INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE...

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA

CAMPUS JOINVILLE CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM

MECATRNICA INDUSTRIAL

JEAN CARLOS BORGES THIAGO FRHLICH

DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVO DE CONTROLE AUTOMTICO PARA OS PROCESSOS DE MOSTURAO E

FERVURA DA FABRICAO DE CERVEJA ARTESANAL

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

JEAN CARLOS BORGES

THIAGO FRHLICH



JOINVILLE, 2015

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA.

CAMPUS JOINVILLE CURSO MECATRNICA INDUSTRIAL




Submetido ao Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia de Santa Catarina como parte dos requisitos de obteno do ttulo de Tecnlogo em Mecatrnica Industrial.

Orientador: Roberli L. Cantidio, MSC.

JOINVILLE, 2015

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Borges, Jean Carlos. Frhlich, Thiago. Desenvolvimento de Dispositivo de Controle Automtico para os Processos de Mosturao e Fervura da Fabricao de Cerveja Artesanal / Borges, Jean Carlos.; Frhlich, Thiago Joinville: Instituto Federal de Santa Catarina, 2015. 104p.

Trabalho de Concluso de Curso - Instituto Federal de Santa Catarina, 2015. Graduao. Curso Superior de Tecnologia em Mecatrnica Industrial. Modalidade: Presencial. Orientador: Roberli Leopoldo Cantidio, MSc. 1. Cerveja 2. Automao 3. Controle 4. Interface 5. Arduino I. DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVO DE CONTROLE AUTOMTICO PARA OS PROCESSOS DE MOSTURAO E FERVURA DA FABRICAO DE CERVEJA ARTESANAL

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Este trabalho foi julgado adequado para obteno do ttulo de Tecnlogo em Mecatrnica Industrial e aprovado na sua forma final pela banca examinadora do Curso Mecatrnica Industrial do Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia de Santa Catarina.

Joinville, 22 de junho de 2015.

Banca Examinadora:

__________________________________ Prof. Roberli L. Cantidio, Mestre

Orientador

__________________________________ Prof. Leo Schirmer

Avaliador

__________________________________

Prof. Luis Mariano Nodari Avaliador

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AGRADECIMENTOS

Agradecemos a esta instituio, seu corpo docente, direo, administrao e demais funcionrios por nos possibilitar a concluso deste curso.

Ao orientador Roberli L. Cantidio e aos demais professores que nos auxiliaram, em especial ao professor Michael Klug pelo acompanhamento, apoio e ajuda neste projeto.

Ao senhor Douglas Tiago Hardt pelo equipamento fornecido e pela oportunidade de acompanhar os processos de fabricao da cerveja, possibilitando os testes deste projeto.

Aos colegas e amigos pelos conselhos, opinies e partilha de conhecimentos.

Aos familiares pelo apoio, incentivo e compreenso. E, sobretudo, a Deus que na sua infinita bondade nos

concede a vida e a capacidade de desbravarmos as mais diversificadas reas do conhecimento.

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RESUMO

Este projeto descreve a automao de um equipamento de

mosturao e fervura, que ser utilizado na fabricao artesanal de cerveja. Com esta automao ser possvel realizar o controle de determinadas temperaturas e perodos de tempo, que sero definidas pelo usurio do equipamento. Esta automao consiste em um controlador de temperatura temporizado, podendo ser programado facilmente pelo operador atravs de uma Interface Homem Mquina (IHM), composta por uma tela touchscreen. O controle e manuteno da temperatura entre determinados perodos de tempo ser feita dentro de uma plataforma programvel Arduino, com realimentao e correo atravs de ao Proporcional-Integral-Derivativa (PID).

Palavras-chave: Cerveja. Automao. Controle. Interface. Arduino.

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ABSTRACT This project describes the automation of a mashing and

boiling equipment that will be used in craft brewing. With this automation will be possible to control certain temperatures and time periods, which will be defined by the user of the equipment. This automation is at a temperature controller timer which can be programmed easily by the operator via a Man Machine Interface (MMI) consisting of a touchscreen display. The control and maintenance of temperature between certain time periods will be made within a programmable Arduino platform, with feedback and correction by Proportional-Integral-Derivative (PID) action.

Keywords: Beer. Automation. Control. Interface. Arduino.

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LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 Processos da cerveja ............................................. 25 FIGURA 2 Micro Cervejaria Profissional 100 litros .................. 29 FIGURA 3 Sistema single vessel ............................................. 30 FIGURA 4 Equipamento BeerBot 60 ....................................... 31 FIGURA 5 Sensor de temperatura DS18B20 imersvel........... 34 FIGURA 6 Controle potncia de ciclo integral ......................... 36 FIGURA 7 Componentes do Arduino Mega 2560 ................... 38 FIGURA 8 Tela sensvel ao toque ........................................... 42 FIGURA 9 Fonte chaveada 12 Volts 10 Amperes ................... 43 FIGURA 10 Motor CC Bosch modelo CHP 9390082064 ........ 44 FIGURA 11 Mdulo rel 5V 10A de 2 canais .......................... 45 FIGURA 12 Esboo do equipamento ....................................... 47 FIGURA 13 Resistncia eltrica .............................................. 50 FIGURA 14 Dimenses da panela ........................................... 51 FIGURA 15 Misturador ............................................................. 52 FIGURA 16 Diagrama de blocos do controlador ..................... 53 FIGURA 17 Grfico Temperatura X Tempo ............................. 54 FIGURA 18 Esquema do controlador de potncia CA ............ 58 FIGURA 19 Aspecto fsico TRIAC TIC263 .............................. 58 FIGURA 20 Aspecto fsico do optoacoplador MOC3063 ........ 59 FIGURA 21 Exemplo de controle de potncia ......................... 59 FIGURA 22 Sequncia de funcionamento do equipamento .... 61 FIGURA 23 Fluxograma do processo ...................................... 62 FIGURA 24 Sistema de coordenadas para desenho de telas . 63 FIGURA 25 Tela inicial ............................................................. 65 FIGURA 26 Tela inicial ............................................................. 67 FIGURA 27 Tela de seleo de receitas ................................. 68 FIGURA 28 Tela de seleo de receitas ................................. 68 FIGURA 29 Editando a mosturao......................................... 69 FIGURA 30 Editando a fervura ................................................ 70 FIGURA 31 Configurando o pr-aquecimento ......................... 70 FIGURA 32 Aquecendo ............................................................ 71 FIGURA 33 Pr-aquecimento concludo .................................. 72 FIGURA 34 Executando a mosturao .................................... 72 FIGURA 35 Grfico da mosturao ......................................... 73 FIGURA 36 Mosturao concluda .......................................... 74 FIGURA 37 Clarificao ........................................................... 75

12 FIGURA 38 Iniciando a fervura ................................................ 75 FIGURA 39 Tempo para adio de lpulos ............................. 76 FIGURA 40 Adicionar lpulos .................................................. 76 FIGURA 41 Lupulagem concluda ........................................... 77 FIGURA 42 Receita concluda ................................................. 77 FIGURA 43 Projeto do shield principal .................................... 80 FIGURA 44 Shield principal ..................................................... 80 FIGURA 45 Caixa Light utilizada para montagem ................... 81 FIGURA 46 Esquema eltrico do painel de controle ............... 82 FIGURA 47 Testes antes da montagem .................................. 83 FIGURA 48 Interior do painel eltrico ...................................... 84 FIGURA 49 Chapa lateral ........................................................ 84 FIGURA 50 Interior do painel eltrico com vista lateral ........... 85 FIGURA 51 Vista frontal do painel eltrico fechado ................ 86 FIGURA 52 Incio da fabricao de cerveja ............................ 87 FIGURA 53 Malte queimado aderido resistncia ................. 88 FIGURA 54 Fabricao de cerveja .......................................... 89 FIGURA 55 Comparao: aspecto fsico Arduino x CLP ........ 95

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LISTA DE QUADROS

QUADRO 1 Caractersticas do Arduino Mega 2560 ................ 39 QUADRO 2 Bibliotecas utilizadas no Arduino ......................... 40 QUADRO 3 Requisitos do projeto ............................................ 48 QUADRO 4 Propriedades da resistncia eltrica .................... 50 QUADRO 5 Ajuste de controlador PID .................................... 57 QUADRO 6 Esquema eltrico .................................................. 79 QUADRO 7 Comparativo de custo: Arduino x CLP ................. 96

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LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SMBOLOS

Sigla / Abreviatura

Significado Original Traduo

A Ampre ---

CA Corrente alternada ---

CC Corrente contnua ---

EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory

Memria de Leitura Programvel Apagvel Eletricamente

I/O Imput / Output Entrada / Sada

IDE Integrated Development Environment

Ambiente de Desenvolvimento Integrado

IHM Interface homem mquina ---

KB Kilobyte ---

Kg Kilogram Quilograma

KW Kilowatt Quilowatt

IFSC Instituto Federal de Santa Catarina

LCD Liquid Crystal Display Tela de Cristal Lquido

LED Light Emitting Diode Diodo Emissor de luz

mA miliAmpre ---

MgO xido de Magnsio ---

MHz Mega-hertz ---

Nm Newton por metro ---

PD Proporcional derivativo ---

PI Proporcional integral ---

PID Proporcional integral derivativo ---

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PWM Pulse Width Modulation Modulao por Largura de Pulso

RGB Red Green Blue Vermelho Verde Azul

RISC Reduced Instruction Set Computer

Computador com Conjunto Reduzido de Instrues

RPM Rotaes por minuto ---

SCR Silicon controlled rectifier Retificadores Controlados de Silcio

SRAM Static Random Access Memory

Memria Esttica de Acesso Aleatrio

TRIAC Triode for Alternating Current Trodo para Corrente Alternada

USB Universal Serial Bus Barramento Serial Universal

UTFT Universal Thin Film Transistor Transistor de Pelcula Fina Universal

V Volts ---

Vac Volts em corrente alternada ---

Vcc Volts em corrente contnua ---

W Watt ---

W/cm2 Watts por centmetro quadrado ---

Ohm ---

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SUMRIO

1 INTRODUO ....................................................................... 19

1.1 Justificativa ........................................................................ 19

1.1 Objetivos ............................................................................. 20

2 REVISO DE LITERATURA ................................................. 22

2.1 Cerveja ................................................................................ 22

2.1.1 Histria ............................................................................... 22

2.1.2 Produo artesanal ........................................................... 24

2.1.3 Fabricao ......................................................................... 24

2.1.4 Importncia da temperatura na produo da cerveja ....... 26

2.2 Automao .......................................................................... 27

2.2.1 Automao na produo artesanal de cerveja ................. 28

2.3 Controle automtico .......................................................... 32

2.4 Sensor de temperatura ...................................................... 34

2.5 Aquecimento resistivo indireto ........................................ 35

2.6 Controle de potncia em corrente alternada .................. 35

2.7 Arduino................................................................................ 37

2.8 Interface homem-mquina ................................................ 40

2.8.1 Tela sensvel ao toque ...................................................... 41

2.9 Fonte de alimentao ........................................................ 42

2.10 Motor de corrente contnua .............................................. 43

2.11 Rel eletromecnico .......................................................... 44

3 DESENVOLVIMENTO ........................................................... 46

3.1 Concepo do projeto ....................................................... 46

3.1.1 Requisitos de projeto ......................................................... 47

3.2 Aquecedor do lquido ........................................................ 49

3.3 Controlador automtico .................................................... 52

18 3.3.1 Controlador Proporcional Integral Derivativo .................... 53

3.3.2 Controle de potncia CA ................................................... 57

3.4 Programao do software................................................. 60

3.5 Interface Homem Mquina ................................................ 67

3.6 Circuito de comando ......................................................... 78

3.7 Painel eltrico ..................................................................... 81

4 RESULTADOS OBTIDOS ..................................................... 87

5 CONCLUSES ...................................................................... 90

5.1 Desenvolvimento ............................................................... 90

5.1.1 Pesquisas na rea da cerveja ........................................... 91

5.1.2 Pesquisas na rea de automao ..................................... 91

5.1.3 Desenvolvimento do software ........................................... 92

5.1.4 Desenvolvimento do hardware .......................................... 94

5.2 Baixo custo de implementao ........................................ 94

5.3 Discusso dos resultados ................................................ 96

5.4 Oportunidades de melhoria .............................................. 97

REFERNCIAS ........................................................................... 99

APNDICE A Dificuldades encontradas ............................ 103

1 INTRODUO

Atualmente, observa-se uma crescente busca na sofisticao de processos a fim de se obter um determinado produto da forma mais eficiente possvel.

Com base nesta demanda introduz-se a automao, um processo em fluxo contnuo que associa vrios mtodos para obteno de um produto com a mnima interveno do trabalho humano. Muitos processos automatizados utilizam mquinas autorregulveis, ou seja, mquinas que so capazes de interpretar a atual situao do sistema por meio de sensores e tomar a devida ao a fim de corrigir um eventual erro observado, representando uma alta performance, estabilidade e preciso para o processo produtivo.

Muitos processos industriais necessitam do constante monitoramento e controle de temperatura para se atingir os resultados esperados, sendo este de fundamental importncia numa vasta gama de aplicaes, abrangendo desde processos fsicos e qumicos at a proteo de equipamentos (FRANKLIN, 2009; BEGA, 2006). Um dos processos que necessita deste controle rigoroso a fabricao de cerveja, mais precisamente em duas etapas iniciais, chamadas de mosturao e fervura, onde se trabalham com as temperaturas mais elevadas do processo, que ficam em faixas estreitas e precisas e por isso a importncia de um controle perfeito no qual se devem utilizar equipamentos de medio condizentes com a preciso pretendida.

1.1 Justificativa

A ideia para o projeto em questo surgiu da necessidade de automatizar um processo de produo de cerveja artesanal, que at ento era feito manualmente. Um fabricante artesanal, cuja produo inteiramente manual, necessita estar presente em tempo integral durante os processos de mosturao e fervura, que fazem parte da brassagem do mosto cervejeiro, controlando a temperatura, observando um termmetro e operando um fogareiro. Este acompanhamento necessrio,

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pois nesta parte controla-se a transformao do amido em aucares, pelas enzimas do malte, que precisam de temperaturas especficas para realizar cada tipo de transformao. Alm disso, o fabricante artesanal precisa acompanhar o tempo para adio de ingredientes, observando um relgio. Apenas os processos mencionados duram cerca de duas horas, tornando esta rotina extremamente cansativa.

1.1 Objetivos

Este projeto visa o desenvolvimento de um equipamento automatizado de brassagem do mosto cervejeiro. O equipamento consiste em um aquecedor de lquido, com controlador de temperatura temporizado, que pode ser programado facilmente pelo operador atravs de uma Interface Homem Mquina (IHM).

Os componentes do equipamento so: panela de conteno do mosto, resistncia eltrica para aquecimento, misturador para homogeneizao da temperatura e unidade de controle, esta ltima contemplando: IHM para configurao e monitoramento do processo, sensoriamento da temperatura e controle de acionamento do aquecedor e do misturador.

Este projeto visa desenvolver a unidade de controle e integr-la aos demais componentes que sero fornecidos por um fabricante artesanal interessado na automao do processo mencionado. Nesta unidade ser utilizada a plataforma programvel Arduino para efetuar o processamento das informaes do sistema e controle das variveis desejadas.

O mtodo utilizado para atingir e manter a temperatura conforme as pr-definies ser o controle com realimentao. Este tipo de controle refere-se a uma operao que, na presena de distrbios, tende a diminuir a diferena entre a sada de um sistema e alguma entrada de referncia (OGATA, 2003). Uma das maneiras de viabilizar este controle atravs do conhecimento da planta, a fim de se obter as equaes que a representam, para depois elaborar uma equao que consiga corrigir o erro com ao Proporcional-Integral-Derivativa (PID) (MONTEIRO, 2006; NISE, 2009)

Desta forma um sensor digital far a medio da temperatura do lquido. A leitura deste sensor ser

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constantemente comparada, na unidade de processamento, com a temperatura pr-definida, computando uma ao de controle. A resistncia eltrica aquecer o lquido, com potncia definida por esta ao de controle, para se atingir a temperatura pr-definida. O misturador ser acionado para homogeneizar a temperatura nos momentos de aquecimento do lquido.

A IHM ser composta por uma tela touchscreen, onde o operador ir configurar a receita que ser executada no sistema, determinando os perodos de tempo e temperatura em cada um deles. Esta interface ir mostrar os valores de temperatura atuais e tempo decorrido, alm de apresentar alarmes personalizados para o processo em que o sistema ser usado.

Toda a eletrnica de controle ser desenvolvida no projeto (sem a utilizao de controladores comerciais), sendo uma das grandes contribuies deste trabalho. O projeto dever possuir um bom acabamento, resistente s condies do ambiente onde provavelmente estar exposto a umidade e resduos do processo.

2 REVISO DE LITERATURA

Este captulo apresenta os aspectos j conhecidos sobre a fabricao de cerveja e tcnicas de automao que, juntamente com os componentes eletrnicos disponveis, contriburam para a implementao do projeto proposto. Alm disto, tambm so apresentados os equipamentos j encontrados no mercado cujos objetivos so correlatos a este trabalho.

2.1 Cerveja

Cerveja uma bebida alcolica carbonatada produzida a partir da fermentao de cereais, principalmente a cevada maltada. a terceira bebida mais popular do mundo, ficando atrs apenas da gua e do ch. Na categoria das bebidas alcolicas, esta a mais consumida atualmente.

2.1.1 Histria

Segundo Morado (2009), registros encontrados em desenhos rupestres indicam que uma bebida semelhante cerveja j era produzida antes mesmo da inveno da escrita. Especialistas afirmam que a cerveja teve papel importante na origem e estabelecimento da sociedade civilizada, por volta de 6000 a.C. Peas arqueolgicas de 4000 a.C. apresentam uma bebida semelhante, chamada sikaru, utilizada pelos sumrios como remdio, moeda e oferendas. O mais antigo registro sobre cervejarias tem origem no Egito em 3400 a.C., sendo o primeiro grande centro produtor de cerveja a cidade de Pelesium, atual Port-Said. Chineses tambm dominavam a produo de uma bebida chamada tsiou por volta de 2000 a.C. Regras para produo de cerveja foram encontradas no Cdigo de Hamurbi, escrita pelo Imprio Mesopotmico em 1730 a.C.

Atravs de movimentos migratrios, a tcnica para produo de cerveja chegou Europa, primeiramente aos povos grego e romano. Logo se tornou uma popular alternativa ao

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vinho, que possua uma forma produtiva muito delicada e de alto custo. Plnio, o Velho, em sua obra Naturalis Historia publicada por volta de 78 d.C., mencionou a produo de cerveja nos territrios hoje pertencentes a Frana e Espanha. Foi nesta regio que a bebida obteve sua etimologia, nomeada de cerevisia ou cervisia em homenagem a Ceres, deusa da colheita e fertilidade (MORADO, 2009).

Conforme Morado (2009), a partir da Idade Mdia, por volta do sculo VI, a produo de cerveja em larga escala desenvolveu-se principalmente em mosteiros europeus. Nesta poca, estes eram os locais detentores do conhecimento, com capacidade para desenvolver e registrar novas receitas. Assim, a histria da cerveja esteve intrinsicamente ligada Igreja, pois, por pertencerem elite alfabetizada, os religiosos foram os pioneiros nas pesquisas sobre o assunto. Como exemplo da inovao implementada nesta poca, foram estes que introduziram a tcnica de conservao a frio da bebida.

Com a urbanizao observada aps o sculo XII, algumas cervejarias comerciais comearam a surgir pela Europa, sendo pioneiras as cidades alems de Frankfurt e Munique. (MORADO, 2009).

Os sculos seguintes foram de notveis desenvolvimentos nos processos produtivos, como nas etapas de fermentao e secagcerveja, como conhecida hoje, [...] resultado do desenvolvimento cientifico e industrial ocorrido no sculo XIX .

Segundo Morado (2009), no Brasil, a cerveja teve sua primeira apario no sculo XVII, trazida pela Companhia Holandesa das ndias Orientais. Porm, em 1654, os holandeses deixaram o pas, levando consigo o hbito pela bebida. O produto retornou apenas em 1808 com a chegada da Famlia Real portuguesa colnia. At os anos de 1870 a cerveja inglesa monopolizou o mercado brasileiro devido influncia comercial da Inglaterra sobre Portugal. Porm, com o aumento dos impostos sobre produtos importados esta prtica tornou-se invivel. At ento, a produo no Brasil era feita de forma artesanal e obstada pela falta de cevada e lpulo, ambos importados, e pela dificuldade de refrigerao do produto.

Em meados do sculo XIX comeam a surgir pequenas cervejarias nas regies sul e sudeste. Algumas alcanam escala industrial de produo at o final deste mesmo sculo, surgindo a

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partir de ento marcas consagradas nos dias atuais. (MORADO, 2009).

2.1.2 Produo artesanal

Aps a era da industrializao, a cerveja voltou a ser fabricada artesanalmente a partir do ano de 1979, primeiramente nos Estados Unidos, quando o presidente americano Jimmy Carter anulou as leis que restringiam a produo artesanal da bebida.

Nas dcadas seguintes, o hobby pela produo da cerveja se espalhou pelos Estados Unidos e Canad, chegando posteriormente ao Brasil.

Apesar da produo limitada, a fabricao artesanal proporciona bebidas especiais com aroma e sabores diferenciados, sendo esta sua principal caracterstica e contribuio para o mundo da cerveja.

2.1.3 Fabricao

Segundo Morado (2009), produzir cerveja requer trs processos bsicos: mostura, fervura e fermentao. Os dois primeiros geralmente ocorrem no mesmo dia. J a fermentao pode durar at duas semanas. A FIGURA 1 ilustra o fluxograma tpico da produo de cerveja.

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FIGURA 1 Processos da cerveja Adaptado de http://people.cs.pitt.edu/~mehmud/cs134-

2084/projects/Team4/brewing.html. Acesso em: 09 jun. 2015.

Os processos iniciais para produo da cerveja chamam-

se brassagem, ou fabricao de mosto, que consiste no cozimento do malte para extrair os aucares necessrios para fermentao.

A moagem do malte tem por funo quebrar o gro a fim de expor o amido contido no seu interior. Ao malte modo adicionado gua e esta soluo ento submetida a diferentes temperaturas por perodos de tempo determinados, constituindo o processo chamado de mosturao. Em seguida, no processo de clarificao, o mosto filtrado para remoo do bagao de malte e ento o lquido fervido.

A fervura uma das etapas determinantes da qualidade da cerveja produzida. nesta etapa que ocorre a esterilizao do malte e definio do aroma e sabor da bebida, tambm como resultado da adio do lpulo soluo.

A etapa seguinte o resfriamento, necessrio para que o mosto atinja a temperatura correta para fermentao. Este processo, tambm conhecido como whirlpool, deve ocorrer de forma rpida, para que sejam evitados a formao de aromas indesejveis e contaminao da soluo. Em seguida o mosto aerado a fim de fornecer o oxignio necessrio para multiplicao celular.

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Na fermentao, a levedura adicionada ao mosto para que ocorra a transformao dos acares em dixido de carbono e etanol. A durao deste processo pode variar entre algumas horas a alguns dias, dependendo do fermento e receita aplicada.

Aps a retirada da levedura que ficou decantada ao final do ciclo de fermentao, ocorre o processo de maturao. Esta etapa uma fermentao lenta e complementar onde acontecem reaes fsico-qumicas que iro modificar e definir o aroma e sabor este processo dura em mdia de 10 dias.

Em seguida feita a filtrao, com o objetivo de remover resduos de levedura do liquido. Concludo estes procedimentos, pode ocorrer o processo de carbonatao, que consiste em injetar gs carbnico na cerveja caso os nveis do gs tenham ficado inferiores aos esperados. Ao final destes processos, a cerveja est pronta para ser engarrafada.

2.1.4 Importncia da temperatura na produo da cerveja

Durante a produo da cerveja, muitos fatores influenciam no rendimento da receita e na qualidade do produto final. Dentre eles, o controle do diagrama tempo/temperatura no processo de mosturao de suma importncia (TSCHOPE, 2001).

A mostura destina-se prioritariamente ativao de enzimas que faro a converso do amido do malte em acares, em razes variveis de acordo com o perfil da cerveja desejada. Para isso, cada enzima do malte atua melhor em determinada faixa de temperatura. Existem ainda rampas de temperatura que podem ser utilizadas para ativar enzimas especficas, conferindo caractersticas particulares cerveja. Variaes na temperatura ou no tempo de exposio podem comprometer alguns ciclos enzimticos, gerando sabores desagradveis na cerveja (GOMES, 2013; COSTA, 2014). Temperaturas acima de 74C ocasionam a desativao das enzimas, comprometendo o rendimento e o processo.

Durante o processo de fervura, os tempos das receitas tambm devem ser cuidadosamente controlados, vistos que so estes os fatores responsveis pelo aroma e sabor da bebida.

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2.2 Automao

Segundo Moraes (2013) a palavra automation foi inventada pelo marketing da indstria de equipamentos na dcada de 1960, sendo posteriormente traduzido para automao. O termo buscava enfatizar a participao do computador no controle automtico industrial.

A automao teve incio com a necessidade da modernizao dos processos produtivos das indstrias, visando a realizao de sistemas otimizados capazes de produzir bens com menor custo, com maior quantidade, em menor tempo e com maior qualidade (ROSRIO, 2009).

Portanto, comum pensar que a automao resulta to-somente do objetivo de reduzir custos de produo para que as empresas se tornem mais competitivas. Contudo isto no verdade, pois ela decorre mais de necessidades tais como maior nvel de qualidade, maior flexibilidade de modelos para o mercado, maior segurana pblica e dos operrios, menores perdas de materiais e de energia, mais disponibilidade e qualidade da informao sobre o processo e melhor planejamento e controle da produo. Para que se tenha esta qualidade na informao, a automao compreende tambm a implantao de sistemas interligados e assistidos, sendo estes os sistemas supervisrios e as interfaces homem-mquina (IHM). (MORAES, 2013)

Nas palavras de Silveira (1998, p.23)

A automao um conceito e um conjunto de tcnicas por meio das quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar com uma eficincia tima pelo uso de informaes recebidas do meio sobre o qual atuam.

Desta forma a automao de um sistema busca o controle

de variveis do processo para atender a determinaes conferidas ao sistema pelo ser humano.

Para isto a automao envolve contribuies de duas especialidades de controle: o controle dinmico e o controle lgico. A especialidade de controle dinmico (controle acionado pelo tempo) busca projetar as malhas de realimentao capazes

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de manter as condies operacionais nos valores eficientes, elaborando um algoritmo de controle que aperfeioe a eficincia e ainda simule o conjunto em computador. J a especialidade de controle lgico (controle acionado por eventos) busca implementar regras desejadas para os eventos discretos, alm de considerar os nveis de segurana para os componentes e para as pessoas assim como os requisitos de monitorao, alarme e interveno humana e os relatrios gerenciais do processo. Portanto preciso selecionar os equipamentos de computao e depois program-los, test-los e acompanhar o desempenho no start-up (MORAES, 2013).

2.2.1 Automao na produo artesanal de cerveja

Com a popularizao da fabricao artesanal de cerveja, equipamentos automticos, que executam o processo de brassagem do mosto cervejeiro, comearam a ser desenvolvidos e comercializados entre os fabricantes artesanais. Estes equipamentos unem as tecnologias da automao, desenvolvidas para indstria, ao trabalho artesanal, buscando alm da facilidade no trabalho, maior preciso na repetio das receitas.

Existem no mercado equipamentos automticos destinados microcervejarias artesanais, onde a capacidade de produo a partir de 100 litros, denominado linha profissional, e aos cervejeiros caseiros, onde a capacidade de produo varia de 20 a 60 litros, denominado de linha hobby.

Existem dois tipos de equipamentos automticos para brassagem: os convencionais e os sistemas single vessel1.

Os equipamentos convencionais seguem a sequncia de fabricao de cerveja conforme apresentado no tpico 2.1.3. Estes possuem um tanque prprio para a mosturao, outro para aquecer a gua utilizada na clarificao, e mais um para fervura. A FIGURA 2 apresenta um exemplo de equipamento de

1 Single vassel: tanque nico

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produo convencional da marca Jhonas Bier modelo Micro Cervejaria Profissional 100 litros.

FIGURA 2 Micro Cervejaria Profissional 100 litros Fonte: http://jhonasbier.webnode.com.br/products/cervejaria-de-100-

litros-jb/. Acesso em: 08 jun. 2015.

Nos sistemas single vessel, a brassagem feita em um

nico tanque, caracterstica que atribui o nome do sistema, com a diferena de que este tanque possui um tubo interno removvel. Neste tipo de equipamento o mosto recircula do tanque interno (tubo), onde o malte fica contido por telas, para o tanque externo atravs da ao de uma bomba. A agitao do mosto para equilibrar a temperatura feita pela ao da recirculao.

A FIGURA 3 apresenta um esboo em corte de um equipamento com sistema single vessel, feito atravs de anlises do mesmo, para explicar o funcionamento durante o processo de mosturao:

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FIGURA 3 Sistema single vessel

Nestes equipamentos o tanque interno, juntamente com

bagao, retirado aps a concluso da mosturao, deixando apenas o lquido no tanque para ser feita a fervura.

A maioria dos equipamentos de brassagem automtica da linha hobby so sistemas single vessel, conforme modelo apresentado acima. Porm, cabe ressaltar que a proposta deste projeto o desenvolvimento de um equipamento linha hobby do tipo convencional.

Um dos equipamentos automticos com sistema single vessel que se destaca no mercado nacional o BeerBot 60. A FIGURA 4 apresenta o aspecto fsico do equipamento.

Resistncia de aquecimento

Bomba de recirculao

Tela de conteno do malte

gua em recirculao

Painel de controle

Tanque externo

Tanque interno (tubo)

Malte (bagao)

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FIGURA 4 Equipamento BeerBot 60 Fonte: http://www.cervejantes.com.br/panela-eletrica-beerbot-50

(acesso em 01/06/2015)

Na imagem possvel observar que o tanque e toda a

mecnica foram fabricados especificamente para este equipamento para possibilitar a brassagem com uma s panela. Verifica-se nesta imagem, e tambm nos outros equipamentos similares, que a IHM para programar as receitas, fica abaixo do tanque, na base do equipamento. Esta posio prejudica a ergonomia do equipamento, pois preciso se abaixar para configur-lo. Como necessrio retirar o tubo interno, contendo o malte, durante o processo, o equipamento no pode ficar em altura muito elevada.

A grande vantagem deste e de outros equipamentos com sistema single vessel, alm da automao do processo, a economia de espao, uma vez que no preciso uma panela para mosturao, outra para esquentar a gua para a clarificao e eventualmente uma outra para a fervura. Porm esta vantagem pode se tornar uma desvantagem se o cervejeiro pretende fazer, de uma s vez, a fervura de mais de um lote em produo. Outro ponto que pode se tornar uma desvantagem, o de um cervejeiro j possuir todas as panelas e estar procurando apenas

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pela automao do processo, se assim adquirir este equipamento, ter que inutilizar as panelas.

2.3 Controle automtico

O controle automtico de um processo tem por objetivo manter a sada de um sistema dentro de uma faixa de valores ou em um valor constante pr-determinado.

Esta tcnica, segundo Ogata (2003), originou-se durante a Revoluo Industrial, quando o matemtico e engenheiro James Watt implementou um controle de velocidade para uma mquina a vapor. Em 1922, Nicolas Minorsky, engenheiro russo radicado nos Estados Unidos, determinou a estabilidade para o seu controle de direcionamento martimo a partir de equaes diferenciais. Em 1932, Harry Nyquist desenvolveu importante trabalho para a estabilidade de sistemas de malha fechada na empresa americana de telecomunicaes Bell Labs. A partir de ento este ramo da engenharia obteve grande desenvolvimento, sendo amplamente aplicada nos dias atuais em reas como biologia, biomedicina e economia, alm da prpria engenharia.

O controle automtico tem papel fundamental nos processos industriais e de produo, sendo essencial em operaes como controle de presso, umidade, viscosidade, vazo e temperatura. A implementao de um sistema de controle automtico pode otimizar o desempenho de sistemas dinmicos, melhorar a produtividade e diminuir o trabalho rduo de vrias rotinas manuais repetitivas (OGATA, 2003).

Em um sistema tpico, a grandeza fsica que necessita ser controlada recebe o nome de varivel de processo, cujo valor estabelecido para o processo denominado setpoint. O sistema de controle utiliza um sensor para medir a varivel de processo e receber uma resposta, assim, ao comparar com o setpoint, ir determinar o sinal de controle para o atuador. Este processo denomina-se sistema de controle em malha fechada e a maneira pela qual o controlador automtico produz o sinal de controle chamada de ao de controle.

Segundo Ogata (2003), os controladores automticos podem ser classificados de acordo com suas aes de controle em: controladores on-off, proporcionais, integrais, proporcional-

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integrais (PI), proporcional-derivativos (PD) e proporcional-integral-derivativos (PID).

Normalmente, na necessidade de um controle preciso, utiliza-se uma ao PID. Estes controladores utilizam as trs aes de controle (proporcional, integral, derivativo) simultaneamente para atingir resultados mais satisfatrios.

A ao proporcional determina a taxa de sada do sistema tendo por base apenas a diferena entre a varivel de processo e o setpoint, diferena esta chamada de erro ou offset. Para Dias

assumir qualquer valor desde que compreendido entre os limites de sada mxima e mnima, em funo do offset O aumento do ganho proporcional resulta em uma maior velocidade de resposta do sistema de controle. Porm, um aumento desordenado provocar oscilaes e tornar o sistema instvel.

A ao integral soma o valor do erro ao longo do tempo, ou seja, a velocidade da correo no sinal de sada proporcional amplitude do desvio. Mesmo um pequeno erro far com que a componente integral aumente lentamente. Assim, o termo de natureza integral pode reduzir ou eliminar os erros estacionrios, porm este processo torna o controle lento, haja vista o elevado tempo de transio.

A ao derivativa tem por funo melhorar o desempenho do sistema, atuando apenas nos momentos em que h erro e tornando-se nula quando o processo est estabilizado. Aumentar este termo torna o sistema mais sensvel s mudanas no parmetro de erro, conferindo maior velocidade de resposta (DIAS, 2012; NATIONAL INSTRUMENTS, 2014).

Em sntese, um sistema PID rene o controle bsico da ao proporcional, a reduo do erro devido ao integrativa e acelerao da sada com reduo de oscilaes pela ao derivativa. Este controlador oferece boa relao entre preciso e velocidade, sendo muito aplicado em plantas trmicas.

A companhia National Instruments (2014) expressa em resumo a operao do controlador citado

A ideia bsica por trs de um controlador PID ler um sensor, calcular a resposta de sada do atuador atravs do clculo proporcional, integral e derivativo e ento somar os trs componentes para calcular a sada.

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Os controladores PID so largamente utilizados em sistemas que no se conseguem aplicar mtodos de projeto analtico, por no se conhecer o modelo matemtico da planta. Para estes casos, quando o sistema precisa ser ajustado em campo, diferentes tipos de regras de sintonia podem ser encontrados na literatura, permitindo ajustes finos no controlador.

2.4 Sensor de temperatura

Sistemas que necessitam de um acompanhamento de temperatura rigoroso requerem sensores apropriados que faam leituras precisas. Nesta rea, o sensor DS18B20 se apresenta como uma boa opo custo/benefcio. Este termmetro digital possui resoluo ajustvel de 9 a 12 bits, escala de -55C a 125C com preciso de 0,5C na faixa que compreende de 10C a 85C, faixa de alimentao de 3V a 5,5V, conta com opo de alarmes personalizveis e converte diretamente a temperatura para a forma digital (ARAJO, 2012). Na FIGURA 5 observa-se o sensor DS18B20 e seu encapsulamento imersvel.

FIGURA 5 Sensor de temperatura DS18B20 imersvel Fonte: www.elecrow.com/wiki/index.php?title=One_Wire_Waterproof

_Temperature_Sensor. Acesso em: 06 out. 2014.

Este dispositivo se comunica com o microprocessador

atravs do protocolo 1-Wire, ou seja, necessita de apenas uma linha para transmisso de dados. Este sistema, desenvolvido pela empresa Dallas Semiconductor, amplamente utilizado em situaes que possam existir rudos eltricos, casos onde sensores analgicos no se mostram eficientes. Uma caracterstica notvel desta tecnologia a baixa corrente de

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alimentao necessria, podendo esta ser provida a partir da prpria linha de dados.

2.5 Aquecimento resistivo indireto

O aquecimento resistivo utiliza o calor gerado por efeito Joule numa resistncia que atravessada por uma corrente eltrica. No aquecimento resistivo indireto, o material a ser aquecido est contido em uma cmara e o calor transferido da resistncia eltrica atravs dos fenmenos de conduo, conveco e irradiao (MANEDE FILHO, 2011).

2.6 Controle de potncia em corrente alternada

Para se aplicar um percentual de potncia determinado uma carga em corrente alternada (CA) ou mesmo acion-la com um comando, necessrio um mtodo de controle de potncia. Segundo Ahmed (2000), h dois mtodos bsicos para o controle de potncia da carga: o de ciclo integral ou liga-desliga, e o de fase.

O controle de fase indicado para cargas com constantes de tempo pequenas, encontradas nas aplicaes como controle de iluminao e controle de velocidade para motores. J o controle de ciclo integral serve para sistemas com uma constante de tempo grande, como os de controle de temperatura.

Portanto, este ltimo foi selecionado para ser implementado no projeto. Neste mtodo, a potncia na carga pode ser controlada com a ligao e o desligamento, da fonte de tenso carga, por alguns ciclos completos de conduo de corrente e depois com a repetio do chaveamento. A durao relativa dos perodos nos estados ligado e desligado, isto , o ciclo de trabalho, ajustado de tal modo que a potncia mdia entregue carga atenda a algum objetivo particular. A FIGURA 6 ilustra o funcionamento deste mtodo.

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FIGURA 6 Controle potncia de ciclo integral Fonte: AHMED, 2000, p.405

Na imagem apresentada, o tempo de conduo: a

chave est ligada e a potncia na carga mxima; o tempo de extino: a chave est desligada e a potncia na carga nula; o nmero de ciclos no perodo completo de operao.

Segundo Ahmed (2000), a aplicao deste mtodo de controle, em que h longos tempos de desligamentos, aceitvel em sistemas de aquecimento como fornos eltricos e tanques de aquecimento de lquido, pois a resposta da carga relativamente longa (segundos, e no fraes de segundo). Portanto, a carga responder bem a potncia mdia aplicada.

Uma das formas de executar este controle de potncia CA atravs do uso de um retificador controlado de silcio (SCR) bidirecional, como um TRIAC. Este dispositivo um tipo de tiristor (semicondutor de potncia) que possui trs terminais: principal 1, principal 2 e porta. O TRIAC capaz de conduzir corrente em ambas as direes, direta e inversa, e pode ser controlado por um sinal na porta, positivo ou negativo. Isso o torna til para o controle de potncia CA (AHMED, 2000).

Algumas limitaes do dispositivo so a baixa capacidade de regulao de potncia, se comparado aos SCRs e a baixa velocidade de chaveamento, que restringe a freqncia operacional a algumas centenas de hertz. Os TRIACs so, portanto usados apenas para regular a tenso CA em torno dos 60Hz em aplicaes como iluminao, controles de velocidade de motores e de aquecimento e em rels CA de estado slido (AHMED, 2000).

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O circuito que gera o pulso de porta, o qual aciona o dispositivo tiristor, deve ser protegido contra transitrios de tenso induzidos. necessrio separar este circuito da fiao de fora, o tanto quanto possvel. O isolamento eltrico entre o dispositivo tiristor e o circuito de porta costuma ser feito por um transformador de pulso ou por um acoplador ptico.

Neste projeto utilizou-se o mtodo de isolamento com acoplador tico. Segundo Ahmed (2000 p. 125)

Os acopladores pticos de uso mais comum consistem na combinao de um diodo emissor de luz (light-emitting diode LED) e de um fototransistor, montados em um invlucro nico. Este arranjo permite o acoplamento do sinal de um circuito para outro, ao mesmo tempo que fornece um isolamento eltrico quase completo entre os dois circuitos.

Portanto, a proteo do circuito de porta de um TRIAC,

feito com acoplador tico, garante a confiabilidade necessria para o controle de uma carga CA feito com o uso dessa chave.

2.7 Arduino

O Arduino uma plataforma que pode interagir com o ambiente atravs do processamento de entradas e sadas entre o dispositivo e os componentes externos conectados a ele (MCROBERTS, 2011). Trata-se de um microcontrolador acessvel, tanto pelo baixo custo bem como pela facilidade de utilizao devido ao cdigo livre, possibilitando a aplicao em diversas operaes.

Microcontroladores so componentes eletrnicos utilizados no controle de perifricos, tais como: LEDs, botes, displays, resistncias, rels, sensores diversos (presso, temperatura, etc), dentre outros. Com base no estado destes perifricos, o microcontrolador executa aes lgicas conforme a programao gravada pelo usurio. So componentes capazes de controlar todo um processo, pois, em um nico elemento, possui memria de programa, memria de dados, portas de entrada e/ou sada

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paralelas, timers, contadores, comunicao serial, PWMs, conversores analgico-digitais, etc. (SOUZA, 2008)

O primeiro Arduino surgiu em 2005 a partir da ideia de professores de Computao Fsica do curso de Arte e Design em uma cidade italiana. O objetivo principal era desenvolver uma ferramenta nica de hardware, facilmente programvel e de baixo custo. Com a colaborao de especialistas da rea, desenvolveu-se a interface de programao em cdigo aberto (SILVEIRA, 2011).

A placa Arduino Mega 2560 possui um processador ATmega2560, baseado na famlia de microprocessadores Atmel AVR RISC (computador com conjunto reduzido de instrues, em ingls) com memria flash de 256 KB. Este modelo possui 54 pinos digitais de entrada-sada, 16 pinos de entrada analgica, oscilador de cristal de 16 MHz, chipset ATmega16U2 com comunicao serial USB e fonte de alimentao (EVANS, 2013).

Na FIGURA 7 pode-se observar a placa com a localizao dos seus elementos constituintes, destacando-se os pinos de entrada/sada utilizados para leitura de sensores e acionamento dos componentes externos.

FIGURA 7 Componentes do Arduino Mega 2560 Fonte: http://www.embarcados.com.br/arduino-mega-2560/. Acesso

em: 30 set. 2014.

O modelo Mega se sobressai frente aos outros devido sua

maior capacidade de memria, ideal para aplicaes que necessitaro grande quantidade de informaes, como Interfaces

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Homem-Mquina (IHMs). No QUADRO 1 so apresentadas as caractersticas do Arduino Mega 2560.

QUADRO 1 Caractersticas do Arduino Mega 2560

Microcontrolador ATmega2560

Tenso de operao 5V

Tenso de entrada (recomendada) 7 - 12V

Tenso de entrada (limites) 6 - 20V

Pinos de entrada/sada digitais 54 (15 podem ser sadas PWM)

Pinos de entradas analgicas 16

Corrente CC por pino (I/O) 40mA

Corrente CC para pino de 3,3V 50mA

Memria Flash 256 KB (8 Kb para bootloader)

SRAM 8 KB

EEPROM 4 KB

Velocidade de clock 16 MHz

Adaptado de www.arduino.cc. Acesso em: 30 set. 2014.

A programao do Arduino feita no IDE (Ambiente de

Desenvolvimento Integrado, em ingls), software livre onde so escritos os cdigos modelados a partir da linguagem Processing.

acessveis por uma nica interface grfica, uma s tela principal, para a edio, depurao, compilao e gravao de programas

upload para a placa, o cdigo escrito traduzido para a linguagem C e transmitido para o compilador (BANZI, 2011). Em suma, o programa escrito no IDE do Arduino baseado na linguagem C, que ao ser transmitido para a placa fica salvo em sua memria flash.

Assim como em outras plataformas, o Arduino tambm admite o uso de bibliotecas nos cdigos a serem desenvolvidos. Por definio, uma biblioteca em linguagem de programao um conjunto de funes j desenvolvido e disponvel para o uso em qualquer aplicao, sem a necessidade de inserir no programa grandes trechos de cdigo. No QUADRO 2 abaixo

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apresenta-se as bibliotecas utilizadas neste projeto com suas respectivas funes.

QUADRO 2 Bibliotecas utilizadas no Arduino

Biblioteca Funo

UTFT Desenvolvimento de layouts e interfaces para o display LCD

Utouch Utilizao da tela sensvel ao

toque

TimerOne Cdigos de temporizadores e

contadores

OneWire Leitura do termmetro digital

PID Clculos para o controlador

EEPROM Insero e leitura de dados na memria no-voltil do Arduino

avr/pgmspace Utilizao de imagens no

formato bitmap

O Arduino pode expandir seu hardware com o uso de

shields, placas de circuito que so conectadas a ele, adicionando novas funes e possibilitando uma infinidade de aplicaes. Existem shields para acoplamento de sensores, controle de motores, mdulos de comunicao, displays, dentre outros.

2.8 Interface homem-mquina

As interfaces homem-mquina, tambm conhecidas pela sigla IHM, so equipamentos que possibilitam a interao entre o usurio e a mquina, seja para intervir em processos ou apenas para visualizao de informaes, de dados, de controle e de comandos. Trata-se de um hardware industrial composto normalmente por uma tela de cristal lquido e um conjunto de teclas para navegao e/ou insero de dados, baseado na programao escrita pelo desenvolvedor.

Cybis (2003) lista as funes que uma IHM pode desempenhar.

[...] solicita e recepciona as entradas de dados, de controles e de comandos. Finalmente, ela

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controla o dilogo entre as apresentaes e as entradas. Uma interface tanto define as estratgias para a realizao da tarefa, como conduz, orienta, recepciona, alerta, ajuda e responde ao usurio durante as interaes.

2.8.1 Tela sensvel ao toque

As telas sensveis ao toque, do ingls touch-screen, so displays sensveis presso exercida sobre sua superfcie, realizando operaes de acordo com os botes programados, dispensando assim a necessidade de teclados ou botes fsicos (COSTA, 2011).

O primeiro registro de dispositivos sensveis ao toque data do ano de 1965, um equipamento britnico desenvolvido para uso em radares de controle de trfego areo. Telas com maior preciso surgiram a partir da dcada de 70, com o intuito de organizar dados na rea da fsica nuclear (CIRIACO, 2014).

Estes dispositivos esto muito difundidos em indstrias de processos devido s vantagens apresentadas. Como caractersticas citam-se: agilidade, facilidade de operao, alto grau de personalizao e configurao dos comandos (MUNHOZ, 2011; COSTA, 2011).

Uma tela sensvel ao toque pode ser controlada atravs de uma plataforma Arduino. Para tanto, necessrio um shield especfico para esta aplicao, possibilitando a conexo da tela com a placa.

Neste projeto utilizou-se uma tela do fabricante Itead Studio, modelo ITDB02 de 3,2 polegadas. Este dispositivo possui resoluo de 320 x 240 pixels com 65000 cores e suporte para carto de memria. Na FIGURA 8 abaixo observa-se a tela citada j conectada placa Arduino Mega com o shield correspondente.

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FIGURA 8 Tela sensvel ao toque

2.9 Fonte de alimentao

Das fontes de alimentao provm a energia eltrica adequada que os circuitos eletrnicos necessitam. Braga (2005b,

partir da tenso eltrica disponvel (alternada ou contnua) fornece a tenso contnua (ou mesmo alternada) na forma requerida pelo circuito alimenta

Os componentes deste projeto requerem tenses contnuas na faixa dos 12 Volts, assim, como esta forma de energia eltrica no est disponvel em uma tomada comum da rede, torna-se necessrio a utilizao de uma fonte que converta a tenso alternada de 220 Volts para tenso contnua de 12 Volts.

Fontes chaveadas apresentam-se como uma boa opo para este caso. Tal topologia possibilita circuitos de alto rendimento, alm de tamanho e peso reduzido devido operao em alta frequncia (BRAGA, 2005b).

Este tipo de fonte controla a tenso em uma carga atravs de um circuito comutador, alternando o tempo de abertura e fechamento deste circuito a fim de manter a tenso de sada no valor desejado.

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Optou-se pela aquisio de um modelo comercial de fonte de alimentao, pelo fato de no ser este o foco do projeto. A FIGURA 9 apresenta o modelo utilizado, cuja converso da tenso alternada de 220 Volts para 12 Volts contnua oferece corrente mxima de 10 Amperes.

FIGURA 9 Fonte chaveada 12 Volts 10 Amperes Fonte: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-635066568-fonte-

chaveada-12v-10a-120w-p-cftv-fita-led-som-automotivo-_JM. Acesso em: 05 mar. 2015.

2.10 Motor de corrente contnua

Motores CC so utilizados para converso de energia eltrica em movimentos mecnicos. Basicamente, so compostos por duas partes principais, estator e rotor, sendo que seu princpio de funcionamento se deve a foras magnticas de atrao e repulso geradas nos seus componentes (BRAGA, 2005a).

Este motor pode ser utilizado em diversas aplicaes, sendo encontrados no mercado com caractersticas variadas. Porm, quando o projeto pretendido requer um torque mais

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elevado com menor rotao deve-se aplicar um motor CC com caixa de reduo.

Neste projeto, um motor de corrente contnua com caixa de reduo foi empregado como um misturador, cujo objetivo homogeneizar a temperatura do lquido nos momentos de aquecimento. O modelo escolhido foi o CHP 9390082064 do fabricante Bosch, largamente utilizado em limpadores de para-brisa automotivos, pois suas caractersticas como torque e rotao atendem perfeitamente aos requisitos deste trabalho.

A FIGURA 10 a seguir apresenta o motor utilizado e suas caractersticas de funcionamento.

FIGURA 10 Motor CC Bosch modelo CHP 9390082064 Fonte: http://www.kalatec.com.br/Motor_Bosch/9390_082_064.pdf.

Acesso em: 05 mar. 2015.

2.11 Rel eletromecnico

Rels so componentes que atuam como interruptores para circuitos eltricos, muito utilizados no acionamento de motores. Quando o rel recebe um sinal do seu circuito de comando, uma corrente circula por sua bobina criando um campo magntico, atraindo um mais de seus contatos, permitindo ou bloqueando a passagem de corrente no circuito da carga. Ao

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cessar a corrente na bobina, uma mola faz os contatos voltarem posio original.

Sua principal vantagem o isolamento entre o circuito de comando e o circuito da carga, propiciando a operao com tenses diferentes em cada circuito (BRAGA, 2005a). A baixa tenso necessria para o seu acionamento permite control-lo atravs de uma sada digital do Arduino.

Circuitos com rels podem ser confeccionados ou adquiridos comercialmente, como optado neste projeto. A FIGURA 11 apresenta o mdulo rel utilizado.

FIGURA 11 Mdulo rel 5V 10A de 2 canais Fonte: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-625153371-modulo-

rele-2-canais-5v-arduino-pic-_JM. Acesso em: 05 mar. 2015.

3 DESENVOLVIMENTO

Este captulo apresenta as etapas de desenvolvimento do equipamento de controle automtico dos processos de mosturao e fervura da produo artesanal de cerveja, sendo estas: concepo do projeto, pesquisa do processo e definio dos requisitos, idealizao do princpio de funcionamento, desenvolvimento do controlador automtico, programao do software, desenvolvimento da interface homem mquina, desenvolvimento do circuito de comando, montagem do painel eltrico e os testes que foram realizados em cada uma das etapas.

3.1 Concepo do projeto

A concepo deste projeto foi inspirada no mtodo de brassagem convencional da produo de cerveja artesanal, feita pela maioria dos cervejeiros caseiros. Neste mtodo se utilizam geralmente trs panelas: uma panela para fazer a mosturao e depois a clarificao, outra para a fervura e mais uma para fazer o aquecimento da gua utilizada na clarificao. Para realizar o aquecimento do lquido utilizam-se fogareiros. Para alcanar o equilbrio da temperatura, nos momentos de aquecimento, utiliza-se uma grande esptula para a constante agitao do mosto. Durante a mosturao esta ao tambm evita a queima do malte no fundo da panela.

Um mtodo alternativo, de custo inferior, utiliza apenas duas panelas: uma para a mosturao, clarificao e fervura; e outra para aquecer a gua utilizada na clarificao. Neste mtodo, depois de feita a mosturao e clarificao, coloca-se o mosto em um recipiente temporrio (balde), retira-se o bagao (malte), do interior da panela utilizada, e inicia-se a fervura recolocando o mosto na mesma.

A ideia do equipamento fixou-se na automao deste processo alternativo, fazendo o aquecimento da panela onde se executa a mosturao e posteriormente a fervura do mosto cervejeiro, utilizando uma resistncia eltrica para o aquecimento, um misturador motorizado para fazer a agitao do

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mosto e uma unidade de controle para fazer a automao destes dispositivos. A FIGURA 12 ilustra a concepo deste equipamento.

FIGURA 12 Esboo do equipamento

Atravs da unidade de controle faz-se a programao da

receita, e atravs desta o equipamento assume os setpoints para controlar as temperaturas e os tempos do processo. Com este equipamento atende-se a necessidade da preciso no controle da temperatura no processo, proporcionando repetitividade nas execues das receitas, vantagem que muito importante para conseguir a reproduo de cervejas feitas anteriormente. Alm disso, esta automao confere elevada comodidade para fazer o processo de brassagem.

3.1.1 Requisitos de projeto

Inicialmente foi realizada uma pesquisa a fim de compreender os processos necessrios para fabricao de cerveja e quais etapas um cervejeiro artesanal deve seguir para conseguir produzi-la.

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Aps o cervejeiro definir os parmetros que ir utilizar na sua receita, obtidos atravs da literatura e experincia prpria, seu primeiro procedimento aquecer a gua uma temperatura ligeiramente acima da necessria para a primeira etapa da mosturao, prevendo o equilbrio trmico aps inserido o malte. Em seguida, a temperatura de cada etapa deve ficar estabilizada durante os tempos solicitados na receita. Terminada a mosturao, feita a clarificao, processo manual onde feita a circulao do lquido para extrair aucares do malte ainda retidos, enquanto se coloca o mosto no recipiente temporrio. Em seguida, depois de retirado o bagao e recolocado o mosto na panela, o processo de fervura aquece o lquido at a sua ebulio e ento cada tipo de lpulo deve ser inserido na mistura no momento exato para permanecer o tempo determinado pela receita.

Com base nestes procedimentos necessrios, determinou-se os requisitos do projeto bem como a escolha pela utilizao de determinados componentes e tcnicas, feita atravs de pesquisas, para assim alcanar aos mesmos, conforme apresenta o QUADRO 3.

QUADRO 3 Requisitos do projeto

Requisito Componentes Tcnicas

Configurao de receitas de mosturao e fervura (edio; gravao; escolha c/ visualizao)

Arduino + LCD touch Layouts de tela personalizados + comandos em tela sensvel ao toque

Aquecimento e controle preciso de temperatura conforme receitas

Resistncia eltrica + controlador automtico (Arduino) + circuito de acionamento

Aquecimento resistivo + controle PID desen-volvido no Arduino (programao)

Controle de tempos de permanncia conforme receitas

Arduino Programao do controle lgico

Controle e acionamento do misturador

Arduino + motor CC + rel eletromecnico

Programao do controle lgico + acionamento por rel

Monitoramento do processo: status, temperatura, tempo, alarmes.

Arduino + LCD touch + alto falante

Exibio das variveis do processo nos layouts da tela + grficos + reproduo de som com Arduino

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Possibilitar intervenes: pausa na mosturao, cancelamento; ajuste durante a fervura p/ uma ebulio mais intensa ou mais branda.

Arduino + LCD touch Layouts de tela personalizados + comandos em tela sensvel ao toque (programao)

Baixo custo do equipamento

Arduino + Shields Desenvolvimento de IHM e controlador embarcados no Arduino

Bom acabamento Caixa + conectores + molduras

Projeto + montagem de boa qualidade

Conter toda a eletrnica em um nico painel c/ conexo p/ os perifricos

Painel de controle Projeto do painel

Alimentao em rede eltrica residencial 220V

Com base nestas definies iniciou-se o projeto e o

desenvolvimento do equipamento.

3.2 Aquecedor do lquido

O aquecedor do lquido um conjunto composto por uma resistncia eltrica e um misturador, ambos controlados pelo painel de controle. Tem por objetivo aquecer o lquido com temperatura uniforme, de acordo com comando recebido do controlador do equipamento. O conjunto foi projetado para poder ser removido com facilidade para se efetuar a limpeza da panela.

A resistncia eltrica foi construda especificamente para o tanque deste equipamento. As dimenses so mostradas na FIGURA 13.

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FIGURA 13 Resistncia eltrica

A resistncia eltrica foi projetada para ser utilizada em

uma rede eltrica residencial de 220V e, em sua capacidade mxima, drena uma corrente de 10A, o que possibilita a ligao do equipamento em tomadas comuns. O QUADRO 4 abaixo mostra as suas propriedades:

QUADRO 4 Propriedades da resistncia eltrica

Material de blindagem Ao inox 304

Material de isolao interna 98% xido de Magnsio (MgO)

Tenso 220V

Resistncia (aprox.)

Potncia mxima 2200W

Dissipao mxima 15W/cm

A panela para o aquecimento de alumnio e foi

modificada pelo cervejeiro artesanal especificamente para a funo proposta, onde foi inserido as vlvulas para sada do lquido ao final do processo. Na FIGURA 14 a seguir pode-se visualizar a panela com as suas dimenses.

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FIGURA 14 Dimenses da panela

O misturador de suma importncia para a

homogeneizao da temperatura do lquido. O mesmo automtico, substituindo o trabalho manual do cervejeiro, que executava esta operao com o auxlio de uma grande colher.

Nos testes realizados sem um misturador, constatou-se a cristalizao do malte, isto , o cozimento e a impregnao em torno do tubo da resistncia eltrica, regio de maior transferncia de calor. Alm disso, constataram-se diferenas elevadas de temperatura entre as diferentes regies do lquido. Contudo, o misturador s deve ser ligado quando o equipamento estiver aquecendo, enquanto a temperatura estiver estabilizada o lquido deve ficar em repouso.

O misturador foi projetado especificamente para o tanque deste equipamento, sendo um conjunto composto por um eixo com duas hastes, mancalizado em uma bucha soldada em um filtro que se localiza no fundo do tanque, um motor eltrico CC,

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que rotaciona o eixo, fixado em um suporte preso na borda do tanque, conforme visto na FIGURA 15. O acionamento do motor comandado no painel de controle.

FIGURA 15 Misturador

3.3 Controlador automtico

O controlador automtico responsvel por controlar a temperatura do lquido. Para tanto, um controlador PID, implementado na plataforma Arduino compara o valor real de sada do sistema (temperatura) com a entrada de referncia (setpoint de temperatura assumido conforme a receita programada) e assim calcula uma ao de controle para ser aplicada pelo atuador para se atingir esta referncia. Este

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controlador pode ser representado atravs de um diagrama de blocos conforme a FIGURA 16.

FIGURA 16 Diagrama de blocos do controlador

Neste diagrama de blocos o detector de erro representa a

comparao feita atravs da plataforma Arduino. O controlador de potncia o sistema responsvel por aplicar a ao de controle calculada, fornecendo a tenso mdia necessria em CA para a resistncia eltrica de aquecimento (atuador). A planta representa o sistema a ser controlado, ou seja, o tanque contendo o mosto cervejeiro a ser aquecido. O sensor um termmetro digital de temperatura que faz a leitura da sada da planta.

3.3.1 Controlador Proporcional Integral Derivativo

O projeto do controlador do sistema iniciou-se na anlise de um grfico Temperatura X Tempo. Com a resistncia de aquecimento operando em 30% da sua potncia ao longo de aproximadamente trs horas, coletou-se os dados necessrios atravs da funo Serial Monitor presente na plataforma Arduino.

Na FIGURA 17 abaixo observa-se o grfico gerado com os dados obtidos, onde a temperatura inicial da anlise foi de 21,56C e a temperatura final foi de 73,94C.

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FIGURA 17 Grfico Temperatura X Tempo

De acordo com Ogata (2003, p.559), um sistema de

primeira ordem, como neste caso, caracterizado pela seguinte funo de transferncia:

Onde:

= referncia (temperatura do sistema)

= resposta do sistema

= ganho em malha aberta

= tempo de retardo = constante de tempo

A constante de tempo definida como o tempo necessrio para o sistema atingir 63% da variao total final. Porm, para este clculo, necessrio levar em considerao a temperatura inicial de 21,56C:

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Atravs do grfico observa-se que o sistema alcanou a temperatura de 54,7C no instante aproximado de:

O ganho esttico definido por:

O tempo de retardo o intervalo gasto para variar a

temperatura do sistema em 1C. De acordo com os dados do grfico mostrado verifica-se que, em mdia, = 216 segundos.

Com a determinao destes valores obtm-se a planta do sistema, conforme mostrado abaixo.

Para se obter as constantes proporcional, integral e

derivativa que iro atuar no sistema, aplicou-se o mtodo de sintonia de Ziegler-Nichols. Este mtodo resulta em uma estabilidade marginal do sistema. As equaes apresentadas na TABELA 1 abaixo fornecem estimativas dos parmetros que devero ser aplicados, proporcionando um ponto de partida na sintonia fina que dever ser realizada posteriormente, atravs dos testes em campo (OGATA, 2003).

TABELA 1 Regra de sintonia de Ziegler-Nichols

Tipo de controlador

P 0

PI 0

PID

Fonte: OGATA (2003, p.559)

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Assim, para a componente proporcional tem-se:

Para a componente integral:

E para componente derivativa tem-se:

Estes parmetros so ento inseridos na linguagem de

programao do Arduino atravs de uma biblioteca disponvel no site da plataforma. Em uma de suas funes, esta biblioteca faz a comparao da temperatura lida com a temperatura de setpoint e com base nesta diferena calcula a ao de controle. Para este clculo, necessrio informar previamente os parmetros do PID ( ), bem como o valor da temperatura atual lida pelo

sensor, denominada de input, e a temperatura a ser atingida, denominada de setpoint. Este clculo resulta em uma ao de controle denominada output, sendo esta um valor varivel de 0 a 255. Na programao do Arduino, desenvolveu-se uma funo que faz a converso deste resultado para um percentual, que ento ser utilizado para variar a potncia entregue a resistncia de aquecimento.

Aps implementar a ao PID no microcontrolador, foram feitos alguns testes a fim de verificar a resposta do sistema. Com os dados obtidos nos clculos, observou-se um sobressinal considervel, fazendo com que a temperatura estabelecida fosse ultrapassada em cerca de 1,5C. Pesquisando por mtodos de ajuste PID, encontrou-se o QUADRO 5 que apresenta algumas solues para possveis problemas neste tipo de controlador.

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QUADRO 5 Ajuste de controlador PID

Problema Medida de ajuste

Resposta muito lenta Aumentar ganho proporcional

Resposta excessivamente oscilatria

Aumentar tempo derivativo

Sobrepassagem excessiva Reduzir taxa integral

Resposta inicialmente rpida e em seguida muita lenta

Aumentar taxa integral

Fonte: www.ece.ufrgs.br/~jmgomes/pid/Apostila/apostila/node46.html. Acesso em: 18 mai. 2015.

Assim, nos clculos apresentados anteriormente, foi

reduzido o tempo de retardo para 180 segundos, obtendo os valores de = 27, = 360 e = 90. Estes novos parmetros

reduziram consideravelmente o sobressinal do sistema, estabilizando cerca de 0,5C acima da temperatura esperada, considerado uma boa margem para o processo pretendido.

3.3.2 Controle de potncia CA

Neste projeto, o atuador uma resistncia eltrica projetada para alimentao em 220Vac com 2200W de potncia, gerando um consumo de 10A. O mtodo de controle CA de ciclos inteiros foi escolhido para acionar a resistncia eltrica de acordo com a ao de controle recebida do controlador PID.

Neste mtodo, o chaveamento da alimentao de corrente eltrica da resistncia gera uma potncia mdia para o aquecedor. Controlando este chaveamento possvel aplicar um percentual de potncia determinado pelo controlador PID, ou seja, a ao de controle.

Um circuito eltrico foi ento projetado para possibilitar este mtodo de controle de potncia e posteriormente implementado no circuito de comando do equipamento. A FIGURA 18 mostra o esquema do circuito controlador de potncia projetado.

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FIGURA 18 Esquema do controlador de potncia CA

Neste circuito a chave utilizada foi um TRIAC TIC263D,

cuja capacidade de corrente de 25A, atribuindo uma boa margem de segurana para o componente. A FIGURA 19 abaixo mostra o aspecto fsico deste componente.

FIGURA 19 Aspecto fsico TRIAC TIC263 Fonte: http://www.ebay.ph/itm/Triac-TIC-263-D-400V-25A-

/121378531022. Acesso em: 15 mar. 2015.

O comando desta chave foi feito com um opto-acoplador

MOC3063, que possui um circuito interno detector de passagem de tenso zero. A FIGURA 20 mostra o aspecto fsico do componente.

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FIGURA 20 Aspecto fsico do optoacoplador MOC3063 Fonte: http://www.oncomponents.com/moc3063-optocoupler-triac-o-p-

6-dip.html. Acesso em: 15 mar. 2015.

Conforme o circuito da FIGURA 18, o comando em 5Vcc

vindo do Arduino faz parte do controlador de potncia. O programa executado no Arduino converte a ao de controle (percentual a ser aplicado) em perodos de tempo ligado e desligado dentro de um ciclo de trabalho, conforme o mtodo de controle de potncia de ciclo integral. Neste projeto o ciclo de trabalho de 2 segundos.

Por exemplo, para aplicar 40% de potncia do aquecedor o programa calcula o tempo de estado ligado da seguinte forma:

Neste caso a resistncia eltrica repete um chaveamento

em que 0,8 segundo permanece ligada e 1,2 segundos desligada. Como a frequncia de alimentao eltrica de 60Hz, em 0,8 segundo so permitidos 48 ciclos de alternncia da corrente eltrica de um total de 120 ciclos disponveis. A FIGURA 21 abaixo ilustra este exemplo de aplicao de potncia.

FIGURA 21 Exemplo de controle de potncia

No tempo de estado ligado, o pino digital 10 do Arduino,

configurado como sada, permanece em nvel lgico alto.

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Quando isto acontece, o opto-acoplador MOC3063 est pronto para ativar o TRIAC, enviando o sinal de porta, e s o faz quando o seu circuito interno detector de passagem por zero, identifica o incio de um semi-ciclo de alternncia da corrente eltrica.

Enquanto esta sada permanece ligada, o opto-acoplador fornece um disparo para o TRIAC a cada deteco de passagem por 0V, garantindo assim a conduo de corrente eltrica.

Ao desligar esta sada, o opto-acoplador retira o comando de porta do TRIAC, e este por sua vez s interrompe a conduo quando a corrente eltrica alternada chega tenso zero. Este mtodo garante o chaveamento da alimentao eltrica somente nos momentos em que a tenso passa por zero, o que diminui significativamente o rudo gerado se comparado ao mtodo de controle de potncia de fase.

3.4 Programao do software

A programao deste equipamento foi desenvolvida na IDE Arduino, na linguagem processing. O microcontrolador, Arduino Mega 2560, processa as informaes recebidas nas portas de entrada e, de acordo com o as condies escritas no programa, envia sinais para as portas de sada que iro atuar no sistema.

Durante a execuo de uma receita, o programa desenvolvido tomar as aes necessrias para sua execuo de acordo com a temperatura do sistema ou ento com base nos tempos decorridos durante os processos. A FIGURA 22 apresenta em sntese a sequncia de funcionamento do equipamento.

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FIGURA 22 Sequncia de funcionamento do equipamento

Para o controle de temperatura, o sistema faz a leitura do

sensor correspondente, calcula a ao necessria para atingir a temperatura estabelecida atravs do mtodo PID e com o resultado obtido atua no sistema variando a potncia aplicada sobre a resistncia de aquecimento, atravs do mtodo de ciclos inteiros.

O acionamento do misturador feito de acordo com o resultado do clculo PID. Caso a potncia aplicada seja superior a 5%, o sistema envia um sinal para o chaveamento do rel que faz o acionamento do motor do misturador.

Para determinar a concluso de etapas, processos e receitas, o sistema monitora o tempo decorrido aps alcanada cada temperatura estabelecida. Com base neste processamento um novo setpoint assumido, de acordo com a prxima etapa, e em determinadas condies, enviado o sinal lgico para o acionamento dos alarmes sonoros.

H, tambm, procedimentos da receita que devem ser realizados manualmente, como a clarificao, confirmao de ebulio e adio de lpulos. Nestes casos, o sistema aguarda o usurio pressionar o boto correspondente na tela sensvel ao toque para ento continuar a execuo da receita.

Atravs do nico boto fsico do equipamento, o sistema recebe o sinal para ligar e desligar a tela, caso este coincida com o momento em que esta funo possa ser executada.

Na FIGURA 23 apresenta-se o fluxograma do processo realizado durante a execuo de uma receita.

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FIGURA 23 Fluxograma do processo

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Durante a execuo das receitas, necessrio que as informaes do sistema, como por exemplo temperatura e tempo decorrido, sejam apresentadas ao usurio. Assim, desenvolveu-se os layouts de tela para possibilitar a interao com o equipamento, permitindo que o sistema tome algumas aes de acordo com os toques exercidos no display.

Para o desenvolvimento de layouts de telas necessrios para o processo, utilizou-se uma biblioteca disponibilizada pelo fabricante do display, chamada UTFT. Esta contm funes que permitem desenhar retngulos e crculos, configurar tamanho de fonte, cor da fonte e preenchimento, alm de imprimir na tela os textos necessrios.

As cores so definidas atravs do sistema RGB (red, green, blue). O modelo de display aqui utilizado pode exibir uma variedade de 65000 cores atravs da combinao das cores vermelho, verde e azul. Para tanto, deve-se atribuir valores que variam de 0 a 255 para cada uma das componentes. Por exemplo, atribuindo-se o valor de 255 para a componente vermelho, 255 para componente verde e 0 para componente azul, define-se a cor amarela, atravs da funo setColor ou setBackColor.

Para distribuir os elementos no espao da tela, utiliza-se o sistema de coordenadas cartesianas, ou seja, no plano x-y. O display utilizado neste projeto tem o tamanho de 3,2 polegadas, 320x240 pixels. Assim, o plano de coordenadas poder assumir valores de x = 0 e y = 0 at x = 319 e y = 239, conforme visto na FIGURA 24.

FIGURA 24 Sistema de coordenadas para desenho de telas Fonte: http://www.rinkydinkelectronics.com/download.php?f=UTFT.zip.

Acesso em: 30 set. 2014.

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Para desenhar retngulos na tela, indica-se os pontos x e y onde se deseja iniciar o desenho e os seus respectivos pontos finais, ou seja, . Utiliza-se a funo drawRect para desenhar o contorno de um retngulo ou a funo fillRect para uma rea preenchida.

Para crculos deve-se indicar as coordenadas do centro e o raio do mesmo. Assim como no exemplo anterior, h a funo drawCircle para contornos e fillCircle para reas preenchidas.

Para a exibio de textos, deve-se indicar as coordenadas iniciais da primeira letra, utilizando a funo print. H dois tamanhos de fontes possveis: definindo-se como SmallFont cada letra ter o tamanho de 8x12 pixels e para BigFont cada letra ter 16x16 pixels.

H tambm a possibilidade de inserir imagens ou figuras prontas atravs da funo drawBitmap, indicando as coordenadas iniciais e finais e o nome do arquivo salvo.

No exemplo abaixo apresenta-se o cdigo desenvolvido para exibio da tela inicial do sistema.

void telainicial() { // Desenha a Tela Inicial - Incio myGLCD.fillScr(255, 255, 255); // Preenche a tela com cor branca myGLCD.drawBitmap(240, 110, 64, 81, choppbranco); // Insere figura myGLCD.setBackColor(255, 255, 255); // Cor de preenchimento (branco) myGLCD.setFont(BigFont); // Define tamanho da fonte myGLCD.setColor(255, 192, 0); // Define cor da fonte (dourado) myGLCD.print("Sist. Automatico de", CENTER, 10); // Texto myGLCD.print("Mosturacao e Fervura", CENTER, 26); // Texto myGLCD.print("do mosto cervejeiro", CENTER, 42); // Texto drawLinha(1, 8, 319, 8); // Desenha uma linha drawLinha(1, 60, 319, 60); // Desenha uma linha drawBotao2(8, 66, 310, 196); // Funo desenvolvida durante este projeto myGLCD.setColor(92, 92, 92); // Define cor da fonte (cinza) myGLCD.setFont(SmallFont); // Define tamanho da fonte myGLCD.print("Ao iniciar, o sistema", 20, 70); // Texto myGLCD.print("seguira as seguintes etapas", 20, 84); // Texto myGLCD.print("1.Escolha/Edicao da receita", 20, 106); // Texto myGLCD.print("2.Pre-aquecimento", 20, 120); // Texto myGLCD.print("3.Mosturacao", 20, 134); // Texto myGLCD.print("4.Clarificacao", 20, 148); // Texto myGLCD.print("5.Fervura", 20, 162); // Texto myGLCD.print("6.Conclusao", 20, 176); // Texto myGLCD.setColor(255, 192, 0); // Define cor da fonte (dourado) myGLCD.fillRect(90, 200, 230, 232); // Desenha um retngulo preenchido drawBotao2(90, 200, 230, 232); // Funo desenvolvida durante o projeto

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myGLCD.setFont(BigFont); // Define tamanho da fonte myGLCD.setColor(255, 255, 255); // Define cor da fonte (branco) myGLCD.setBackColor(255, 192, 0); // Cor de preenchimento (dourado) myGLCD.print("INICIAR", CENTER, 208); // Texto } // Fim

A funo drawBotao2 no pertence biblioteca citada, foi

elaborada especificamente para este projeto para facilitar o desenvolvimento das telas. Este comando utiliza uma combinao de retngulos com cores de linhas diferentes para criar a impresso de um boto fsico funcional. Os parmetros para sua aplicao so iguais s funes para o desenho de retngulos, ou seja, deve-se indicar as coordenadas iniciais e finais do elemento.

Na FIGURA 25 observa-se a tela gerada a partir deste cdigo.

FIGURA 25 Tela inicial

Para que o sistema interprete os toques em sua superfcie

necessrio a utilizao da biblioteca UTouch. Durante a execuo do programa, a funo read faz a leitura de toda a rea da tela a fim de receber os sinais de um toque e, ao receber estes sinais, as funes getX e getY coletam as coordenadas do ponto pressionado.

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Para que o sistema tome aes a partir de um toque na tela necessrio indicar a rea de um eventual boto. Ao receber sinais de um toque nesta regio o programa entrar em uma condio para realizar a ao programada.

No exemplo abaixo apresenta-se a programao de aes para a tela inicial do sistema.

void loop() { while (true) { . . . if (myTouch.dataAvailable()) { myTouch.read(); x = myTouch.getX(); y = myTouch.getY(); switch (flag) { case 0: // Tela Inicial ------------------------------------------ if ((x>=90) && (x=200) && (y

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boto pressionado. Os trs pontos em linhas sequenciais indicam supresso de cdigo.

3.5 Interface Homem Mquina

A interface para configurao e acompanhamento dos processos foi implementada atravs de uma tela sensvel ao toque de 3,2 polegadas, controlada pelo Arduino Mega 2560.

Com os conhecimentos obtidos acerca da produo artesanal de cerveja, desenvolveu-se atravs da programao no Arduino as interfaces necessrias para os processos.

A tela inicial exibe as informaes bsicas do sistema e o boto principal para iniciar a configurao das receitas. Os procedimentos necessrios para a inicializao do sistema so apresentados no momento em que o equipamento entra em operao, a fim de guiar os usurios que ainda no esto habituados com o mesmo. Na FIGURA 26 apresenta-se a interface inicial do sistema.

FIGURA 26 Tela inicial

A interface para seleo e configurao das receitas, apresentada na FIGURA 27, exibe os parmetros de temperatura e tempo conforme configurado pelo usurio. Botes alternam a exibio dos parmetros entre os processos de mosturao e

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fervura. Cinco receitas podem ser editadas, cada uma com sete etapas. O sistema salva as edies feitas em cada receita para que possam ser exibidas na prxima inicializao. Para o caso da mosturao, ao lado das etapas apresentada o tempo em minutos da rampa para se atingir a prxima etapa.

FIGURA 27 Tela de seleo de receitas

Para o processo de fervura, apresentado o tempo de

permanncia e adio dos lpulos, conforme FIGURA 28.

FIGURA 28 Tela de seleo de receitas

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Estando selecionado o boto Mosturao, ao pressionar o boto Editar o usurio tem acesso tela mostrada na FIGURA 29, onde poder alterar os parmetros da receita de mosturao.

FIGURA 29 Editando a mosturao

Para cada etapa deve ser atribudo um valor de

temperatura que se deseja atingir e o tempo em que o sistema manter a temperatura escolhida. O usurio pode alterar qualquer etapa aleatoriamente tocando no campo correspondente ou avanar por cada parmetro atravs do boto

-se restries para que a temperatura da etapa selecionada no seja inferior a temperatura anterior e nem superior a temperatura seguinte, haja vista que a diminuio da temperatura no meio do processo compromete o resultado final da cerveja produzida. Os campos de rampa so calculados e preenchidos automaticamente conforme a edio da temperatura de cada etapa. O incremento pode ser feito com uma ou cinco unidades, conforme escolhido na caixa seletora. O boto Zerar torna a etapa selecionada e as seguintes sem efeito para o sistema.

Ao trmino da configurao, o boto Ok salva a receita editada. J o boto Cancel descarta as edies feitas e o sistema volta a exibir os parmetros salvos anteriormente.

Selecionando o boto Fervura/Lpulos, o usurio pode edi-tar os parmetros deste processo conforme visto na FIGURA 30.

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