Desenvolvimento de um torrador de café automatizado

Abstract

O Brasil é reconhecido mundialmente como o maior produtor e exportador de café, desempenhando um papel crucial na economia nacional. O café é uma das principais commodities agrícolas do país, responsável por gerar milhares de empregos e movimentar a economia em diversas regiões. A torra do café é um processo fundamental que influencia diretamente a qualidade final do produto. Uma torra adequada realça os sabores e aromas desejados, garantindo uma experiência sensorial superior para o consumidor. No desenvolvimento do trabalho de conclusão de curso, foi projetado um torrador de amostra de café automatizado, utilizando como base a modificação de uma pipoqueira elétrica. Para o controle da potência AC e a comunicação com o software ARTISAN, amplamente utilizado entre os profissionais de torrefação, foi empregado um microcontrolador em conjunto com semicondutores de potência. A modelagem dos parâmetros do sistema foi realizada utilizando o software MATLAB, permitindo o projeto de controladores P, PI e PID. Os controladores foram avaliados com o auxilio de uma Métrica de Torra (MT) desenvolvida baseada no método IAE e em características químicas do processo de torra. O controlador PID foi o mais bem avaliado, tanto na repetibilidade, ao reproduzir as torras pré-progamadas, quanto na robustez ao torrar diferentes tipos de café mantendo os resultados da MT abaixo de 1. O sitema de controle em malha fechada permite a correção da variável da potência entregue ao aquecedor elétrico, resultando em torras consistentes e de qualidade. A integração com o software ARTISAN facilita o desenvolvimento e a análise das curvas de torra, contribuindo para a padronização e repetibilidade do processo, aspectos essenciais na produção de café especial. Além disso, o uso do ARTISAN também facilita a operação do sistema desenvolvido, uma vez que é um software amplamente conhecido e utilizado por profissionais da área.

Brazil is globally recognized as the largest producer and exporter of coffee, playing a crucial role in the national economy. Coffee is one of the country’s main agricultural commodities, responsible for generating thousands of jobs and driving the economy in various regions. The roasting of coffee is a fundamental process that directly influences the final quality of the product. Proper roasting enhances the desired flavors and aromas, ensuring a superior sensory experience for the consumer. In the development of the final course project, an automated coffee sample roaster was designed, using the modification of an electric popcorn maker as a basis. A microcontroller, in conjunction with power semiconductors, was employed for AC power control and communication with the ARTISAN software, which is widely used among roasting professionals. The system parameters were modeled using MATLAB software, allowing for the design of P, PI, and PID controllers. The controllers were evaluated with the help of a Roasting Metric (RM) developed based on the IAE method and chemical characteristics of the roasting process. The PID controller was the best evaluated, showing excellent results (RM < 1) in both repeatability, by reproducing pre-programmed roasts, and robustness, by roasting different types of coffee while keeping RM results below 1. The closed loop control system allows for the correction of the power variable delivered to the electric heater, enabling adjustments that result in consistent and high-quality roasts. The integration with ARTISAN software facilitates the development and analysis of roasting curves, contributing to the standardization and repeatability of the process, which are essential aspects in the production of specialty coffee. Additionally, the use of ARTISAN also simplifies the operation of the developed system, as it is software that is widely known and used by professionals in the field.