O objetivo é aprimorar minha destilaria caseira de vodka, construída inicialmente em 2010, com os conhecimentos de tecnologia adquiridos ao longo dos anos, como por exemplo conceitos de IoT, Big Data, comunicação de dados e análise de dados. Atualmente o alambique já possui monitoramento (telemetria) de temperatura em alguns pontos e controle de potência digitalizado, porém a operação da destilação é controlada manualmente.
A meta é que o controle de potência funcione de forma autônoma durante o processo de destilação, com estimativa de tempo para conclusão do processo, estimativa de rendimento e estimativa de custos.
Alambique de coluna construído em 2010.
Destilação
Evidentemente existem processos que antecedem a fermentação, e após a padronização, mas neste momento iniciarei apenas com esses três.
Fermentação: é o processo biológico onde as leveduras consomem os açúcares do mosto (mosto: líquido preparado com cereais, frutas, açúcares, etc.), convertendo esse açúcar em energia celular, etanol (que nos interessa) e dióxido de carbono.
Destilação: é um método de separação, através de evaporação e controle de temperatura, de duas ou mais substâncias que estão misturadas em um líquido. Neste caso, será o método para extrair o etanol, criado pelas leveduras no processo de fermentação.
Padronização: é o método para que a bebida fique sempre com as mesmas características de sua designação. Neste caso, a padronização será a diluição do álcool extraído na destilação com água, para que fique na graduação de 40% de álcool por volume, ou ABV.
Cenário atual
A primeira fase desse desafio será focado apenas no processo de Destilação, através de um alambique de coluna para a produção de etanol potável, padronizado em vodka, com graduação de 40% de álcool por volume, ou 40% ABV.
Alambique de coluna atualizado em 2018.
Atualmente o controle da potência da caldeira é feito de forma manual, obrigando o operador, eu mesmo, a acompanhar toda a destilação, fazendo os ajustes necessários. Além desse ajuste manual, não é possível estimar o consumo energético, justamente por causa da variação da potência da caldeira.
O ambiente do alambique possui dois dispositivos microcontrolados programáveis, chamados de nós (ou nodes em inglês) que são responsáveis pela coleta de dados, através de sensores e acionamentos elétricos, através de atuadores. Esses nodes possuem conectividade com a rede local através de Wi-fi, para envio dos dados coletados para a Plataforma IoT responsável pelo armazenamento e processamento dessa telemetria.
O primeiro node é um termostato, que possui um sensor de temperatura digital, que coleta os dados de temperatura da cabeça do alambique e um relé eletromecânico para ativar e desativar a bomba circuladora de água do condensador automaticamente, dependendo da temperatura que os vapores na cabeça do alambique estão no momento.
O segundo node também possui um sensor de temperatura digital, que coleta os dados de temperatura do Boiler (caldeira) e uma funcionalidade moduladora de pulsos, abreviada de PWM (Pulse Width Modulation), para através de um relé de estado sólido abreviado de SSR (Solid State Relay), controlar a potência elétrica do elemento aquecedor da caldeira. Atualmente a regulagem da potência através de PWD é feita manualmente.
Primeira evolução
As evoluções tecnológica no alambique de coluna nesta primeira fase são as seguintes:
Node #1, ajustar as temperaturas de ativação e desativação da bomba d'água do condensador, de acordo com novas medições.
Node #2, controlar automaticamente a potência necessária no elemento aquecedor da caldeira, de acordo com a temperatura do sensor da caldeira ou da cabeça do alambique.
Node #3, instalação de novo node, chamado de Smart Meter (medidores de energia inteligentes) para medição da energia elétrica consumida pelo elemento aquecedor da caldeira.
Node #4, instalação de novo node, chamado de Smart Meter (medidores de energia inteligentes) para medição da energia elétrica consumida pela bomba d'água.
App #1, desenvolvimento de uma aplicação para agregar os dados de consumo de energia elétrica e convertê-los em custo por destilação.
Mãos à obra
O projeto será organizado utilizando método ágil, com as cerimônias do Scrum.