Sensores na Indústria Alimenticia

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3. TIPOS DE SENSORES NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA

- Sensores de Temperatura

A temperatura é um fator muito importante no setor alimentício, alimentos como leite e vegetais devem ser armazenados em temperaturas próximas ao do congelamento, não podendo variar, caso o contrário ocorrerá variações na qualidade. Medidas de temperatura com exatidão e boa precisão se fazem necessárias em muitos sistemas de instrumentação e controle de processos. Entretanto, devido às respostas não lineares e a baixa amplitude nas saídas dos sensores torna-se necessário o condicionamento dos sinais, seja amplificando ou compensando as não linearidades antes de qualquer outro processamento adicional.

Existe atualmente um grande número de transdutores de temperatura integrados à

ADC’s de alta resolução para disponibilizar saídas digitais. A linearização e calibração são executadas de forma digital, reduzindo-se o custo e a complexidade na utilização destes circuitos. Outros tipos de sensores de temperatura apresentam função de transferência não linear exigindo circuitos relativamente complexos para compensar estas não linearidades, requerendo resistores de precisão e de calibração.

O sensor resistivo (Resistance Temperature Detector – RTD) é bastante difundido, possibilitando medidas de temperatura com grande precisão. Os RTDs utilizam metais (platina, níquel e cobre) que apresentam alteração da resistência com a temperatura de acordo com a equação:

[pic 1]

Onde R0 é a resistência a ºC, n é o coeficiente de temperatura ºC−1 e T (ºC) é a temperatura à qual o RTD se encontra submetido.

Segundo a equação a resistência elétrica do metal aumenta ou diminui com o aumento ou redução da temperatura, respectivamente. A platina é o metal mais utilizado devido a sua alta estabilidade, ser quimicamente inerte e por trabalhar em temperaturas elevadas.

Os sensores semicondutores integrados de temperatura são fabricados usando as características de temperatura da junção pn. Esses sensores são largamente utilizados para medida de temperatura dentro da faixa de -55ºC a +150ºC. Isto se deve, principalmente, à pequena dimensão, baixo custo e alta resolução. Oferecem alta exatidão e linearidade, amplificando o sinal de saída para faixas mais adequadas (por exemplo, 10m V/ C) ao seu processamento. Esses sensores são também utilizados para compensação da junção fria em termopares. Os sensores de temperatura SHT75 (SENSIRION, 2005) utilizados neste trabalho enquadram-se nesta categoria. Geralmente, quando as saídas analógicas dos sensores são processadas por sistemas digitais, há a necessidade de condicionamento do sinal para que os sinais provenientes dos sensores sejam adequados às características do conversor analógico digital

Assim, com o emprego de micro controladores no controle de processos, o valor analógico convertido para digital pode ser manipulado pelo software de controle de acordo com decisões lógicas baseadas em comparações. Pode-se também executar operações matemáticas que definam as funções de controle.

No caso particular da secagem de massas na indústria alimentícia a expressão secagem à alta temperatura é aplicada quando se utiliza temperatura de bulbo seco na faixa de 60 a 90 °C, enquanto que o processo convencional utiliza temperaturas na faixa de 40ºC a 55°C.

As vantagens desta tecnologia são: redução de espaço e do tempo de processo com consequentes vantagens econômicas além do melhor controle microbiológico durante a etapa de secagem.

3.2. Sensores por micro-ondas medindo umidade

Micro-ondas se caracteriza por ondas eletromagnéticas em faixa de frequência que variam de 300 MHz a 30 GHz. Os sensores por micro-ondas trabalham predominante nas faixas de 433,92 MHz e 2,45 GHz. O objetivo desse método de medição por micro-ondas é utilizar a constante dielétrica da água para determinar o valor a ser medido. O sensor por micro-ondas irá detectar e medir a frequência ressonante do material sob investigação. A ressonância ocorre quando os efeitos rotacionais da molécula de água oferecer resistência mínima à passagem do campo eletromagnético. A quantidade de água presente tem efeito significativo sobre a frequência ressonante, portanto proporciona uma excelente base para medir a umidade em corpos sólidos. Considerando a quantidade de massa de material seco em kg, md, a quantidade de água presente Mw e o volume V em m³ a quantidade de umidade percentual M é definida por:

[pic 2]

SENSORES POR MICRO-ONDAS MEDINDO UMIDADE

Micro-ondas se caracteriza por ondas eletromagnéticas em faixa de frequência que variam de 300 MHz a 30 GHz. Os sensores por micro-ondas trabalham predominante nas faixas de 433,92 MHz e 2,45 GHz. O objetivo desse método de medição por micro-ondas é utilizar a constante dielétrica da água para determinar o valor a ser medido. O sensor por micro-ondas irá detectar e medir a frequência ressonante do material sob investigação. A ressonância ocorre quando os efeitos rotacionais da molécula de água oferecer resistência mínima à passagem do campo eletromagnético. A quantidade de água presente tem efeito significativo sobre a frequência ressonante, portanto proporciona uma excelente base para medir a umidade em corpos sólidos. Considerando a quantidade de massa de material seco em kg, md, a quantidade de água presente Mw e o volume V em m³ a quantidade de umidade percentual M é definida por:

[pic 3]

4. MEDIDA DE UMIDADE DA MASSA

As figuras 1 e 2 a seguir, apresenta de forma esquemática uma linha completa de produção de massa, mostrando as várias operações envolvidas:

[pic 4]Figura 1

[pic 5]

Figura 2

Controlar as condições do ar no interior do equipamento não é tão simples. Com o propósito de diminuir as incertezas sobre a aplicabilidade de um ou outro método para a medida on-line das variáveis de processo em sistemas industriais, este trabalho estuda a utilização da tecnologia de sensores inteligentes para medição das condições do ar de secagem em cada ponto pré-definido pela modelagem em termos de temperatura e umidade relativa