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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA PROCESO PRODUCTIVOFACULTAD DE CIENCIAS Cerveza
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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
BALANCE DE ENERGIA EN EL PROCESO PRODUCTIVO DE CERVEZA RED ALE EN LA EMPRESA
BARBARIAN
CURSO : Procesos Industriales
GRUPO : F
PROFESOR : Edson Morales
GRUPO N : 5
ALUMNOS CODIGOS
Alfaro Goicochea Cindy 20100111
Aguilar Ramrez, Mara Fernanda 20090106
Aguilar Torres, Alonso 20100110
Retamozo Fernndez, Mara Gladys 20100481
Ruiz Menndez, Amparo 20100130
Vallenas Arvalo, Amzy 20100132
2013-II
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OBJETIVO GENERAL:
Realizar el Balance de energa de la produccin de cerveza artesanal Red Ale, en la
empresa Cervecera Barbarian S.A.C. situada en el distrito de Huachipa, Lurigancho, Lima,Per.
OBJETIVOS ESPECFICOS:
Calcular el consumo de energa de cada uno de los procesos u operaciones unitarias quese llevan a cabo en la fabricacin de la cerveza Red Ale en la empresa Barbarian S.A.C.
Especificar las categoras de los sistemas abierto o cerrado en cada operacin unitariadurante la produccin de cerveza Red Ale de la empresa Cervecera Barbarian S.A.C.
Determinar el mayor consumo de energa en el proceso de elaboracin de la cerveza
Red Ale en empresa Barbarian S.A.C.
PROCESO DE ELABORACIN DE CERVEZA ARTESANAL - FLUJOGRAMA
RECEPCIN DE MATERIAS PRIMAS
PESADO
MOLIENDA
CALENTAMIENTO DE AGUA
MACERACION
COCCION
SEPARACION
SHOK TERMICA
FERMENTACION
FILTRACION
ENVASADO
ENCHAPADO Y ETIQUETADO
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BALANCE DE ENERGIA DEL PROCESO DE ELABORACION DE CERVEZA RED ALE
1. Descripcin de la maquinaria utilizada y balance de energa en cada operacin unitaria.1.1 Balanza de pesadoEl primer paso en la produccin de la cerveza Red Ale es el pesado de
la malta importada
Descripcin de equipo:
- Base del arrabio, plataforma y sistema rugosos de la
palanca
- Capacidad: 50KG/100 KG
- Cuatro ruedas permiten el movimiento fcil
- Balanza elctrica.
El sistema consta de una balanza y la malta y otros insumos que ingresan y salen del proceso.
Es un sistema abierto, por ello debe satisfacer la siguiente ecuacin general:
- El sistema no tiene aceleracin: = 0- En el sistema no se dan reacciones y no hay cambio de temperatura: - El sistema no se desplaza verticalmente: = 0- No existe diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores:
Entonces:
La nica fuente de energa en el sistema es el trabajo aportado por la balanza.
Calculando el :
Malta PESADO Malta pesada
Q emitido (w)
Energa (w)
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El clculo de trabajo se realiz utilizando la potencia de la balanza y el tiempo de uso durante unmes de produccin.Sabiendo que el tiempo de trabajo es de 4 horas por mes.Datos:Voltaje: 0.035
Amperio: 220Tiempo de uso= 4horas
Potencia = Amperio * Voltaje= 0.035 *220= 7.7 watts= 0.0077 Kwatts .
Entonces es el trabajo que ha aportado la balanza para el pesado de losinsumos.
1.2 MoliendaEn esta etapa se trabaja con un molino, con el fin de exponer
la enzima para la maceracin.
Descripcin de equipo:
- Material de acero inoxidable
- Capacidad : 4KG ( 64 KG/h)
- Motor con 0.5 hp y 0.37 Kwatts
- Molienda elctrica
El sistema consta de un molino y la malta que ingresan y salen del proceso. Es un sistema
abierto por ello debe satisfacer la siguiente ecuacin general:
- El sistema no tiene aceleracin: = 0- En el sistema no se dan reacciones y no hay cambio de temperatura: - El sistema no se desplaza verticalmente: = 0- No existe diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores:
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Entonces:
.
Para este proceso solo se ha tomado en cuenta el consumo elctrico del equipo. Ya que lasespecificaciones mecnicas del equipo resultan vuelven muy complejos los clculos.
Segn los datos tomados del balance de masa realizad, la cantidad de granos de malta que
ingresa al molino al mes es de 1248 kg. Adems segn lo consultado con el personal de la
empresa, cada vez que se utiliza el molino el proceso dura alrededor de 1.5 horas por molienda.
Teniendo en cuenta que se realizan 8 lotes al mes y que en cada lote se realizan 3 moliendas el
tiempo total de utilizacin del molino ser:
Segn el fabricante el molino de martillo tiene una potencia de 0.5HP, teniendo en cuenta que1HP=0.75KW la potencia sera 0.375kw.
Tomando en cuenta la capacidad mxima del molino segn el fabricante el tiempo ptimo de
utilizacin para triturar la cantidad de malta necesaria sera de:
Y el consumo correspondiente para este tiempo sera de:
1.3 Calentamiento del aguaEsta operacin se realiza con el propsito de calentar el agua, la cual ser necesaria para la
maceracin.
Malta pesada MOLIDO Malta molida
Q emitido (w)
Energa (w)
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Descripcin de equipo
Figura N1 Tomada por: Alfaro Cindy
- Material de acero inoxidable
- Gas GLP ( Butano y propano)
El sistema consta de una olla y agua. Es un sistema cerrado por ello debe satisfacer la siguiente
ecuacin general:
- El sistema no tiene aceleracin: = 0- En el sistema no se dan reacciones pero si hay cambio de temperatura:
- El sistema no se desplaza verticalmente: = 0- El sistema no realiza trabajo = 0
Entonces:
Calculo de U:
La variacin energa interna (U), va a ser igual a la energa que se requiere para elevarla solucin de 25C a 68C
CALENTAMIENTO
DE AGUA
Q(+)Agua
Agua
Gas licuado 40 Kg
16 Kg de Butano
24 Kg de propano
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Cvagua= Xagua* Cvagua
Q = U
Q =
Se transfiere KJ de energa al sistema en forma de calor, esto es para elproceso realizado en una olla al vapor con agua de masa de 5280 Kg.
Clculo de la eficiencia del combustible utilizado
Para calentar la olla a presin se utiliza GLP que en promedio es 40 Kg por mes.El proceso de calentamiento dura 4 .5 Horas, entonces para hallar el calor producido que es elcalor ganado por la masa para elevar su temperatura de temperatura ambiente 25 a 68C.
- El gas utilizado es GLP:GLP Composicin
Butano 40%
Propano 60%
Se utiliza 40 Kg de GLP: 16 Kg de Butano
Datos:24 Kg de propano
Reacciones de combustin:C3H8 +5O2 3CO2 + 4H2O
C4H10 + O2 4CO2 + 5H2O
Densidad del GLP es
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Tabla de Energa Liberada segn Componentes del GLP
COMPONENTES
DEL GLP
FRACCI
N
MASA
GLP(Kg/mes)
CALOR DE
COMBUSTIN
(KJ/mol)
MASA (g/mol) CALOR DE COMBUSTIN
(KJ/Kg)
ENERGA
LIBERADA(MJ)
C3H8 0.6 24 -2220 44 -50450 -1210.8
C4H10 0.4 16 -2878.5 58 -49629.3 -794.07
TOTAL 1 40 -2483.4 -49KJ/g(-49MJ/Kg) -2004.87
Cuadro N1 Fuente: Elaboracin Propia
Los datos de calor de combustin para cada una de las especies fueron obtenidas de las tablas(B1) de Felder:
Q glp= -2004.87
Q glp es el calor que libera la combustin del propano mensualmente
Q agua= = MQ aguaes el calor que ha sido aprovechado por el sistema.= M
1.4 Bombeo de traspaso a la olla de maceracinBomba especfica de movimiento del agua caliente hasta la segunda olla, donde se dar paso alproceso de maceracin. Antiguamente se vertan el contenido de una olla a otra de manera
manual, hoy han sido sustituidas por las actuales bombas con motor; estas deben tener el
marcado CE y cumplir con la normativa vigente, o estar puestas en conformidad.
-Primer trasiego: 18 horas (despus de calentar el agua hasta 68C) al ao
Ficha tcnica
- Nombre: BOMBA (V. Monofsica 220 V)- Bomba de flujo reversible. Estn construidas para ir en los dos sentidos de giro y
pueden realizar alternativamente las funciones de aspiracin e impulsin del lquido
que trasiegue.
- Con 0.5 Hp y 220 V- Se utiliza 1.5 horas por lote = 18 horas (Prendido)/mes
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-Figura N2 Tomada por: Alfaro Cindy
Balance de energa en el primer trasiego:
a. Segn la ficha tcnica:0.375 KW*18 h= 6.75 KW al aob. Real/ calculado:
Base de clculo:
De la primera olla, donde se calent el agua hasta 68C, se bombean 5279.86 L de agua a la
segunda olla (donde se proceder a la maceracin).
Se sabe que en esta etapa el agua tiene una densidad de 1000 kg/m3
5279.86 L y 18 horas de funcionamiento de la bomba sern la base clculo del balance deenerga del primer trasiego.
El balance de energa es:
Dnde:
Ek= Variacin de energa cintica
Ep= Variacin de energa potencialU = Variacin de energa interna
Q = Calor
W = Trabajo
Simplificando el balance de energa:
- m= 5279.86 Kg- es casi igual o tiende a cero porque V1V2. Debido a que los dimetros de
entrada y salida del flujo son iguales y los volmenes de entradas y salidas son
iguales, por lo tanto la velocidad de flujo volumtrico de ambos sern iguales.
- Si hay cambios de altura del punto final con respecto al punto inicial
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- =0. No hay cambios de temperatura- Q = 0: Porque el sistema y sus alrededores estn a la misma temperatura
Fuente: Elaboracin Propia
Entonces, el balance de energa:
=mg= (5279.86 kilogramos de agua)(9.81m2/s2)(1.2 m)= 62.15451 KJ
La potencia empleada en una hora de funcionamiento de la bomba:
P=W/t= 62154.51 KJ/ 3600seg = 0.0173 KWh
Agua
caliente
Olla para la
maceracin
5 cm
Masa 2 = m
= 1.2 m
5 cm
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1.5 MaceracinEsta operacin se realiza con el propsito extraer los azucares de la malata debido al contacto
con el agua caliente, la cual necesaria para la
maceracin.
Descripcin de equipo:
- Material de acero inoxidable
Figura N 3 Tomada por: Ruiz Amparo
1247.8 kilogramos de malta molida proveniente de la molienda.
5279.86 L Agua calentada a 68 0C
El sistema consta de una olla, agua caliente y malta. Es un sistema cerrado por ello debe
satisfacer la siguiente ecuacin general:
El sistema no tiene aceleracin: EK= 0
El sistema no se desplaza verticalmente: EP= 0
En sistema no hay presencia de piezas mviles, ni paso de corriente elctrica:
W = 0
Entonces:
Q = U
Calculo de U:
5279.86 L
MostoMACERACION
Malta
1247.8Kg5030.3 L.
Agua
Densidad: 1,050 g/ml
Q (+)
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Datos: Composicin del mosto = 87 % agua y 13% carbohidratos
Para el clculo del Cv mezcla, se tomaron los datos de las capacidades calorficas de cada
uno de los componentes de la mezcla.
Componente Cv( KJ/ Kg K) Masa(Kg)
Azucares (Carbohidratos) 1.48 686.63595
Agua 4.18 4595.17905
Cuadro N2 Fuente: Elaboracin Propia
Cvmezcla= Xcarbohidratos* Cvcarbohidratos+Xagua* Cvagua
Cvmezcla= 0.13 * 1.48
+ 0.83 * 4.18
Cvmezcla= 3.66
1.6 Bombeo de traspaso de la olla de maceracin a la olla de coccin.
-segundo trasiego: 4 horas (despus de permanecer 1 hr el agua a 68C y la malta) alao
Balance de energa en el primer trasiego:
Segn la ficha tcnica:0.375 KW*18 h= 6.75 KW al ao
Real/ calculado:
Base de clculo:
De la segunda olla, donde se mantuvo contacto entre el agua a 68C y la malta, se bombean
5030.3L de mosto (Agua + malta) a la segunda olla (donde se proceder a la coccin).
Se sabe que en esta etapa el agua tiene una densidad de 1000 kg/m3
5030.3L de mosto y 18 horas de funcionamiento de la bomba sern la base clculo del balance
de energa del primer trasiego.
El balance de energa es:
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Dnde:
Ek= Variacin de energa cintica
Ep= Variacin de energa potencialU = Variacin de energa interna
Q = Calor
W = Trabajo
Simplificando el balance de energa:
- m= 5281.815 Kg- es casi igual o tiende a cero porque V1V2. Debido a que los dimetros de
entrada y salida del flujo son iguales y los volmenes de entradas y salidas son
iguales, por lo tanto la velocidad de flujo volumtrico de ambos sern iguales.
- Si hay cambios de altura del punto final con respecto al punto inicial- =0. No hay cambios de temperatura- Q = 0: Porque el sistema y sus alrededores estn a la misma temperatura
Figura N4 Tomada por: Vallenas Amzy
Figura N5 Fuente : Elaboracin Propia
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Entonces, el balance de energa:
=mg
= (5281.815 kilogramos de agua/mes)(9.81m2/s2)(1.2 m)= 62.1775 kJ/mes
Potencia Real =
Calculo de la eficiencia en el primer trasiego:
Dato Potencia Horas de trabajo/al mes Consumo de energa kJ /mes
Ficha Tcnica 375 W 432 583200
Real (calculado) 0.04 W 432 62.1775
Cuadro N3 Fuente: Elaboracin Propia
1.7 CoccinEn esta etapa se lupuliza el mosto hirviendo lpulo por 90 min, Consiste en poner el mosto a
ebullicin en un caldero e controlndolo. Cuando alcanza por primera vez un hervor vigoroso
verter la primera cuota de lpulo para darle el amargor, despus de 75 min se aade la segunda
cuota de lpulo que le dar el sabor, a los 90 min apagar el caldero y aadir la tercera cuota de
lpulo que le dar el aroma. Se deja reposar de 15 a 30 min con la tapa puesta para que
sedimenten todas las partculas, procedemos a recogerlo en el fermentador.
Figura N 6 Tomada por: Cindy Alfaro
Descripcin de equipo:
- Material de acero inoxidable
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El sistema consta de una olla a presin y la solucin de mosto a procesar con el lpulo
que ingresa y que tiene como lmite su superficie externa, por ello es un flujo cerrado
por lo cual debe satisfacer la siguiente ecuacin general:
U + EK + EP= QW
El sistema no tiene aceleracin: EK= 0
El sistema no se desplaza verticalmente: EP= 0
En sistema no hay presencia de piezas mviles, ni paso de corriente elctrica:
W = 0
Entonces:
Q = U
Calculo de U:
Par el clculo de la U primero se consider que al agregar al lpulo al mosto en el
sistema se debi elevar la temperatura, hasta alcanzar los 100C y a partir de entonces
poder absorber los aceites esenciales que le darn color y sabor a la cerveza. Este
proceso se realiza durante 90 minutos.
Para calcular el cv de la masa del sistema se realiz el clculo a partir de los Cv de suscomponentes de la manera siguiente:
Cv mezcla0
Componente Cv( KJ/ Kg K) Masa(Kg)
Azucares (Carbohidratos) 1.48 686.63595
Agua 4.18 4595.17905
Cuadro N4 Fuente: Elaboracin Propia
Cvmezcla= Xcarbohidratos* Cvcarbohidratos+Xagua* Cvagua
Cvmezcla= 0.13 * 1.48
+ 0.83 * 4.18
Cvmezcla= 3.66
Cv del lpulo ( Aceites esenciales) :
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cido alfa C18H30O2 PM: 278 g/mol
Componentes Cv (KJ/K Kg) Fraccin
C 1.48*10-3 0.78
H 14.34 0.11
O 0.92 0.11
Cuadro N5 Fuente: Elaboracin Propia
CvAcido= 0.78*1.48*10-3
+ 0.11*14.34
+ 0.11*0.92
CvAcido= 1.68
Cv de la mezcla
Cv de la mezcla para 5263.22 Kg
Componentes Cv (KJ/K Kg) fraccin
Carbohidratos 1.48 0.1393
Agua 4.18 0.86
cido alfa 1.68 0.0007
Cuadro N6 Fuente: Elaboracin Propia
Cvmezcla= 0.1393*1.48
+ 0.86*4.18
+ 0.0007*1.68
CvMezcla= 3.8
Entonces:
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Clculo de la eficiencia del combustible utilizado
Para calentar la olla a presin se utiliza GLP que en promedio es 126.67 Kg por mes.El proceso de calentamiento dura 4 .5 Horas, entonces para hallar el calor producido que es elcalor ganado por la masa para elevar su temperatura de temperatura ambiente 25 a 68C.
- El gas utilizado es GLP:GLP Composicin
Butano 40%
Propano 60%
Se utiliza 126.67 Kg de GLP: 50.67 Kg de Butano
Datos:76 Kg de propano
Reacciones de combustin:C3H8 +5O2 3CO2 + 4H2O
C4H10 + O2 4CO2 + 5H2O
Densidad del GLP es
COMPONENTES
DEL GLP
FRACCI
N
MASA
GLP(Kg/mes)
CALOR DE
COMBUSTIN
(KJ/mol)
MASA (g/mol) CALOR DE COMBUSTIN
(KJ/Kg)
ENERGA
LIBERADA(MJ)
C3H8 0.6 76 -2220 44 -50450 -3834.2
C4H10 0.4 50.67 -2878.5 58 -49629.3 -2514.72
TOTAL 1 126.67 -2483.4 -49KJ/g(-49MJ/Kg) -6348.92
Cuadro N6 Fuente: Elaboracin Propia
Los datos de calor de combustin para cada una de las especies fueron obtenidas de las tablas(B1) de Felder:
Q glp= -6348.92
Q glp es el calor que libera la combustin del propano mensualmente
Qmosto= = M
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Q mosto es el calor que ha sido aprovechado por el sistema = M1.8 Shock trmico
Descripcin de equipo:
El equipo es un intercambiador de calor
impulsado por una compresora de 0.5hp.
El agua proveniente del grifo (25C)
ingresa y se pone en contacto con una
lmina por la que est pasando el mosto a
100C, hay un intercambio de calor entre
el agua y el mosto; hay un impulso de la
bomba hacia el fermentador.
Figura N9 Fuente: Elaboracin propia
Del intercambiador de energa
H + EK + EP= QW
El agua que sale es igual al agua que entra igual el mosto entonces es EK: 0
No hay cambio de altura es EP: 0
No hay partes mviles que intervengan en el proceso W: 0
H= Q; el agua
Entrada de agua a 25C (grifo)
Salida de agua a 70 Salida del mosto a 25C
Entrada del mosto a 100C
Figura N8 Tomada por: Alfaro CIndy
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= 27375.5 moles de agua
Esto es equivalente a la prdida de calor del mosto.
Balance de energa de la bomba
= KJ
1.9 Energa liberada en la fermentacin
Es un proceso por el cual los azcares se transforman en alcohol, CO2y otros que se encuentran
en menor cantidad y que se conocen con el nombre de productos secundarios de la
fermentacin, debido a la actividad enzimtica producida por las levaduras. Este proceso
biolgico se produce con una importante liberacin de energa, debe ser controlado, a fin de
que las levaduras se encuentren en un medio adecuado para desarrollar su actividad; la
concentracin de azcares, la temperatura, la acidez, el PH, el desprendimiento de CO2, el
alcohol, son factores que inciden sobre la actividad de las levaduras, y que deben ser
controlados y regulados a fin de que en el proceso se desarrollen normalmente.
La cantidad de azcar necesaria para producir un grado de alcohol (1% en vol.), es de 17.5 g./l.,
lo que equivale a 1 Be. (Baum).
Las levaduras pueden metabolizar a los azcares de dos formas: oxidativamente y
fermentativamente.
En la primera las levaduras transforman los azcares en CO2, y H2O y pequeas cantidades de
alcohol, aprovechando esta energa para multiplicarse.
EQUIPO CARACTERISTICAS CAPACIDAD TIEMPO DETRABAJO
OTROS
TANQUES DE ACERO
INOXIDABLE
En estos tanques
ocurre la
fermentacin, hay
desprendimiento de
energa en forma de
calor porque este
proceso es
exotrmico.
600 LT
14
das/mes
Reaccin :
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 +
X caloras
-
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En la segunda las levaduras escasamente se multiplican y producen grandes cantidades de
alcohol.
Glucosa CO2+ alcohol + H2O + 40 Caloras liberadas por mol.
De las 40 caloras liberadas, 14.6 son utilizadas por las levaduras para su metabolismo; ladiferencia, es decir, 25.4 caloras se liberan en forma de calor, provocando el calentamiento del
mosto.
Para el clculo de balance de energa del proceso de Fermentacin, se considera la
ecuacin general de balance energtico:
U + EK + EP= QW
Dnde:
Ek= Variacin de energa cintica
Ep= Variacin de energa potencial
U = Variacin de energa interna
Q = Calor
W = Trabajo
Para el balance de energa se asume que:
0. Porque no hay cambios de temperatura Ep = 0 No hay cambios de altura del punto final con respecto al punto inicial
EK= 0 porque no hay variacin de aceleracin
Por tanto:
C6H12O6 2 CH3-CH2OH + 2 CO2+ X Kcal
Segn el Manual de Enologa en la pgina 48 menciona que: para un mol de Glucosa se
desprende 25.5 Kcal.
C6H12O6 2 CH3-CH2OH + 2 CO2+ 25.5 Kcal
Entonces para , elcalor desprendido ser 149124.51 Kcal
Sabemos que: 1 calora = 4,18 joule (o 1 joule = 0239 caloras)
Entonces el calor desprendido es de 623951924.7 J.
En la Fermentacin Alcohlica:
C6H12O6 2 CO2+ CH3- CH2OH + 25.4 Kcal/mol glucosa
U = Q
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180.06 gramos 2 x 46.02 gramos + 2 x 44.01 gramos + 25.4 Kcal
K = 25.4 / 180.06 = 0.1411 Kcal / gramo ~ 0.14 Kcal / gramo
Ahora bien, este valor que qumicamente es correcto, se ve influenciado en la prctica por
diversos factores:
El CO2 cuando se desprende arrastra calor; el agua y el alcohol estn evaporndose en la
superficie, por tanto su cambio de estado absorbe calor, enfriando la masa del mosto en
fermentacin.
Por ejemplo, debido al CO2 hay un arrastre de 3.26 Kcal. Por cada mol de glucosa / fructosa
metabolizada por las levaduras, ya que el calor de vaporizacin del CO2 a 20C es de 37 Kcal
/gramo.
El calor absorbido por el alcohol y el agua, puede ser hallado aplicando la ecuacin que
determina la velocidad de evaporacin de un lquido que segn Dalton es:
V = C x S x (PmPa) / H, en donde:
C: constante de lquido considerado Kg /m2h
S: superficie del lquido en m2
Pm: presin de vapor mxima o de saturacin en una columna de Hg.
Pa: presin de vapor actual, en mm Hg.
H: presin atmosfrica en mm Hg.
Pero adems de todo esto, existen otros factores difciles de evaluar. Por ejemplo, el calor
aportado por toda la masa del recipiente cuando se introduce un mosto con una temperatura
inferior a la que tiene el recipiente en ese momento.
Por tanto, la cantidad de calor necesaria a eliminar en el proceso de control de la temperaturade fermentacin de un mosto, ser la suma de los siguientes aspectos:
Calor a extraer al mosto para reducir su temperatura de entrada en fermentadora, hasta el
inicio de la fermentacin.
q1 = m x Ce x T , siendo:
m: cantidad de mosto en Kg
Ce: calor especifico del mosto
T: diferencia de temperatura entre el mosto a la entrada en bodega con el inicio de la
fermentacin.
Como la temperatura a la que pretendemos fermentar estar por debajo de la temperatura de
entrada del mosto en la bodega, este apartado no se tendr en cuenta
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Calor desarrollado en la fermentacin:
Dentro de las condiciones de trabajo de la fermentadora estarn:
- Temperatura de fermentacin 28C
- Producto: mosto fermentado , 13.5 que equivalen a 244 gramos de azcar por litro.
- Temperatura media de fermentadora: 20C
- Volumen de llenado del depsito: 5264.423 Kg.
q2= (m x q x K) /( 24 x d ), siendo:
m: Kg. de mosto por depsito
q: gramos de azcar por litro de mosto
K: Kcal desarrolladas por gramo de azcar fermentado
d: das que dura la fermentacin
q2= (5264.423 x 244 x 0.14) / (24 x 14) = 535.22 Kcal / h por depsito
Mediante este procedimiento, se supone una fermentacin regular a lo largo del tiempo, sin
tener en cuenta que hay das con fermentacin mucho ms activa.
Calor cedido por el depsito al ambiente:
q3= K x S x T, siendo:
K: coeficiente de transmisin de calor que depende de las superficies de transmisin de calor
(aire y mosto en fermentacin) y del material que separa ambos ambientes .
Teniendo en cuenta los coeficientes de transmisin de calor del ambiente, aire en calma (haire)
y del mosto (hmosto), y sabiendo que el espesor de acero inoxidable es de 0,05 m, el coeficiente
de transmisin de calor, K oscila entre 1.46 y 1.89 K = 1.67.
S: superficie en m2del depsito. La superficie de un depsito troncocnico se puede calcular
mediante la siguiente expresin:
S = x ( R + r ) x (R- r )2 + h2, siendo:
R: radio del dimetro ms grande, la parte inferior del depsito (m)
r : radio del menor dimetro, la parte superior (m)
h: altura del depsito (m)
S = x (1.53 + 1.2) x (1.53 -1.2)2 + 3.252 = 16.96 m2
T = diferencia de temperatura entre el ambiente de bodega (20C) y la de fermentacin
(28C).
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As, el calor cedido por depsito en fermentacin, quedara de la siguiente manera:
q3= 1.67 x 16.96 x (28-20) = 226.59 Kcal /h
Como la temperatura ambiente es ms baja que la temperatura de fermentacin, se refrigera el
mosto, y por tanto q3 ser de signo negativo.
Calor total, necesario de evacuar por depsito:
q = q2 + q3= 535.22- 226.59 = 308.63 Kcal/h
U = 308.63 Kcal/h *18 horas = 5555.347 KJ /mensual
1.10FiltradoEn esta etapa se trabaja con un filtro, con el fin de extraer todo material procedente de la
maceracin y coccin.
Descripcin de equipo:
- Motor con 2 hp y 1.5 Kwatts
- Filtrador elctrico
El sistema consta de un filtrador y el mosto fermentado que ingresan y salen del proceso. Es un
sistema abierto por ello debe satisfacer la siguiente ecuacin general:
- El sistema no tiene aceleracin: = 0- En el sistema no se dan reacciones y no hay cambio de temperatura: - El sistema no se desplaza verticalmente: = 0- No existe diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores:
Consumo energtico
1.11Almacenamiento
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Para el clculo de balance de energa del proceso de almacenamiento, se considera la
ecuacin general de balance energtico:
U + EK
+ EP= QW
Dnde:
Ek= Variacin de energa cintica
Ep= Variacin de energa potencial
U = Variacin de energa interna
Q = Calor
W = Trabajo
Para el balance de energa se asume que:
= 0. Porque no hay cambios de temperatura Ep = 0 No hay cambios de altura del punto final con respecto al punto inicial
EK= porque no hay variacin de aceleracin
W=0 por que no se realiza trabajo
Q= 0 no hay transferencia de calor
Por tanto: No hay datos para realizar balance de energa
1.12EnvasadoEn esta etapa se trabaja con un embotellador, con el fin de llenar la cerveza en cada una de las
botellas.
Descripcin de equipo:
- Motor con 2.5 hp y 1.875 Kwatts
- Embotellador elctrico
El sistema consta de un embotellador y la cerveza terminada que ingresan al proceso. Es unsistema cerrado por ello debe satisfacer la siguiente ecuacin general:
- El sistema no tiene aceleracin: = 0- En el sistema no se dan reacciones y no hay cambio de temperatura: - El sistema no se desplaza verticalmente: = 0- No existe diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores:
Consumo energtico
Figura N 10 Tomada por: Alfaro CIndy
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1.13Enchapadora y etiquetadoraEn estas dos operaciones (Enchapado
y etiquetado) son realizadas
manualmente por lo que el balance
de energa en cada una de ellas no se
puede evaluar.
Figura N11 Tomada por: Alfaro Cindy
1.14Bombeo de agua
Figura N12 Tomada por: Alfaro Cindy
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Figura N12 Fuente: Elaboracin Propia
El sistema consta con un tanque de agua subterrneo al cual ingresa agua, y sale
constantemente aguaDatos: Potencia del motor de la bomba =3 HP
Ws = 3 HP
=
=2250 W=2250 J/s
Flujo volumtrico: 36 L/min
Durante el proceso de elaboracin de cerveza red ale, el gasto total de agua que se
utiliza en la empresa en produccin es de 42240 L /mes
x
Esta cantidad es equivalente a MJ / mes.El trabajo W que realiza la bomba de agua para elevar este volumen es 1584.036 MJ /
mes.
W= 1584.036 MJ / mes.
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CUADRO RESUMEN
Maquina Operacin unitaria Consumo energtico
Pesado 110.88 KJ
Molienda 48600 KJ
Primer trasvaso 62.15451
Segundo transvaso 62.1775
Shock trmico 8692.450
Filtrado 43200
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Envasado 216000
Bombeo de agua 158403600
158720327.7
DISCUSIONES
En el anlisis de la operacin de molienda, se realiz un anlisis de capacidad del
molino por hora hallado que est en prctica es 34.67 Kg/h y segn informacin
de su ficha tcnica esta capacidad tiene un valor igual a 64 kg/h , la diferencia es
29.33 Kg /h siendo este el 45 % de falta de uso que se le da al molino.
El uso de bombas para el trasvase de agua caliente a la olla donde se realizara el
malteado o para el trasvase de este a la olla de lupulado realiza un trabajo de
62.15 KJ por mes que es igual a decir 6.75 KW y segn ficha tcnica para estamima cantidad de horas de trabajo el motor debi realizar un trabajo de 0.3114
KW, dndose una diferencia de aproximadamente 6.43 KW .Podemos encontrar
un perdida de energa.
CONCLUSIONES
Desde el inicio hasta el final del proceso productivo de la cerveza red Ale
notamos la presencia del flujo de energa.
Las operaciones de: pesado, molienda, filtracin y envasado, son sistemascerrados.
Las operaciones de: calentamiento de agua, maceracin y coccin, son sistemas
abiertos.
A travs de los clculos realizados y las grficas presentadas anteriormente
podemos observar que a operacin unitaria con mayor consumo de energa es la
de envasado. Esto puede deberse a que se trata de un embotellador elctrico
con alto consumo energtico.
Adems, el bombeo de agua es otra etapa con un gran consumo de energa,
incluso mayor al del envasado; sin embargo, no lo tomamos en cuenta dentrodel proceso de produccin propiamente dicho.
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Podemos observar que en ambos transvases se da un consumo de energa muy
similar. Adems son las operaciones con menor consumo de energa.
Las operaciones de menor consumo de energa adems de los transvases son: el
pesado, el filtrado y la molienda.
En los casos de la operaciones donde se emple el consumo de combustibles ladiferencia entre el calor emitido por el combustible y el consumido
efectivamente dentro del proceso, por el equipo (ollas) se debe a que este calor
pudo haber sido liberado en el ambiente o se utiliz para calentar las ollas.
En general, el calor absorbido por la mezcla, dentro de todo el proceso, es de
640.007552 en comparacin con el calor cedido por el gas el cual toma un valor
igual a 6348.92 MJ/mes, presentndose un perdida de 5708.91 MJ/mes , la cual
puede suponerse est siendo utilizada para calentar la olla o est siendo perdida
en el ambiente
BIBLIOGRAFIA
- Club de las grandes cervezas del mundo.www.cervezasdelmundo.com Avda. de los
Pirineos 25 - Nave 16 - 28703 San Sebastin de los Reyes MADRID. Actualizado en
2013.Recuperado 25/08/2013.
- ConEspuma.com Por amor a la cerveza. Se encuentra en:
http://www.conespuma.com/index.php/educacion/que-es-la-cerveza.html.
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- Evaluacin de las propiedades nutritivas, funcionales y sanitarias de la cerveza en
comparacin con otras bebidas. Dr. Jos Mara Sendra y Dr. Jos V. Carbonell.
Instituto de Agroqumica y Tecnologa de los Alimentos Consejo Superior de
Investigaciones Cientficas (IATA/CSIC) Febrero 1999.
- Gestin. Diario de Economa y Negocios en el Per. Barbarian ofrece los nuevos
sabores de la cerveza peruana. Publicado el 06 de Dicembre. 2012. Se encuentra en:
http://gestion.pe/tendencias/barbarian-nuevos-sabores-cerveza-peruana-2053524.
Recuperado 22 de Agosto 2013.
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- VIDEO CERVERCERA BARBARIAN. Recuperado de:http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=EEVSHXpJ3-Y.Recuperado 22 de setiembre 2013.
- Web del Proyecto Open Data. Informacin sobre empresas: Cervecera Barbarian. Se
encuentra en: http://www.datosperu.org/ee-cerveceria-barbarian-sac-
20544574214.php. Recuperado 25/10/2013
http://www.cervezasdelmundo.com/http://www.cervezasdelmundo.com/