2019 - 405 - Automação da etapa de mosturação com Arduino

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Eighth Innovation and Technology Seminar IFSul 
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AUTOMAÇÃO DA ETAPA DE MOSTURAÇÃO DO 
PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CERVEJA ARTESANAL 
COM ARDUINO 
 
 
De Barba Jr., D. J.1 
Bork. C.A.S. 2 
Silva, L. B.3 
 
1 Doutor, Durval João De Barba Junior, IFSul, debarbajr@sapucaia.ifsul.edu.br. 
1 Doutor, Carlos Alberto Schuch Bork, IFSul, bork@sapucaia.ifsul.edu.br. 
2 Engenheiro, Lucas Bernardes da Silva, IFSul.lucasbernardess95@gmail.com 
 
Resumo 
A mosturação, uma das etapas da produção de cerveja, é a infusão do malte em 
determinadas faixas de temperatura para ativar enzimas que proporcionam a quebra 
das proteínas em aminoácidos e peptídeos, e do amido em açúcares menores. Cada 
uma dessas enzimas produz um efeito diferente na cerveja, como aroma, aparência, 
retenção de espuma e corpo. Conhecendo isto, o controle de temperatura se torna um 
fator determinante para a eficácia do processo, como sistemas de micro cervejarias 
automatizados, que possuem um valor muito alto no mercado. O objetivo deste 
trabalho foi desenvolver um sistema automatizado de controle e regulagem de 
temperatura na etapa de mosturação. A escolha dos componentes foi feita com base 
em requisitos de projeto, visando o objetivo de um sistema de baixo custo. Para a 
construção do sistema físico, utilizou-se a plataforma Arduino e seus módulos, como 
sensores de temperatura, módulo para controle de tempo e relés para ligar 
equipamentos elétricos necessários. Para o desenvolvimento da lógica de 
funcionamento, utilizou-se o software Arduino IDE. Com o sistema físico e lógico 
finalizados, comprovou-se que o objetivo geral do trabalho foi alcançado, validando o 
uso de plataforma Arduino para esse tipo de automação. 
 
Palavras-chave: Cerveja artesanal; Mosturação; Plataforma Arduino; Automação. 
 
 
AUTOMATION OF THE MASHING STEP OF THE ARTISAN BEER 
MANUFACTURING PROCESS WITH ARDUINO 
 
Abstract 
The mashing, one of the stages of beer production, is the infusion of malt in certain 
temperature ranges to activate enzymes that break down proteins into amino acids 
and peptides, and amide into smaller sugars. Each of these enzymes has a different 
effect on beer, such as aroma, appearance, foam retention, and body. Knowing this, 
temperature control becomes a determining factor for process efficiency, such as 
automated micro-breweries systems, which have a very high value in the market. The 
objective of this work was to develop an automated temperature control and regulation 
system in the mashing step. The choice of components was made based on design 
requirements, aiming at the goal of a low cost system. For the construction of the 
physical system, the Arduino platform and its modules were used, such as temperature 
sensors, time control module and relays to connect necessary electrical equipment. To 
develop the operating logic, the Arduino IDE software was used. With the physical and 
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logical system completed, it was proved that the overall objective of the work was 
achieved, validating the use of Arduino platform for this type of automation. 
 
Key words: Artisan Beer; Mashing; Arduino Platform; Automation. 
 
1 INTRODUÇÃO 
A produção artesanal de cerveja vem se popularizando, cada vez mais nos 
últimos anos, no Brasil e no mundo. O Brasil é o terceiro maior produtor de cerveja 
mundial, atrás apenas de Estados Unidos e China, respectivamente. O aumento 
nesse setor é notável na última década, onde consolidou o Brasil dentre os grandes 
produtores. Em 2017 existiam 610 cervejarias no Brasil e a produção anual ficou em 
um patamar de 1,40 trilhões de litros. Esse crescimento impulsionou o mercado de 
cerveja como um todo, principalmente a parte de cervejas artesanais, representando 
1% da produção brasileira(1). 
Junto a esse cenário, ocorreu, também, o crescimento da fabricação da cerveja 
caseira. Fabricar a própria cerveja é uma atividade atraente por toda a história que a 
envolve, onde se pode colocar em prática vários conceitos, além de aprender coisas 
novas para ajudar no procedimento; pela liberdade na criação, pois pode-se fugir das 
cervejas convencionais e criar a cerveja que desejar, de acordo com receitas já 
utilizadas no mundo, ou ainda, fazer uma adaptação para satisfazer o próprio gosto(2). 
Na produção artesanal de cerveja, o processo de mosturação é geralmente 
executado com a utilização de um termômetro e regulagem manual do fogareiro para 
aumentar ou diminuir a temperatura do mosto, método esse que não representa um 
controle adequado de temperatura. 
A mosturação, uma das etapas mais importantes do processo, é a infusão do 
malte em determinadas faixas de temperatura para ativar enzimas que proporcionam 
a quebra das proteínas em aminoácidos e peptídeos, e do amido em açúcares 
menores. Cada enzima, que é ativada nesses intervalos de temperaturas, possui um 
impacto diferente, como aroma, aparência, retenção de espuma e o quão encorpada 
a cerveja vai ficar(3). 
Existem, no mercado, sistemas completos de produção de cerveja artesanal 
que são chamados de microcervejarias automatizadas, porém o alto custo de 
investimento e manutenção acaba tornando-os inviáveis para a legítima produção 
artesanal, com foco mais caseiro do que comercial. 
Em face disto, este trabalho desenvolveu a automatização do controle de 
temperatura na mosturação, no qual a solução proposta, baseada na plataforma de 
uso livre “Arduino”, foi implementar um sistema de controle de temperatura do mosto, 
de modo que o usuário possa determinar a faixa de temperatura e o intervalo de tempo 
desejado, de acordo com a receita de cerveja que pretende produzir. O sistema de 
controle foi de baixo custo, possibilitando que os produtores de cerveja artesanal 
caseiros possam automatizar seu processo e aumentar sua eficiência energética sem 
um grande investimento. Sendo assim, o objetivo deste artigo foi desenvolver um 
sistema automatizado de controle e regulagem da temperatura na etapa de 
mosturação para que possa ser utilizado em fabricação de cerveja artesanal. 
Arduino é uma plataforma eletrônica de código aberto (licenciamento livre) 
baseada em hardware e software. Essa ferramenta foi criada para ser um fácil 
instrumento para desenvolvedores de projeto que não possuíssem tal experiência com 
programação e eletrônicos em geral. O Arduino consiste em um microcontrolador na 
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placa que lê sinais de entrada, trabalhando-os de acordo com a programação feita 
pelo usuário e gerando dados de saída. Os dados de entrada são lidos por sensores 
de ‘n’ tipos possíveis, como de temperatura, luminosidade, proximidade etc., e, então, 
o microcontrolador transforma em um sinal de saída, de acordo com a programação 
baseada na linguagem C(4). 
A grande vantagem do Arduino, em relação a outras plataformas, é a facilidade 
e praticidade em seu uso, motivando mais pessoas, que nunca tiveram esse contato 
com tecnologia, a entrar nesse meio tão fundamental para evolução da sociedade(5). 
Para fazer cerveja, necessita-se de 4 (quatro) ingredientes principais que são 
processados e combinados, de acordo com cada receita(6): 
1. Malte de cevada: proveniente do grão de cevada, convertido em açúcares 
fermentáveis que, na fermentação, definem características da cerveja como, teor 
alcoólico, cor e aroma. 
2. Lúpulo: são flores verdes cônicas que são usadas na fabricação de cerveja, 
há mais de 200 anos, devido ao seu aroma floral que, junto da doçura do malte, 
entregam um ótimo equilíbrio no sabor da cerveja. 
3. Água: maisde 90% da cerveja é composta de água e, por esse motivo é 
considerada um importante ingrediente. Como a água potável, hoje, é algo comum, 
torna mais fácil o acesso a uma boa água para a produção de cerveja. 
4. Levedura: são microrganismos vivos que se alimentam de açúcar no seu 
ciclo de vida, e são responsáveis pelo teor alcoólico e estado final da cerveja. 
Segundo Morado(7), o processo de fabricação de cerveja artesanal consiste em 
3 etapas principais, sendo elas: 
1. Mosturação: processo onde se extrai os açúcares e outros componentes do 
malte, por cozimento. 
2. Fervura: processo onde ocorre a esterilização do malte e definição de aroma 
e sabor da cerveja. 
3. Fermentação: processo onde a levedura é adicionada com o objetivo de 
transformar os açúcares em etanol, dióxido de carbono. 
A mosturação é o processo onde se aquece a mistura de água e malte da 
cevada em certas temperaturas, com o objetivo de ativar enzimas específicas que 
transformarão o amido em açúcares fermentáveis e não fermentáveis. Quanto mais 
amido for hidrolisado, melhor o resultado, pois haverão mais açúcares para a levedura 
transformar em etanol na fermentação. Três processos são esperados na mosturação: 
gelatinização, liquefação e sacarificação. A gelatinização consiste no inchamento dos 
grânulos do amido, por aquecimento da água, com o objetivo de romper esses 
grânulos para permitir que as enzimas interajam com o amido. A liquefação consiste 
na quebra das moléculas do amido, que são feitas ou no meio da molécula pela 
enzima alfa amilase, produzindo dextrina ou nas extremidades da molécula pela 
enzima beta amilase. A sacarificação é a conversão do amido em açúcar que a 
levedura poderá aproveitar na fermentação(8). 
Vários parâmetros devem ser considerados durante a mosturação, como tempo 
de aquecimento, quantidade de água, ingredientes, pH e temperatura. Esses critérios 
são ajustados conforme o tipo de cerveja, disponibilidade de ingredientes e 
disponibilidade de equipamento, qualquer erro em um desses critérios prejudicará o 
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produto final, como uma cor ou aroma indesejável na cerveja(9). O fator mais 
importante e o que será foco deste trabalho é a temperatura. 
O controle de temperatura da mosturação é muito importante, pois em cada 
faixa de temperatura uma enzima diferente é ativada e cada enzima implica em um 
efeito diferente na cerveja. Isso faz com que o intervalo de tempo, em cada faixa de 
temperatura, e quais faixas serão utilizadas, sejam determinantes para o resultado 
final da cerveja. Um processo comum de mosturação é utilizar rampas de temperatura 
para usufruir de cada enzima, conforme a cerveja desejada. 
 
2 MATERIAIS E MÉTODOS 
 A metodologia deste trabalho seguiu 5 (cinco) etapas: 
 (1) As definições dos componentes foram feitos com o objetivo de atender os 
requisitos gerais da automação proposta no melhor custo benefício possível, aliando 
baixo custo e qualidade. Portanto, a partir dos requisitos de projeto, que restringiam 
os componentes disponíveis, se fez a escolha. 
 (2) O layout físico do sistema foi montado diretamente na bancada, de acordo 
com os componentes escolhidos e instalação real do sistema. A distribuição dos 
componentes foi feita de modo que eles não interferissem um no outro, já que são 
vários sensores que poderiam atrapalhar a leitura de dados. 
 (3) A parte lógica do sistema foi feita no software Arduino IDE permitindo que o 
microcontrolador saiba como trabalhar com as informações que serão fornecidas pelo 
usuário ao utilizar o sistema. O usuário entrará com os dados de temperatura e tempo 
do processo e, a partir desses dados, a placa deverá regular a passagem de gás para 
efetuar o controle de temperatura. 
 (4) Os testes, tanto do sistema lógico como do físico, foram feitos simulando a 
etapa de produção de cerveja utilizando água quente e fria, e a válvula solenoide de 
gás liquefeito de petróleo (GLP) e o sistema de ignição da chama, foram substituídos 
por 2 (dois) leds - azul e vermelho - respectivamente. Para fins de estudo de custo e 
layout do sistema instalado se utilizou dos componentes práticos. 
 (5) Após os testes, foram feitas as devidas correções, assim como a calibração 
dos sensores de temperatura e do sensor de gás, para melhor confiabilidade no 
processo. A calibração foi realizada utilizando o termômetro de líquido em vidro como 
padrão de referência(10). 
 
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 Neste capítulo será discutido os resultados obtidos durante o desenvolvimento 
desse projeto, divididos em definição dos componentes, desenvolvimento do software, 
construção do sistema físico e calibração dos sensores. 
 
3.1 Definição dos componentes 
 A definição dos componentes se deu, primeiramente, pela escolha do uso de 
resistência elétrica ou efetuar o controle de chama/gás no sistema, que foi base para 
a escolha do Arduino e dos seus módulos. 
 
Definição entre resistência elétrica e controle de chama/gás: O ponto de partida 
do trabalho foi escolher entre efetuar o aquecimento por resistência elétrica ou por 
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controle de chama em um fogão convencional. O sistema utilizado foi o de controle de 
chama/gás devido a alguns pontos consideráveis: 
(1) Dependendo do dimensionamento de projeto da resistência elétrica, a dissipação 
de calor superficial pode ser muito alta, o que poderia acarretar no malte queimado se 
aderindo à resistência(11). 
(2) No caso de resistência elétricas comuns, como as que são utilizadas para aquecer 
água no cotidiano, teria que deixar a panela consideravelmente aberta, além da fiação 
elétrica que estaria em contato com a panela quente, o que poderia ocasionar 
aquecimento do fio(12). Já no caso de resistências elétricas especializadas para este 
fim, o que se necessitou fazer foi uma alteração física na panela utilizada para efetuar 
a ligação elétrica externamente e permitir a tampa fechada, porém isso limitou a 
quantidade de cerveja a ser produzida (13). 
(3) Outro fator contrário à escolha da resistência elétrica, foi o preço médio, visto que 
a resistência elétrica mais utilizada nesse tipo de sistema custa de R$ 100,00 a R$ 
150,00 (40cm de diâmetro), dependendo da sua potência. Outro impeditivo foi que a 
potência necessária para a resistência elétrica varia de acordo com a quantidade de 
litros de cerveja a ser produzida e, portanto, se quiser produzir a mais, teria que refazer 
todo o processo novamente ou adquirir uma resistência de maior potência. 
Definição dos módulos Arduino e demais componentes do sistema: Para definir 
os componentes utilizados, primeiramente foram estabelecidas algumas restrições de 
projeto: 
• Os sensores de temperatura utilizados na mistura deveriam ser impermeáveis e 
suportar temperaturas entre 0 e 100oC. 
• O sensor de temperatura utilizado como sensor de chama deveria ser de um material 
resistente ao calor e que suportasse altas temperaturas, pois o sensor ficaria próximo 
a chama do fogão, que tem temperatura em torno de 1.200 oC. 
• O sensor de gás deveria atender GLP. 
• A válvula solenoide a ser instalada na mangueira de gás deveria ser apropriada para 
GLP. 
• Preferência por módulos do Arduino que já contenham biblioteca. 
 A Tabela 1 apresenta os componentes utilizados e seus preços médios no 
Brasil. 
Tabela 1: Tabela de custos dos componentes utilizados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Durante a definição de componentes, aliou-se essas restrições com o melhor 
custo benefício possível.O Arduino escolhido foi o UNO R3, versão menor se comparado com o Arduino 
MEGA, pois tanto fisicamente como logicamente, se apresenta suficiente ao projeto, 
visto que as portas disponíveis são suficientes e o tamanho da memória interna 
também. 
 O sensor de temperatura utilizado para a mistura foi o DS18B20, por ter as 
características necessárias e também por já ter sido utilizado, com sucesso, em outros 
projetos semelhantes, como o de FAÉ(13). 
 Utilizou-se o sensor de gás MQ-5 com módulo de leitura que atende, 
exatamente, o requisito de projeto “captar GLP”. 
 Para o controle de tempo das rampas de temperatura fez-se uso do módulo 
RTC DS3231 que contempla a forma de programação utilizada no sistema. 
 Para o sensor de chama foi utilizado o termopar tipo K junto do módulo de 
leitura MAX6675, que suporta de 0 a 1.024oC. Existem outros modelos tipo K que 
suportam até 1.250oC, porém, devido ao sensor não ficar em contato com a chama, e 
por questões econômicas, se fez a escolha desse sensor de variação menor de 
temperatura(14). 
 Para o queimador do sistema, utilizou-se uma usina de ignição usada de um 
fogão, que atende a funcionalidade pretendida no sistema. 
 Empregou-se, para o controle de fluxo de gás, uma válvula solenoide GLP 1/8” 
instalada na mangueira de gás do fogão. 
 
3.2 Software 
 A Figura 1 apresenta a interface inicial do programa onde o usuário digita os 
dados de temperatura inicial e final de cada rampa (máximo 3) e o intervalo de tempo 
a ficar nessa rampa, caso o usuário queira fazer menos de 3 rampas, bastando colocar 
o valor “0” nas variáveis restantes ou apenas aguardar. 
Figura 1: Interface inicial do programa. 
 
 Após o programa receber os dados do usuário, se inicia o processo de leitura 
dos sensores de temperatura (da mistura e da chama). Os sensores de temperatura 
são lidos constantemente, pois são vitais para o controle do sistema. O sensor de 
chama é trabalhado no momento em que o método de acender o fogo é chamado 
dentro do código, para saber se a chama já está ligada ou não e para quando desligar 
o queimador (da usina de ignição). A leitura do sensor de chama é feita a cada cinco 
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segundos, pois valores menores não fariam diferença, devido ao tempo de resposta 
do termopar(15). 
 O sensor de gás também é lido dentro do método de acender o fogão, pois em 
caso do queimador estar ligado e não ter acendido a chama e o gás continuar saindo, 
ele detectará e fechará a solenoide do gás emitindo um alerta e uma mensagem de 
erro. 
 Durante o processo, o programa mostra a temperatura média dos dois 
sensores, que estão contidos na mistura, e os intervalos de temperaturas da rampa 
que está sendo executada no momento. 
 A Figura 2 apresenta o fluxograma de toda parte lógica do sistema. 
 
Figura 2: Fluxograma da parte lógica do sistema. 
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3.3 Montagem do sistema 
 A montagem do sistema se dividiu no esboço de instalação do sistema e do 
esquema de ligações entre o Arduino e seus módulos. 
 
Esboço do sistema instalado: A Figura 3 mostra o esboço de instalação do sistema, 
permitindo que os módulos conectados ao Arduino trabalhem em conjunto de forma 
eficaz para o controle de temperatura proposto no sistema. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Esboço de instalação do sistema e a lista de componentes. 
 
 Para obter maior precisão no controle de temperatura da mistura e compensar 
o fato de não possuir um misturador no sistema, os dois sensores foram fixados em 
pontos diferentes e, com isso, é feita a compensação da variação de temperatura 
dentro da mistura(16). Na programação se trabalhou com a média aritmética da 
temperatura entre os dois sensores. 
 O termopar tipo K utilizado possui faixa de leitura entre 0 e 1.024oC e, por isso, 
foi instalado cerca de 3cm distante da chama. Como a temperatura da chama não é 
um dado requerido para o sistema, e sim, apenas saber que ela está ligada ou não, o 
componente se tornou eficaz. 
 O sensor de gás MQ-5 foi fixado perto da boca do fogão de maneira que não 
fosse afetado pela temperatura da chama e que fisesse a leitura normal do vazamento 
ou não de gás. 
 Para que os testes fossem feitos de forma segura, não se utilizou do esboço 
mostrado na Figura 3 e se fez o uso de dois leds representativos para a usina de 
ignição (led vermelho) e a válvula solenoide (led azul), pois ambos são componentes 
de dois estados, HIGH ou LOW, assim como os leds, não causando nenhuma 
interferência de projeto nos testes e calibrações. 
 Depois dos testes, foram instalados dois relés no lugar dos leds, deixando o 
sistema pronto para ser utilizado. 
Esquema ligações módulos x Arduino: A ligação entre o controlador e os módulos 
foi feita com o auxílio de uma protoboard, como mostrado na Figura 4. 
 As ligações do módulo RTC DS3231 ao Arduino foram feitas de acordo com a 
bibliografia(17). 
 As ligações dos sensores de temperatura DS18B20 ao Arduino foram 
executadas de acordo com a folha de dados do módulo, onde os dois sensores 
utilizados tiveram sua ligação unificada, devido ao fato deles possuírem um endereço 
exclusivo, possibilitando a utilização de mais de um sensor no mesmo barramento. 
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 As demais ligações (módulo MAX6675, módulo Relé e módulo MQ-5) seguiram 
as folhas de dados de cada um. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Esquema ilustrativo das ligações dos componentes ao Arduino 
 
3.4 Calibração 
 Neste capítulo será abordado a verificação e calibração dos sensores de 
temperatura da mistura e do sensor de gás. 
Calibração sensores de temperatura: Para calibrar os dois sensores de temperatura 
foram utilizados dois termômetros da Incoterm modelos 6338 e 5393, ambos de 
imersão total(10). A calibração ocorreu com a imersão dos dois termômetros e os dois 
sensores de temperatura em um recipiente com água. Foram realizadas dez leituras 
nos sensores de temperatura para cada temperatura de referência medida pelos 
termômetros, a partir da variação controlada no aumento e diminuição de temperatura. 
 A diferença entre as médias de temperatura dos sensores e os valores de 
referência dos termômetros está dentro da variação prevista na folha de dados do 
sensor (± 0,5oC) e, por isso, o erro sistêmico não precisa ser corrigido e o erro aleatório 
é corrigido pelo software, pois o sistema trabalha com a média de temperatura dos 
dois sensores. 
Calibração sensor de gás: A forma correta para efetuar a calibração do sensor de 
gás MQ-5 seria em um ambiente limpo e controlado. Como isso, não foi possível sua 
calibração. Esta calibração ocorreu de forma prática, pela abertura da válvula de gás, 
simulando um vazamento e ajustando o potenciômetro presente no módulo. Esse 
ajuste pode ser feito pelo usuário de acordo com a sua instalação. 
 
4 CONCLUSÃO 
 A definição dos componentes do sistema de automação do processo de 
mosturação, baseada no custo benefício foi adequada, pois existem componentes de 
valores baixos que exerceram muito bem suas funcionalidades nesse projeto, fazendo 
com que a ideia de um sistema eficiente de baixo custo fosse alcançada. 
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 O desenvolvimento do sistema lógico utilizando o software Arduino IDE se 
mostrou adequado, visto que, com conhecimento intermediário de programação, é 
possível realizar a configuração dos módulos demaneira descomplicada, ajustando o 
que se necessita de cada componente para o sistema, com a ajuda de bibliotecas já 
existentes. 
 A verificação dos sensores de temperatura, principais componentes no sistema, 
mostrou que eles estão de acordo com a faixa de erro especificada pelo fabricante, 
não tendo erro sistemático, e para compensar o erro aleatório, foi utilizado a média 
dos dois sensores, que estão posicionados em alturas diferentes dentro do recipiente, 
demonstrando a importância da calibração desse tipo de componente. 
 A partir dos resultados, constatou-se que foi possível desenvolver um sistema 
automatizado de controle e regulagem de temperatura na etapa de mosturação para 
a fabricação de cerveja artesanal de baixo custo, onde a plataforma Arduino se 
mostrou eficiente, de acordo com os componentes necessários nesse sistema e, 
assim, atingindo o objetivo geral do trabalho. 
 
REFERÊNCIAS 
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<http://www.inmetro.gov.br/Sidoq/Arquivos/CGCRE/DOQ/DOQ-CGCRE-9_02.pdf>. Acesso 
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