Mejoras en el sistema de refrigeración del proceso de producción de cerveza
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Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Departamento de Ingeniería Química
Resumen
RESUMEN
En el proceso productivo de cerveza existen múltiples puntos donde es necesario mantener la temperatura controlada a un nivel bajo.
En primer lugar, en la reacción de fermentación, que es la reacción bioquímica mediante la cual el mosto se transforma en cerveza. El control de temperatura en este punto es decisivo para la regulación del metabolismo de la levadura, que define el perfil sensorial del producto final.
La cerveza se filtra para obtener el producto traslúcido y brillante que se encuentra normalmente en las góndolas. Para evidenciar y extraer la turbidez es necesario filtrarla a temperaturas debajo de 0°C.
Finalmente, después de envasado, el producto se pasteuriza y debe enfriarse rápidamente para cuidar sus características organolépticas.
En este trabajo final se evalúa la necesidad de refrigeración de la planta cervecera versus su capacidad instalada, evaluando propuestas de mejora que permitan ampliarla y mejorar las ineficiencias en la provisión del servicio de refrigeración.
La planta cuenta con dos ciclos de compresión de vapor de amoníaco: uno para refrigerar propilenglicol y otro para refrigerar agua a 2°C. El primer ciclo se encuentra operando a tope de su capacidad, por lo que resulta evidente la necesidad de derivar alguno de sus consumidores.
Se evalúa, entonces, dos posibles propuestas para reemplazar el consumo de glicol: A) ampliar la capacidad del ciclo que refrigera agua adicionándole un evaporador más para poder abastecer a los pasteurizadores de envasado; y B) instalar una bomba de calor que extraiga
calor del tanque de agua fría utilizado en el pasteurizador y lo entregue al tanque de agua caliente.
La evaluación se hace a través del método del Costo Anual Equivalente, teniendo en cuenta los términos pertinentes a las propuestas: costos de operación y mantenimiento, inmovilizado y depreciación. En los costos de operación se tienen en cuenta los cambios en consumo de energía eléctrica y vapor auxiliar.
Descripción
ÍNDICE
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ............................................................................... 6
1.1 MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 6
1.1.1 Cerveza - definiciones ............................................................................................. 6
1.1.2 Marco histórico ................................................................................................ 7
1.2 PROCESO PRODUCTIVO ........................................................................................... 8
1.2.1 Molienda ........................................................................................................................ 9
1.2.2 Cocimiento .................................................................................................................... 9
1.2.3 Fermentación ..................................................................................................... 10
1.2.4 Filtración ...................................................................................................................... 11
1.2.5 Envasado .................................................................................................................... 11
CAPÍTULO 2: NECESIDAD DE REFRIGERACIÓN EN EL PROCESO PRODUCTIVO ..................... 13
2.1.1 Cocimiento ................................................................................................................. 13
2.1.2 Fermentación ................................................................................................. 14
2.1.3 Filtración ..................................................................................................................... 19
2.1.4 Envasado .................................................................................................................... 20
CAPÍTULO 3: TECNOLOGÍA DE ENFRIAMIENTO INSTALADA ......................... 24
3.1 Sistema de refrigeración primario con amoníaco ......................................... 24
3.1.1 Evaporadores ................................................................................................ 25
3.1.2 Compresores ..................................................................................................... 27
3.1.3 Condensadores evaporativos............................................ 28
3.1.4 Válvula de expansión ....................................................................................... 31
3.1.5 Balance de calor en el ciclo ............................................................................ 32
3.2 Sistema general de refrigeración con propilenglicol ...................................... 32
3.3 Sistema de refrigeración de agua con amoníaco ...................................... 33
3.3.1 Descripción ................................................................................................... 33
3.3.2 Balance de calor en el ciclo ....................................................................... 34
CAPÍTULO 4: BALANCE GLOBAL DE CALOR ......................................................... 35
4.1 Sistema de glicol y amoníaco ............................................................................. 35
4.2 Sistema de agua y amoníaco ........................................................................... 36
4.3 Problemática ..................................................................................................... 37
CAPÍTULO 5: EVALUACIÓN PRELIMINAR DE PROPUESTAS DE MEJORA ... 38
5.1 Aprovechamiento de la capacidad ociosa del chiller ...................................... 38
5.2 Instalación de una bomba de calor .................................................................... 39
CAPÍTULO 6: DESARROLLO DE LA PROPUESTA DE MEJORA SELECCIONADA ......................... 41
6.1 Evaluación económica ...................................................................................... 41
6.2 Diseño del evaporador ..................................................................................... 43
CAPÍTULO 7: CONCLUSIONES ............................................................................... 46
REFERENCIAS .............................................................................................................. 48
ANEXO I: Cálculo del aumento de consumo de energía eléctrica por la propuesta A ........................ 50