FACULDADE ANHANGUERA EDUCACIONAL
Jaraguá do Sul 2017
CRISTIANO LAUTERT JASKULSKI
AUTOMAÇÃO DO SISTEMA SINGLE VESSEL EM CERVEJA
ARTESANAL
Jaraguá do Sul 2017
AUTOMAÇÃO DO SISTEMA SINGLE VESSEL EM CERVEJA
ARTESANAL
Revisão de Literatura dos Controles Automatizados
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Anhanguera Educacional, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia de Controle e Automação.
Orientador: Patrícia V. Maldonado Leite
CRISTIANO LAUTERT JASKULSKI
CRISITANO LAUTERT JASKULSKI
AUTOMAÇÃO DO SISTEMA SINGLE VESSEL EM CERVEJA
ARTESANAL
Revisão de literatura dos Controles Automatizados
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Anhanguera Educacional, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia de Controle e Automação.
BANCA EXAMINADORA
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Dedico este trabalho a minha esposa Fabiany Correia da Silva, que me inspirou e incentivou a escrever esse trabalho.
JASKULSKI, Cristiano Lautert. Automação do Sistema Single Vessel em Cerveja
Artesanal: Revisão de Literatura dos Controles Automatizados. 2017. 28 folhas.
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia de Controle e Automação – Faculdade Anhanguera Educacional, Jaraguá do Sul, 2017.
RESUMO
Este estudo visa apresentar dois principais sistemas de automação utilizados pelo cervejeiro artesanal, para automatizar um equipamento do tipo Single Vessel. O motivo que levou esse estudo foi à oportunidade de apresentar os meios de controle de temperatura através dos sistemas automatizados utilizando Raspbarry Pi e o sistema Arduino. Esse estudo foi elaborado através referências bibliográficas de livros, artigos e sites da internet, no qual, foram pesquisadas as características de cada dos sistemas de automação do equipamento cervejeiro. Através deste estudo será possível o cervejeiro artesanal conhecer e compreender os principais componentes do Raspbarry Pi, ao qual, utilizada de uma placa eletrônica de comando e que possui características de comando especificas para controlar a partir de um determinado sensor temperatura, será apresentado as características do software e da telas de visualização. No outro sistema, Arduino, caracteriza-se pela plataforma de periféricos para software e hardware e a utilização de uma fonte de alimentação dedicada para alimentação do equipamento e de seus periféricos.
JASKULSKI, Cristiano Lautert. Single Vessel System Automation in Home Brewer: Automated Control Literature Review. 2017. 28 sheets. Completion of Course Work in Control and Automation Engineering - Anhanguera Educacional, Jaraguá do Sul, 2017.
ABSTRACT
This study objective to present two main automation systems used by the home brewers, to automate the equipment Single Vessel type. The reason for this study, was the opportunity to present the temperature control means through the automated systems using Raspbarry Pi and the Arduino system. This study was elaborated through bibliographical references of books, articles and websites, in which the characteristics of each of the automation systems of the brewing equipment were investigated. Through this study it will be possible for the homebrewer to know and understand the main components of Raspbarry Pi, which, used of an electronic control board and having specific control characteristics to control from a certain temperature sensor, will be presented the characteristics of the software and viewing screens. The other system, Arduino is characterized by the peripheral platform for software and hardware and the use of a dedicated power supply to power the equipment and its peripherals.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Moinhos ... 12
Figura 2 – Mosturação ... 13
Figura 3 – Filtração ... 13
Figura 4 – Fervura ... 14
Figura 5 – Resfriamento por Serpentina ... 15
Figura 6 – Envase ... 16
Figura 7 – Sistema Single Vessel ... 17
Figura 8 – Hardware Raspberry Pi 3 - Model B ... 18
Figura 9 – Software do CraftBeer ... 21
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
A Ampère
V Volts
CPU Computador
HDMI Interface Multimídia de Alta Resolução USB Porta Universal
SSR Relé de Estado Sólido SD Cartão de Memória
PCB Placa de circuito impresso
SUMÁRIO
SUMÁRIO ... 18
1 INTRODUÇÃO ... 10
2 PROCESSO CERVEJEIRO E SISTEMA SINGLE VESSEL ... 12
2.1. ETAPASDEFABRICAÇÃODECERVEJA ... 12
2.1.1. Moagem ... 12 2.1.2. Mostura ... 12 2.1.3. Filtração ... 13 2.1.4. Fervura ... 14 2.1.5. Resfriamento ... 14 2.1.6. Fermentação ... 15 2.1.7. Maturação ... 15 2.1.8. Envase e Carbonatação ... 16
2.2. EQUIPAMENTO CERVEJEIRO SINGLE VESSEL ... 17
3 SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA RASPBARRY PI ... 18
3.1. CARACTERÍSTICA DA APLICAÇÃO RASPBARRY PI ... 18
3.2. FERRAMENTAS UTILIZADAS NA AUTOMAÇÃO POR RASPBARRY PI ... 19
3.2.1. Placa Raspberry PI 3 - modelo B ... 19
3.2.2. Sensores de temperatura DS18B20 ... 19
3.2.3. Relé de estado sólido (SSR) ... 19
3.2.4. Tela de visualização ... 20
3.2.5. Fonte de alimentação da placa ... 20
3.3. SOFTWARE DO RASPBARRY PI ... 20
4 CONTROLE DE MOSTURAÇÃO E FERVURA POR ARDUINO ... 22
4.1. CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA DE CONTROLE POR ARDUINO ... 22
4.2. CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE DO ARDUINO ... 22
4.3. INTERFACE DE PROGRAMAÇÃO DO ARDUINO ... 23
4.4. SENSORES DE TEMPERATURA ... 24
4.5. FONTE DE ALIMENTAÇÃO DO ARDUINO ... 25
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 26
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1 INTRODUÇÃO
Diante do crescente interesse por cerveja artesanal, o brasileiro vem buscando aprender mais sobre os estilos, gostos e até mesmo como fazer uma cerveja artesanal. Apesar do Brasil estar entre o terceiro maior produtor de cerveja do mundo, atrás apenas de China e EUA, os cervejeiros vêm aprimorando seus processos, adquirindo e inventando novas tecnologias para atingir um melhor resultado na cerveja e menor custo possível. Com esse crescente interesse pela cerveja, segundo pesquisa realizada pela Euromonitor (2015), com relação a quantidade consumida, o Brasil ocupa o 17º lugar entre os países que mais consomem cerveja mundialmente. Em média o consumo é de 82 litros por pessoa ao ano. Porém, em comparação com países menores como a República Checa, que ocupa a primeira posição, onde a quantidade de litros consumida por pessoa ao ano é de 143 litros, o consumo de cerveja no Brasil tem um grande espaço para crescer devido a sua enorme população.
A fabricação de cerveja é ao mesmo tempo um processo antigo, simples e incrivelmente complexo. No nível mais básico, pode ser descrito como fazer um chá de grãos e ervas e, em seguida, permitir que a solução seja fermentada espontaneamente ou adicionando leveduras. No nível mais complexo, é um processo bioquímico preciso realizado a nível industrial, sem variação mensurável entre lotes da mesma receita. De uma forma ou de outra, os seres humanos praticaram cerveja durante milênios. De fato, durante a Idade Média em grande parte da Europa, a cerveja era tão importante para a vida diária que se fosse uma forma aceitável de moeda com a qual as pessoas pudessem pagar impostos, liquidar dívidas e fazer doações para a igreja.
Atualmente quais são as principais tecnologias empregadas no controle de temperatura no processo de mosturação da cerveja artesanal? Em qual condição de equipamento podem ser empregadas essas tecnologias?
Este trabalho de conclusão de curso tem como com objetivo geral apresentar uma revisão de literatura dos dois principais sistemas utilizados pelo cervejeiro artesanal, para controlador de temperatura do processo de mosturação e fervura. Como objetivo específico, descrever as características do controle do sistema
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Raspberry Pi e apresentar as plataformas e periféricos do sistema de controle de mosturação e fervura via sistema Arduino .
O tipo de pesquisa realizado neste trabalho foi uma Revisão de Literatura, no qual foi realizada consulta a livros: “Larousse da Cerveja”, “Raspberry Pi® For Dummies®, 3rd Edition”, “Arduino Básico”. Os principais Autores que contribuíram com o trabalho foram: Ronaldo Morado (2011), Sean Mc. Manus (2017), Mike Cook (2017) e Michael Mc. Roberts (2011). As palavras-chave utilizadas na busca foram: Single Vessel, Raspberry, Arduino e Controle de Temperatura.
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2 PROCESSO CERVEJEIRO E SISTEMA SINGLE VESSEL
2.1. ETAPAS DE FABRICAÇÃO DE CERVEJA
2.1.1. Moagem
De acordo com Morado (2011), a moagem do malte é a primeira etapa do processo, a moagem tem por objeto realizar a quebra dos grãos e expor o amido contido no seu interior. Existem dois de equipamentos para efetuar a moagem conforme figura 1: moinho corona/martelo e o moinho de rolos. Geralmente para facilitar a moagem, o cervejeiro utiliza de um motor para facilitar o movimento do moedor.
Figura 1 - Moinhos
Fonte: Cambirela (2017)
2.1.2. Mostura
A mostura segundo Palmer (2006) é o processo de dissolução de água quente que promove a decomposição enzimática dos grãos moídos em açucares fermentáveis. Esse processo é demonstrado conforme a Figura 2.
A mostura consiste em adicionar a água ao malote moído, submetendo-o a diferença temperaturas por períodos de tempo determinados. Como resultado, obtém-se uma solução adocicada, denominada mosto, que a esta altura ainda contém bagaço de malte.
É nesse processo da fabricação que define quanto dos açucares podem ser consumidos pela levedura. Essa relação entre açúcares fermentáveis e
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fermentáveis é responsável pelo corpo da cerveja, ou seja, quando mais fermentáveis os açúcares, menor a tendência de uma cerveja apresentar-se encorpada.
Figura 2 - Mosturação
Fonte: Vieira (2014)
2.1.3. Filtração
Segundo Morado (2011) a filtração consiste na separação do líquido (mosto) do bagaço de malte, esse processo pode ser realizados de duas formas, em filtro de placas, mais utilizado em grande cervejaria e em filtração por fundo falso (uma espécie de peneira), que serve de sustentação para o verdadeiro elemento filtrante que consiste nas palhas (cascas) do malte.
Figura 3 - Filtração
Fonte: Slow Beer (2017)
Acima na Figura 3, demonstra um do sistema de filtragem contínua, no qual é utilizado uma bomba para empurrar a cerveja da saída da panela para a parte superior.
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2.1.4. Fervura
Após a filtração, inicia-se a fervura do liquido (mosto), a fervura é uma etapa essencial do processo, que tem como objetivo esterilizar o mosto, eliminando os micro-organismos que poderiam concorrer com a levedura pelos nutrientes do mosto, assim como serve evaporar as substâncias indesejáveis na cerveja. Nesse processo, são onde ocorre a definir a cor e o sabor da cerveja, devido a caramelização e à reação com os açúcares e aminoácidos contidos no mosto.
Segundo Palmer (2006), durante a fervura, são adicionados os lúpulos, para se obter os aromas e amargor da cerveja. Conforme figura 4, é possível observar que a fervura deve ser intensa.
Figura 4 - Fervura
Fonte: Breda (2010)
2.1.5. Resfriamento
Essa etapa consiste em resfriar o mosto já clarificado passando de aproximadamente 95°C a uma temperatura entre 8°C e 20°C, de acordo com o tipo de levedura utilizada na fermentação.
De acordo com Palmer (2006, p.300) os esfriadores de mosto (Chillers) são trocadores de calor de cobre que ajudam a esfriar rapidamente o mosto após a fervura. Existem dois tipos básicos, Imersão e Contra-Fluxo. O primeiro trabalha pela circulação de água fria através do tubo e submergindo a bobina de esfriamento no
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mosto quente. A versão Contra-Fluxo trabalha passando o mosto quente através do tubo enquanto água fria corre por fora em direção oposta.
Abaixo a figura 5 ilustra o resfriamento através de serpentinas de cobre, no qual a água entra gelada e ao sair na outra ponta sai quente.
Figura 5 – Resfriadores por serpentina
Fonte: Velozo, Vieira e Bonzanini (2011)
2.1.6. Fermentação
Nessa etapa do processo de acordo com Morado (2011), são adicionadas as leveduras no mosto, no qual, tem a função de transformar os açúcares em dióxido de carbono (CO2) e etanol. Muitos outros compostos também são formados nesta etapa, como subprodutos de metabolismo de levedura. Alguns deles emanam aromas agradáveis e outros nem tanto.
2.1.7. Maturação
Segundo Morado (2011) ao término da fermentação, inicia-se a maturação da cerveja já fermentada, geralmente a cerveja é disposta a temperaturas inferiores a fermentação, é nessa etapa que acontecem reações físico-químicas que transformam o aspecto visual e produzem alguns aromas e sabores.
É considerado por muitos cervejeiros como etapa de “arredondamento” da cerveja.
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Algumas cervejarias aproveitam essa etapa para adicionar especiarias, por exemplo: frutas, lascas de madeira e lúpulos, o que conferem características próprias de aromas e sabores a cerveja.
Outro aspecto que ocorre nesse processo, segundo Morado (2011), é a filtração, no qual ocorre um acabamento brilhante, eliminando quase totalmente as leveduras que ainda restaram da fermentação. Contudo há algumas cervejas que são desejáveis uma certa quantia de turbidez, por exemplo: cervejas de trigo. Para esse tipo de cerveja, a maturação não necessita ser por um tempo grande, podendo ser deixada por poucos dias nessa etapa.
2.1.8. Envase e Carbonatação
Segundo Palmer (2006), após o término da maturação, inicia a carbonatação que é o processo de dissolver dióxido de carbono gasoso em um liquido para criar efervescência de sabor e textura agradável de um ponto de vista organoléptico. Na figura 6, a imagem apresenta a transferência do maturador dentro da garrafa de cerveja.
Figura 6 - Envase
Fonte: Bittencourt (2014)
Esse processo ocorre naturalmente, a medida que a levedura digere os açucares fermentáveis e produz o CO2 a cerveja pode ser envazada em garrafas, latas ou em barris de cerveja.
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2.2. EQUIPAMENTO CERVEJEIRO SINGLE VESSEL
O método Single Vessel utilizado pelo cervejeiro artesanal para fabricar cerveja, segundo Farineu (2015), é classificado como Sistema Automatizado do Processo de Mosturação e Fervura, no qual, tem como seus principais componentes, um caldeirão com uma resistência elétrica embutida internamente, um cesto de aço inoxidável utilizado para retirar o malte que é adicionado no, início da mosturação bomba alimentícia para fazer a circulação do mosto e um sistema de controle para elevar a temperatura de todo o sistema.
Figura 7 – Sistema Single Vessel
Fonte: BRÄU (2017)
De acordo com Farineu (2015), para utilizar o sistema Singel Vessel o cervejeiro deve programar o sistema de controle, parametrizando a temperatura desejada será utilizada no processo de mosturação, adicionar a água e fazer a infusão dos maltes/ cereais no caldeirão. A temperatura de ataque é ajustada a 5ºC a cima da temperatura desejada para que uma vez adicionado o grão a temperatura da água caí devido à temperatura mais baixa do grão.
Sobre o sistema de controle, o cervejeiro tem algumas opções no mercado que podem ser utilizados para controlar a temperatura durante o processo. Dentre as opções estão Raspbarry Pi e o Sistema Arduino.
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3 SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA RASPBARRY PI
3.1. CARACTERÍSTICA DA APLICAÇÃO RASPBARRY PI
O Raspberry Pi de acordo com Aedo (2017), é um computador de tamanho de cartão de crédito projetado originalmente para educação, inspirado em um computador de 1981 BBC Micro. O objetivo do criador Eben Upton era criar um dispositivo de baixo custo que melhorasse as habilidades de programação e a compreensão do hardware no nível pré-universitário. Mas graças ao seu pequeno tamanho e preço acessível, foi rapidamente adotado por tinkerers, fabricantes e entusiastas de eletrônicos para projetos que exigem mais do que um microcontrolador básico (como dispositivos Arduino).
Apesar de existirem diferentes sistemas de Raspbarry Pi, segundo o fabricante Raspberry Pi Foundation (2017), o mais indicado para controle de temperatura para sistemas de mosturação é o modelo B, conforme figura 8 abaixo, por ter mais velocidade de processamento com Quad Core (900MHz) e dupla a memória com (1GB), no qual, pode executar outros processos no Respbarry Pi e mais flexibilidade.
Figura 8 – Hardware Raspberry Pi 3 - Model B
Fonte: Mc Manus, Cook (2017)
Através da pesquisa no site do fabricante, foi possível averiguar que Raspberry Pi é hardware aberto, com exceção do chip primário, que executa muitos dos principais componentes da placa-CPU, gráficos, memória, controlador de USB,
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etc. Muitos dos projetos feitos com um Raspberry Pi também estão abertos e bem documentados e são coisas que você pode construir e se modificar.
De acordo com Mc Manus e Cook (2017) em comparação com os computadores o Raspberry Pi é mais lento, mas ainda é um computador Linux completo e pode fornecer todas as habilidades esperadas que implicam, em um nível de consumo de baixa potência.
3.2. FERRAMENTAS UTILIZADAS NA AUTOMAÇÃO POR RASPBARRY PI
3.2.1. Placa Raspberry PI 3 - Modelo B
Conforme figura 8, possuí uma entrada para a fonte de alimentação, entrada de Vídeo em HDMI, entrada para áudio, internet e USB.
3.2.2. Sensores de temperatura DS18B20
Duas unidades do sensor de temperatura em aço inoxidável, segundo o fabricante, com a utilização de dois sensores o controle da temperatura é obtida mais precisa dentro do caldeirão.
3.2.3. Relé de estado Sólido (SSR)
Segundo o fabricante Raspberry Pi Foundation (2017), duas unidades de SSR de 3 a 32VDC que suporte uma corrente máxima de 40A, no qual, o de maior corrente é utilizado para acionar a resistência elétrica que vai embutida no caldeirão e o outro SSR para bomba e comando. É recomendado pelo fabricante um dissipador de calor nos dois SSRs, pois reduzirá o calor gerado pela corrente elétrica que passa sobre o SSR, no qual aciona os elementos de aquecimento.
É indicado pelo fabricante Raspberry Pi Foundation, utilizar os cabos de jumper GPIO, no qual permite conectar o SSR a placa Raspberry Pi.
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3.2.4. Tela de visualização
De acordo com as pesquisas realizada e através do autor com Mc Manus e Cook (2017), não necessariamente é necessário a tela original do Raspberry Pi, pois através da tela do computador, celular, etc. Com uma configuração do software é possível utilizar. De acordo com o fabricante Raspberry Pi Foundation, a tecnologia Raspberry Pi, utilizando a tela de toque oficial é mais fácil de conectar e fácil de montar em um painel, além disso é necessário apenas 5V da placa e não é preciso utilizar outras saídas, pois há uma saída especifica para a tela original.
3.2.5. Fonte de alimentação da placa
De acordo com o fabricante da fonte de alimentação Raspberry Pi Foundation (2017), para a fonte de alimentação é indicado utilizar uma fonte que possua potência suficiente para suportar o acionamento do elemento de aquecimento, o mesmo, sugere que seja levado em consideração os demais componentes utilizados no sistema.
3.3. SOFTWARE DO RASPBARRY PI
O principal software utilizado pelos cervejeiros para operar com Raspberry Pi de acordo com Mc Manus e Cook (2017), é o Raspbian que, pode ser encontrada facilmente no site oficial do fabricante ou pode ser instalada no sistema operacional a partir de um cartão SD. Raspbian vem pré-instalado com muitos softwares para educação, programação e uso geral. Tem Python, Scratch, CraftBeerPi, Java, Matermtica, etc.
A imagem Raspbian com Desktop contido no arquivo ZIP possui mais de 4GB de tamanho, o que significa que esses arquivos usam recursos que não são suportados por ferramentas de descompactar antigas em algumas plataformas.
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A figura 9 apresenta o software já instalado com as funções de controle de temperatura.
Figura 9 – Software do CraftBeer
Fonte: CraftBeerpi (2017)
As vantagens em utilizar esse sistema segundo Aedo (2017), é que a o iniciar o Raspberry Pi, é possível navegar através da tela e teclado conectados. Existem aplicativos para o seu telefone que podem fazer isso, ou uma outra opção é verificar o seu roteador para dispositivos conectados. Além disso os softwares são gratuitos o que facilitam ao cervejeiro a implantação do controle de temperatura dos processos.
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4 CONTROLE DE MOSTURAÇÃO E FERVURA POR ARDUINO
4.1. CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA DE CONTROLE POR ARDUINO
Segundo Mc Roberts (2011), o Arduino é um pequeno computador, no qual possibilita ao usuário realizar uma programação que contenham controles de processo através de entradas e saídas de dispositivos, como por exemplo: bomba de recirculação, acionamento de elemento de aquecimento e refrigeração.
A plataforma utilizada nesse processo segundo Mc Roberts (2011), ela é toda computacional, ou seja, podendo ela ser interagir com o seu meio ambiente, por periféricos de hardware e software. O Arduino é projetado com opções de conectividade sem fio e com fio. O que não significa necessariamente que ele tenha que lidar com unidades em nuvem, entradas automatizadas, backup automático para banco de dados SQL, etc. Isso também pode significar que suas entradas e saídas são controladas pelo usuário, através de meio físico ou através da Internet.
4.2. CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE DO ARDUINO
Segundo Mc Roberts (2011), a placa eletrônica mais adequada para controlar o sistema de mosturação e fervura para fabricação de cerveja é a placa Arduino Nano, no qual é montado na PCB principal com um conector dedicado. O Arduino Nano é um PCB padrão com um microcontrolador Atmel 328P. Ele também gera os sinais necessários para o barramento I2C. Este barramento I2C é frequentemente usado para conectar ICs uns aos outros e foi projetado originalmente pela Philips.
A vantagem desta barra I2C é que existem apenas dois sinais binários, uma linha de relógio (SCL) e uma linha DATA (SDA). Cada IC conectado ao barramento I2C possui seu próprio endereço exclusivo. Um endereço uniforme significa uma ação de escrita, um endereço ímpar significa uma ação de leitura. Exemplo: um dos ICs no PCB principal (o MCP23017) tem 0x40 (hexadecimal ou 64 decimal) como endereço base.
De acordo com Mc Roberts (2011), a maioria dos componentes eletrônicos da instalação de fabricação de cerveja está conectada através deste barramento I2C, por exemplo, os dois sensores de temperatura. Isso significa que os dois fios binários I2C
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(SCL e SDA) também estão conectados aos sensores no HLT e MLT (juntamente com os fios +5 Volt e GND).
Segundo Mc Roberts (2011), para facilitar a leitura desses sensores, os canais I2C separados estão sendo usados. Cada sensor possui seu próprio canal I2C exclusivo. A multiplexação do ônibus I2C (de 1 a 4 canais) é feita por um IC dedicado, o PCA9544. Com a última atualização de hardware, agora também é possível substituir esses sensores I2C por sensores One-Wire DS18B20. Os conectores HLT e MLT facilitam os dois tipos de sensores (I2C: LM92 ou One-Wire: DS18B20).
Apesar da complexidade desta arquitetura, o pensamento principal por trás de tudo isso é simples: leia valores de sensores (como temperatura e volume) e use isso para controlar os atuadores (elemento de aquecimento, válvulas de gás, válvulas solenoides).
4.3. INTERFACE DE PROGRAMAÇÃO DO ARDUINO
De acordo com Mc Roberts (2011), a comunicação entre o PC e a eletrônica de fabricação de cerveja é feita através da porta USB do Arduino Nano. O Arduino Nano é reconhecido pelo Windows (se os drivers padrão para o Arduino Nano foram instalados) e uma porta COM virtual está instalada, por exemplo, COM5.
A comunicação entre o programa de fabricação de cerveja (no PC com Windows) e a eletrônica de fabricação de cerveja é feita através desta porta COM virtual. As configurações da porta são 38400, N, 8,1, o que significa: 38400 Baud, sem bit de paridade, 8 bits de dados e 1 bit de parada. Tanto o programa de fabricação de cerveja como a eletrônica de fabricação de cerveja devem ter essas configurações.
Segundo Mc Roberts (2011), é utilizado um protocolo de comunicação simples com comandos curtos. Os seguintes comandos (do programa de preparação) e as respostas (da eletrônica de preparação) são possíveis:
- A0: Leia o valor de todos os sensores de temperatura. A eletrônica de fabricação de cerveja poderia responder com: T = 18,00,65.11,65.02,55.3,20,00
- A9: Leia o valor de todos os sensores de fluxo. A eletrônica de fabricação de cerveja poderia responder com: F = 84.12,8.15,0.00,0.00
- Bxxx: com xxx sendo um número decimal entre 0 e 100. Esta é a saída do controlador PID e indica a quantidade de energia de aquecimento para o caldeirão de
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ferver. O comando B0 desativa o queimador, com o B100 o queimador está em plena potência.
- Hxxx: com xxx sendo um número decimal entre 0 e 100. Esta é a saída do controlador PID e indica a quantidade de energia de aquecimento para o HLT. Comando H0 desativa o queimador, com H100 o queimador está em plena potência.
- L0 ou L1: Desativar ou Ativar o LED - P0 ou P1: Desativar ou ativar a bomba
- Vxxx: com xxx sendo um número decimal entre 0 e 255. Isso é usado para abrir ou fechar as válvulas solenoides. Com V0, todas as válvulas estão fechadas, com V1 é aberta a válvula 1, com V64 é aberta a válvula 7. Cada bit neste número representa uma válvula. Se você deseja abrir a válvula V1 e a válvula V3 ao mesmo tempo, use o comando V5.
Além desses comandos, alguns outros comandos de diagnóstico foram feitos para monitorar a própria eletrônica de fabricação. Ao usar esses comandos simples, também é possível controlar a eletrônica de fabricação de cerveja com um programa de terminal de PC. Isso é conveniente durante o teste e o comissionamento de todo o sistema.
Um registro em um arquivo de registro é feito a cada cinco segundos de tudo enviado e recebido. Isso é conveniente para fins de depuração.
4.4. SENSORES DE TEMPERATURA
Segundo Mc Roberts (2011), o sensor indicado para aplicações de controle de temperatura do equipamento de mosturação e fervura, é o sensor de temperatura digital de bit de sinal de 12 bits+, o LM92. Este sensor possui todos os eletrônicos necessários já a bordo. Para seu correto funcionamento, é necessária uma conexão com a barra I2C. O código digital de 12 bits que é lido a partir do dispositivo, é a representação digital da temperatura real. O LM92 possui uma precisão de 0,33°C. O maior problema com este dispositivo é montá-lo de forma confiável no caldeirão de fervura.
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4.5. FONTE DE ALIMENTAÇÃO DO ARDUINO
As seções de fornecimento de energia da eletrônica da automação do sistema Single Vessel para fabricação de cerveja são necessárias diferentes tensões com diferentes potências.
Segue abaixo, figura 10 a placa de Arduino UNO utilizado pelos cervejeiros caseiros para efetuar a automação do sistema Single Vessel com o Sistema Arduino.
Figura 10 – Resumo da placa Arduino UNO
Fonte: SOUZA (2013)
Conforme Mc Roberts (2011), um transformador de corrente alterada de 230V / 24V com potência de 10 VA, deve gerar uma tensão CC de 28 Volts suficiente para alimentar a placa eletrônica do Arduino. Além disso, essa tensão também é suficiente para alimentar o sensor LM317, em resumo a classificação de 5 Ampères é mais do que suficiente para alimentar todos os dispositivos de comando da placa do Arduino UNO.
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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
De acordo com o trabalho apresentado, os objetivos foram alcançados, pois foi possível apresentar de forma clara as automações empregadas nos sistemas de controle de temperatura automatizado da mosturação e da fervura nas etapas de fabricação da cerveja.
Para automatizar um equipamento Single Vessel, ambos os sistemas apresentados Raspbarry Pi e Arduino, são capazes de atender as necessidades de controle de temperatura, apesar de suas tecnologias possuírem características distintas uma da outra.
Foi possível observar que o sistemas Raspbarry Pi contempla diversas placas para determinadas aplicações, contudo o mais indicado para automatizar o sistema Single Vessel é o modelo B, pois possui uma memória e velocidade superior a outros modelos de placas, o que é importante para se efetuar com precisão o controle da temperatura do processo de mosturação da cerveja.
Neste estudo, foi possível compreender que utilizando a tecnologia do sistema Arduino para controlar a termperatura, funciona perfeitamente na automação do equipamento Single Vessel, pois o microcontrolador Amtel 328P presente na placa de Arduino Nano é muito flexível, pois comportar diferentes tipos sensores em seu barramento, como o LM92 o DS18B20, o que é imprescindível quando o objetivo desejado é controlar dois pontos de temperatura em um ou mais equipamento.
A partir deste estudo, o cervejeiro artesanal será capaz compreender os diferentes tipos de sistemas e terá o conhecimento para integrar as tecnologias Raspbarry Pi e Arduino para controlar outras etapas da fabricação da cerveja, como por exemplo, a fermentação e a maturação.
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REFERÊNCIAS
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<http://cervejariacambirela.com.brqual-a-influencia-da-moagem-no-processo-cervejeiro>. Acesso em 10 set. 2017.
VIEIRA. Mosturação. Disponível em:
<http://buteconosso.com/wp-content/uploads/2014/11/Processo-de-Mostura.jpg>. Acesso em 10 set. 2017
SLOWBEER. Filtração. Disponível em: <http://www.slowbeer.pt/read.html?post=85>. Acesso em 10 set. 2017.
BREDA. Fervura. Disponível em: <
http://brejadobreda.blogspot.com.br/2010/01/passo-4-fervura-e-lupulagem.html>. Acesso em 10 set. 2017.
VELOZO, VIEIRA e BONZANINI. Resfriador por Serpentina. Disponível em:
<http://www.ufrgs.br/medterm/trabalhos/trabalhos-2012-1/BrunoVelozoBrunoVieiraMarkusBonzanini.pdf>. Acesso em 10 set. 2017.
BITTENCOURT, Nicholas. Envaze. Disponível em: <
http://goronah.blog.br/2014/artesanato/5-cuidados-ao-engarrafar-sua-cerveja-caseira>. Acesso em: 10 set. 2017.
AEDO, Christopher. Disponível em: <https://opensource.com/article/17/7/brewing-beer-python-and-raspberry-pi>. Acesso em 10 set. 2017.
EUROMONITOR, Disponível em: <http://www.euromonitor.com/beer-in-brazil/report>. Acesso em 28 set. 2017.
BRÄU. Sistema Single Vessel. Disponível em: < https://brausupply.com/>. Acesso em: 18 out. 2017.
28
FARINEU, Matthew Stephen. Arduino-Based Small Scale Electric Brewing
System. Disponível em:
<https://dash.harvard.edu/bitstream/handle/1/24078363/FARINEAU-THESIS-2015.pdf?sequence=1>. Acesso em: 07 out. 2017.
MCMANUS, Sean e COOK, Mike. Raspberry Pi® For Dummies®, 3rd Edition. Editora: John Wiley & Sons. Cidade Nova Jersey, 2017.
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