REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/th10248161525
Vitória Carolina Scardovelli Ferreira1
Wenner Rodrigues De Oliveira2
Clariana Zanutto Paulino da Cruz3
Resumo: A automação no processo de produção de cachaça bidestilada representa um avanço significativo na indústria de bebidas, promovendo melhorias na eficiência, consistência e qualidade do produto final. Este artigo explora a implementação de sistemas automatizados na destilação dupla da cachaça, destacando os benefícios e desafios enfrentados. A pesquisa abrange desde a seleção de matérias-primas, passando pela fermentação controlada, até os estágios críticos de destilação e purificação. Com o uso de sensores avançados e softwares de controle, é possível monitorar e ajustar parâmetros essenciais como temperatura, pressão e composição química em tempo real, garantindo uma produção padronizada e de alta qualidade. Além disso, a automação contribui para a redução de desperdícios e o aumento da sustentabilidade do processo. Os resultados obtidos demonstram uma melhora significativa na eficiência operacional e na qualidade sensorial da cachaça bidestilada, posicionando a automação como uma ferramenta indispensável para o futuro da indústria de destilados.
Palavras-chave – automação em alambiques, cachaça, cachaça bidestilada.
I. INTRODUÇÃO
A cachaça, bebida alcoólica tipicamente brasileira, possui uma longa história que remonta ao período colonial. Produzida a partir da destilação do caldo de cana-de-açúcar fermentado, a cachaça é um dos principais símbolos culturais do Brasil e um importante produto econômico para o país. O Brasil é, atualmente, o maior produtor de cachaça no mundo, com uma produção anual que supera um bilhão de litros, sendo a maior parte destinada ao mercado interno, mas com crescente exportação para diversos países (SEBRAE, 2023; JÚNIOR et al., 2024).
A produção de cachaça no Brasil é caracterizada por uma grande diversidade, tanto em termos de métodos de produção quanto em qualidade, podendo variar anualmente devido a diversos fatores, como condições climáticas, demanda de mercado e regulamentações governamentais. Existem desde pequenas produções artesanais até grandes destilarias industriais, cada uma com suas particularidades e tradições. Essa diversidade contribui para a riqueza e complexidade do produto, que pode variar amplamente em sabor, aroma e aparência. Há cerca de 936 estabelecimentos produtores de cachaça registrados no órgão responsável (MAPA, 2021).
As cachaças industriais são produzidas por empresas de grande porte, que produzem em quantidades elevadas e apresentam vastas áreas para o cultivo da cana, sendo produzido em tanques de inox. Já as cachaças artesanais são produzidas em menor escala e por pequenos produtores, sendo produzido em alambiques de cobre (SOUZA, 2017; SOUZA, 2024). Neste trabalho, será abordada a produção da cachaça artesanal.
Na cachaça industrial, a produção em larga escala utiliza-se da destilação através de coluna, tonéis e dornas de aço-inox. O uso do inox em alambiques reduz a qualidade sensorial e causa um odor desagradável de enxofre no produto final. Por isso, as destilarias de coluna têm qualidade um pouco inferior ao da cachaça artesanal. As destilações de colunas das grandes produtoras também podem ser revestidas internamente por cobre, ou apresentarem fios de cobre nos pratos internos com o intuito de melhorar a qualidade do produto (PIRES, 2012).
Na cachaça artesanal, a fermentação é feita de forma natural e ocorre a destilação em alambiques de cobre. Os produtos são naturais, sem adição de produtos químicos e com menor quantidade de açúcares. O processo realizado em alambiques de cobre é capaz de reduzir drasticamente o principal composto encarregado pelo defeito sensorial da destilação em inox, o dimetilsulfeto, proporcionando uma alta qualidade ao produto, maior prazer na degustação e alto valor agregado à bebida (NASCIMENTO, 1998; GAMA, 2022)
A cachaça pode ser destilada por uma única destilação (destilação do vinho ou aguardente), mas também pode passar pelo processo de bidestilação (cachaça de alambique ou cachaça de destilação dupla), isto é, passar por um processo de destilação em alambiques duas vezes conhecido por retificação ou purificação. Com a bidestilação, ocorre o melhor aprimoramento do sabor, odor, teor alcoólico e qualidade da bebida podendo apresentar sabores e odores diferentes independentemente do seu modo de produção. Além disso, podem ser adicionadas frutas e especiarias em sua formulação (ROTA & FARIA, 2009).
A bidestilação da cachaça é um processo complexo que envolve duas etapas distintas: a primeira destilação, responsável pela obtenção da “cabeça,” “coração” e “cauda” da cachaça; e a segunda destilação, responsável pela obtenção dos mesmos produtos finais, porém de melhor qualidade contendo o álcool apurado. Compreender as características dessas etapas é fundamental para garantir a qualidade sensorial do destilado (GARCIA, 2016).
No processo de bidestilação da cachaça ocorre a fermentação onde o caldo de cana é transformado em vinho pela ação das leveduras (24 horas a 30,0°C, podendo variar 2,0°C). Em seguida, ocorre a primeira destilação, em que acontece a separação dos componentes voláteis desejados do vinho, resultando na aguardente de cana, onde também são feitos os cortes da “cabeça”, “coração” e “cauda”. Esses cortes são realizados a partir da porcentagem do nível envasado do produto, sendo a cabeça, com corte de 5,0% e o coração, produto principal, envasado até 16,0%. A calda é o fim da produção, usada como produto de descarte, ou seja, é o efluente, tratado na Estação de Tratamento de Esgoto (E.T.E) da empresa. A cabeça pode ainda ser utilizada e comercializada como produto farmacêutico, por exemplo, o álcool 70%. Por fim, na segunda destilação, realiza-se uma nova separação dos componentes indesejados presentes na aguardente de cana, resultando na cachaça (BORTOLETTO, 2016).
É válido lembrar que a cachaça artesanal é composta apenas pelo coração da cachaça e na destilação industrial de coluna, tudo é aproveitado, inclusive os compostos indesejados, afetando diretamente a qualidade final do produto. A cachaça artesanal possui um rendimento produtivo muito menor, pois só se usa o coração da cachaça, sendo ele uma fração pequena de todo o destilado.
Cada uma das etapas da bidestilação apresenta características específicas que podem ser otimizadas pelo uso da automação. No controle da fermentação, por exemplo, sensores são capazes de monitorar a temperatura e o pH do vinho, garantindo condições ideais para o crescimento das leveduras. Já na destilação, sistemas de controle automático podem ser empregados para ajustar a temperatura e a vazão dos vapores, controle dos níveis e permitir a separação eficiente dos componentes desejados (CORRÊA, 2020).
A automação industrial é uma planta de uma empresa de qualquer setor de produção que utiliza um sistema de controle, máquinas automatizadas e tecnologias. Desenvolver a automação num processo industrial de produção de cachaça requer bastante estudo, detalhes e investimentos, como, por exemplo, um estudo detalhado da planta, observar o que é necessário mudar/otimizar, apontar onde serão inseridos os sensores, transmissores e controladores, contratação de pessoas especializadas em software e qualificadas, etc. (ROSA, 2004). Desta maneira, a automação do processo de bidestilação da cachaça possui diversos desafios.
Uma das principais dificuldades da automação é lidar com a complexidade das etapas envolvidas. Cada fase requer um controle preciso dos parâmetros como temperatura, nível, pressão e fluxo, o que demanda sistemas de controle avançados capazes de realizar ajustes rápidos e precisos. Além disso, é necessário garantir que as mudanças nas condições operacionais não comprometam a qualidade final do produto (DONADON, 2018).
Felizmente, existem tecnologias disponíveis para automatizar o processo de bidestilação da cachaça. Sistemas de controle avançados, como os controladores PID (Proporcional, Integral e Derivativo), permitem o ajuste automático dos parâmetros do processo com base em medições em tempo real. Além disso, sensores inteligentes podem ser utilizados para monitorar variáveis críticas como a concentração de álcool e a presença de impurezas. Essas tecnologias oferecem funcionalidades avançadas e vantagens como maior precisão no controle das etapas e redução do tempo de resposta (BORTOLETTO, 2016).
O uso de sistemas de controle e monitoramento são tecnologias utilizadas que permitem o acompanhamento em tempo real das variáveis do processo, facilitando a tomada de decisões e ajustes necessários. Além disso, sensores e atuadores podem ser usados para medir e controlar as variáveis físicas do sistema, como temperatura e pressão. Essas tecnologias proporcionam maior precisão e confiabilidade no processo de bidestilação (GARCIA, 2016).
A cachaça bidestilada é normalmente considerada de melhor qualidade e constitui uma bebida mais refinada quando comparada com a produzida em alambique simples. Ela é menos conhecida do que a cachaça comum, mas apreciada por conhecedores de bebidas alcoólicas podendo ser encontrada em bares e lojas de bebidas mais especializadas. A popularidade e o conhecimento sobre a cachaça bidestilada podem variar de região e entre diferentes grupos de consumidores. Em suma, a familiaridade e a apreciação desta aguardente dependem das preferências individuais e do mercado em questão.
O processo de bidestilação da cachaça, especialmente a destilação em alambique de cobre, pode apresentar várias dificuldades e desafios que precisam ser superados na produção de uma cachaça de alta qualidade. Com o intuito de colaborar com a solução para esse problema é que se optou por utilizar a cachaça bidestilada neste estudo.
A automação industrial tem sido cada vez mais necessária, crescente e urgente nas indústrias alimentícias, devido a elevada demanda de consumo. Manter uma produção de alto rendimento com padrão de qualidade é cada vez mais desafiador para a produção de cachaça. Sabendo-se que, no Brasil, a maioria dos alambiques utilizados no processo de bidestilação da cachaça artesanal são manuais é que se justifica a elaboração deste presente estudo.
II. OBJETIVO
O objetivo deste trabalho foi propor um projeto de automação industrial do processo (planta na forma de fluxograma), com o intuito de melhorar a qualidade do produto final e permitir que as fábricas alcancem níveis operacionais de excelência.
III. METODOLOGIA
Para a realização deste trabalho, foi elaborado um fluxograma contendo uma planta de automação industrial do processo de bidestilação da cachaça artesanal. Foi utilizado o software de planilhas Excel 2013 para o desenvolvimento de um fluxograma simples, claro e objetivo.
Para a pesquisa bibliográfica foram pesquisados e avaliados artigos de âmbito nacional e internacional, utilizando-se bases de dados como Google Acadêmico, Periódicos Capes e Scielo, empregando-se como palavras-chaves: automação em alambiques, automação em processos industriais, cachaça, válvulas, cachaça bidestilada e simbologia em fluxogramas. Também foram usadas dissertações e teses com buscas relacionadas ao tema em questão.
IV. RESULTADOS
O fluxograma elaborado neste trabalho pode ser visualizado nas Figuras 1 e 2 abaixo.
Figura 1. Fluxograma do processo de automação da cachaça bidestilada.
Figura 2. Simbologia em fluxograma do processo de automação da cachaça bidestilada.
A planta de automação industrial do processo de bidestilação da cachaça artesanal do atual trabalho foi desenvolvida para uma capacidade média diária de 140 L da bebida. Os equipamentos utilizados serão: tanque camisa para a fermentação (1000 L), destilador de cobre com capacidade de 1000 L. O tanque 1.01 será a camisa, para controle de temperatura 200 L e o tanque 1.02 terá capacidade de 200L. Exceto o destilador e o condensador que são de cobre, o restante dos tanques são de aço inox. O fluxograma idealizado (Figura 1) propõe a implantação de sensores e válvulas, sendo:
Supervisório: no início do processo será feita a análise do grau Brix pelo operador, com isso o resultado será inserido em um software que já estará conectado no supervisório. O resultado da análise será direcionado para o analisador de dados que fará o cálculo dos cortes “cabeça, coração e cauda” pelo grau Brix. Em seguida, o operador dará início a produção da cachaça devendo especificar qual será o método de envase (garrafas e/ou barris). O software já terá programado toda o processo de bidestilação da cachaça. Com o início das atividades produtivas, o operador fará o acompanhamento do processo para observar e verificar intercorrências e realizar ajustes manuais.
A metodologia de automação proposta neste trabalho também poderá ser utilizada para a destilação simples de cachaça, precisando fazer apenas algumas modificações no software de programação.
Tanque de Fermentação: a tubulação superior será utilizada para a entrada da garapa. Na parte inferior do tanque haverá uma tubulação de entrada e saída de água para a recirculação na camisa do tanque. Conectada a essa tubulação terá uma bomba controlada pelo inversor de frequência (FY). No mesmo tanque encontra-se um PT100 (TE) que mede a temperatura do produto, envia sinal ao indicador transmissor (TIT), comunica-se com o indicador controlador (TIC) realizando as correções necessárias no fluxo de água na camisa do tanque. Caso a temperatura esteja acima de 32,0°C, o fluxo aumentará, e, se estiver abaixo de 28,0°C, o fluxo diminuirá. Após a tubulação de saída, haverá uma bomba que encaminha o produto ao destilador e será comandada pelo inversor de frequência (FY). Assim que o produto for direcionado para a parte superior do tanque, por meio de uma bomba de sucção, ocorrerá a destilação. A válvula será responsável por controlar o fluxo de entrada.
Destilador: após o produto ser direcionado para a parte superior do tanque, através de uma bomba de sucção proveniente do tanque de fermentação ou do tanque 1.01, ocorrerá a destilação. As válvulas serão responsáveis por controlar o fluxo de entrada (FIC), sendo este programado pelo supervisório. A depender da execução do comando, se for um processo de destilação, haverá uma abertura para a válvula da tubulação do tanque de fermentação, mas se for um processo de bidestilação, terá outra válvula proveniente do tanque 1.01.
Haverá o sensor de nível que enviará sinal para o indicador transmissor (LIT), comunicando-se com o indicador controlador (LIC), o qual, por um sinal de software, passará informação para o atuador (HS). Os comandos necessários abrirão e/ou fecharão as válvulas localizadas após os tanques de produtos finais, desta forma, as válvulas serão controladas desde o início da produção, onde o analisador de dados já fez toda a programação dos respectivos cortes da cachaça. O sensor PT100 (TE) monitora a temperatura do líquido e envia um sinal para o indicador do transmissor (TIT), que se comunica com o controlador indicador (TIC). Este, por sua vez, envia um sinal para o atuador (TV), que ajusta a resistência (TZ) localizada na manta térmica, aumentando ou diminuindo a potência conforme necessário, a fim de manter a temperatura dentro da faixa de 86,0°C a 90,0°C.
Na parte inferior haverá uma tubulação de resíduos para descarte, onde a válvula será controlada manualmente. O operador terá acesso imediato ao resultado do indicador da vazão (FI), caso haja necessidade de ajustes, serão feitos manualmente. Na tubulação superior, proveniente do tanque 1.01, será instalado um sensor magnético (M) responsável pela leitura da pressão. Este sensor enviará o sinal para um transmissor de vazão (FIT), que, por sua vez, transmitirá a informação para um controlador (FIC), permitindo o controle da válvula correspondente.
Condensador: na saída do condensador haverá uma tubulação com uma conexão em T para 2 saídas (tanque 1.01 e tanque 1.02). Em cada tubulação terá uma válvula cuja abertura será controlada pelo software, a partir dos sensores e controladores localizados no destilador.
Como os condensadores necessitam de água para a produção, haverá um reservatório para alimentá-los, contendo uma tubulação de entrada/saída mais retorno/fluxo contínuo. A bomba auxiliará no processo, além de um inversor de frequência (FY) que controlará a rotatividade do motor dela. As válvulas destas tubulações ficarão abertas durante todo o processo, podendo ser fechadas de forma manual no final da produção ou se houver a necessidade de manutenção. O operador terá acesso imediato ao resultado do indicador da vazão (FI), caso haja necessidades de ajustes, serão feitos manualmente.
Tanque 1.01: na parte inferior do tanque terá uma tubulação de entrada e saída de água para a recirculação na camisa do tanque, conectada a essa tubulação existirá uma bomba controlada pelo inversor de frequência (FY). O PT100 (TE) medirá a temperatura do produto, mandará sinal ao indicador transmissor (TIT), comunicará com o indicador controlador (TIC) que fará as correções necessárias no fluxo de água na camisa do tanque. Se a temperatura estiver acima de 32,0 °C o fluxo irá aumentar, se estiver abaixo de 28,0°C o fluxo diminuirá. A bomba localizada na saída do processo auxiliará para o envio de produto. Um inversor de frequência (FY) controlará a rotatividade do motor da bomba. Na saída do tanque haverá uma válvula controlada pelo indicador controlador de fluxo comandado pelo supervisório. Logo após existirão três saídas opcionais: retorno ao destilador, saída de envase para engarrafar o produto à venda e saída de envase em barris para armazenamento. Todas as saídas serão controladas pelo supervisório.
Tanque 1.02: na saída do tanque terá uma válvula controlada pelo indicador controlador de fluxo comandado pelo supervisório. A bomba localizada na saída do processo irá auxiliar para o envio de produto. Um inversor de frequência (FY) fará o controle da rotatividade do motor da bomba.
Válvulas: as válvulas da planta serão automáticas (exceto as da saída de resíduos do destilador e do fluxo de água no condensador). Serão comandadas pelo supervisório necessitando do operador para iniciar a produção, realizar a limpeza (CIP) nos tanques, evitar a contaminação e observar a abertura das válvulas. Caso a cachaça retorne ao destilador para a bidestilação, todo o processo descrito anteriormente será efetuado novamente. Devido à alta temperatura do tanque 1.01, é necessário um tempo de descanso para alcançar a temperatura ambiente. Enquanto o produto estiver em repouso será feito o CIP na linha de destilação para se evitar qualquer tipo de contaminação.
Estudos anteriores que abordaram a automação em processos de destilação têm contribuído significativamente para o avanço dessa área (MOURA, 2018). Diversas pesquisas têm se concentrado em identificar os principais benefícios e desafios enfrentados nesse contexto específico. Um estudo realizado por Giordano (2021) investigou a aplicação da automação no processo de destilação de bebidas alcoólicas, destacando a redução dos custos operacionais e o aumento da eficiência produtiva como as principais contribuições dessa tecnologia. Além disso, o estudo evidenciou a importância do controle preciso das variáveis do processo para garantir a qualidade do produto final.
No contexto específico da bidestilação da cachaça, poucas pesquisas têm sido realizadas sobre a aplicação da automação nesse processo. No entanto, um estudo conduzido por Aires (2021) analisou os benefícios e desafios enfrentados nessa área. Os resultados indicaram que a automação permitiu um maior controle das variáveis do processo, resultando em uma melhoria na qualidade do produto final. Além disso, foi observado um aumento na eficiência produtiva e uma redução nos custos operacionais. No entanto, os pesquisadores ressaltaram a necessidade de investimentos em infraestrutura e treinamento dos operadores para garantir o sucesso da implementação da automação nesse contexto (JESUS, 2019). Outros estudos ressaltaram a importância de considerar as características sensoriais e organolépticas da cachaça, uma vez que esses aspectos podem ser influenciados pelo processo de automação (CORRÊA, 2020).
A implementação da automação no processo de bidestilação da cachaça representa um avanço significativo na indústria, combinando tradições seculares com tecnologias modernas. Ao melhorar a eficiência, a qualidade e a sustentabilidade do processo de produção, a automação não apenas preserva a autenticidade da cachaça, mas também eleva seu padrão de qualidade, tornando-a competitiva no mercado global.
V. CONCLUSÃO
A automação do processo de produção da cachaça bidestilada apresenta-se como uma solução viável e promissora para a indústria, permitindo não apenas a melhoria significativa da qualidade do produto final, mas também a otimização dos processos operacionais. A implementação de sistemas automatizados pode garantir uma maior consistência e controle durante todas as etapas da produção, desde a seleção das matérias-primas até a destilação e o envelhecimento do produto.
A pesquisa bibliográfica realizada neste trabalho demonstrou que a automação industrial tem sido amplamente adotada em diversos setores, proporcionando vantagens competitivas substanciais. Através da utilização de tecnologias avançadas, é possível monitorar e ajustar parâmetros críticos em tempo real, reduzir desperdícios, aumentar a eficiência energética e minimizar a intervenção humana, reduzindo, assim, a margem de erro e aumentando a segurança do processo.
Ademais, a proposta de automação apresentada neste estudo visa não apenas modernizar o processo produtivo, mas também permitir que as fábricas alcancem níveis operacionais de excelência. A automação contribui para a padronização do produto, garantindo que a cachaça bidestilada mantenha características sensoriais e qualitativas homogêneas, essenciais para atender às exigências do mercado consumidor e normas regulatórias.
Portanto, conclui-se que a adoção de um sistema automatizado no processo de produção da cachaça bidestilada é uma estratégia eficiente para alcançar melhorias significativas na qualidade do produto final e na eficiência operacional das fábricas. Este estudo abre caminho para futuras pesquisas e desenvolvimentos tecnológicos que possam aperfeiçoar ainda mais os processos produtivos na indústria de bebidas alcoólicas, promovendo inovação e competitividade no setor.
REFERÊNCIAS
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1 Engenheira Química
E-mail: scardovellivitoria@gmail.com
2 Engenheiro Químico
E-mail: wenner-rodrigues@hotmail.com
3 Química, doutora em Biotecnologia
E-mail: clarianadacruz@gmail.com
Artigo científico apresentado a Unitoledo-Wyden Araçatuba-SP como requisito para a aprovação na disciplina de TCC do curso de Engenharia Química.