Automações de dornas via ESP32

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de automação para dornas em usinas sucroalcooleiras, aplicando a plataforma de prototipagem ESP32. O cenário de estudo é a Usina Central Energético Moreno de Monte Aprazível (CEMMA), onde se identificou que a operação puramente manual de tais válvulas acarreta lentidão operacional. O foco principal reside na automatização dos processos de liberação de entrada e saída do fermento nas dornas de fermentação para a produção de etanol. A metodologia envolveu a análise do processo atual e o design de um circuito eletropneumático controlado logicamente, visando substituir a intervenção humana pelo monitoramento em tempo real. A arquitetura de hardware implementada integra o microcontrolador ESP32 a uma rede de sensores e atuadores, utilizando: módulos relés para o acionamento de duas válvulas pneumáticas de 5/2 vias; atuadores pneumáticos (lineares e rotativos); inversores de frequência CFW09 para o controle de motores; sensores de temperatura Pt100 acoplados a transmissores; conversores de sinal de corrente para tensão (4–20 mA para 0–3.3V); e transmissores de pressão para a segurança do fluido de processo. Os testes de bancada do protótipo validaram a lógica de programação desenvolvida, demonstrando eficiência na leitura das variáveis e precisão no controle das linhas produtivas. Conclui-se que a tecnologia proposta oferece à indústria de bioenergia uma alternativa de baixo custo, alta conectividade (via Wi-Fi/Bluetooth do chip) e robustez, garantindo padronização, redução de custos e otimização do ciclo de produção de álcool de forma limpa e segura.

This study presents the development of an automation system for fermentation vats in sugar and ethanol mills, utilizing the ESP32 prototyping platform. The case study was conducted at the Central Energético Moreno de Monte Aprazível (CEMMA) mill, where it was identified that the purely manual operation of valves leads to operational delays. The primary focus lies on automating the yeast inlet and outlet release processes within the fermentation vats for ethanol production. The methodology involved analyzing the current process and designing a logically controlled electropneumatic circuit, aiming to replace human intervention with real-time monitoring. The implemented hardware architecture integrates the ESP32 microcontroller into a network of sensors and actuators, using: relay modules to trigger two 5/2-way pneumatic valves; pneumatic actuators (linear and rotary); CFW09 frequency inverters for motor control; Pt100 temperature sensors coupled with transmitters; current-to-voltage signal converters (4–20 mA to 0–3.3V); and pressure transmitters to ensure process fluid safety. Bench testing of the prototype validated the developed programming logic, demonstrating efficiency in variable reading and accuracy in production line control. In conclusion, the proposed technology offers the bioenergy industry a low-cost, highly connected (via the chip's Wi-Fi/Bluetooth capabilities), and robust alternative, ensuring standardization, cost reduction, and optimization of the alcohol production cycle in a clean and safe manner.