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Title:
ELECTRONIC APPLIANCE FOR MONITORING ALCOHOL CONCENTRATION IN BEVERAGES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/177649
Kind Code:
A1
Abstract:
Alcohol concentration is gauged and graded on the basis of the absorption and reflection of electromagnetic waves in the radio frequency range (RF), with equipment suitable for use in the field and in production lines, in order to determine the amount of ethanol in the mixture, besides other components added to the mixture. The beverage to be tested goes through a specially designed transmission line. The measurement of absorption and reflection in the radio frequency range allows the alcohol concentration in the beverage to be more accurately determined, and is specially calibrated for ethanol. This appliance makes it possible to monitor alcohol concentration during the various production phases.

Inventors:
PINHEIRO SANTOS EDVAL JOSE (BR)
Application Number:
BR2013/000197
Publication Date:
December 05, 2013
Filing Date:
June 03, 2013
Export Citation:
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Assignee:
UNIV FED PERNAMBUCO (BR)
PINHEIRO SANTOS EDVAL JOSE (BR)
International Classes:
G01R27/26; G01N27/22
Foreign References:
US5124654A1992-06-23
US6351132B12002-02-26
US5483172A1996-01-09
Other References:
"Basics of Measuring the Dielectric Properties of Materials", APPLICATION NOTE. AGILENT, 3 April 2013 (2013-04-03), pages 12, 15, 16, 20, 21, Retrieved from the Internet [retrieved on 20130725]
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS"; caracterizado por um gerador de sinais na faixa de rádio frequência (RF), que envia uma onda

Seletromagnética para uma linha de transmissão coaxial, formada por um condutor de raio "a", um tubo externo de raio interno "b" e elementos para saída e para entrada do fluido testado; o sinal transmitido é convertido pelo detector de potência em um sinal elétrico de tensão ou corrente elétrica preferencialmente constante, que é avaliado por uma unidade de lOprocessamento digital a qual informa a concentração medida.

2) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme reivindicação 1, caracterizado pela faixa de RF para a medição da reflexão e absorção pela bebida de ondas eletromagnéticas estar situada, preferencialmente, entre 1

ISGHz a 2 GHz, mas podendo variar entre limites mais amplos de 0,1 GHz e 5 GHz.

3) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme reivindicação 1, caracterizado pela linha de transmissão apresentar-se oca e sua secção 0transversal ter qualquer conformação geométrica adequada, e poder ser lateralmente fechada ou aberta. Podendo admitir outras geometrias, incluindo a geometria planar.

4) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações 5anteriores, caracterizado pela linha de transmissão possuir impedância característica bem < definida, preferencialmente 50 ohms na faixa de frequência de interesse.

5) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações 0anteriores, caracterizado pelo comprimento da linha de transmissão estar baseado em dois fatores, de um lado o volume de bebida a ser testado em cada amostra, e, por outro, pela quantidade de atenuação do sinal de RF desejado, que depende exponencialmente do comprimento da linha de transmissão.

56) APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações anteriores, caracterizado pela atenuação do sinal poder ser apresentada como o valor em décibel da potência de saída da linha de transmissão em referência a potência de entrada ou qualquer outra unidade usual da lOindústria de bebidas, a exemplo do grau Brix.

7) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações anteriores, caracterizado pela permissividade elétrica também ser dependente da frequência.

158) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações anteriores, caracterizado pelo sistema realizar a determinação da quantidade de etanol, com uma seleção prévia da frequência de operação do sistema e uma regressão linear entre a potência absorvida e a quantidade de 0etanol presente no fluido, e o sinal medido depender da permissividade elétrica e da tangente de perdas.

9) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um monitor local ou remoto para 5visualização externa dos resultados medidos.

10) "APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações anteriores, caracterizado por também poder utilizar a medida da reflexão para aumentar a precisão da medição.' 11) APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITORAMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS", conforme as reivindicações anteriores, caracterizado por também poder utilizar diversos tipo de interfaces, .tanto locais como remotas* em rede com fio e sem fio.

Description:
"APARELHO ELETRÔNICO PARA MONITOR AMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁLCOOL EM BEBIDAS"

INTRODUÇÃO

A presente invenção descreve uma técnica eletrônica para Sdeterminação da concentração de álcool em bebidas, para ser utilizada espécialménte em linhas de produção, tanques de armazenagem, sistemas de inspeção de bebidas alcoólicas para monitoramento e controle da concentração de álcool. A técnica utiliza a mensuração da reflexão, transmissão e absorção de ondas eletromagnéticas pelo líquido lOtestado. - CAMPO DE UTILIZAÇÃO DA INVENÇÃO

Quando se considera uma garrafa de bebida, cerca de 50% a 90% é água e cerca de 5% a 40% é álcool. As cervejas tem um teor alcoólico típico de 5% a 10%, os vinhos entre 7%. a 10% e os destilados chegando

15a cerca de 40%. Além de outros componentes, tais como: açucares, minerais, ácidos etc.

No caso do vinho, tem-se 90% de água, 10% de etanol, 5% de glycerol e pequenas' quantidades de ácidos, açúcar, potássio. Para estimar a concentração de álcool, pode-se medir a gravidade específica e 0usar uma das tabelas de conversão, tais como: Balling,' Brix e Plato. O resultado é fornecido em graus correspondentes. Um grau Brix é equivalente a um grama de açúcar por cada 100 gramas de suco de uva. Tipicamente, na colheita, mede-.se entre 20 e 25 graus Brix. Cerca de 55% a 60% do açúcar é convertido em álcool. Portanto, essa leitura é 5utlizada para obter o álcool potencial.

A medida pode ser feita tanto antes como depois da destilação ou fermentação. 1 Para a medição antes, isto é, após a colheita, obtem-se a concentração de açúcar. Para isso mede-se: gravidade específica, densidade, índice de refração. Entre as técnicas utilizadas nessa medida,0tem-se: hidrômetro, picnômetro, tubo-U oscilante, refratometria, espectroscopia no infravermelho FTIR, infravermelho próximo NIR. As técnicas mais baratas têm problema de precisão ou de não serem automáticas. As técnicas mais precisas são também mais caras. Por exemplo, a técnica da refratometria depende da temperatura no ambiente de medição, assim como a concentração de outros açucares pode levar a uma leitura incorreta.

5 Atualmente esse tipo de medição é regulamentada pela International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis (ICUMSA) que recomenda o uso da fração de massa.

O monitoramento da concentração álcool é importante para que se mantenha a qualidade da bebida e se possa informar adequadamente o lOconsumidor. A técnica proposta é totalmente eletrônica, podendo ser conectada a redes de comunicação e possibilitando a medição de maneira automática com monitoramento remoto. · Ela pode ser utilizada tanto com bebidas fermentadas, como bebidas destiladas.

15ESTADO DA TÉCNICA RELATIVA À INVENÇÃO

Algumas patentes já foram concedidas para instrumentos e meios de medição da concentração de álcool em bebidas. A grande totalidade deles utilizam técnicas ópticas. Um exemplo é a patente intitulada ,, "Method for determining concentration of substance e.g. alcohol in liquid 0mixture containing water, invoives calculating complex index and reflection coefficient of mixture while comparing calculated values with previous values", com números: WO2008003328-A1; EP2035809-A1; EP2035809- Bl; DE602007004489-E; US2010292936-A1. Outro exemplo: "Precise alcohol concn. measurement - uses readings of optical extinction and 5temp. and density" com os números: DE4138419-A1; DE4138419-C2. Outro exemplo de patente que utiliza princípios ópticos: "Refractive index sensor for measuring -concentration of alcohol during production of bio- ethanol, has spacer formed on metal film, and fluorine resin film formed on spacer, through which volatile substance is permeated", com o número:0JP2009080098-A. Técnicas elétricas não são comuns na indústria de bebidas, tendo sido encontrado apenas um exemplo baseado na descarga de um eletrodo e portanto sem nenhuma relação com esse pedido de proteção. Trata-se da patente intitulada "Liquid property detecting device for detecting ethanol concentration comprises switch to switch an electrode to charge with standard voltage or discharge through grounding, and operation signal output to output operation signals", com 5os números: US2010108507-A1; JP201G133930-A.

A invenção aqui descrita utiliza uma linha de transmissão, que para efeito de teste foi utilizada uma linha coaxial metálica que apresenta boa sensibilidade. Na linha coaxial, a onda eletromagnética se propaga totalmente através da bebida sendo testada. Embora outros tipos de lOlinhas de transmissão possam também ser utilizadas, não sendo desconhecidas desse pedido. Além disso, a técnica possibilita utilizar também a reflexão do sinal e combinar essas duas medidas para uma determinação mais precisa. A linha de transmissão pode ser especialmente projetada para oferecer mínima reflexão na concentração l5considerada correta. Possibilitando uma maior precisão na medição da concentração de acool.

EXEMPLO PARA EXECUÇÃO DA INVENÇÃO 0 Para compreensão da tecnologia concebida e de uma das formas idealizadas de execução do invento, é feita a seguir uma descrição detalhada dos componentes do sistema.

Na FIGURA 1 é apresentada uma vista em corte longitudinal da 5estrutura da linha de transmissão que é preenchida com a bebida sob teste. O corte exemplifica uma linha de transmissão coaxial e permite a visualização dos vários componentes: (1) conectores para rádio- frequência, nas extremidades do dispositivo; (2) condutor interno de raio "a"; (3) tubo externo, de raio interno "b"; (4) entrada de bebida; e (5) saída .0de bebida.

Na FIGURA 2 é mostrado o diagrama esquemático do circuito. A seguir descrevem-se os blocos de circuitos como apresentados na Figura 2. O aparelho para monitoramento da concentração de álcool em bebidas consiste de um gerador de sinais na faixa de rádio-frequência, RF, por exemplo 0,1 GHz a 5 GHz (1), que envia uma onda eletromagnética, por exemplo, de potência na faixa de 1 dBm a 10 dBm, para a linha de 5transmissão contendo a bebida sob teste (2), o sinal transmitido é convertido pelo detector de potência (3) em um nível de tensão elétrica constante que é avaliado pela unidade (opcional) de processamento digital (4) para determinação da concentração de álcool, relativa a uma calibração previamente feita. O resultado é apresentado no monitor (5) lOpara visualização externa ou outro sistema de visualização local ou remota, incluindo tecnologias de rede com fio (6) e sem fio (7). Caso seja implementada a medida da reflexão como também se propõe aqui, em outro exemplo construtivo e funcional da invenção, o divisor de potência (8) e o detector de potência (9) são acrescentados. k

15

Na FIGURA 3 estão contidos os resultados experimentais da absorção de ondas eletromagnéticas por uma mistura variada de água e etanol anidro disponível no mercado, obtidos com a utilização do sistema inventado. Demonstrando uma relação linear entre a concentração de 0etanol e a potência absorvida.

A linha de transmissão é projetada para ter uma impedância característica de 50 ohms na faixa de frequência de interesse. O comprimento da linha de transmissão é baseado em dois fatores, de um 5lado se tem o volume de bebida a ser testada e pela quantidade de atenuação do sinal de RF desejado, que depende exponencialmente do comprimento. A permissividade elétrica da bebida é dependente da frequência. 0 Considerando a mistura água e etanol e selecionando uma frequência de operação, é possível fazer uma regressão linear entre a potência absorvida e a quantidade de etanol medida. Isso pode ser programado no aparelho para determinação posterior da quantidade de etanol presente em misturas que forem testadas. Também se observa na expressão que a absorção aumenta com a frequência, o que possibilita um resultado mais preciso na medição, do. que o obtido com medidas abaixas frequências.

Medidas e configurações do dispositivo poderão variar de acordo com requisitos de sua portabilidade e comodidade dé uso e aplicações, sem que sejam estranhos ao objeto desta invenção