Hacer Cerveza Automatizado

7/23/2019 Hacer Cerveza Automatizado

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Control automtico con lgica difusa de la produccin decerveza artesanal en las etapas de maceracin y coccin

Automatic control with fuzzy logic of home-made beer

production in maceration and cooking stages

Mariano Lujn Corro1, Vctor Vsquez Villalobos

2,*

1 Universidad de Padua, Va Ugo Bassi 1, 35131, Padova, Italia.2 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

ResumenSe control automticamente con lgica difusa, el proceso de produccin de cerveza artesanal en las etapasmaceracin y coccin de la malta; a travs de diferentes actuadores y en funcin del tiempo y temperatura del

proceso, utilizndose LabVIEW 2009. El equipo estuvo constituido principalmente de tres recipientes de aceroinoxidable de 20 L de capacidad (dosificacin de agua, maceracin y coccin), un recipiente adicional para el lpulo,una tarjeta de adquisicin de datos (con micro controlador PIC 16F877a), tres sensores de temperatura LM35 y 11actuadores de tipo on/off, los cuales fueron gobernados por un total de 47 reglas difusas tipo Mandani, con funcionesde membresa trapezoidales, empleando para la defusificacin el mtodo del centro de rea. Se controladecuadamente en sus etapas de maceracin y coccin, los actuadores: electrovlvulas (5), bombas (2), calefactores(3) y un agitador; empleando un tiempo aproximado de 4 horas. La cerveza obtenida mediante el control automticocon lgica difusa en las etapas de maceracin y coccin, tuvo las siguientes caractersticas: densidad de 0.98 g/cm3;

pH de 3.9; acidez total expresada como cido lctico de 0.87%, grado alcohlico de 6.2 GL y porcentaje de CO2 de0.91% p/v.

Palabras clave: Control automtico, lgica difusa, cerveza artesanal, maceracin, coccin de malta.

AbstractThe process of home-made beer production in the malt maceration and cooking stages was controlled automaticallywith fuzzy logic, across different performers considering the time and temperature of the process, using2009LabVIEW. 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), threeLM35 temperature sensors and 11 on/off type performers, which were governed by a total of 47 Mandani type fuzzyrules 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 theirearly maceration and cooking stages. The beer obtained by automatic control with fuzzy logic in the maceration andcooking stages, had the following characteristics: 0.98 g/cm3 of density, 3.9 of pH, total acidity expressed as 0.87%of lactic acid, 6.2GL of alcoholic degree and 0.91% w/v of CO2 percentage.Keywords: automatic control, fuzzy logic, home-made beer, maceration, cooking malt.

1. IntroduccinEn los ltimos aos se reporta un incrementode la industria cervecera artesanal, debido

fundamentalmente al aumento de pubs ybares que promueven su consumo (Gutirrezet al., 2002). La cerveza artesanal es un

Scientia AgropecuariaFacultad de Ciencias

Agropecuarias

Universidad Nacional de Trujillo

Scientia Agropecuaria 1(2010) 125 - 137

________________* Autor para correspondencia

E-mail: [email protected] (V. Vsquez)


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producto principalmente a base de cebada, laque posterior a las etapas de malteo,maceracin, coccin, fermentacin ymaduracin, permite obtener un productonatural, existiendo la posibilidad de laelaboracin de una gran variedad de cervezas.

La preparacin de cerveza, implica elentendimiento de una serie de reaccionesenzimticas, microbiolgicas, as como elcontrol de ciertos parmetros; lo que hace queel artesano se convierta en un estudioso delproceso, por lo que no debe descuidarse laejecucin de los procedimientos correctos, yaque se podra obtener una cerveza de bajacalidad. La produccin de cerveza artesanalen el mundo y en el Per es creciente, por lamisma tendencia que las personas buscanconsumir productos naturales. Es all dondelas micro y pequeas empresas (MYPES)entran a tallar, para crear pequeos mdulosde produccin de cerveza, enfocados alconsumo por parte de turistas nacionales yextranjeros, que buscan productos exticoscuando visitan una determinada ciudad. LasMYPES, vienen mostrando dinamismo sobrela economa de nuestro pas, constituyndoseen la base empresarial ms importante por la

generacin de empleo (Huamn, 2009).

Un artesano con pocos conocimientostecnolgicos (sobre reacciones enzimticas,microbiologa, etc.), podra obtener unacerveza casera con caractersticas estables decalidad, mediante un control automtico ycon una inversin relativamente baja; slonecesitara una tarjeta de adquisicin de datosy un ordenador (computadora). Para laelaboracin de cerveza los principales

parmetros a tener en cuenta son latemperatura y el tiempo, sin dejar demencionar que en ello tambin se deberealizar otras mediciones (pH, densidad, etc.)en el transcurso del proceso. El manejo detemperatura en la elaboracin de cerveza, engeneral, mejora la presencia de componentesvoltiles y aromticos, mejorando el sabor dela cerveza (Martnez, 2002).

En muchos procesos industriales, los mtodosconvencionales de control automtico muchasveces no son lo ms adecuados, debido a queestos requieren un conocimiento estricto dela relaciones de entrada y salida del proceso(Universidad Pblica de Navarra. 2006). Enotros casos, debido a la complejidad de estos,se deben simplificar muchos de los clculosque describen a los mismos, obtenindoseresultados no del todo satisfactorio,apareciendo controles automticos de bajacalidad y funcionamiento inadecuado(Universidad de Jan, 2002).

Ante muchas de estas dificultades, loscontroladores difusos son una alternativa puesproveen de algoritmos que permiten convertiruna estrategia de control lingstico, basadaen el conocimiento de la experiencia, en unaestrategia de control automtico; es decir, uncontrol del proceso mucho ms cercano a laforma en que lo hara un operador expertoutilizando su experiencia (Cotero, 2003). Sufundamento es la aplicacin de la lgicadifusa, a la cual Hellman (2011) define comouna lgica multivaluada, que muestra valoresintermedios en evaluaciones convencionalescomo verdadero/falso, si/no, alto/bajo, etc.;

permitiendo manejar y procesar cierto tipo deinformacin inexacto, impreciso o subjetivo,similar a como lo hace el cerebro humano(Puig, 2008).

El diseo de un controlador difuso norequiere un modelo analtico completo delsistema dinmico. Su diseo es uncontrolador heurstico basado en elconocimiento o sistemas basados en reglas(Universidad de Jan, 2002) operando con

conjuntos difusos en lugar de nmeros (Sanz,2001). El control difuso soluciona unproblema especfico mediante tres pasos:fusificacin, inferencia y defusificacin (Liray Tapia, 2007).

En este contexto se ha desarrollado lapresente investigacin, como parte integrantede un proyecto completo de elaboracin de

M. Lujn y V. Vsquez / Scientia Agropecuaria 1(2010) 125 -137


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cerveza artesanal, empleando control difusode bombas, calefactores y electrovlvulas(contactores off-on) en las etapas demaceracin y coccin durante la elaboracinde cerveza artesanal tipo ale.

2. Materiales y mtodos

Se utiliz cebada malteada de seis hileras(Hordeum vulgare), lpulo (Humuluslupulus) variedad Nugett ( cidos 11-12.5%, cidos 3.5-4%, humulonas 22-25%, aceitesesenciales 2 mL/100 g); agua potable y lacepa de Saccharomyce cerevisiae CET 1987.Asimismo tarjeta de adquisicin de datos,sensores de temperatura LM35, softwareLabVIEW 2009 (versin demo), computadora

(Pentium IV), electrovlvulas (de solenoide),bombas elctricas, calefactores (hornillas de3000 W), agitador, mangueras, vasos deprecipitacin de 100 y 500 mL, probetas de500 mL, tres tanques con capacidad de 20litros, Picnmetro de 5 mL, pHmetro, balanzasemianaltica, intercambiador de calor, filtrode cartuchos.

MetodologaLos pasos para la construccin del equipo semuestran en la Figura 1, la cual se realiz atravs de una secuencia mecnica-elctrica yelectrnica. El diseo, construccin yensamblaje del equipo, en primera instanciacorrespondi a la parte electro-mecnica.

COMPRA DEMATERIALES

SECUENCIA MECNICA Y ELCTRICA

SOLDADO DECONEXIONES

A LOSTANQUES

DISEO DEHORNILLAS

ELCTRICAS

ARMADODE EQUIPO

SECUENCIA ELECTRNICA

DISEO DETARJETA DE

ADQUISICIN DEDATOS

PROGRAMACINY SIMULACIN

IMPRESO YSOLDADO DEELEMENTOS

PRUEBATIEMPO REAL

ENSAMBLE PARTEMECNICA,

ELCTRICA YELECTRNICA

CONEXINELCTRICA Y

PRUEBAMANUAL

PRUEBAS DEAJUSTE

EQUIPO LISTOPARA LA

PUESTA ENMARCHA

INSTALACINDEL EQUIPO

Figura 1. Esquema de construccin y puesta en marcha del equipo.

Produccin de cerveza artesanal tipo ale y

sus etapas automatizadas

Montado el equipo y realizadas las pruebas deajuste, se procedi a una produccincontrolada automticamente de cuatro lotesde cerveza. Los lotes fueron caracterizados

fisicoqumicamente (densidad, acidez total,grado alcohlico y concentracin de CO2).

El diagrama de flujo para la produccin decerveza artesanal tipo ale se muestra en laFigura 2. Las etapas que anteceden a lamaceracin y las que suceden al enfriamientose realizaron de forma manual. El controlautomtico se hizo en las etapas de

maceracin/pre-filtracin (la pre-filtracin sehizo a base de cascarillas de maltamolturada), coccin (etapa donde se le agreglpulo al macerado en dos momentos, unopara fijar el amargor y el otro para el aroma)y la etapa de enfriamiento (mediante un

intercambiador de calor, cuya fuente deenfriamiento fue agua potable).

La maceracin se realiz en dos diferentescondiciones, la primera a temperatura de 68 -70 C por 1 hora y la segunda por 30 minutosa temperatura entre 72-74 C. Durante lamaceracin se produce formacin de azcares(55-62.5 C) en tiempos de 5 a 20 minutos,



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formacin de dextrinas (67-72.5 C) entiempos de 5 y 30 minutos y conversin entre70-74 C; la que sirve para completar todaslas actividades enzimticas, con una duracinmxima de 30 minutos. La estabilizacin serealiza a 74-77.5 C con inactivacin total delas enzimas en tiempos de 5 a 10 minutos.Gran parte de las protenas que se solubilizanen la maceracin se retiran por coagulacin,en la misma maceracin durante laebullicin del mosto (Gonzales, 2006). Silva(2006) refriere que en algunos casos esnecesario centrifugar el mosto.

Agua potable

Maceracin y

Pre-filtracin

Coccin del mosto

(ebullicin)

Enfriamiento

Fermentacin

Maduracin

Filtracin

Molturacin

Envasado

Pasteurizacin

Materiales

envasado

Levadura

Lpulo

Cebada malteada

Cerveza

Calentamiento Afrecho

Residuos solidos

(levaduras muertas,

restos de malta,

protenas, etc.)

Azcar

Etapas

automatizadas

Figura 2. Diagrama de flujo para la obtencin decerveza tipo ale y ubicacin de las etapasautomatizadas.

En la etapa de coccin se emple un tiempode 110 minutos. Fodor (1998) recomienda noexcederse de los 75 minutos y Carbajal(2005) recomienda un tiempo de coccin dela mezcla malta-lpulo de 2 horas con 30minutos. En la fermentacin el porcentajefermentable de los azcares simples puedellegar al 100%. Otros compuestos conazcares ms complejos como la malta, noson del todo fermentables, as como lasmaterias protenicas pueden ocasionarproblemas en la fermentacin provocandoturbidez en la cerveza (Gonzales, 2006).

La cerveza obtenida se madur por unasemana a temperaturas de refrigeracin entre3 a 5 C. En ciertos casos se suele empleardos etapas reposo y acabado y durante elreposo se hace una segunda fermentacin. Enel paso de reposo a acabado la temperatura esde 2 a 3C y en acabado se puede enfriar a -1C, proceso que puede durar 2 a 3 meses.Los objetivos de la maduracin son acumularo almacenar cerveza, dejar sedimentar enforma natural la materia amorfa y la levaduraque an tiene la cerveza, refinacin del saborpor eliminacin de las sustancias voltiles quecausan el sabor verde, separacin por

precipitacin de los compuestos que seforman al ser enfriada la cerveza (Gonzales,2006).

La pasteurizacin de la cerveza se realiz a60 C por un periodo de 10 minutos, con elfin de inactivar las clulas vegetativas demicroorganismos patgenos. Usualmente,este proceso se realiza en un pasteurizadortipo tnel, durante 10 a 20 minutos a unatemperatura de 60C (Cerna, 2006).

Una vez realizada todas las operaciones,manuales y automticas, para la produccinde cerveza artesanal, se procedi a ladeterminacin de sus propiedadesfisicoqumicas: densidad, pH, acidez total(%), grado alcohlico (GL) y concentracinde CO2.



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Procedimiento para la automatizacin

Los lazos de control para los procesos dedosificacin de agua, maceracin/pre-filtracin y coccin del mostorespectivamente, se muestran en las Figuras3, 4 y 5. Para activar o desactivar losactuadores correspondientes (bombas,hornillas elctricas, electrovlvulas, y elagitador), se compararon constantemente alvalor de temperatura referencial (valor dereferencia) (Mndez y Villegas, 2005).

Figura 3. Lazo de control para alcanzar latemperatura del dosificador de agua.

En la etapa de dosificacin de agua (Figura 3)los actuadores E1, E2, y H1, se activaron odesactivaron de acuerdo a la temperatura (70-74 C) y tiempo de proceso (0-10 min). Laelectrovlvula E1 oper en funcin al tiempo,mientras que la E2 en funcin a latemperatura (S1) y tiempo y el calefactor H1en funcin de la temperatura (S1).

Figura 4. Lazo de control de la temperatura demaceracin.

En la etapa de maceracin y pre-filtracin(Figura 4), la activacin de la electrovlvulaE3 y la bomba B1 se realiz en funcin altiempo (0-60 min) y temperatura (66-70 C) yel calefactor H2 en funcin de la temperatura(S2).

Figura 5. Lazo de control de la temperatura decoccin.

En la etapa de coccin (Figura 5), laelectrovlvula E4 y el agitador Agi, seactivaron en funcin del tiempo (0-60min) ytemperatura (98-105C), la bomba B2 enfuncin del tiempo y la electrovlvula E5 enfuncin del tiempo. Asimismo el calefactor

H3 se activ en funcin de la temperatura(S3).

Generacin de funciones de membresa,

reglas difusas e inferenciaEsta operacin se hizo mediante el FuzzySystem Designer de LabVIEW 2009 (versindemo). Se dividi el proceso en sub-etapas(sub VIs), metodologa que facilita lacreacin del programa principal (NationalInstruments, 2009), a las que se caracteriz

mediante un nmero de orden y una pequeadescripcin: 1LlenAgua.fs, 1 es el nmero deoperacin y lo dems la operacin: llenado

de agua al dosificador y .fs corresponde ala extensin del archivo. Para todas las reglasdifusas se utiliz la estructura Mandani y parala defusificacin el mtodo del centro de rea.Como ejemplo de la fusificacin, generacinde reglas, defusificacin y vista grfica delmodelo de la relacin entre variables deentrada y salida correspondientes al surtido

del agua, hacia el tanque de dosificacin y lacorrespondiente a la etapa de maceracin semuestra a continuacin:

1LlenAgua.fs

En la Tabla 1 se muestran las variables deentrada (tiempo) y salida (electrovlvula Elv1y calefactor Hor1) al sistema difuso, llenadode agua al tanque dosificador.



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Tabla 1

Variables de entrada y salida al sistema difuso(etapa de dosificacin)

Nombre RangoNmero defunciones de

membresaVariables de entrada:Tiempo (min)Tiempo (min)

0 a 50 a 5

22

Variables de salida:Elv1Hor1

0 a 100 a 10

22

Entrada de las funciones de membresa

(membership). En la Figura 6 se muestra lasfunciones de membresa para las variables deentrada tiempo.

Funcin demembresa

Forma Puntos

tLlenDos Trapezoidal 0 ; 0 ; 1 ; 1

tFinDoc Trapezoidal 1 ; 1 ; 5 ; 5

Figura 6. Funcin de membresa tiempo (min).

Salida de las funciones de membresa. Enlas Figuras 7 y 8 se muestran las funcionesde membresa para las variables de salida:electrovlvula Elv1 y para el calefactor Hor1.

Funciones demembresa

Forma Puntos

OFF Trapezoidal 3 ; 3 ; 4 ; 4ON Trapezoidal 7 ; 7 ; 8 ; 8

Figura 7. Funciones de membresa de Elv1.

Funcin demembresa

Forma Puntos

OFF Trapezoidal 3 ; 3 ; 4 ; 4

ON Trapezoidal 7 ; 7 ; 8 ; 8

Figura 8. Funciones de membresa de Hor1.

Reglas (Rules)1. IF 'tiempo(min)' IS 'tLlenDos' THEN 'Elv1'IS 'ON' ALSO 'Hor1' IS 'ON'(Si tiempo es de llenado a dosificador,entonces activar electrovlvula E1 y tambincalefactor H1)

2. IF 'tiempo(min)' IS NOT 'tLlenDos' THEN'Elv1' IS 'OFF' ALSO 'Hor1' IS 'ON'(Si tiempo no es de llenado a dosificador,entonces desactivar electrovlvula1 y activarcalefactor H1)

3Maceracin.fs

En la Tabla2 se muestran las variables deentrada (temperatura y tiempo) y salida(calefactor Hor2 y Bomba Bom1) al sistemadifuso correspondiente a la etapa demaceracin (tanque macerador).

Tabla 2

Variables de entrada y salida al sistemadifuso (etapa de maceracin).

Nombre Rango

Nmero de

funciones demembresa

Variables de entrada:Temperatura (C)Tiempo (min)

0 a 50 a 5

32

Variables de salida:Hor2Bomb1

0 a 100 a 10

22



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Entrada de funciones de membresa

(membership). En las Figuras 9 y 10 semuestran las funciones de membresa para lasvariables de entrada temperatura y tiempo.

Funcindemembresa

Forma Puntos

TbajMac Trapezoidal 0 ; 0 ; 66,5 ; 66,5Tmac Trapezoidal 66 ; 66 ; 70 ; 70TaltMac Trapezoidal 69,5 ; 69,5 ; 105 ; 105

Figura 9. Funciones de membresa detemperatura.

Funcin demembresa

Forma Puntos

tMac Trapezoidal 0 ; 0 ; 60 ; 60tFinMac Trapezoidal 60 ; 60 ; 65 ; 65

Figura 10. Funciones de membresa de tiempo.

Reglas (Rules)

1. IF 'temperatura' IS 'TbajMac' THEN'Hor2' IS 'ON' (Si temperatura es baja en

maceracin, entonces activar calefactorH2).2. IF 'temperatura' IS 'TaltMac' THEN 'Hor2'

IS 'OFF' (Si temperatura es alta enmaceracin, entonces desactivar calefactorH2).

3. IF 'temperatura' IS 'Tmac' AND 'tiempo'IS 'tMac' THEN 'Hor2' IS 'ON' (Si

temperatura y el tiempo es de maceracin,entonces activar calefactor H2).

4. IF 'temperartura' IS 'TaltMac' AND'tiempo' IS NOT 'tMac' THEN 'Hor2' IS'OFF' (Si la temperatura es alta y eltiempo no es de maceracin, entoncesdesactivar H2)

Salida de las funciones de membresa. Enlas Figuras 11 y 12 se muestran las funcionesde membresa para las variables de salida:calefactor Hor2 y para la bomba Bom1.

Funcin demembresa

Forma Puntos

OFF Trapezoidal 3 ; 3 ; 4 ; 4ON Trapezoidal 7 ; 7 ; 8 ; 8

Figura 11. Funciones de membresa delcalefactor Hor2.

Funcin demembresa

Forma Puntos

OFF Trapezoidal 3 ; 3 ; 4 ; 4

ON Trapezoidal 7 ; 7 ; 8 ; 8

Figura 12. Grfica para las funciones demembresa para la bomba Bom1.

La distribucin de los equipos para el procesoautomtico se muestra en la Figura 13. Eltrasvase del material de un tanque a otro espor gravedad.



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H1

B1

TQ DOSIFICADOR

TQ COCCIN

TQ MACERACIN

B2FERMENTADOR

TQ LPULO

MALTA

S1

S1

S3

H2

H3

AGUA DE CAO

INTERCAMBIADORDE CALOR

AGITADOR

A br evi atur a Descr ipci n

E1, E2, E3, E4, E5 Electrovlvualas de solenoide

S1, S2, S3 Sensores de temperatura LM3

H1, H2, H3 Hornillas elctr icas

B1, B2 Bomas centrfugas

TQ Tanques o recipientes

LEYENDA

E1

E4

E5

E3

E2

Agitador Agitador

Figura 13. Diagrama de distribucin de equipos y de las operaciones automatizadas.

La tarjeta de adquisicin de datos const de 3salidas para sensores (sensoresLM35) y 11rels para actuadores (Figura 14).

Figura 14. Tarjeta de adquisicin de datos ytarjetas de control de actuadores.

En la programacin de LabVIEW, el panelfrontal qued como se muestra en la Figura

15, en donde en la parte izquierda se muestrala eleccin de puerto serial, los tiempos decada operacin secuencial y en su partesuperior derecha la grafica, para observar elcomportamiento de las temperaturas en lostanques. Asimismo la tarjeta de adquisicinde datos y sus respectivas tarjetas de rels sedispusieron en la parte superior derecha delestante.

Los calefactores H1, H2 y H3 son hornillas

elctricas de 3 kW y se hallan en la parteinferior de cada tanque.

Los sensores de temperatura (LM35) sedispusieron en el interior de cada tanque. Lossensores de temperatura LM35 son integradoscuya lectura est en funcin de su voltajeledo (Baldor Electric Company, 1996).



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Figura 15. Panel frontal del proceso de produccin de cerveza controlado por lgica difusa (maceracin-coccin).

3. Resultados y discusin

La cerveza obtenida mostr una aparienciaalgo turbia, caracterstico de una cervezaartesanal. Toda cerveza debe presentar unaspecto caracterstico, siendo ste lmpido oturbio, con o sin presencia de sedimentos,propios de la cerveza.

El anhdrido carbnico (CO2) formado seprodujo por la adicin de azcar (6 g/L). Enuna cerveza el CO2 deber ser superior a0.3% p/p, lo cual tiene que ver con lapresentacin de la cerveza y su aceptacin,sin embargo esto depende del tipo de cerveza(Cdigo Alimentario Argentino, 2002).La desintegracin de las protenas y deelevado peso molecular, mejoran laestabilidad de la espuma pero pueden estarrelacionados con la formacin de turbidez(Kirket al., 2000).

Modelos grficos para variables de entrada

y salida

Los modelos grficos en el anlisis de datosposibilitan tener una idea general de unproceso, cualesquiera sea su origen. Enmodelo grfico en un control a base de reglas

difusas permite ver el comportamiento de lasvariables de salida (normalmente actuadores),que dependen de los valores de las variablesde entrada (adquiridas mediante una tarjetaDAQ y sus sensores), posibilitando lamodificacin de los valores de las funcionesde membresa y aun ms sus propias reglasdifusas. Las formas de los conjuntos difusos

son trapezoidales y triangulares para teneruna rpida simulacin y por la facilidad en ladescripcin de los parmetros para estasformas. Para ajustar y mejorar el desempeodel controlador se pueden seleccionar otrasformas de conjuntos difusos como campanagaussiana, que tiene parmetros como elcentro, la desviacin y la varianza, que hacenms difcil y compleja su descripcin(Marulanda et al., 2008).

Relacin grfica tiempo-electrovlvula E1y calefactor H1El comportamiento grfico de los actuadores(electrovlvula E1 y calefactor H1) enfuncin del tiempo se puede apreciar en lasFigura 16 (a y b). En estos modelos grficoslas componentes X e Y corresponden a lavariable tiempo, siendo Z el actuador.



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(a) Relacin tiempo y electrovlvula E1 (b) Relacin tiempo y calefactor H1

Figura 16. Comportamiento de (a) electrovlvula E1 y (b) calefactor H1

Relacin grfica tiempo-temperatura-electrovlvula E2, calefactor H2, bomba B1,electrovlvula E3, electrovlvula E4,calefactor H3, agitador agi, bomba B2 yelectrovlvula E5. El comportamiento grficode los actuadores (E2, H2, B1, E3, E4, H3,

agi, B2 y E5) en funcin del tiempo y latemperatura se puede apreciar en las Figuras17 y 18. En las Figuras siguientes se puedenotar que el eje X de corresponde a lavariable tiempo, al eje Y la temperaturay al eje Z los correspondientes contactores.

(a) Relacin tiempo, temperatura y E2 (b) Relacin tiempo, temperatura y H2

(c) Relacin tiempo, temperatura y B1 (d) Relacin tiempo, temperatura y E3

(e) Relacin tiempo, temperatura y E4 (f) Relacin tiempo, temperatura y H3

Figura 17. Comportamiento de (a) electrovlvula E2, (b) calefactor H2, (c) bomba B1, (d) electrovlvulaE3, (e) electrovlvula E4 y (f) calefactor H3.



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(a)Relacin tiempo, temperatura y Agi (b) Relacin tiempo, temperatura y B2

(c) Relacin tiempo, temperatura y E5

Figura 18. Comportamiento de (a) agitador Agi, (b) bomba B2, (d) y electrovlvula E5.

En las figuras anteriores el eje Z correspondea las variables de salida que en este caso son

los 11 actuadores utilizados en el procesoautomatizado, donde se hallan los valores delestado de activado (rango de 7 a 8) y dedesactivado (rango de 3 a 4). De la mismaforma los ejes X e Y corresponde a lasvariables de entrada como son el tiempo y latemperatura, en rangos que depende de laetapa en la que participa el actuador.

Las formas que se muestran en las Figuras16-b y 17-b corresponden a actuadores quemantienen en su etapa correspondiente unnico valor, puede que se mantenganactivados o desactivados; a diferencia de lasdems grficas que cuentan varias posicionesde acuerdo a sus respectivas variablesindependientes como son el tiempo y latemperatura (Figura 17a hasta 17f y Figura18a hasta 18c solamente el tiempo como esel caso para la Figura 16a y 16b).

Calidad fisicoqumica

En la Tabla 3 se resumen las caractersticas

fisicoqumicas que se obtuvo mediante laautomatizacin parcial por lgica difusa delproceso de elaboracin de cerveza tipo ale.

Tabla 3

Caractersticas fisicoqumicas de la cervezaartesanal.

Parmetro ValorDensidad (g/cm3) 0.9825pH 3.9013Acidez total (%-cido lctico) 0.8743Grado alcohlico (GL) 6.2438CO2 (%p/v) 0.9138

La densidad promedio de la cervezaproducida fue de 0.9825 g/cm3, valor que sejustifica por la presencia de CO2 y etanol ensu composicin.



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El pHpromedio de la cerveza que fue de3.9013. La Norma Tcnica de CervecerosLatinoamericanos, indica que el pH debeestar entre los valores de 3.0 a 4.8. SegnNorma Tcnica N 213.014-Febrero de 1973(INDECOPI-Per) las cervezas deben tenerun pH entre 3.8 a 5.0 (Silva, 2007).

La acidez total promedio expresada comoacido lcticode la cerveza fue de 0.8743 %.La Norma Tcnica de la AsociacinLatinoamericana de Fabricantes de Cervezaindica que debe estar dentro del rango de 0.1-0.4 %. La formacin de cido lctico esocasionada por las bacterias lcticas que seencuentran en la cerveza joven, desviando elciclo de formacin del alcohol en el momentode la formacin de piruvato. Para laformacin de alcohol la primeratransformacin que sufre la glucosa es apiruvato, luego a acetaldehdo y finalmente aetanol (Broderick, 1977).

El grado alcohlicopromedio obtenido de lacerveza fue de 6.2438 GL. Segn la NormaTcnica N 213.014 - Febrero de 1973(INDECOPI - Per), las cervezas deben nocontener ms del 6% de alcohol en volumen

(Silva, 2007), sin embargo para la NormaTcnica de la Asociacin Latinoamericana deFabricantes de Cerveza debe estar en el rangode 2.5 a 9 % (ALAFACE, 1999).

La concentracin de CO2de la cerveza fue de0.9138 %p/v. La Norma Tcnica de laAsociacin Latinoamericana de Fabricantesde Cerveza menciona que, sta debe estar enel rango de 2.4 - 3.6 (%p/v). Lasconcentraciones bajas de CO2 es

caracterstico de cervezas artesanales queemplean azcar como productor de CO2(Vogel, 2003).

4. Conclusiones

Mediante el control automtico parcial porlgica difusa del proceso de elaboracin de

cerveza artesanal en las etapas de maceraciny coccin, se logr controlar adecuadamentelos actuadores: bombas, calefactores yelectrovlvulas; empleando un tiempoaproximado de 4 horas. El control detemperatura implementando por LgicaDifusa posee la ventaja de no necesitar unmodelo matemtico preciso del sistema acontrolar. Las caractersticas fisicoqumicaspromedio para la cerveza artesanal obtenidamediante el control automtico por lgicadifusa de las etapas de coccin y maceracinfueron: densidad de 0.9825 g/cm3; pH de3.9013; porcentaje de acidez total expresadoen cido lctico de 0.8743 %, gradoalcohlico de 6.244 GL y un porcentaje deCO2 de 0.914 % p/v.

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