Control automático con lógica difusa de la producción de cerveza
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1. Es all donde las micro y peque as empresas MYPES entran a tallar para crear peque os m dulos de producci n de cerveza enfocados al consumo por parte de turistas nacionales y extranjeros que buscan productos ex ticos cuando visitan una determinada ciudad Las MYPES vienen mostrando dinamismo sobre la econom a de nuestro pa s constituy ndose en la base empresarial m s importante por la generaci n de empleo Huam n 2009 Un artesano con pocos conocimientos tecnol gicos sobre reacciones enzim ticas microbiolog a etc podr a obtener una cerveza casera con caracter sticas estables de calidad mediante un control autom tico y con una inversi n relativamente baja s lo necesitar a una tarjeta de adquisici n de datos y un ordenador computadora Para la elaboraci n de cerveza los principales par metros a tener en cuenta son la temperatura y el tiempo sin dejar de mencionar que en ello tambi n se debe realizar otras mediciones pH densidad etc en el transcurso del proceso El manejo de temperatura en la elaboraci n de cerveza en general mejora la presencia de componentes vol tiles y arom ticos mejorando el sabor de la cerveza Mart nez 2002 126 En muchos procesos industriales los m todos convencionales de control autom tico muchas veces no son lo m s adecuados debido a que estos requieren un conocimiento estricto de la relaciones de entrada y salida del proceso Universidad P2. Kirk R Sawyer R Egan H 2000 Composici n y An lisis de los Alimentos Segunda Edici n Compa a Editorila S A M xico Lira J Tapia V 2007 Robot de Mini Sumo Basada en Control Difuso 8 Congreso Iberamericano de Ingenier a Mec nica Disponible en http www ctrl cinvesta mx coordinacion informesactivdca infactiv 2007 pdf Mart nez D 2002 Elaboraci n de Cerveza Asignatura Bebidas Disponible en http www emagister com uploads_courses Comunidad_Emagister_48282_48281 p df Marulanda J Barco M L pez J 2008 Control Inteligente De Un Reactor Qu mico Grupo de Percepci n y Sistemas Inteligentes Universidad del Valle Cali Valle Colombia Disponible en http objetos univalle edu co files Control_inteligente_de_un_reactor_quimico pdf M ndez Z Villegas P 2005 Los Sistemas Difusos como Herramienta de Modelaci n de la Producci n Frut cola Disponible en http www compelect com co otros diamatlab 2005 ResumenL ogicaDifusa doc National Instruments 2009 Manual de usuario Introducci n a LabVIEW 137 Puig L 2008 Conceptos Avanzados de Seguridad L gica Difusa RADWARE antivirus Disponible en http www cesca es promocio congressos radware Logic aDifusaTecnica pdf Sanz A 2001 L gica Borrosa Incidencia en las Aplicaciones Industriales Espa a Disponible en http www cps unizar es te Publicaciones_archivos AE I96P pdf Silva J 2007 Cerveza Producci n Universi
3. Se control adecuadamente en sus etapas de maceraci n y cocci n los actuadores electrov lvulas 5 bombas 2 calefactores 3 y un agitador empleando un tiempo aproximado de 4 horas La cerveza obtenida mediante el control autom tico con l gica difusa en las etapas de maceraci n y cocci n tuvo las siguientes caracter sticas densidad de 0 98 g cm pH de 3 9 acidez total expresada como cido l ctico de 0 87 grado alcoh lico de 6 2 GL y porcentaje de CO de 0 91 p v Palabras clave Control autom tico l gica difusa cerveza artesanal maceraci n cocci n de malta Abstract The process of home made beer production in the malt maceration and cooking stages was controlled automatically with fuzzy logic across different performers considering the time and temperature of the process using 2009LabVIEW The equipment was mainly composed of three 20 L capacity stainless steel containers water supply maceration and cooking an additional hops container a data acquisition card PIC 16F877a micro controller three LM35 temperature sensors and 11 on off type performers which were governed by a total of 47 Mandan1 type fuzzy rules with trapezoidal membership functions using the method of center area for the defuzzification The performers electrovalves 5 pumps 2 heaters 3 and a stirrer in approximately 4 hours were adequately controlled in their early maceration and cooking stages The beer obtained by automatic control
4. FERMENTADOR INTERCAMBIADOR DE CALOR Figura 13 Diagrama de distribuci n de equipos y de las operaciones automatizadas La tarjeta de adquisici n de datos const de 3 salidas para sensores sensoresLM33 y 11 rel s para actuadores Figura 14 Energ a 5 V Puerto serial Rel s 30 A Rel s 10 A Cables LM 35 Figura 14 Tarjeta de adquisici n de datos y tarjetas de control de actuadores En la programaci n de LabVIEW el panel frontal qued como se muestra en la Figura 132 15 en donde en la parte izquierda se muestra la elecci n de puerto serial los tiempos de cada operaci n secuencial y en su parte superior derecha la grafica para observar el comportamiento de las temperaturas en los tanques Asimismo la tarjeta de adquisici n de datos y sus respectivas tarjetas de rel s se dispusieron en la parte superior derecha del estante Los calefactores H1 H2 y H3 son hornillas el ctricas de 3 kW y se hallan en la parte inferior de cada tanque Los sensores de temperatura LM35 se dispusieron en el interior de cada tanque Los sensores de temperatura LM33 son integrados cuya lectura est en funci n de su voltaje le do Baldor Electric Company 1996 M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 VI TESIS 13 03 10 vi Front Panel Ele Edt yew Project Operate Tools Window Help OI a e a GRAFICADOR Selector de puerto serial VISA PUERTO SERIAL zj Jo ki Jo Re do 3 do E
5. Jo B Fo t6 do M do qe Jo 9 Jo t10 Lo Ho ti J RS 4 nO PR A0 Ubicaci n de los sensores de temperatura tis E oT ambiente e o n ddion es oo 1 SUB FAP LUEN i 9 o pi Indicador de AA a temperatura tanque dosificador macerador y de cocci n Figura 15 Panel frontal del proceso de producci n de cerveza controlado por l gica difusa maceraci n cocci n 3 Resultados y discusi n La cerveza obtenida mostr una apariencia algo turbia caracter stico de una cerveza artesanal Toda cerveza debe presentar un aspecto caracter stico siendo ste l mpido o turbio con o sin presencia de sedimentos propios de la cerveza El anh drido carb nico CO2 formado se produjo por la adici n de az car 6 g L En una cerveza el CO deber ser superior a 0 3 p p lo cual tiene que ver con la presentaci n de la cerveza y su aceptaci n sin embargo esto depende del tipo de cerveza C digo Alimentario Argentino 2002 La desintegraci n de las prote nas y de elevado peso molecular mejoran la estabilidad de la espuma pero pueden estar relacionados con la formaci n de turbidez Kirk et al 2000 Modelos gr ficos para variables de entrada y salida Los modelos gr ficos en el an lisis de datos posibilitan tener una idea general de un proceso cualesquiera sea su origen En modelo gr fico en un control a base de reglas 133 difusas permite ver el comporta
6. prote nas etc Filtraci n e Envasado Az car Materiales gt envasado y Pasteurizaci n Cerveza Figura 2 Diagrama de flujo para la obtenci n de cerveza tipo ale y ubicaci n de las etapas automatizadas 128 En la etapa de cocci n se emple un tiempo de 110 minutos Fodor 1998 recomienda no excederse de los 75 minutos y Carbajal 2005 recomienda un tiempo de cocci n de la mezcla malta l pulo de 2 horas con 30 minutos En la fermentaci n el porcentaje fermentable de los az cares simples puede llegar al 100 Otros compuestos con az cares m s complejos como la malta no son del todo fermentables as como las materias prote nicas pueden ocasionar problemas en la fermentaci n provocando turbidez en la cerveza Gonzales 2006 La cerveza obtenida se madur por una semana a temperaturas de refrigeraci n entre 3 a 5 C En ciertos casos se suele emplear dos etapas reposo y acabado y durante el reposo se hace una segunda fermentaci n En el paso de reposo a acabado la temperatura es de 2 a 3 C y en acabado se puede enfriar a 1 C proceso que puede durar 2 a 3 meses Los objetivos de la maduraci n son acumular o almacenar cerveza dejar sedimentar en forma natural la materia amorfa y la levadura que a n tiene la cerveza refinaci n del sabor por eliminaci n de las sustancias vol tiles que causan el sabor verde separaci n por precipitaci n de
7. sub VIs metodolog a que facilita la creaci n del programa principal National Instruments 2009 a las que se caracteriz mediante un n mero de orden y una peque a descripci n LlenA gua fs 1 es el n mero de operaci n y lo dem s la operaci n llenado de agua al dosificador y fs corresponde a la extensi n del archivo Para todas las reglas difusas se utiliz la estructura Mandani y para la defusificaci n el m todo del centro de rea Como ejemplo de la fusificaci n generaci n de reglas defusificaci n y vista gr fica del modelo de la relaci n entre variables de entrada y salida correspondientes al surtido del agua hacia el tanque de dosificaci n y la correspondiente a la etapa de maceraci n se muestra a continuaci n 1LlenA gua fs En la Tabla 1 se muestran las variables de entrada tiempo y salida electrov lvula Elvl y calefactor Horl al sistema difuso llenado de agua al tanque dosificador M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 Tabla 1 Variables de entrada y salida al sistema difuso etapa de dosificaci n N mero de Nombre Rango funciones de membres a Variables de entrada Tiempo min 0a5 2 Tiempo min 0a5 2 Variables de salida Elv1 0a10 2 Hor1 0al0 2 Entrada de las funciones de membres a membership En la Figura 6 se muestra las funciones de membres a para las variables de entrada tiempo membres a tLlenDos Trapezoidal tFinDoc Trapezoi
8. with fuzzy logic in the maceration and cooking stages had the following characteristics 0 98 g cm of density 3 9 of pH total acidity expressed as 0 87 of lactic acid 6 2 GL of alcoholic degree and 0 91 w v of CO percentage Keywords automatic control fuzzy logic home made beer maceration cooking malt 1 Introducci n fundamentalmente al aumento de pubs y En los ltimos a os se reporta un incremento bares que promueven su consumo Guti rrez de la industria cervecera artesanal debido et al 2002 La cerveza artesanal es un Autor para correspondencia E mail v vvhotmail com V V squez 125 M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 producto principalmente a base de cebada la que posterior a las etapas de malteo maceraci n cocci n fermentaci n y maduraci n permite obtener un producto natural existiendo la posibilidad de la elaboraci n de una gran variedad de cervezas La preparaci n de cerveza implica el entendimiento de una serie de reacciones enzim ticas microbiol gicas as como el control de ciertos par metros lo que hace que el artesano se convierta en un estudioso del proceso por lo que no debe descuidarse la ejecuci n de los procedimientos correctos ya que se podr a obtener una cerveza de baja calidad La producci n de cerveza artesanal en el mundo y en el Per es creciente por la misma tendencia que las personas buscan consumir productos naturales
9. 2 IF temperatura IS T mac AND tiempo IS Mac THEN Hor IS ON Si 131 temperatura y el tiempo es de maceraci n entonces activar calefactor H2 IF temperartura IS T altMac AND tiempo IS NOT tMac THEN Hor2 IS OFF Si la temperatura es alta y el tiempo no es de maceraci n entonces desactivar H2 Salida de las funciones de membres a En las Figuras 11 y 12 se muestran las funciones de membres a para las variables de salida calefactor Hor2 y para la bomba Boml Funci n de Forma Puntos E Trapezoidal A FA I 7 25 75 7 75 8 del Os 3 3 25 35 3 75 4 4 25 45 4 75 5 5 25 5 5 5 75 6 6 25 6 5 6 75 7 Range Figura 11 Funciones de calefactor Hor2 Funci n de Forma Puntos membres a Trapezoidal RE S FA membres a I 7 25 75 7 75 8 de 0 I 3 3 25 35 3 75 4 4 25 45 4 75 5 5 25 55 575 6 6 25 6 5 6 75 7 Range Figura 12 Gr fica para las membres a para la bomba Boml funciones La distribuci n de los equipos para el proceso autom tico se muestra en la Figura 13 El trasvase del material de un tanque a otro es por gravedad M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 S1 E1 MALTA TQ DOSIFICADOR S1 E2 TQ MACERACI N Te AGITADOR TQ L PULO mk m 5 m A s3 DX El E2 E3 E4 Bb Electrov lvualas de solenoide ds TQ Tanques o recipientes TQ COCCI N Agitador Agitador AGUA DE CA O
10. 24 3 6 p v Las concentraciones bajas de CO es caracter stico de cervezas artesanales que emplean az car como productor de CO Vogel 2003 4 Conclusiones Mediante el control autom tico parcial por l gica difusa del proceso de elaboraci n de 136 cerveza artesanal en las etapas de maceraci n y cocci n se logr controlar adecuadamente los actuadores bombas calefactores y electrov lvulas empleando un tiempo aproximado de 4 horas El control de temperatura implementando por L gica Difusa posee la ventaja de no necesitar un modelo matem tico preciso del sistema a controlar Las caracter sticas fisicoqu micas promedio para la cerveza artesanal obtenida mediante el control autom tico por l gica difusa de las etapas de cocci n y maceraci n fueron densidad de 0 9825 g cm pH de 3 9013 porcentaje de acidez total expresado en cido l ctico de 0 8743 grado alcoh lico de 6 244 GL y un porcentaje de CO de 0 914 p v Referencias ALAFACE 1999 Asociaci n Latinoamericana de Fabricantes de Cerveza M todos de An lisis Cerveceros Tomo II Caracas Venezuela Baldor Electric Company 1996 Introducci n al Control de Procesos USA Broderick H M 1977 El Cervecero en la Pr ctica Editorial Borrad Segunda Edici n USA Carbajal F 2005 Cerveza Madrid Espa a Disponible en http www elergonomista com alimentos cerveza htm Cerna R 2006 Determinaci n del Efecto Tiempo Temperatu
11. Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 SCIENTIA AGROPECUARIA Facultad de Ciencias Be Scientia Agropecuaria Agropecuarias Universidad Nacional de Trujillo Control autom tico con l gica difusa de la producci n de cerveza artesanal en las etapas de maceraci n y cocci n Automatic control with fuzzy logic of home made beer production in maceration and cooking stages Mariano Luj n Corro V ctor V squez Villalobos Universidad de Padua V a Ugo Bassi 1 35131 Padova Italia Departamento de Ciencias Agroindustriales Univ Nac de Trujillo Av Juan Pablo II s n Ciudad Universitaria Trujillo Per Recibido 11 Mayo 2010 aceptado 21 Junio 2010 Resumen Se control autom ticamente con l gica difusa el proceso de producci n de cerveza artesanal en las etapas maceraci n y cocci n de la malta a trav s de diferentes actuadores y en funci n del tiempo y temperatura del proceso utiliz ndose LabVIEW 2009 El equipo estuvo constituido principalmente de tres recipientes de acero inoxidable de 20 L de capacidad dosificaci n de agua maceraci n y cocci n un recipiente adicional para el l pulo una tarjeta de adquisici n de datos con micro controlador PIC 16F877a tres sensores de temperatura LM35 y 11 actuadores de tipo on off los cuales fueron gobernados por un total de 47 reglas difusas tipo Mandani con funciones de membres a trapezoidales empleando para la defusificaci n el m todo del centro de rea
12. activaron o desactivaron de acuerdo a la temperatura 70 74 C y tiempo de proceso 0 10 min La electrov lvula El oper en funci n al tiempo mientras que la E2 en funci n a la temperatura S1 y tiempo y el calefactor H1 en funci n de la temperatura S1 Electrov lvulas E3 Bombas B1 Calefactor H1 Referencia Proceso Maceraci n y pre filtraci n Temperatura Tiempo Sensor S2 Figura 4 Lazo de control de la temperatura de maceraci n En la etapa de maceraci n y pre filtraci n Figura 4 la activaci n de la electrov lvula E3 y la bomba Bl se realiz en funci n al tiempo 0 60 min y temperatura 66 70 C y el calefactor H2 en funci n de la temperatura S2 129 Electrov lvulas E4 y ES Calefactor H3 Bombas B2 Agitador Agi Referencia Proceso Cocci n Temperatura Tiempo Sensor S3 Figura 5 Lazo de control de la temperatura de cocci n En la etapa de cocci n Figura 5 la electrov lvula E4 y el agitador Agi se activaron en funci n del tiempo 0 6 min y temperatura 98 105 C la bomba B2 en funci n del tiempo y la electrov lvula E3 en funci n del tiempo Asimismo el calefactor H3 se activ en funci n de la temperatura S3 Generaci n de funciones de membres a reglas difusas e inferencia Esta operaci n se hizo mediante el Fuzzy System Designer de LabVIEW 2009 versi n demo Se dividi el proceso en sub etapas
13. ancia correspondi a la parte electro mec nica SOLDADO DE DISE O DE CONEXI N INSTALACION COMPRA DE CONEXIONES HopniLas p ARMADO EL CTRICA Y DEL EQUIPO MATERIALES ALOS eL crmicas DEEQUIPO PRUEBA TANQUES MANUAL ENSAMBLE PARTE EQUIPO LISTO MEC NICA PRUEBAS DE PARA LA EL CTRICA Y AJUSTE PUESTA EN E y ELECTR NICA MARCHA TARJETA DE PROGRAMACI N SOLDADO DE PRUEBA ADQUISICI N DE Y SIMULACI N TIEMPO REAL ELEMENTOS DATOS SECUENCIA ELECTR NICA Figura 1 Esquema de construcci n y puesta en marcha del equipo Producci n de cerveza artesanal tipo ale y sus etapas automatizadas Montado el equipo y realizadas las pruebas de ajuste se procedi a una producci n controlada autom ticamente de cuatro lotes de cerveza Los lotes fueron caracterizados fisicoqu micamente densidad acidez total grado alcoh lico y concentraci n de CO El diagrama de flujo para la producci n de cerveza artesanal tipo ale se muestra en la Figura 2 Las etapas que anteceden a la maceraci n y las que suceden al enfriamiento se realizaron de forma manual El control autom tico se hizo en las etapas de 127 maceraci n pre filtraci n la pre filtraci n se hizo a base de cascarillas de malta molturada cocci n etapa donde se le agreg l pulo al macerado en dos momentos uno para fijar el amargor
14. blica de Navarra 2006 En otros casos debido a la complejidad de estos se deben simplificar muchos de los c lculos que describen a los mismos obteni ndose resultados no del todo satisfactorio apareciendo controles autom ticos de baja calidad y funcionamiento inadecuado Universidad de Ja n 2002 Ante muchas de estas dificultades los controladores difusos son una alternativa pues proveen de algoritmos que permiten convertir una estrategia de control ling stico basada en el conocimiento de la experiencia en una estrategia de control autom tico es decir un control del proceso mucho m s cercano a la forma en que lo har a un operador experto utilizando su experiencia Cotero 2003 Su fundamento es la aplicaci n de la l gica difusa a la cual Hellman 2011 define como una l gica multivaluada que muestra valores intermedios en evaluaciones convencionales como verdadero falso si no alto bajo etc permitiendo manejar y procesar cierto tipo de informaci n inexacto impreciso o subjetivo similar a como lo hace el cerebro humano Puig 2008 El dise o de un controlador difuso no requiere un modelo anal tico completo del sistema din mico Su dise o es un controlador heur stico basado en l conocimiento o sistemas basados en reglas Universidad de Ja n 2002 operando con conjuntos difusos en lugar de n meros Sanz 2001 El control difuso soluciona un problema espec fico mediante tres pasos fusificaci
15. dad Nacional Inca Garcilaso de la Vega Disponible en http www monografias com trabajos54 cerveza cerveza 2 shtml Universidad de Ja n 2002 M dulo II Sistemas Basados en Reglas Difusas Espa a Disponible en http wwwd1 ujaen es asignaturas cl teoria transparencia s tema5S_cl pdf Universidad P blica de Navarra 2006 Noticias El Profesor de la Universidad P blica de Navarra Humberto Bustine Sola uno de los 10 Investigadores del Mundo m s Destacado en el rea de la L gica Difusa Tipo 2 Espa a Disponible en http www unavarra es info not2256 htm Vogel W 2003 Elaboraci n Casera de Cerveza Editorial ACRIBIA S A Zaragoza Espa a
16. dal tLlenDos N tFinDoc A 1 1 1 1 1 1 1 j 0 025 0 5 075 1 1 25 15 1 75 2 225 25 275 3 325 35 375 4 425 45 475 5 Range Figura 6 Funci n de membres a tiempo min Salida de las funciones de membres a En las Figuras 7 y 8 se muestran las funciones de membres a para las variables de salida electrov lvula Elv1 y para el calefactor Hor Funciones de a Forma Puntos membres a OFF Trapezoidal ON Trapezoidal is 0 8 pa E 04 2 0 2 0 zi I 3 325 35 375 4 425 45 475 5 525 55 575 6 625 65 675 7 725 75 7755 8 Range OFF Figura 7 Funciones de membres a de Elv1 130 membres a OFF Trapezoidal 3 3 4 4 ON 7 7 8 8 Trapezoidal 6 4 ps A 3 25 35 3 75 4 4 25 45 4 75 5 5 25 5 5 5 75 6 6 25 65 6 75 7 2 25 75 7 75 8 Range Figura 8 Funciones de membres a de Hor1 Reglas Rules 1 IF tempo min IS tLlenDos THEN Elv1 IS ON ALSO Horl1 IS ON Si tiempo es de llenado a dosificador entonces activar electrov lvula El y tambi n calefactor H1 2 IF tiempo min IS NOT tLlenDos THEN Elv1 IS OFF ALSO Horl IS ON S1 tiempo no es de llenado a dosificador entonces desactivar electrov lvulal y activar calefactor H1 3Maceraci n fs En la Tabla2 se muestran las variables de entrada temperatura y tiempo y salida calefactor Hor2 y Bomba Boml al sistema difuso cor
17. ia Agropecuaria 1 2010 125 137 El pH promedio de la cerveza que fue de 3 9013 La Norma T cnica de Cerveceros Latinoamericanos indica que el pH debe estar entre los valores de 3 0 a 4 8 Seg n Norma T cnica N 213 014 Febrero de 1973 INDECOPI Per las cervezas deben tener un pH entre 3 8 a 5 0 Silva 2007 La acidez total promedio expresada como acido l ctico de la cerveza fue de 0 8743 La Norma T cnica de la Asociaci n Latinoamericana de Fabricantes de Cerveza indica que debe estar dentro del rango de 0 1 0 4 La formaci n de cido l ctico es ocasionada por las bacterias l cticas que se encuentran en la cerveza joven desviando el ciclo de formaci n del alcohol en el momento de la formaci n de piruvato Para la formaci n de alcohol la primera transformaci n que sufre la glucosa es a piruvato luego a acetaldeh do y finalmente a etanol Broderick 1977 El grado alcoh lico promedio obtenido de la cerveza fue de 6 2438 GL Seg n la Norma T cnica N 213 014 Febrero de 1973 INDECOPI Per las cervezas deben no contener m s del 6 de alcohol en volumen Silva 2007 sin embargo para la Norma T cnica de la Asociaci n Latinoamericana de Fabricantes de Cerveza debe estar en el rango de 2 5a 9 ALAFACE 1999 La concentraci n de CO de la cerveza fue de 0 9138 p v La Norma T cnica de la Asociaci n Latinoamericana de Fabricantes de Cerveza menciona que sta debe estar en el rango de
18. los compuestos que se forman al ser enfriada la cerveza Gonzales 2006 La pasteurizaci n de la cerveza se realiz a 60 C por un periodo de 10 minutos con el fin de inactivar las c lulas vegetativas de microorganismos pat genos Usualmente este proceso se realiza en un pasteurizador tipo t nel durante 10 a 20 minutos a una temperatura de 60 C Cerna 2006 Una vez realizada todas las operaciones manuales y autom ticas para la producci n de cerveza artesanal se procedi a la determinaci n de sus propiedades fisicoqu micas densidad pH acidez total Jo grado alcoh lico GL y concentraci n de CO3 M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 Procedimiento para la automatizaci n Los lazos de control para los procesos de dosificaci n de agua maceraci n pre filtraci n y cocci n del mosto respectivamente se muestran en las Figuras 3 4 y 5 Para activar o desactivar los actuadores correspondientes bombas hornillas el ctricas electrov lvulas y el agitador se compararon constantemente al valor de temperatura referencial valor de referencia M ndez y Villegas 2005 Electrov lvulas El y E2 Calefactor H1 Referencia Proceso Dosificaci n de agua Temperatura Tiempo Sensor S1 Figura 3 Lazo de control para alcanzar la temperatura del dosificador de agua En la etapa de dosificaci n de agua Figura 3 los actuadores El E2 y H1 se
19. miento de las variables de salida normalmente actuadores que dependen de los valores de las variables de entrada adquiridas mediante una tarjeta DAQ y sus sensores posibilitando la modificaci n de los valores de las funciones de membres a y aun m s sus propias reglas difusas Las formas de los conjuntos difusos son trapezoidales y triangulares para tener una r pida simulaci n y por la facilidad en la descripci n de los par metros para estas formas Para ajustar y mejorar el desempe o del controlador se pueden seleccionar otras formas de conjuntos difusos como campana gaussiana que tiene par metros como el centro la desviaci n y la varianza que hacen m s dif cil y compleja su descripci n Marulanda et al 2008 Relaci n gr fica tiempo electrov lvula El y calefactor H1 El comportamiento gr fico de los actuadores electrov lvula El y calefactor H1 en funci n del tiempo se puede apreciar en las Figura 16 a y b En estos modelos gr ficos las componentes X e Y corresponden a la variable tiempo siendo Z el actuador M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 Input Output relationship a Relaci n tiempo y electrov lvula El InputfOutput relationship b Relaci n tiempo y calefactor H1 Figura 16 Comportamiento de a electrov lvula El y b calefactor H1 Relaci n gr fica tiempo temperatura electrov lvula E2 calefactor H2 bomba B1 electrov lvula E3 elec
20. n inferencia y defusificaci n Lira y Tapia 2007 En este contexto se ha desarrollado la presente investigaci n como parte integrante de un proyecto completo de elaboraci n de M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 cerveza artesanal empleando control difuso de bombas calefactores y electrov lvulas contactores off on en las etapas de maceraci n y cocci n durante la elaboraci n de cerveza artesanal tipo ale 2 Materiales y m todos Se utiliz cebada malteada de seis hileras Hordeum vulgare l pulo Humulus lupulus variedad Nugett a cidos 11 12 5 B cidos 3 5 4 humulonas 22 25 aceites esenciales 2 mL 100 g agua potable y la cepa de Saccharomyce cerevisiae CET 1987 Asimismo tarjeta de adquisici n de datos sensores de temperatura LM35 software LabVIEW 2009 versi n demo computadora SECUENCIA MEC NICA Y EL CTRICA Pentium IV electrov lvulas de solenoide bombas el ctricas calefactores hornillas de 3000 W agitador mangueras vasos de precipitaci n de 100 y 500 mL probetas de 500 mL tres tanques con capacidad de 20 litros Picn metro de 5 mL pHmetro balanza semianal tica intercambiador de calor filtro de cartuchos Metodolog a Los pasos para la construcci n del equipo se muestran en la Figura 1 la cual se realiz a trav s de una secuencia mec nica el ctrica y electr nica El dise o construcci n y ensamblaje del equipo en primera inst
21. onde a las variables de salida que en este caso son los 11 actuadores utilizados en el proceso automatizado donde se hallan los valores del estado de activado rango de 7 a 8 y de desactivado rango de 3 a 4 De la misma forma los ejes X e Y corresponde a las variables de entrada como son el tiempo y la temperatura en rangos que depende de la etapa en la que participa el actuador Las formas que se muestran en las Figuras 16 b y 17 b corresponden a actuadores que mantienen en su etapa correspondiente un nico valor puede que se mantengan activados O desactivados a diferencia de las dem s gr ficas que cuentan varias posiciones de acuerdo a sus respectivas variables independientes como son el tiempo y la temperatura Figura 17a hasta 17f y Figura 18a hasta 18c solamente el tiempo como es el caso para la Figura 16a y 16b 135 Calidad fisicoqu mica En la Tabla 3 se resumen las caracter sticas fisicoqu micas que se obtuvo mediante la automatizaci n parcial por l gica difusa del proceso de elaboraci n de cerveza tipo ale Tabla 3 Caracter sticas fisicoqu micas de la cerveza artesanal Par metro Valor Densidad e cm 0 9825 pH 3 9013 Acidez total cido l ctico 0 8743 Grado alcoh lico GL 6 2438 CO p v 0 9138 La densidad promedio de la cerveza producida fue de 0 9825 giem valor que se justifica por la presencia de CO y etanol en su COMPOSICI N M Luj n y V V squez Scient
22. ra Durante el Proceso de Pasteurizaci n Sobre el Color Aroma y Flavor de Cerveza Usando An lisis Sensorial Tesis para obtener el t tulo en M ster de Ciencia y Tecnolog a de Alimentos Universidad de Puerto Rico Mayagiez Puerto Rico Disponible en http www revistavirtualpro com revista index php ed 2 007 05 01 amp pag 30 C digo Alimentario Argentino 2002 Cap tulo XII Bebidas Fermentadas Cervezas Argentina Cotero J 2003 Control de Procesos Control Cl sico Moderno y Control Inteligente M xico Disponible en http www mde iteso mx titulacion estudio 20de 20ca so ejemplos marco 20teorico 20en 20progreso pdf Fodor A 1998 Espuma de la Cerveza Disponible en http www revistamash com detalle php id 54 Gonzales R 2006 Elaboraci n de Cerveza Disponible en http html rincondelvago com cerveza_elaboracion html Guti rrez A Elizondo A D as A 2002 Cervezas Artesanales caracter sticas fisicoqu micas y microbiol gicas comparaci n con cervezas industriales Industrializaci n de Alimentos Disponible en http www4 inti gov ar GD 4jornadas2002 pdf ceial 022 pdf Hellman M 2001 Fuzzy Logic Introduction Disponible en http www fpk tuberlin de ander1 epsilon fuzzyintro4 p df M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 Huam n J 2009 Las Mypes en el Per Peque as y Medianas Empresas http www gestiopolis com innovacion emprendimiento mypes en el peru htm
23. respondiente a la etapa de maceraci n tanque macerador Tabla 2 Variables de entrada y salida al sistema difuso etapa de maceraci n N mero de Nombre Rango funciones de membres a Variables de entrada Temperatura C 0a5 3 Tiempo min 0a5 2 Variables de salida Hor2 0al0 2 Bombl 0a1l0 2 M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 Entrada de funciones de membres a membership En las Figuras 9 y 10 se muestran las funciones de membres a para las variables de entrada temperatura y tiempo Funci n de Puntos membres a T baMac Trapezoidal 0 0 66 5 66 5 T mac Trapezoidal 66 66 70 70 TaltMac Trapezoidal 69 5 69 5 105 105 1 0 9 TobajMac 0 8 T mac T altMac Bos A 0 2 0 1 f 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 Range Figura 9 Funciones de membres a de temperatura Funci n de j Forma Puntos membres a tMac Trapezoidal 0 0 60 60 tFinMac Trapezoidal 60 60 65 65 tMac tFinMac PJ 0 0 25 5 75 10 12 5 15 17 5 20 22 5 25 27 5 30 32 5 35 37 5 40 42 5 45 47 5 50 52 5 55 57 5 60 62 5 65 Range Figura 10 Funciones de membres a de tiempo Reglas Rules 1 IF temperatura IS T bajMac THEN Hor2 IS ON Si temperatura es baja en maceraci n entonces activar calefactor H2 IF temperatura IS T altMac THEN Hor2 IS OFF Si temperatura es alta en maceraci n entonces desactivar calefactor H
24. trov lvula E4 calefactor H3 agitador agi bomba B2 y electrov lvula E5 El comportamiento gr fico de los actuadores E2 H2 B1 E3 E4 H3 Input Output relationship a Relaci n tiempo temperatura y E2 Input Output relationship c Relaci n tiempo temperatura y B1 Input Output relationship e Relaci n tiempo temperatura y E4 agi B2 y E5 en funci n del tiempo y la temperatura se puede apreciar en las Figuras 17 y 18 En las Figuras siguientes se puede notar que el eje X de corresponde a la variable tiempo al eje Y la temperatura y al eje Z los correspondientes contactores Input Output relationship b Relaci n tiempo temperatura y H2 Input Output relationship d Relaci n tiempo temperatura y E3 Input Output relationship Relaci n tiempo temperatura y H3 Figura 17 Comportamiento de a electrov lvula E2 b calefactor H2 c bomba B1 d electrov lvula E3 e electrov lvula E4 y calefactor H3 134 M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 Input Output relationship Input Output relationship a Relaci n tiempo temperatura y Agi InputfOutput relationship b Relaci n tiempo temperatura y B2 c Relaci n tiempo temperatura y ES Figura 18 Comportamiento de a agitador Agi b bomba B2 d y electrov lvula E5 En las figuras anteriores el eje Z corresp
25. y el otro para el aroma y la etapa de enfriamiento mediante un intercambiador de calor cuya fuente de enfriamiento fue agua potable La maceraci n se realiz en dos diferentes condiciones la primera a temperatura de 68 70 C por 1 hora y la segunda por 30 minutos a temperatura entre 72 74 C Durante la maceraci n se produce formaci n de az cares 55 62 5 C en tiempos de 5 a 20 minutos M Luj n y V V squez Scientia Agropecuaria 1 2010 125 137 formaci n de dextrinas 67 72 5 C en tiempos de 5 y 30 minutos y conversi n entre 70 74 C la que sirve para completar todas las actividades enzim ticas con una duraci n m xima de 30 minutos La estabilizaci n se realiza a 74 77 5 C con inactivaci n total de las enzimas en tiempos de 3 a 10 minutos Gran parte de las prote nas que se solubilizan en la maceraci n se retiran por coagulaci n en la misma maceraci n durante la ebullici n del mosto Gonzales 2006 Silva 2006 refriere que en algunos casos es necesario centrifugar el mosto Cebada malteada Molturaci n Agua potable y Calentamiento gt di y W g Afrecho re filtraci n Cocci n del mosto ebullici n AAA L pulo gt Enfriamiento Etapas p SA da AA automatizadas Levadura 3 gt Fermentaci n Maduraci n Residuos solidos levaduras muertas restos de malta
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