Matemática da cerveja: método inovador facilita planejar a produção

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Denise Casatti / Assessoria de Imprensa do ICMC
Com a colaboração de Ronaldo Castelli

Petr Vins / freeimages.com
Tanques para fermentação e maturação são recursos caros e limitados

O precioso líquido que está fermentando nos tanques precisa chegar até as garrafas ou latas que irão acomodá-lo. Mas qual a melhor sequência para realizar essa tarefa, considerando-se os diferentes tipos de cerveja que estão nesses tanques e a quantidade que será produzida? É melhor começar esvaziando o tanque da cerveja escura e depois ir para a clara ou vice-versa? Deve-se encher primeiro as latas ou as garrafas? E quando um tanque estiver vazio, qual a próxima cerveja a ser produzida, ou melhor, qual novo líquido (mosto cervejeiro) será alocado ao respectivo tanque para dar início ao processo de fermentação/maturação? Qual a quantidade de novo líquido será alocada ao tanque?

As indústrias de cerveja de todo o mundo se deparam diariamente com perguntas como essas na hora de planejar e programar a produção. Com o objetivo de integrar as decisões que precisam ser tomadas nesse processo, facilitar o trabalho e aumentar o controle da produção, uma pesquisa está sendo realizada em conjunto pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, e pela UFSCar. O projeto já resultou na tese de doutorado O problema integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes no processo de fabricação de cerveja: modelos e métodos de solução, defendida por Tamara Baldo no ICMC. Hoje, o tema prossegue sendo pesquisado por ela em seu pós-doutorado na UFSCar.

Foto: Denise Casatti / Assessoria de Comunicação do ICMC
Foto: Denise Casatti / Assessoria de Comunicação do ICMC
Pesquisadora Tamara Baldo: resolvendo os gargalos da produção

“Nas cervejarias, temos basicamente duas etapas: uma é a produção do líquido e a outra é o envase. Em cada uma delas há um gargalo diferente”, conta a pesquisadora. Ela explica que, durante a produção, dependendo do tipo de cerveja, há uma variação no tempo que é preciso deixar o líquido dentro do tanque para que a fermentação e a maturação ocorram adequadamente. Mas como esses tanques são recursos caros e limitados, o ideal é que, no momento em que o líquido esteja pronto, seja imediatamente retirado do tanque para que se inicie a produção de um novo lote. A questão problemática nessa etapa é o dimensionamento de lotes de produção, ou seja, qual a quantidade e qual líquido será produzido, sabendo que há limitações de capacidade máxima (tamanho do tanque) e mínima (para que o sensor de temperatura funcione corretamente).

Já na fase de envase, o principal gargalo está relacionado ao sequenciamento da produção. “Essa fase tem início apenas se houver líquido pronto e disponível. Ou seja, as decisões relacionadas à produção de líquido e ao envase precisam ser avaliadas conjuntamente. Durante o envase, toda vez que alteramos a embalagem, por exemplo, em vez de uma garrafa de 600 mililitros, temos uma lata de 350ml, é preciso parar os equipamentos e ajustar as máquinas para produzir o próximo item”, relata Tamara. Por isso, nesse tipo de indústria, é essencial descobrir qual a melhor ordem de produção na linha de envase a fim de reduzir o tempo de paralisação das máquinas.

“Quando começamos produzindo uma cerveja escura para, depois, produzir uma clara, considerando-se o uso de um mesmo tipo de embalagem, o tempo que se leva para ajustar os equipamentos é de uma a duas horas. Afinal, é preciso fazer uma limpeza completa na linha de envase, retirando os resíduos de corantes”, revela a pesquisadora. “Por outro lado, se começamos enchendo com a cerveja clara e, depois, passamos à escura, esse tempo é reduzido para algo como 20 minutos”, completa.

“Na pesquisa, foram utilizadas técnicas de pesquisa operacional, especificamente de otimização, além de programação matemática para resolver os problemas identificados”, revelou o professor Reinaldo Morabito, do Departamento de Engenharia de Produção da UFSCar. Ele foi o orientador externo de Tamara durante seu doutorado no ICMC.

Inovação

Para realizar a pesquisa, Tamara visitou uma cervejaria no Brasil e uma em Portugal, durante o período do doutorado em que permaneceu na Universidade do Porto. “As visitas foram essenciais para o entendimento de detalhes do processo produtivo e das dificuldades durante o planejamento de produção”, afirmou Tamara.

Yasmim Reis / Assessoria de Comunicação do ICMC
Yasmim Reis / Assessoria de Comunicação do ICMC

Ela explica que, atualmente, a maioria das cervejarias dispõe de softwares capazes de lidar automaticamente com o problema do dimensionamento dos lotes. Mas o sequenciamento é realizado de forma manual por um gerente de produção. E, ainda, as decisões em cada uma das etapas (produção de líquidos e envase) são realizadas de maneira desacoplada. “Não existe nenhum programa que gerencie o dimensionamento e o sequenciamento da produção, como também que considere as informações e decisões referentes ao processo de produção dos líquidos e envase de maneira integrada. Nós criamos um método inovador que possibilitou o surgimento do protótipo de um software”, revela a pós-doutoranda.

As empresas interessadas em empregar o novo método podem entrar em contato com a pesquisadora: “Estamos disponíveis para testar o nosso protótipo nas cervejarias. Claro que, talvez, seja necessário realizar pequenos ajustes para que o modelo se adapte às necessidades de cada empresa”.

A complexidade do problema investigado é tão grande e pouco explorada nas pesquisas acadêmicas que um dos artigos resultantes do trabalho foi publicado em um reconhecido periódico científico da área, o Computers & Industrial Engineering, em junho de 2014. “O artigo já contabilizou aproximadamente mil visualizações, um índice bastante expressivo”, ressalta a professora Maristela Oliveira dos Santos, do ICMC, que co-orientou Tamara durante o doutorado.

“Um trabalho como esse é inicial para se desenvolver o produto final. Agora, nossa intenção é realizar melhorias e, para isso, é fundamental estabelecermos novas parcerias com as indústrias”, concluiu Morabito. A pesquisa recebeu financiamento da Capes, do CNPq, da Fapesp e a colaboração do professor Bernardo Almada-Lobo, da Universidade do Porto, de Portugal.

Mais informações: (16) 3373.9666

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