Relatório Final PDI - Universidade do Porto

FACULDADE DE E NGENHARIA DA U NIVERSIDADE DO P ORTO
Monitorização de uma Máquina de
Cerveja
João Manuel Carvalho da Silva Corrêa
Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Orientador: Joaquim Gabriel Mendes
Junho de 2013
© João Corrêa, 2013
Abstract
Atualmente a UNICER tem cerca 60 000 máquinas de distribuição de cerveja instaladas em
restaurantes, bares e discotecas em todo o país. Contudo, para além da informação que recebe do
revendedor, não dispõe de uma contabilização dos consumos de cerveja em cada um dos pontos
de venda, o que limita bastante uma gestão eficiente dos recursos.
Com este projeto pretende-se implementar e testar três soluções distintas, sendo elas a monitorização recorrendo a um caudalímetro ultrassónico, um caudalímetro eletrónico e por último
um potenciómetro, de modo a encontrar uma solução de baixo custo que permita um registo dos
consumos efetuados nas máquinas.
i
ii
Conteúdo
1
.
.
.
.
1
1
1
2
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3
3
3
4
5
6
6
9
9
10
11
11
11
12
3
Metodologia
3.1 Cenários Experimentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Hardware/Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Análise de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
13
14
14
4
Plano de Trabalhos
15
5
Conclusões
17
2
Introdução
1.1 Contexto . . . . . . . . .
1.2 Motivação . . . . . . . .
1.3 Objetivos . . . . . . . .
1.4 Estrutura do Documento
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Estado da Arte
2.1 A cerveja . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 Contextualização histórica
2.1.2 Produção . . . . . . . . .
2.1.3 Máquina de extração . . .
2.2 Caudalímetro . . . . . . . . . . .
2.2.1 Caudalímetro Ultrassónico
2.2.2 Caudalímetro Eletrónico .
2.3 Potenciómetro . . . . . . . . . . .
2.4 Arduino . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Arduino Uno . . . . . . .
2.4.2 Ethernet Shield . . . . . .
2.4.3 Display . . . . . . . . . .
2.5 Discussão . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Referências
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
19
iii
iv
CONTEÚDO
Lista de Figuras
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
Exportação de cerveja por país [4] . . . . . . . . . . . . . .
Máquinas de extração [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Circuito eletrónico a implementar . . . . . . . . . . . . . .
Princípio de funcionamento do caudalímetro ultrassónico [8]
Caudalímetro Eletrónico [10] . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potenciómetro linear [10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potenciómetro com carga resistiva . . . . . . . . . . . . . .
Board Arduino Uno [13] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ethernet Shield [13] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LCD 20x2 [13] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
5
6
7
9
9
10
11
11
12
3.1
Cenários Experimentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
4.1
Diagrama de Gantt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
v
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
vi
LISTA DE FIGURAS
Lista de Tabelas
2.1
Velocidade de propagação do som na água em função da temperatura [8] . . . . .
vii
7
viii
LISTA DE TABELAS
Abreviaturas e Símbolos
a.C.
CO2
d.C.
I/O
LCD
PWM
USB
ºC
Antes de Cristo
Dióxido de Carbono
Depois de Cristo
Input & Output
Liquid-Crystal Display
Pulse-Width Modulation
Universal Serial Bus
Grau Celsius
ix
Capítulo 1
Introdução
1.1
Contexto
A cerveja é uma bebida alcoólica, de sabor amargo, com gás, na maioria dos casos servida
fria. Produzida a partir de uma mistura de cereais acredita-se que se trate da primeira bebida alcoólica alguma vez produzida. Historicamente, a cerveja já era conhecida pelos antigos sumérios,
egípcios, mesopotâmios e ibéricos, remontando, pelo menos, a 6000 a.C. [1].
Para ser produzida, os cereais atravessam uma série de etapas: moagem, brassagem, filtração e
ebulição do mosto, fermentação, maturação, estabilização e clarificação [2]. Depois de concluído
o processo, a cerveja é armazenada, para uma posterior distribuição, em latas, garrafas e barris.
Por uma questão de facilidade, o público alvo da área não comercial tem preferência pelas duas
primeiras opções, sendo os barris utilizados, quase na sua totalidade, em bares, restaurantes e
discotecas.
A Unicer é a maior empresa de Bebidas a operar em Portugal, não só nos negócios de cervejas
e águas, onde detém uma posição de extrema relevância, mas também na área dos refrigerantes,
vinhos, produção e comercialização de malte. Conta com cerca de 1500 colaboradores, sendo
detentora de 10 estabelecimentos de captação, produção, engarrafamento, vendas e operações.
Trata-se de uma empresa detida pelo Grupo VIACER (BPI, Arsopi e Violas) e pelo grupo
Carlsberg, sendo que 56% do capital é português [2].
1.2
Motivação
Numa época em que a palavra “crise” faz parte do nosso quotidiano, os mercados já implementados lutam para que as suas percentagens de venda não diminuam acentuadamente, procurando
soluções para a redução de custos desnecessários. Uma das falhas no negócio da cerveja tem a ver
com a não existência de controlo dos consumos em cada máquina de extração, impossibilitando
uma gestão eficaz do fornecimento e manutenção dos equipamentos instalados.
1
2
Introdução
Não olhando a custos, a solução que melhor se enquadraria seria a implementação de um
caudalímetro ultrassónico mas, como sabemos, cada cêntimo é importante, sendo fundamental
ponderar alternativas.
A utilização de um caudalímetro electrónico ou de um potenciómetro na torneira de extração
são hipóteses a ter em conta uma vez que a relação qualidade/preço, para estas situações, parece
vantajosa.
Sendo esta uma área com falta de soluções viáveis, o desafio será, pois, o de encontrar a melhor
resposta para esta problemática.
1.3
Objetivos
O objetivo desta dissertação é estudar e implementar uma solução que permita contabilizar o
volume de cerveja que atravessa a torneira de extração.
Para o atingir, devem ser tidos em conta os seguintes objetivos específicos:
• Analisar soluções similares existentes no mercado;
• Desenvolver uma solução de baixo custo que permita a leitura dos consumos;
• Testar a solução em laboratório e numa instalação real.
1.4
Estrutura do Documento
Este documento está organizado da seguinte forma: No Capítulo 2 apresentam-se diversas
formas de controlo de fluxo passíveis de adaptar a esta situação. O Capítulo 3 providencia a
metodologia a seguir para atingir os objetivos deste trabalho. No Capítulo 4 é descrito o plano de
trabalhos da dissertação. Finalmente, o Capítulo 5 apresenta as conclusões obtidas.
Capítulo 2
Estado da Arte
2.1
2.1.1
A cerveja
Contextualização histórica
Produzida desde o ano 6000 a.C, os documentos mais antigos datam de 2600 a 2350 a.C.
[1]. Desta época foram encontradas menções a Ninkasi, deusa da cerveja para os Sumérios. Na
Babilónia os arqueólogos descobrem que já se produziam diferentes tipos de cerveja a partir da
junção de plantas, aromas e mel.
Mais recentemente, no Egito, segundo o escritor grego Ateneu de Náucratis (sec. III d.C.),
a cerveja era produzida para ajudar os mais pobres pois não dispunham de possibilidades económicas para consumir vinho. Ramsés III, faraó entre 1184 e 1153 a.C. foi apelidado de faraócervejeiro após a doação, aos sacerdotes do Templo de Amon, um milhão de litros de cerveja das
suas produções.
A cerveja era a bebida preferida dos romanos, até que, durante a República Romana, o vinho
fez com que esta fosse considerada uma bebida bárbara.
Na idade média inúmeros monges utilizavam mírica, sálvia, gengibre, louro, rosmarinho e
lúpulo para a sua produção. A introdução do lúpulo é atribuída aos monges do Mosteiro de San
Gallo, na Suíça, como forma de preservação, sendo o processo de fermentação ainda desconhecido
[3].
Hoje em dia a cerveja é mundialmente conhecida, produzida e consumida em quase todos os
países. Destaque para os Países Baixos, México e Alemanha que, tal como ilustrado na figura 2.1,
são os principais exportadores.
3
4
Estado da Arte
Figura 2.1: Exportação de cerveja por país [4]
2.1.2
Produção
O primeiro passo para a produção de uma cerveja é a elaboração do mosto. Esta etapa é
dividida nas seguintes fases:
• Moagem - O malte é moído até se obter uma farinha espessa, sendo os restantes cereais não
maltado moídos até se obter a espessura adequada;
• Brassagem - À farinha obtida na moagem é então adicionada água de forma a produzir-se
o mosto ideal para a cerveja em questão. As moléculas de amido e proteínas são decompostas em estruturas mais básicas. Este processo demora entre duas a quatro horas, a uma
temperatura que ronda os 75ºC;
• Filtragem do mosto - O mosto é então separado da parte insolúvel (drêche, utilizado para
alimentar o gado);
• Ebulição do mosto - Esta etapa serve para eliminar substâncias indesejáveis, esterilizar e
fixar a concentração final do mosto.
O segundo passo tem a ver com a fermentação. Aqui, os açucares são convertido, graças à
levedura, em álcool e dióxido de carbono. A levedura é adicionada ao mosto arrefecido e saturado
em oxigénio. Este processo tem a duração aproximada de 7 dias, estado pronto quando a levedura
assenta no fundo do tanque.
A maturação corresponde ao período onde se libertam as últimas substâncias voláteis indesejáveis. A cerveja é estabilizada a uma temperatura entre os 0ºC e os 2ºC.
Por último a clarificação torna a cerveja límpida. O líquido atravessa um último filtro antes
de ser armazenada e distribuída [2].
2.1 A cerveja
2.1.3
5
Máquina de extração
Independentemente da marca ou tamanho, todas as máquinas (figura 2.2) são constituídas
pelos seguintes componentes:
• Botija de CO2 ;
• Regulador de CO2 ;
• Tubagens (para a cerveja bem como para o CO2 );
• Barril;
• Torneira;
• Sistema de refrigeração.
Aplicando pressão no barril proveniente da botija de CO2 , a cerveja é extraída e conduzida
até à torneira através da tubagem. Entre a botija e o barril encontra-se o regulador, instrumento
utilizado para controlar a pressão a que o barril se encontra sujeito [5].
A tubagem responsável pela condução da cerveja encontra-se enrolada, em forma de serpentina que, em contacto com a água gelada existente dentro da máquina, arrefece o fluído antes da
sua libertação através da torneira. Um manípulo permite ao consumidor controlar a extração da
cerveja bem como a adição de espuma caso seja necessária.
Uma das vantagens da utilização de uma máquina é o facto de se conseguir extrair uma cerveja
fresca em qualquer altura. Na grande maioria das cervejas, a sua temperatura ideal varia entre
os 2,2ºC e os 4,4ºC. A medição da temperatura pode ser realizada de várias maneiras, algumas
máquinas poderão, eventualmente, possuir um termómetro embutido mas, de um modo geral, a
solução mais prática passa por colocar um termómetro num copo após a tiragem da cerveja. Para
garantir a qualidade do produto, após a abertura de um barril, é conveniente o seu consumo num
prazo máximo de 5 dias [5].
Figura 2.2: Máquinas de extração [6]
Tratando-se a cerveja de um “organismo vivo”, exige alguns cuidados de higiene e manutenção. Regularmente as tubagens necessitam de ser sujeitas a uma limpeza recorrendo a um produto
específico de higienização, prevenindo assim a alocação de bactérias ao longo das mesmas. É
necessário também ter em atenção que a limpeza não deve ser realizada utilizando água muito
6
Estado da Arte
quente pois pode danificar algum elemento e fazer com que a tiragem não seja realizada da melhor
maneira.
Em relação ao CO2 , a botija deve ser verificada regularmente para garantir que não existam
fugas ou que a mesma se encontre vazia, fazendo com que a pressão diminua e a cerveja não
possua o gás necessário para uma boa apreciação da mesma.
A figura 2.3 ilustra o circuito eletrónico a incorporar na máquina de extração, no âmbito desta
dissertação.
Figura 2.3: Circuito eletrónico a implementar
2.2
Caudalímetro
O caudalímetro é um instrumento de medição do caudal de um fluído [7]. Colocado nas
tubagens que o transportam o fluído, existem diferentes variedades: mecânicos, eletrónicos e ultrassónicos. De modo a permitir uma leitura mais correta, o caudalímetro deve ser calibrado para
o tipo de fluído em uso. No caso da cerveja a sua calibração será dificultada devido à mistura
gás/líquido deste fluído.
Nas seguintes subsecções será dada enfase às variantes ultrassónica e eletrónica devido às suas
aplicações práticas irem de encontro à problemática desta dissertação.
2.2.1
Caudalímetro Ultrassónico
O caudalímetro ultrassónico tem como princípio de funcionamento a emissão/receção de ondas
ultrassónicas (ondas com frequência acima de 20 kHz, limite superior percetível ao ser humano).
Estas ondas podem ser contínuas ou formadas por uma série de impulsos de curta duração, que se
propagam com uma determinada velocidade v, variável, influenciada pela temperatura e densidade
do líquido que atravessa [8]. A tabela 2.1 representa a variação da velocidade de propagação do
som na água em função da temperatura.
Um dos modelos mais comuns é o caudalímetro ultrassónico tubular (spool ultrassonic flowmeter), assim designado em virtude do tipo de trajeto único. Possui apenas um par de transdutores
ultrassónicos idênticos, com faces frente-a-frente, alinhados obliquamente e em contacto com o líquido, dispondo cada um deles de um elemento piezoeléctrico que funciona alternadamente como
emissor e recetor de ondas ultrassónicas.
2.2 Caudalímetro
7
Tabela 2.1: Velocidade de propagação do som na água em função da temperatura [8]
Temperatura
(ºC)
5
10
15
20
25
30
Velocidade do som
na água (m/s)
1426
1447
1466
1482
1497
1509
O respectivo princípio de transdução, baseia-se no tempo de propagação, ou seja, no tempo
que a onda mecânica demora a chegar do transdutor emissor ao transdutor recetor.
A esquematização do princípio de funcionamento está representada na figura 2.4.
Figura 2.4: Princípio de funcionamento do caudalímetro ultrassónico [8]
L f simboliza a distância total a percorrer pela onda entre os dois transdutores; L é a secção de
L f que se encontra no interior do tubo, por vezes apelidada de comprimento de interrogação. Esta
distância pode ser calculada através da seguinte equação:
L=
D
sinϕ
(2.1)
Partindo do pressuposto de que em L f −L , isto é, as reentrâncias entre os transdutores e o tubo
de medição, o líquido se encontra em repouso, consideramos que a velocidade de propagação da
onda é c. Relativamente ao trajeto L é necessário considerar a influência do escoamento, podendo
assim dividir o problema em duas situações:
• T1 → T2 (propagação para jusante):
c1 = c +Up cosϕ
(2.2)
8
Estado da Arte
• T2 → T1 (propagação para montante):
c2 = c −Up cosϕ
(2.3)
Em ambas equações, Up trata-se da velocidade média de escoamento no trajeto em questão.
Os tempos de propagação referentes aos casos apresentados podem ser traduzidos através de:
t1 =
L
c +Up cosϕ
(2.4)
t2 =
L
c −Up cosϕ
(2.5)
L∆t
2cosϕt1t2
(2.6)
e
das quais se conclui que
Up =
com ∆t = t2 − t1
No caso do caudal ser nulo temos Up = 0 e t1 = t2 = t0 . Da relação entre as equações 2.1, 2.4
e 2.5 tem-se que:
c=
D
t0 sinϕ
(2.7)
O caudalímetro ultrassónico de trajeto único mede, indirectamente, a velocidade média ao
longo do percurso acústico Up e não a velocidade média de escoamento U. Para a sua determinação, Up é multiplicado por um fator de correção da distribuição de velocidades k p , dependente do
número de Reynolds do escoamento primário do caudalímetro. Assim sendo tem-se que:
kp =
1
1, 12 − 0, 011logRe
que, relacionada com a equação 2.6 dá origem a:
(2.8)
2.3 Potenciómetro
9
U = kp
L∆t
2cosϕt1t2
(2.9)
Caudalímetros com dois ou mais trajetos acústicos utilizam técnicas para a determinação de U
através dos diferentes valores de Up (um por trajeto), reduzindo os erros de aproximação [8].
2.2.2
Caudalímetro Eletrónico
O caudalímetro eletrónico (figura 2.5) é constituído por uma turbina, transversal à direção de
circulação do fluxo do fluído que o atravessa. Num dos extremos da turbina existe um íman que,
ao girar, gera um campo magnético variável, detetado por um sensor de efeito de campo magnético
(sensor de efeito Hall). Após a deteção, um circuito eletrónico converte o campo em impulsos,
sendo estes transmitidos através de um cabo. A ocorrência de cada impulso varia com a velocidade
da turbina, sendo esta proporcional à velocidade de deslocamento do fluído, correspondendo a cada
um deles um determinado volume V , tornando assim possível o cálculo do fluxo [9].
Figura 2.5: Caudalímetro Eletrónico [10]
2.3
Potenciómetro
O potenciómetro (figura 2.6) é um componente eletrónico com a caraterística de possuir uma
resistência elétrica variável com a posição do eixo.
Figura 2.6: Potenciómetro linear [10]
Com três terminais, um filamento resistivo e um elemento rotativo, pode operar como uma
simples resistência de valor variável (se utilizados dois dos três terminais), bem como um divisor
10
Estado da Arte
de tensão (utilizando os três terminais). Raramente utilizado para controlar diretamente potências
superiores a 1W, o potenciómetro é usado no dia-a-dia para regular sinais analógicos, bem como
para controlar as entradas dos circuitos eletrónicos [11].
Tal como mencionado anteriormente, o potenciómetro pode ser utilizado como divisor de tensão (figura 2.7), sendo assim possível variar a tensão de saída VL a partir de uma tensão de entrada
fixa VS aplicada entre dois dos três terminais existentes.
Figura 2.7: Potenciómetro com carga resistiva
A diferença de potencial entre os terminais da resistência de carga RL traduz-se através da
seguinte equação:
VL =
R2 RL
VS
R1 RL + R2 RL + R1 R2
(2.10)
Se o valor de RL for muito superior aos valores das restantes resistências, a equação 2.10 pode
ser simplificada, obtendo a aproximação:
VL =
R2
VS
R1 + R2
(2.11)
Uma das vantagens da utilização de potenciómetros como divisores de tensão é a possibilidade
de fazer variar o valor da tensão VL entre 0 V e VS [12].
2.4
Arduino
Arduino é uma plataforma de hardware open source baseada numa placa composta por um
microprocessador Atmel AVR e portas de entrada/saída. Programado mediante o uso de uma
linguagem própria, é possível utilizar inúmeras opções alternativas, sendo as mais populares Java
e C/C++/C# [13].
Com várias versões dependendo essencialmente da capacidade de processamento do microcontrolador bem como do número de portas de I/O, é possível integrar diversos acessórios (shields) - placas de circuitos integrados fixadas no topo do dispositivo. Estas expansões permitem
a integração de funções específicas desde o controlo de servo-motores até sistemas de redes sem
fios.
2.4 Arduino
2.4.1
11
Arduino Uno
O Arduino Uno (figura 2.8) é uma placa que integra um microcontrolador ARmega328. Possui
14 pinos digitais, dos quais 6 podem ser usados como saídas PWM, 6 pinos analógicos, ligação
USB, entrada para fonte de alimentação e um botão de reset. ”Uno” significa ”um” em italiano e
simboliza o lançamento da versão 1.0 do Arduino. Esta placa é a versão de referência [13].
Figura 2.8: Board Arduino Uno [13]
2.4.2
Ethernet Shield
O Arduino Ethernet Shield (figura 2.9) permite não só a ligação de uma placa Arduino à
Internet, com uma velocidade máxima de 100Mb/s, bem como a leitura/escrita de informação em
cartões de memória. É baseado no chip Wiznet W5100, possui uma entrada RJ-45 bem como um
leitor de cartões microSD [13].
Figura 2.9: Ethernet Shield [13]
2.4.3
Display
Um LCD (figura 2.10), do inglês liquid crystal display, é um painel usado para exibir informações, como texto, imagens e vídeos. Consiste num líquido polarizador de luz, eletricamente
controlado, que se encontra entre duas lâminas transparentes polarizadoras [14]. Com um determinado número de caracteres por linha, e diversas linhas disponíveis, é facilmente integrado
com qualquer placa Arduino, sendo assim possível visualizar informações em tempo real sem a
necessidade de um computador.
12
Estado da Arte
Figura 2.10: LCD 20x2 [13]
2.5
Discussão
Neste capítulo apresentam-se as soluções, viáveis, existentes no mercado, passíveis de adaptar
à monitorização dos consumos de uma máquina de extração de cerveja. A comparação entre os
caudalímetros ultrassónico e eletrónico e o potenciómetro revela alguns prós e contras:
• Num plano teórico, a utilização de um caudalímetro ultrassónico para monitorizar o volume
de extração seria o mais indicado pois a sua precisão é muito superior relativamente às
restantes soluções apresentadas. Tratar-se-ia, também, da solução mais viável não só, devido
à sua instalação ser relativamente simples, mas também porque, a cerveja no decorrer do seu
trajeto não encontraria nenhum obstáculo, evitando assim a produção de espuma. No que diz
respeito a um cenário prático, esta não é uma opção viável pois trata-se de um componente
cujo valor ronda os 400 euros [10], o que levaria a que o preço de custo da máquina de
extração duplicasse;
• Relativamente à utilização de um caudalímetro eletrónico, o fator preço não é impeditivo
pois o seu valor ronda os 10 euros [10]. A sua instalação é, em tudo, semelhante à do
caudalímetro ultrassónico. A sua precisão é mais baixa e contrariamente à primeira solução
apresentada, esta opção insere um obstáculo mecânico ao trajeto da cerveja, podendo assim,
dependendo do local de instalação, levar à produção de espuma;
• Por último, apesar das suas limitações, é possível inserir um potenciómetro na torneira de
extração e, de um modo experimental, definir valores volumétricos por unidade de tempo a
diferentes posições de abertura da torneira. Apesar do seu preço rondar os 2 euros [10], a
instalação pode vir a tornar-se difícil pois será necessário alterar a estrutura da torneira.
Como podemos ver, cada tecnologia possui as suas próprias vantagens e desvantagens. Será
interessante estudar e testar todas as soluções apresentadas. Contudo, devido à discrespância de
preços, a primeira opção será testada apenas como valor de referência face às restantes.
Capítulo 3
Metodologia
Este capítulo apresenta a metodologia prosposta bem como a descrição dos passos a seguir
durante o desenvolvimento deste estudo científico.
Após a revisão do estado da arte e o estudo dos componentes utilizados para a medição do caudal numa tubagem, serão realizadas experiências para testar a performance das diferentes soluções
apresentadas.
3.1
Cenários Experimentais
Tal como demostrado na figura 3.1 existem 3 cenários experimentais a ter em questão. Os testes realizados nos diferentes cenários são iguais pois os problemas já apresentados são os mesmos.
Nos casos 3.1a e 3.1b, os caudalímetros serão instalados na tubagem que conduz a cerveja entre o
barril e a torneira. Serão testadas diferentes localizações tendo em conta o grau de dificuldade de
instalação, espaço dentro da máquina e principalmente a ocorrência, ou não, de espuma.
(a) Caudalímetro Ultrassónico
(b) Caudalímetro Eletrónico
(c) Potenciómetro
Figura 3.1: Cenários Experimentais
No caso 3.1c, o potenciómetro será acoplado ao manípulo da torneira, de modo a que, consoante o grau de abertura da mesma, o valor da resistência altere, possibilitando desta forma relacionar determinados pontos de funcionamento do potenciómetro com o volume de cerveja que
atravessa a torneira.
13
14
Metodologia
3.2
Hardware/Software
Como foi descrito no Capítulo 2 utilizar-se-á um caudalímetro ultrassónico, um caudalímetro
eletrónico e um potenciómetro ligados diretamente à placa Arduino Uno. Os resultados obtidos
serão mostrados em tempo real num display e guardados no cartão de memória para futura análise
e comparação.
3.3
Análise de Resultados
Finalmente, durante as experiências, o programa irá, periodicamente, adquirir e guardar os
resultados. Numa fase posterior os resultados são processados e analisados. Estes serão comparados entre si e os valores práticos obtidos manualmente aquando das extrações. O objetivo é o de
comparar a performance das várias soluções para uma posterior implementação em cenários reais.
Capítulo 4
Plano de Trabalhos
Neste capítulo será apresentado o plano de trabalhos a desenvolver durante o próximo semestre
para que todos os objetivos definidos no Capítulo 1 sejam alcançados.
O diagrama de Gantt é apresentado na figura 4.1.
Figura 4.1: Diagrama de Gantt
O plano, bem como o número de semanas estimado para a realização de cada tarefa, é o
seguinte:
• 09/09 a 22/09 Planeamento das experiências - 2 semanas;
• 23/09 a 06/10 Implementação: Caudalímetro ultrassónico - 2 semanas;
• 07/10 a 13/10 Análise de resultados - 1 semana;
• 14/10 a 27/10 Implementação: Caudalímetro eletrónico - 2 semanas;
• 28/10 a 03/11 Análise de resultados - 1 semana;
15
16
Plano de Trabalhos
• 04/11 a 24/11 Implementação: Potenciómetro - 3 semanas;
• 25/11 a 01/12 Análise de resultados - 1 semana;
• 02/12 a 15/12 Comparação de resultados - 2 semanas;
• 16/12 a 22/12 Teste da solução escolhida am ambiente real - 1 semana;
• 23/12 a 29/12 Análise de resultados - 1 semana
• 30/12 a 26/01 Produção escrita do relatório final - 4 semanas.
Capítulo 5
Conclusões
Esta dissertação surge no âmbito da monitorização dos consumos numa máquina de extração
de cerveja, tendo como objetivo principal de encontrar uma solução, de baixo custo, que possa
ser instalada na máquina. Este relatório visa o estudo preliminar realizado no âmbito da Unidade
Curricular "Preparação da Dissertação".
Após uma revisão do estado da arte foi possível concluir que este tópico se encontra envolvido
numa série de problemas de investigação. Toda a pesquisa elaborada até hoje não se relaciona
diretamente com este tipo de monitorização, sendo assim necessário adaptar uma das soluções já
existentes no mercado para o problema apresentado.
Com base no estudo apresentado no estado da arte foi possível definir uma metodologia experimental, não só incluindo cenários de teste, mas também todo o hardware e software necessários
para o efeito.
Finalmente foi proposto um plano de trabalhos, composto por uma lista de tarefas a cumprir
durante o 1º semestre do ano letivo de 2013/14 para ser assim possível atingir todos os objetivos
definidos anteriormente.
Com o trabalho desenvolvido durante a Unidade Curricular ”Preparação da Dissertação” foi
possível contactar diretamente com as soluções de medição de caudal, bem como os seus problemas e desafios. Foi também possível determinar os prós e contras das soluções propostas para que,
num trabalho futuro, seja mais fácil o envolvimento com as mesmas.
17
18
Conclusões
Referências
[1] T. W. Young.
Encyclopedia britannica. URL: http://www.britannica.com/
EBchecked/topic/58378/beer [último acesso em Junho de 2013].
[2] Unicer. URL: http://www.unicer.pt [último acesso em Junho de 2013].
[3] Sindicato nacional da indústria da cerveja. URL: http://www.sindicerv.com.br/
acerveja.php [último acesso em Junho de 2013].
[4] R Haussmann e Cesar Hidalgo. The observatory of economic complexity. URL: http:
//atlas.media.mit.edu/ [último acesso em Junho de 2013].
[5] The
modern
kegerator.
URL: http://www.kegerators.com/articles/
the-modern-kegerator.php [último acesso em Junho de 2013].
[6] Fap - federação académica do porto. URL: http://www.fap.pt [último acesso em Junho
de 2013].
[7] Dicionário priberam. URL: http://www.priberam.pt [último acesso em Junho de
2013].
[8] J. D. Henriques, J. C. Palma, e A. S. Ribeiro. Medição de caudal em sistemas de abastecimento de água e de saneamento de águas residuais urbanas. Relatório técnico, Laboratório
Nacional de Engenharia Civil e Instituto Regulador de Águas e Resíduos, Maio 2007.
[9] A. J. Holman. Experimental methods for engineers. McGraw-Hill, 2001.
[10] Aquário. URL: http://www.aquario.pt [último acesso em Junho de 2013].
[11] Ieee 100 the authoritative dictionary of ieee standards terms seventh edition. IEEE Std 1002000, páginas –, 2000. doi:10.1109/IEEESTD.2000.322230.
[12] Eberhard Sengpiel.
Voltage divider.
URL: http://www.sengpielaudio.com/
calculator-voltagedivider.htm [último acesso em Junho de 2013].
[13] Arduino. URL: http://www.arduino.cc/ [último acesso em Junho de 2013].
[14] H. Kawamoto. The history of liquid-crystal displays. Proceedings of the IEEE, 90(4):460–
500, 2002. doi:10.1109/JPROC.2002.1002521.
19