SUPERVISÓRIO 3D PARA CONTROLE DE CERVEJARIA.

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Alimentos

Autores

Leite, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO) ; Tschoeke, I. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO) ; Fernandes, I. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO) ; Cosme, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Souza, T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)

Resumo

Com a expansão do mercado cervejeiro o Brasil tem ocupado o 3° lugar no ranking mundial visando este aumento este projeto mostra a aplicação de um sistema embarcado para a automação de cervejaria de bancada. Para a montagem do supervisório,foi necessário o uso de ferramentas computacionais com finalidade para criar o processo a nível virtual. Utilizando programas de modelagem gráfica,3DS MAX,sensores de temperatura, vazão e microcontrolador para o processamento das informações e varredura do processo e linguagem C para a comunicação entre a interface gráfica e o hardware. O custo total do supervisório ficou de R$ 350,00 valor este bem inferior aos sistemas oferecidos por empresas especializadas, possibilitando a aplicação desta tecnologia em qualquer tipo de processo a custo reduzido.

Palavras chaves

Supervisório; Cervejaria; Controle

Introdução

De acordo com o decreto n° 6.871, 4 de junho de 2009, entende-se por cerveja “a bebida obtida da fermentação alcoólica do mosto cervejeiro oriundo do malte da cevada e água potável, por ação da levedura, com adição de lúpulo.” A variação de um ou mais componentes existentes no processo como: tempo, temperatura de cozimento, fermentação, maturação ou matéria-prima, é a responsável pela existência de uma grande variedade de tipos de cervejas espalhadas pelo mundo (Soares, 2011). A produção teve seu início com as civilizações da Suméria, Babilônia e Egito (Paiva, 2011). Posteriormente os povos bárbaros que ocuparam a Europa durante o Império Romano, os de origem germânica, obtiveram destaque no processo de fabricação da cerveja, sendo esse povo responsável pela adição de lúpulo na bebida no século XIII, conferindo as características básicas da cerveja atualmente (Mega, et al, 2011). A produção de cerveja coloca o Brasil em 3° lugar no ranking mundial, com 124 milhões hL/ano, ficando atrás de países como China (44,8 bilhões de hectolitros) e Estados Unidos (22,7 bilhões de hectolitros) (Brunelli,2012), no entanto quando compara-se o consumo nacional os valores são baixos, ficando atrás dos países europeus girando em torno de 64 litros per capita/ano (Paiva,2011). No entanto esse mercado cervejeiro tem se mostrado crescente nos últimos anos, isso é resultado do aumento da faixa etária da população acompanhado pelo aumento do poder aquisitivo, refletido pela atual estabilidade econômica (Reinold,2011). Historicamente, nos meados das décadas de 70 e 80, com o avanço da eletrônica e o surgimento dos microprocessadores, o computador se tornou uma peça chave nos diversos setores industriais. Assim surgiram os primeiros sistemas supervisórios. Basicamente, um sistema supervisório destina-se à capturar e armazenar em um banco de dados, informações sobre um processo de produção. As informações vêm de sensores que capturam dados específicos (conhecidos como variáveis de processo) da planta industrial. O grupo de pesquisa da Universidade Federal Rural de Pernambuco desenvolveu uma cervejaria escola piloto para estudo do processo produtivo. A cervejaria é formada pelos processos de brassagem, uma etapa de filtração, fermentação e maturação. Ainda faz parte da cervejaria piloto, um sistema completo de refrigeração. Este trabalho visou a construção de um sistema supervisório 3D para controle de uma cervejaria.

Material e métodos

Para a construção do sistema supervisionado, foi necessário o uso de ferramentas computacionais com finalidade de se criar um processo a nível virtual. Para isso foi utilizado programas de modelagem gráfica (3DS MAX) para construir os equipamentos. O uso de modelos realistas oferece ao usuário/operador a percepção de estar vivendo o processo facilitando a tomada de decisões. Para a montagem do equipamento, foi utilizado como componentes principais 4 sensores de temperatura do tipo DS18B20, um sensor de vazão do tipo FS300A e um microcontrolador do tipo ATMEGA8-16PC para o processamento das informações e varredura do processo. Foi usada a linguagem C para a comunicação entre a interface gráfica e o hardware e um protocolo de comunicação que permite a interação entre o software desenvolvido e o hardware. A construção da cervejaria piloto seguiu as etapas de uma cervejaria industrial. Foi criado as etapas de brasagem completa com tina de fervura/cozimento; filtração; sistema de bombas de transferência e de reciclo, além da etapa de fermentação; maturação e sistema completo de resfriamento por água e amônia sendo esta, montada com materiais laváveis e tanques de inox para manter a assepsia do processo. Com os testes realizados na cervejaria piloto, foi possível obter os parâmetros de aquecimento da tina de fervura (Ka = 0,33 min-1) e de resfriamento do fermentador (Kf = 0,12 min-1) e do maturador (Km = 0,25 min-1). Tais parâmetros puderam ser usados nas simulações da operação seguindo modelos de equações de calor (INCROPERA, 2008). Com isso, foi possível prever o tempo de operação do equipamento para que o mesmo atingisse o estado estacionário seguindo o modelo abaixo.

Resultado e discussão

O software supervisório desenvolvido para controlar a cervejaria piloto, permite acompanhar em tempo real as variáveis do processo, além de controlar a própria cervejaria. É possível acionar e programar bombas, agitadores, sistema de resfriamento, sistema de aquecimento, entre outros. Para manter a variável estudada (Temperatura do fermentador e a Temperatura do maturador) próximo ao seu setpoint utilizou-se um controlador PDI (figura 2).Através dos gráficos gerados pelo sistema foi possível obter parâmetros de aquecimento da tina de fervura (Ka = 0,33 min-1) e de resfriamento do fermentador (Kf = 0,12 min-1) e do maturador (Km = 0,25 min-1). Tais parâmetros puderam ser usados nas simulações da operação seguindo modelos de equações de calor (INCROPERA, 1999). O custo total do sistema supervisionado ficou na ordem de R$ 350,00. Este valor é bem inferior quando comparado com sistemas fornecidos por empresas especializadas que podem chegar a valores bem dispendiosos a depender do processo. Com isso é possível aplicar esta tecnologia em qualquer tipo de processo a uma custo reduzido.

Através da modelagem gráfica, foi possível construir o processo a nível virtual


Na figura 2, é possível visualizar os resultados das simulações realizadas com base nos parâmetros de aquecimento e de resfriamento.

Conclusões

A aplicação de programas de interface 3D para o controle do processo ganha força pela excelente qualidade de interação que fornece ao operador. Pôde-se verificar que o supervisório atende de forma muito satisfatória aos princípios de controle de processo, com feedbacks em tempo real (in-line). Com um custo de montagem do sistema de controle muito abaixo dos fornecidos por empresas especializadas na área, o supervisório 3D desenvolvido pelo grupo de pesquisa da UFRPE e UFPE torna-se uma alternativa viável para a aplicação em qualquer processo industrial

Agradecimentos

A Universidade Federal Rural de Pernambuco - Unidade acadêmica de Garanhuns a Universidade Federal de Pernambuco e ao professor orientador Thibério Souza

Referências

BRUNELLI, L. T. Produção de Cerveja com Mel: Características Físico-Químicas, Energéticas e Sensorial. 2012. 103 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia – Energia na Agricultura). Faculdade Ciências Agronômicas da Unesp. Botucatu-SP, 2012.
MEGA, J. F., NEVES, E. ANDRADE, C. J. A Produção de Cerveja no Brasil. Revista Citino, v. 1, n. 1, p. 34-42, 2011.
PAIVA, G. M.. Estudo do Processamento e Mercado de Cervejas Especiais no Brasil. 2011. 90 f. Monografia (Tecnólogo em Alimentos). Faculdade de Tecnológia Termomecânica. São Bernardo dos Campos - SP, 2011.
REINOLD, M. R. Elaboração do Mosto: Curso Intensivo para Cervejeiros Práticos.1990.
SANTARNECH D. G. Novos Desafios e Expectativas Positivas. Revista de Bebidas: Fc Santos, 2011. Ano 10. Anuário 2011
SOARES, N. Tempo de Mudanças. Revista Indústria de Bebidasn° 205/ Ano 23 – 2011.
INCROPERA, Frank P.; DEWITT, David P. Fundamentos de transferencia de calor. Pearson Educación, 1999.