.

Distribuição

Uma tremonha de alimentação de grãos e uma calha de alimentação de grãos têm sido descritas para a distribuição contínua de grãos no aparelho, é considerado, porém, que outros dispositivos com a mesma função também poderíam ser usados. O meio de distribuição a jusante foi descrito acima como um transportador e é considerado que qualquer outro tipo de transportador de grão, tais como, por exemplo, um transportador de correia, um elevador de caçamba ou uma correia transportadora poderia ser usado.

Medição e Análise

O método e o aparelho foram descritos com relação à medição da proteína e ao teor de umidade do grão. Os valores de limites de proteínas, de um modo geral, estarão na faixa de entre 10% e 12,5% em matéria seca do grão e os valores de limites de umidade escolhidos estarão na faixa de entre 12% e 18% em peso do grão. O valor limite real escolhido estará a critério do usuário. Também é considerado, porém, que outros parâmetros de grãos, tais como, por exemplo, teor de extrato de amido, teor de pglucano, teor de beta-amilase e teor de micotoxina também poderíam ser medidos usando este método e o aparelho 1.

O método e o aparelho também são adequados para medição de todos os tipos de grãos, por exemplo, cevada, trigo, milho, arroz, colza, malte, sorgo e péletes.

Foi verificado que para resultados mais precisos a unidade sen19 sora deveria ser montada em um ângulo na região 90° com relação a uma camada de grãos densa a ser medida.

A fonte de luz, a unidade sensora e o espectrômetro podem ser componentes integrados ou separados, localizados remotamente um do outro. Adicionalmente, a fonte de luz e o detector de luz podem ser reunidos em um componente (cabeçote de medição) como parte da unidade sensora.

O cabeçote de medição dentro da unidade sensora detecta a luz refletida pela fonte de luz. A frequência pela qual o sinal elétrico é proporcionado pelo espectrômetro depende da qualidade do sistema de referência em preto e branco.

O PC também controla a referenciação de preto e branco. Esse sistema de referenciação em preto e branco deve ser executado uma vez por dia antes da operação do aparelho 1.

Um motor escalonado posiciona o cabeçote de medição da unidade sensora 7 na frente de um disco branco e mede a taxa total de fótons refletidos através de todos os comprimentos de onda (branco = idealmente, reflexão de 100%).

Entre o cabeçote de medição e o disco branco um vidro de safira, idêntico ao vidro de safira instalado entre o cabeçote de medição e a amostra de grãos que passam pela área de medição, pode ser proporcionado. Com o disco branco substituindo a amostra de grão durante a referenciação de branco, todos as distâncias entre o cabeçote de medição e o vidro de safira, o vidro de safira e o disco branco e/ou o cabeçote de medição e o disco branco devem ser idênticos àquelas distâncias, como instaladas quando na posição de medição. Essa preparação assegura que todos os fatores ópticos relevantes, tais como, por exemplo, ponto de foco, índice de atrito, etc, serão fatorados durante o exercício de referenciação de branco.

O cabeçote de medição é, então, movido na frente de um tubo preto e absorvência total de todos os fótons emitidos é medida (preto = idealmente 100% de absorvência). O PC verifica o término correto da referenciação, antes da sinalização de que o aparelho está pronto para operação.

Uma unidade adequada de sensor combinado e espectrômetro de emissão de luz, que detecta a luz refletida e converte um valor de luz em um valor de parâmetro de grãos é o Zeiss Corona NIR (TM), um sistema composto de um cabeçote de medição OMK 500 (emissor de luz e detector, sem referenciação automática de preto e branco como parte do sensor de aparelhos e um espectrômetro, como por exemplo, o sistema remoto Corona (TM) que pode executar todas essas funções. Entretanto, quaisquer outros aparelhos que também desempenhem essas funções também seriam adequados e devem ser calibrados antes do uso.

O sensor pode ser montado na calha de alimentação de grãos ou no transportador em qualquer posição onde uma camada de grãos densa passará a unidade sensora em uma velocidade de grão consistente, controlada. Isso é obtido pelo posicionamento do escorregador de dosagem a jusante da unidade sensora. O espectrômetro será adequado para medição de comprimentos de onda de entre 200 e 2000nm.

A área de medição dependerá do tamanho da fonte de luz e da unidade sensora e pode ser variada e pode ser variada a critério do usuário.

O aparelho também compreenderá uma unidade central de processamento e o software associado para avaliar e converter, armazenar e mostrar os dados.

Separação

Embora o aparelho, em geral, esteja descrito acima tendo duas saídas para separar grãos de acordo com se cada quantidade de grãos está acima ou abaixo de um certo limite, é considerado que o método e o aparelho da invenção também serão adequados para dividir quantidades de grãos com base em faixas específicas para um parâmetro e, nesse caso, o aparelho podería ter mais do que duas saídas. Nesta modalidade, é considerado que mais de um escorregador será um escorregador controlado.

De modo adicional, é ainda considerado que o método e o aparelho da invenção serão adequados para dividir quantidades de grãos na base de dois ou mais parâmetros. Desse modo, por exemplo, o grão poderia ser dividido com base em teor de proteína e no teor de umidade, ao mesmo tempo. Nesta modalidade da invenção, o aparelho terá quatro saídas, uma para alto teor de proteína, alto teor de umidade, uma para alto teor de proteína, baixa umidade, uma para baixo teor de proteína, baixa umidade, uma para baixo teor de proteína, baixo teor de, alto teor de umidade e uma para baixo teor de proteína, baixo teor de umidade.

A fim de evitar tempo de retardo adicional para abertura e fechamento do escorregador, ele deve ser montado de tal maneira que o escorregador se abra em uma direção de fluxo em contracorrente em relação ao fluxo de grãos.

Foi verificado que o emperramento do sistema pode ser impedido por meio de inspeção e controle automáticos padronizados. Uma opção para evitar o emperramento é deixar o escorregador de extremidade sempre aberto. Isso proporciona proteção contra danos aos grãos e/ou ao equipamento, especialmente quando o transportador precisa ser reiniciado em carga completa em uma situação de emergência. De modo adicional, o escorregador de extremidade permitirá ao transportador correr 100% vazio por todo o seu comprimento, no final da ação de transporte.

Como uma alternativa para escorregadores de abertura rápida, qualquer meio de abertura adequada de portas também poderia ser instalado entre o transportador e os escorregadores e esses seriam controlados pelo controlador.

Na especificação, os termos compreender, compreende, compreendido e compreendendo ou qualquer uma de suas variações são considerados serem totalmente permutáveis e a eles deve ser proporcionada a mais ampla interpretação possível e vice-versa.

A invenção não está limitada à modalidade aqui antes descrita, mas pode ser variada em construção e em detalhes dentro do escopo das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para analisar as quantidades de grão em linha e separar o grão em lotes com base em um ou mais valores de parâmetro do grão, o método compreende as etapas de:

entregar uma camada oticamente densa do grão continuamente após uma área de medição em linha;

analisar uma quantidade de grão por meio da emissão de luz na camada de grão, a luz sendo refletida a partir da quantidade de grão que passa a área de medição em linha e que detecta a luz refletida a partir da quantidade de grão para fornecer um espectro da quantidade de grão;

converter o espectro em o ou em cada valor de parâmetro do grão; e separar o grão em lotes classificando a quantidade de grão com base no ou em cada valor de parâmetro de grão;

caracterizado pelo fato de que:

o grão é separado in-line (em linha) com base no ou em cada valor de parâmetro do grão.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que separar o grão em linha compreende as etapas de:

armazenar um ou mais valores de ponto inicial do grão; comparar o ou cada valor de parâmetro do grão ao valor de ponto inicial armazenado correspondente do grão;

gerar um sinal baseado na comparação entre o ou cada valor de parâmetro do grão e o valor de ponto inicial correspondente do grão;

utilizar o sinal para efetuar a entrega automática da quantidade de grão para uma localização predeterminada com base no valor de parâmetro do grão.
3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a visualmente camada densa de grão é entregue a uma velocidade entre de 0.5 e 2.5 m/s.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a camada de grão opticamente densa é entregue a uma velocidade entre de 1 e 2 m/s.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de precedentes, em que a luz é emitida continuamente sobre a camada de grão opticamente densa.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a luz é emitida em um comprimento de onda entre de 200 e 2000 nm.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a luz é emitida em uma região espectral próxima ao infravermelho (NIR) entre 780 nm e 2000 nm e um espectro NIR é fornecido.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a luz é emitida em um comprimento de onda entre 900 e 1500 nm.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a luz é detectada a partir da quantidade de grão em um instante entre 15 e 70 milissegundos.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a luz é detectada a partir da quantidade de grão em um momento entre 30 e 50 milissegundos.
11. Aparelho (1) para analisar as quantidades de grão em linha e separar o grão em lotes com base em um ou vários valores de parâmetro de grão, o aparelho (1) compreendendo:

meios para continuamente entregar uma camada de grão opticamente densa que passou em uma área de medida em linha;

uma fonte luminosa (6) para emitir luz sobre a camada de grão, a luz sendo refletida a partir da quantidade de grão que passa na área de medida em linha;

uma unidade de sensor (7) para detectar a luz refletida a partir da quantidade de grão para fornecer um espectro da quantidade de grão;

meios para converter o espectro no ou em cada valor de parâmetro de grão; e meios para separação do grão em lotes classificando a quanti3 dade de grão com base no ou em cada valor de parâmetro de grão; caracterizado pelo fato de que:

o aparelho adicionalmente compreende meios para separar o grão em linha com base no ou em cada valor de parâmetro de grão.
12. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 11, em que o meio de separação de grão em linha compreende:

um controlador (9) que compreende um ou vários valores de limite de grão armazenados;

um transmissor para transmitir o ou cada valor de parâmetro de grão ao controlador (9); em que o controlador (9) compara o ou cada valor de parâmetro de grão ao correspondente valor de limite de grão armazenado;

o controlador (9) gera um sinal com base na comparação entre o ou cada valor de parâmetro de grão e o valor limite de grão correspondente; e o controlador (9) transmite o sinal para pelo menos um dos meios de saída (10a, 10b) tal que o sinal é usado afetar a entrega automática da quantidade de grão através dos meios de saída (10a, 10b) a um local predeterminado com base no valor do parâmetro de grão.
13. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 12, em que os meios de saída (10a, 10b) compreendem:

uma corrediça controlada (10a) que tem uma posição aberta e uma posição fechada e conectada a um primeiro silo (30a); e uma corrediça de extremidade (10b) conectada a um segundo silo (30b); em que o controlador (9) se comunica com a corrediça controlada (10a) e controla a posição da corrediça controlada (10a) para permitir ou impedir a saída da quantidade de grão através dessa corrediça (10a); tal que quando a corrediça controlada (10a) está na posição fechada a quantidade de grão sairá do aparelho através da corrediça de extremidade (10b)
14. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 13, em que a corrediça controlada (10a) é móvel de modo pivotável entre a posição aberta e a posição fechada.
15. Aparelho de acordo com a reivindicação 13 ou 14, em que a corrediça controlada permanece na mesma posição durante a detecção dos valores de parâmetro de grão os quais são consistentemente mais baixos ou mais altos do que o valor de limite de grão.
16. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, em que o controlador (9) transmite um sinal à corrediça controlada (10a) para se preparar para mudar a posição e dispara um tempo de espera tiag predeterminado para iniciar quando da detecção de uma suficiente mudança no valor de parâmetro de grão tal que o valor de parâmetro da grão ultrapasse o valor de limite de grão.
17. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 16, em que o controlador (9) transmite o sinal à corrediça controlada (10a) para mudar a posição após a detecção de uma série de valores de parâmetro de grão suficientemente alterados durante tempo de espera ti_ag.
18. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 17, em que a posição da corrediça controlada (10a) em um tempo igual a t|_ag + t_n, em que t_n é igual ao período de tempo permitido para a quantidade final de grão analisada durante o tempo de intervalo ti_ag para ir da unidade de sensor (7) até a corrediça controlada (10a).
19. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, em que o controlador (9) é um controlador lógico programável.
20. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 19, em que os meios de entrega entregam a camada de grão oticamente densa em uma velocidade entre 0,5 e 2,5 m/s.
21. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 20, em que os meios de entrega entregam a camada de grão oticamente densa em uma velocidade entre 1 e 2 m/s.
22. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 21, em que os meios de entrega compreendem uma corrediça de dosagem (5) que é ajustável de modo deslizante dentro dos meios de entrega para fornecer a camada de grão oticamente densa.
23. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 22, em que os meios de entrega compreendem um ou mais de uma dentre uma calha de alimentação de grão (3) e um transportador (4).
24. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 23, em que a calha de alimentação de grão (3) é posicionada em um ângulo entre 45° e 90° em relação ao transportador (4).
25. Aparelho (1) de acordo com a reivindicação 23 ou 24, em que a calha de alimentação de grão (3) compreende ainda um divisor da quantidade do grão (20) tendo uma pluralidade de calhas (21) que fornecem canais para o fluxo de quantidades individuais de grão.
26. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 25, em que a fonte de luz (6) emite luz continuamente na camada de grão oticamente densa.

TI. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 26, em que a fonte de luz (6) emite luz em uma faixa de comprimento de onda entre 200 e de 2000 nm.
28. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 27, em que a fonte de luz (6) emite luz em uma região espectral próxima do infravermelho (NIR) entre 780 nm e 2000 nm e um espectro de NIR é fornecido.
29. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 28, em que a fonte de luz (6) emite luz em uma faixa de comprimento de onda entre 900 e de 1500 nm.
30. Aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 29, em que a unidade de sensor (7) é montada em um ângulo na região de 90° em relação aos meios de entrega.
31. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 30, em que os parâmetros de grão são selecionados a partir do lote que compreende um ou mais teor de proteína de grão, teor de umidade de grão, conteúdo de extrato de amido, conteúdo de β-glucan, conteúdo de betaamilase e teor de micotoxine.

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