EVALUACIÓN, ELABORACIÓN DE DIAGNOSTICO Y PROPUESTA DE MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE LAS CAVAS DE

MADURACIÓN DE LA CERVECERÍA DE BOGOTÁ BAVARIA S.A.

FRANCO IBAGÓN ORTÍZ MARITZA MILENA VALBUENA PÉREZ

UNIVERSIDAD DE IBAGUE “CORUNIVERSITARIA” FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE ING. MECÁNICA IBAGUE

2007

EVALUACIÓN, ELABORACIÓN DE DIAGNOSTICO Y PROPUESTA DE MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE LAS CAVAS DE

MADURACIÓN DE LA CERVECERÍA DE BOGOTÁ BAVARIA S.A.

FRANCO IBAGÓN ORTÍZ COD: 21 20011006 MARITZA MILENA VALBUENA PÉREZ COD: 21 2000 1023

PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

DIRECTOR MSc. AGUSTÍN VALVERDE GRANJA

UNIVERSIDAD DE IBAGUE “CORUNIVERSITARIA” FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE ING. MECÁNICA IBAGUE

2007

Nota de aceptación:

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Firma del Director del Programa.

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Firma del jurado

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Firma del jurado

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

CARLOS AMIDO SANCHEZ, Ingeniero Mecánico quien hizo posible que pudiéramos

desarrollar nuestro proyecto de grado en Bavaria S.A.

JULIO CESAR MEJIA, Gerente de Mantenimiento y servicios Industriales, Por su apoyo

en la realización del estudio y facilitar las herramientas necesarias para sacar adelante

este proyecto.

OSWALDO SANTAMARÍA ROJAS, Ingeniero Mecánico y Director del proyecto de grado

de la Cervecería de Bogotá Bavaria S.A. Por su colaboración y orientación para

realización del presente estudio.

AGUSTIN VALVERDE GRANJA, Ingeniero Mecánico de la Corporación Universitaria de

Ibagué. Por su colaboración y orientación como director del presente estudio.

A todas aquellas personas que de una u otra forma colaboraron en la realización del

presente trabajo.

Agradecimientos de Maritza Milena Valbuena Pérez Agradezco principalmente a Dios, quien me dio y me da la fuerza y voluntad para terminar todo lo que me propongo, a mis padres quienes me dieron los medios para salir adelante

con la carrera y la tesis y a mi novio Wilson quien siempre estuvo conmigo y me dio ánimos para no decaer en el transcurso de la carrera.

Agradecimientos de Franco Ibagón Ortíz

A mis padres quienes con su esfuerzo y dedicación, me proporcionaron los medios para estudiar y me brindaron todo su apoyo, a Dios quien nunca me desamparo y me dio

fuerza para no desfallecer en la lucha por terminar mi carrera.

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCION 1. ELABORACION Y REFIRGERACION DE LA CERVEZA 1

1.1. Descripción del proceso de Elaboración de la Cerveza 1

1.1.1. Entrada de materia prima. 1

1.1.2. Maltaje. 1

1.1.3. Limpieza de los granos de malta. 1

1.1.4. Pesaje. 1

1.1.5. Molienda. 1

1.1.6. Procesos en la Cervecería. 2

1.1.6.1. Cocinas. 2

1.1.6.1.1. Olla de crudos (Maceración). 2

1.1.6.1.2. Olla de Mezclas. 2

1.1.6.1.3. Olla de Filtración. 2

1.1.6.1.4. Olla de cocción. 2

1.1.6.1.5. Tanque de sedimentación. 3

1.1.7. Enfriamiento de Mosto. 3

1.1.8. Zonas frias o de cavas. 3

1.1.8.1. Fermentación. 3

1.1.8.2. Maduración. 3

1.1.8.3. Filtración. 4

1.1.8.4. Contrapresión. 4

1.1.9. Envasado. 4

1.2. Sistema de Refrigeración 6

1.2.1. Ciclo Sencillo de la Refrigeración por Compresión 6

2. CARACTERIZACION DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN 9

DE LAS CAVAS DE MADURACION

2.1. Refrigeración de las Cavas de Maduración. 9

2.1.1. Enfriamiento de la cerveza hacia la etapa de maduración. 10

2.1.2. Enfriamiento de las cavas de maduración. 12

2.2. Caracterización de variables en las Cavas de Maduración 15

2.2.1. Temperatura 15

2.2.1.1. Temperatura Interna de las Cavas 15

2.2.1.2. Temperatura del aire a la salida de la primera y última 16

rejilla de los ductos de distribución de aire.

2.2.2. Humedad del aire a la salida de la primera y última 17

rejilla de los ductos de distribución de aire.

2.2.3. Caudal 18

2.2.3.1. Caudal del flujo de aire que sale por los ductos de distribución. 18

2.2.4. Presión 19

2.2.5. Tiempo 20

2.2.5.1. Tiempo de Maduración 20

2.2.5.2. Tiempos de descongelamiento de los difusores. 20

3. OPERACIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACION 22

3.1. Generalidades 22

3.1.1. Envío del Amoníaco 22

3.1.2. El Sistema de Refrigeración esta compuesto por los siguientes equipos 23

3.2. Actividades del Maquinista Primero 24

3.2.1. Operación del Compresor de Amoníaco 25

3.2.2. Procedimiento de Parada 27

3.3. Actividades del Maquinista Segundo 27

3.4. Gestión Ambiental 28

4. CARGAS TERMICAS DE REFRIGERACION 30

4.1. Calculo del Coeficiente Global de Transferencia de Calor 30

4.1.1. Coeficiente U para las paredes de las Cavas de Maduración 31

4.1.2. Coeficiente U para Techos y pisos de las Cavas de Maduración 32

4.2. Carga térmica Requerida 33

4.2.1. Carga Térmica para las Cavas de Maduración 33

4.2.1.1. Carga Térmica por Paredes, Piso y Techo. 33

4.2.1.2. Carga Térmica por Infiltraciones. 39

4.2.1.3. Carga Térmica por Personas. 40

4.2.1.4. Carga Térmica por Motores. 41

4.2.1.5. Carga Térmica por Iluminación. 41

4.3. Cargas térmicas Actuales 42

4.3.1. Carga Térmica para las Cavas de Maduración 42

4.3.1.1. Carga Térmica por Paredes, Piso y Techo. 42

4.3.1.2. Carga Térmica por Infiltraciones. 48

4.3.1.3. Carga Térmica por Personas. 49

4.3.1.4. Carga Térmica por Motores. 49

4.3.1.5. Carga Térmica por Iluminación. 50

5. CALCULO DE LA POTENCIA CONSUMIDA POR DIFUSORES, 51

COMPRESORES Y CONDENSADORES

6. ANALISIS DE RESULTADOS 57

7. ANALISIS ECONOMICO 65

7.1. Inversión Inicial. 66

7.2. Criterios de evaluación Económica. 67

7.2.1. Ingresos 68

7.2.2. Flujo de Caja. 69

8. CONCLUSIONES 71

9. RECOMENDACIONES 73

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Ficha técnica del enfriador de cerveza Mycom 10

Tabla 2. Ficha técnica del enfriador de cerveza Sulzer 11

Tabla 3. Descripción técnica de los difusores de las cavas. 13

Tabla 4. Capacidad tanques de maduración. 14

Tabla 5. Temperaturas promedio en las cavas de maduración 15

Tabla 6. Temperaturas promedios de salida de aire de la 16

primera y última rejilla de las cavas de maduración.

Tabla 7. Humedad promedio en las rejillas de distribución de aire 17

Tabla 8. Dimensiones de las rejillas de distribución de aire. 18

Tabla 9. Caudal en las rejillas de distribución de aire. 19

Tabla 10. Presión del amoniaco a la entrada de los difusores 20

Tabla 11. Unidades sistema Europeo y/o Internacional. 25

Tabla 12. Unidades Sistema Americano 26

Tabla 13. Cargas térmicas Requeridas de las cavas de Maduración. 42

Tabla 14. Cargas térmicas Actuales de las cavas de Maduración. 50

Tabla 15. Ficha técnica de los Difusores de las cavas de Maduración 51

Tabla 16. Potencia de trabajo de los Difusores de las Cavas de Maduración 52

Tabla 17. Capacidad Actual Proporcionada por los Difusores de las cavas 52

Tabla 18. Especificaciones compresores de amoniaco 54

Tabla 19. Especificaciones de los motores de los compresores 54

Tabla 20. Potencia de trabajo de los compresores 54

Tabla 21. Especificaciones de los condensadores evaporativos 55

Tabla 22. Especificaciones de los motores de las bombas 56

Tabla. 23. Especificaciones de los motores de los condensadores 56

Tabla 24. Potencia real consumida por los condensadores 56

Tabla 25. Cargas térmicas de las cavas de Maduración 57

Tabla 26. Temperaturas promedios de las cavas de Maduración 58

Tabla 27. Toneladas de refrigeración por Difusor 59

Tabla 28. Toneladas de refrigeración requeridas, actuales y capacidad 61

de difusores

Tabla 29. Lista de Sensores para la adecuación de las cavas de Maduración 65

Tabla. 30. Elementos para el PLC 65

Tabla 31. Precios de los Elementos del PLC. 66

Tabla 32. Ingresos 68

Tabla 33. Costo estimado en la producción de un Hectolitro en el proceso 69

de maduración

Tabla 34. Ingresos obtenidos por año. 70

LISTA DE FIGURAS Pág.

Figura 1. Proceso de elaboración de la Cerveza. 5

Figura 2. Ciclo Básico de Refrigeración. 7

Figura 3. Enfriador de cerveza verde de trasiego Mycom. 11

Figura 4. Enfriador de cerveza verde de trasiego Sulzer. 12

Figura 5. Difusor de la cava de Maduración. 12

Figura 6. Tanques de las cavas de Maduración 14

Figura 7. Ciclo de Descogelamiento de las cavas de Maduración. 21

Figura 8. Compresores de amoniaco de la sala de maquinas. 53

Figura 9. Condensadores Evaporativos de la sala de maquinas 55

Figura 10. Distribución de aire frio en las cavas de maduración. 58

Figura 11. Flujograma del PLC recomendado. 66

Figura 12. Flujo de caja para inversión de la implementación de los sensores 70

Figura 13. Segundo Piso de las cavas de Maduración 73

Figura 14. Primer Piso de las cavas de Maduración 74

GLOSARIO

Refrigeración. Es una ciencia que trabaja con los procesos de reducción y

mantenimiento de la temperatura de un espacio o sustancia a una temperatura inferior

con respecto a los alrededores, con el fin de conservar estas sustancias o producir

efectos necesarios en las mismas. Es decir procesos que conlleven a obtener las

características adecuadas de un producto final.

Calor. El calor es una manifestación de la energía que fluye debido a la diferencia de

temperaturas de la más alta a la más baja, cumpliendo con la segunda ley de la

termodinámica.

Una interacción de energía es calor solo si ocurre debido a una diferencia de temperatura.

No hay transferencia de calor entre dos sistemas que se encuentran a la misma

temperatura. Las unidades del calor, son el kJ en (S.l.)

Temperatura. La temperatura es una variable microscópica relacionada con la energía

cinética de las moléculas. La variación de temperatura va acompañada por regla general

de transformaciones físicas, que afectan al volumen, la resistencia, etc.

En los Estados Unidos la temperatura se mide normalmente en grados Fahrenheit. La

escala Celsius, se usa mayormente en otros lugares en el mundo. Ambas escalas tienen

varios puntos en común a saber el punto de congelación y el punto de ebullición del agua

a nivel del mar. El agua a nivel del mar se congela a 32ºF=0ºC y hierve a 212ºF=100ºC.

Equivalência de escalas de temperatura.

°C = °K- 273.15

°F =°C *1.8 + 32

°F =°R – 459.67

°R=°K*1.8

Capacidad calorífica y Calor específico. La cantidad de calor necesario para elevar en

1 grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia se llama su capacidad

calorífica. A la razón de la cantidad de calor necesaria para elevar 1 grado la temperatura

de una unidad de masa de una sustancia a la que se precise para elevar 1 grado la de la

unidad de masa del agua a cierta temperatura especificada se le llama calor específico de

la sustancia. Interesan dos tipos de calores específicos: calor específico a volumen

constante (Cg), que es la energía requerida para aumentar la temperatura de una

sustancia en un grado cuando el volumen se mantiene constante y se relaciona con el

cambio de energía interna, y calor específico a presión constante (Ca), que es la energía

requerida para elevar la temperatura en un grado a presión constante y se relaciona con

el cambio de entalpía específica.

Calor sensible. Energía que produzca cambio de temperatura sin realizar un cambio de

fase. Se obtiene mediante el uso de instrumentos.

Calor latente. Cantidad de energía que produzca o cause un cambio de fase de la

sustancia mientras la temperatura se mantiene constante.

Los calores latentes se pueden determinar en tablas termodinámicas, por la presión y el

volumen especifico

Densidad y volumen específico. La densidad se define como masa por unidad de

volumen (ρ) y el volumen específico (v) como el volumen por unidad de masa. Ambos

variaran de acuerdo a la temperatura de la sustancia.

ρ = mN; [Kg/m³] (S.I)

v = V/m; [m³/kg] (S.I)

Refrigerantes. Un refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente

enfriador, absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.

Existen dos tipos de refrigerantes: Los que cambian de líquido a gas después de absorber

calor, se conocen como refrigerantes primarios, y los que actúan sólo como portadores de

calor, se conocen como refrigerantes secundarios.

- Refrigerantes Primarios: Aquellos en donde la transferencia de calor se realiza en forma

de calor latente tanto de vaporización como de condensación. Es decir que se evaporan

cuando absorben calor a baja temperatura y lo ceden al condensarse a alta temperatura y

presión.

- Refrigerantes Secundarios: En este tipo de refrigerantes la transferencia de calor se

realiza en forma de calor sensible.

Propiedades: Para que un fluido pueda utilizarse como refrigerante debe poseer ciertas

propiedades químicas, físicas y termodinámicas que lo hagan seguro y económico.

a. Químicas: Inflamabilidad y peligro de explosión, toxicidad, reacción con los materiales

de construcción, daño a los productos refrigerados.

b. Físicas: Tendencia a la fuga y detección, viscosidad y conductividad térmica,

miscibilidad, costo, preferencia personal.

c. Termodinámicas: Temperatura y presión de ebullición, temperatura de congelación,

temperatura y presión crítica, presiones del condensador y del evaporador, volumen

específico, calor latente, el calor específico del líquido, peso molecular.

Tonelada de refrigeración (TR). Cantidad de calor necesario para fundir una tonelada de

hielo en 24 horas, es muy usada en los cálculos de refrigeración.

TR = 3.024 KCal/hr (S.I)

TR = 3,517 KJ/s o KW(S.I)

Capacidad requerida del sistema. Velocidad a la cual debe eliminarse calor del producto

o espacio a fin de producir y mantener las condiciones deseadas de los procesos.

Carga de enfriamiento. Son las diferentes fuentes que transfieren calor o cargas

térmicas que afectan el sistema de refrigeración, entre las diferentes fuentes se

encuentran:

- Calor del exterior que pasa al espacio refrigerado por conducción a través de las

paredes, techo y piso.

- Calor por cambios de aire que entra del exterior.

- Calor cedido por el producto, a medida que se reduce su temperatura hasta el punto

deseado en el proceso.

- Calor debido a las personas dentro del espacio refrigerado.

- Calor cedido por equipos dentro de los espacios refrigerados tales como:

Motores, alumbrado, equipos electrónicos, etc.

Presión: es la fuerza normal por unidad de área que actúa sobre la frontera del sistema.

Presión absoluta: presión total o verdadera

Pabs= Patm + Pman. (S.I Pascal o bar)

Coeficiente de operación. El coeficiente de operación (COP) se define como la energía

térmica obtenida en la unidad de tiempo por la potencia requerida para operar el ciclo. Es

una expresión de la eficiencia del ciclo.

— Energía térmica obtenida en la unidad de tiempo

— Potencia requerida para operar el ciclo

Compresores. En la refrigeración industrial los compresores usados son de tres tipos

principales: Reciprocantes, Centrífugos, Giratorio Helicoidal, Rotatorios.

Condensadores. Su función es llevar el vapor refrigerante primario, que sale del

compresor a alta presión a un estado líquido. Los condensadores tienen una superficie de

transferencia de calor, la cual permite que mediante un refrigerante secundario se retire el

calor del refrigerante primario.

La carga térmica del condensador incluye:

- Calor absorbido en el evaporador.

- Calor ganado en la compresión.

- Calor absorbido de los alrededores.

Los condensadores son de tres tipos generales: enfriados con aire, enfriados con agua y

evaporativos.

Evaporadores. Un evaporador es una superficie de transferencia de calor donde se

vaporiza un refrigerante primario para retirar calor del espacio o producto refrigerado. Una

forma de clasificar a los evaporadores es por su construcción:

Evaporadores de tubo desnudo: Consisten de un serpentín o varios serpentines de tubo

por donde circula el refrigerante, tomando el calor cedido del producto. Los serpentines

deben construirse en acero cuando va a circular amoniaco. Estos evaporadores se

fabrican de acuerdo con la carga térmica que se quiere retirar.

Evaporadores de placa: De este tipo existen diversas construcciones. Algunos están

construidos con dos láminas planas de metal, estampadas, unidad y soldadas de manera

que suministran una trayectoria al fluido refrigerante entre ellas. Otro tipo de evaporador

de placa, consta de una tubería en zig-zag instalada entre dos placas metálicas que están

soldadas entre si en los extremos.

Evaporadores de tubos y aletas. Son serpentines de tubo desnudo, sobre los cuales se

instalan aletas o placas metálicas. Las aletas, que sirven como superficies secundarias de

absorción de calor, tienen como efecto, aumentar la superficie efectiva total del

evaporador, mejorando así su eficiencia. Para que las aletas sean efectivas ha de existir

un buen contacto térmico entre aletas y tuberías. Generalmente se sueldan directamente

a la tubería o se deslizan las aletas y luego se expande la tubería mediante algún

mecanismo de presión.

Evaporadores de casco y tubos. En estos evaporadores el producto a refrigerar circula

por el interior de los tubos, y el refrigerante circula por el exterior de los tubos, los cuales

están agrupados dentro de un caso o carcaza.

Válvulas. Las válvulas deben realizar dos funciones: regular o cortar el flujo del

refrigerante líquido que se alimenta al evaporador, según sea la demanda y debe crear

una caída de presión, desde el lado de alta al lado de baja presión del sistema.

Válvula de expansión manual. Se trata de una válvula que se gradúa manualmente a fin

de alimentar más o menos refrigerante según sea necesario, efectuando una expansión

que baja la presión del refrigerante, permitiendo a su vez la vaporización a baja

temperatura del mismo. Se utiliza una válvula de aguja.

Válvula reguladora de flujo. Las válvulas manuales de regulación están diseñadas para

controlar el flujo de refrigerante, de forma tal que a cada posición del vástago corresponde

un flujo diferente. Las válvulas de paso no ofrecen la posibilidad de regulación, ya que la

primera vuelta de la válvula resulta en prácticamente el flujo máximo.

Válvula de expansión termostática. Esta se basa en mantener un grado constante de

sobrecalentamiento de la succión en la salida del evaporador, evitando la llegada de

líquido a la succión de los compresores.

Válvulas de paso. Estas válvulas son de uso común en todas las instalaciones de

refrigeración. En la posición abierta, el refrigerante debe fluir sin restricciones, y en la

posición cerrada, el flujo debe interrumpirse completamente. La función de las válvulas de

paso consiste en aislar una parte del resto del sistema. Los tipos más comunes de

válvulas de paso son de globo, angulares, esféricas, de compuerta y de mariposa.

Válvulas de retención. Las válvulas de retención permiten el flujo en una sola dirección,

cerrándose automáticamente cuando el flujo se invierte. En algunos diseños, la fuerza de

gravedad cierra la válvula a menos que exista una presión positiva en la dirección del

flujo. En otros diseños un resorte cierra la válvula. La apertura de la válvula ocurre cuando

la presión vence la fuerza ejercida por el resorte.

Válvulas de solenoide. Las válvulas de solenoide son válvulas de paso operadas por

medio de energía eléctrica. Aunque las válvulas pueden resistir presiones considerables

corriente arriba, su capacidad de absorber presiones elevadas corrientes abajo es muy

limitada. Las válvulas de solenoide se clasifican en dos categorías:

- De acción directa.

- Válvulas piloto.

Válvulas reguladoras de presión. La regulación de presión es una función muy común.

La presión en el evaporador debe ser controlada si a) el producto refrigerado no puede

tolerar bajas temperaturas, o b) durante el descongelamiento por gas caliente. La válvula

controla la presión cuando el flujo va hacia el tanque separador, y se abre al bajar la

presión en el evaporador.

Válvulas de seguridad. Es una válvula de alivio de presión activada por la presión

estática de entrada a la válvula y caracterizada por la apertura instantánea o acción de

disparo. La presión de disparo es generalmente determinada por un incremento en de

aproximadamente el 10% de la presión manejada en las distintas tuberías, tanques y

evaporadores.

Tanques.

Los tanques en un sistema de refrigeración con amoniaco se dividen en:

- Recibidor de líquido de alta presión.

- Separador de baja presión.

En la cervecería existen ambos tipos de tanques.

Deshidratador y Trampas. El agua atrapada en los sistemas de compresión, genera

mayores consumos de energía debido a la disminución de la capacidad de condensación,

puede congelarse y bloquear las válvulas de expansión y corroer el metal. Antes de

cargarse el refrigerante debe secarse el sistema, en la tubería de líquido refrigerante debe

instalarse un secador.

Bombas. Se puede definir una bomba como un dispositivo capaz de adicionarle energía a

una sustancia fluida para producir su desplazamiento de una posición a otra, incluyendo

cambios de elevación. Unas muy utilizadas son las Bombas Centrífugas.

Tubería. Ya que el bronce y el cobre son atacados por el amoniaco, ellos no deben

utilizarse en los sistemas de refrigeración con amoniaco. En el montaje de tuberías,

ensambles y válvulas debe usarse acero tanto para gas como para líquido.

Cebada. Cereal utilizado como materia prima en la fabricación de cerveza. La cerveza es

la bebida obtenida de fermentación alcohólica de un mosto elaborado con cebada

germinada y otros cereales y azucares, adicionados de lúpulo o su extracto natural,

levaduras y agua potable.

Adjuntos. Los adjuntos son materiales formados por carbohidratos, no maltosos,

complementan la cerveza hecha a partir de cebada.

INTRODUCCION

Este proyecto esta dirigido a evaluar y diagnosticar el sistema de refrigeración en la zona

de cavas de maduración de la Cervecería de Bogotá Bavaria S.A., planteando soluciones

a los problemas de inestabilidad de temperaturas del producto durante el proceso de

enfriamiento en las cavas.

Primero se identificará la función del sistema de refrigeración en el proceso de

elaboración de la cerveza, identificando los equipos e instalaciones que componen el

sistema del área de cavas y su función en el proceso cervecero.

Luego se determinarán las causas de los problemas en el sistema de refrigeración

calculando la carga térmica actual de las cavas, se evaluará la distribución de los ductos

de suministro de aire y se caracterizarán los parámetros de la operación y control de los

cuartos fríos, para determinar la eficiencia de los difusores.

Por ultimo tras el análisis del diagnóstico e identificación de los problemas se plantearán

las posibles soluciones que estabilizan la operación y control eficiente del proceso.

1

1. ELABORACION Y REFIRGERACION DE LA CERVEZA

1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN DE LA CERVEZA

Para llegar a conseguir el producto final, que es la cerveza, se deben llevar a cabo dentro

de la cervecería diferentes procesos que implican, la transformación de las materias

primas y la conservación de las mismas. Para ello se hace necesario realizar diferentes

trabajos que involucran el uso de maquinaria y personal, estos procesos deben llevarse a

cabo teniendo en cuenta la calidad del producto final.

A continuación se describirán en forma general los procesos relacionados con la

fabricación de cerveza y las etapas de enfriamiento necesarias para ello. (Ver Fig.1.)

1.1.1. Entrada de materia prima: En Bavaria la cerveza es realizada con cebada, pero

actualmente se compra la malta.

1.1.7. Maltaje. O malteo, es la germinación controlada de la cebada, durante la cual se

forman las enzimas y se modifican suficientemente las reservas alimenticias. El

malteo consta de cuatro etapas:

Remojo.

Germinación.

Tostación.

Desgerminación.

El grano de malta es llevado a unas tolvas, donde se transportara por medio de

elevadores de cangilones a silos de almacenamiento

1.1.8. Limpieza de los granos de malta. Se utilizan equipos llamados limpiadoras de

malta, provistas de zarandas vibratorias y de sistemas de aspiración de polvo.

1.1.9. Pesaje. Para asegurarse la formulación apropiada de la masa, deben pesarse la

malta y los adjuntos.

1.1.10. Molienda. La cebada proveniente de las limpiadoras, se lleva a los molinos para

triturar los granos y facilitar la extracción de sus componentes.

2

1.1.11. Procesos en la Cervecería. El proceso dentro de la planta puede dividirse en

cuatro partes fundamentales que son:

1.1.11.1. Cocinas. En las cocinas se determina la clase o tipo de cerveza que se

elaborará. Y la elaboración del mosto no se efectúa como un proceso continuo

sino en forma intermitente. (Por cocimientos). Cada cocina consta de cuatro

ollas y un tanque así:

1.1.11.1.1. Olla de crudos (Maceración). En esta olla se agregan el agua, arroz, adjuntos

y un 10% de malta aproximadamente, formándose así una pasta. Se realizan

ciclos de calentamiento y reposo. Las sustancias que se han disuelto en el

agua reciben el nombre de extracto, la solución de extracto en agua se

denomina mosto dulce.

1.1.11.1.2. Olla de Mezclas. En la cervecería es llamada también olla de Masa Principal.

En esta olla se adiciona agua y el resto de malta que no fue adicionada a la

olla de Crudos iniciando luego un calentamiento, cuando está lista la masa de

crudos se une con la de mezclas a una temperatura de aproximadamente

80°C. El tiempo utilizado en la combinación de las masas y la temperatura

última de la masa combinada determina la proporción de maltosa que se

produce.

1.1.11.1.3. Olla de Filtración. De la olla de mezclas se pasa a la olla de filtración no hay

adición de calor, esta tiene un fondo falso y sirve de filtro, para que se quede la

cascarilla de malta, lecho filtrante, cascarilla de arroz, de aquí se puede sacar

afrecho para el concentrado de animales. El líquido limpio obtenido se le

denomina mosto (sustancia básica para cualquier bebida alcohólica).

1.1.11.1.4. Olla de cocción. En esta olla se hierve el mosto y se adiciona el lúpulo (frutos

secados de la planta hembra de lúpulo). El objeto de la cocción es: estabilizar

el mosto por inactivación de las enzimas, destrucción de microorganismos y

coagulación de proteínas. Solubilizar las sustancias amargas de lúpulo.

3

1.1.11.1.5. Tanque de sedimentación. Una vez concluido el proceso de ebullición del

mosto, este se envía a un tanque de sedimentación de forma cilíndrica llamado

Whirlpool, al cual entra en forma tangencial con el fin de aprovechar la fuerza

centrífuga para lograr una separación más eficiente de las sustancias

insolubles formadas durante la ebullición.

1.1.7. Enfriamiento de Mosto. Luego de ser separadas las sustancias insolubles del

mosto, este es enviado mediante bombeo a un equipo de enfriamiento de placas paralelas

de acero inoxidable en el cual por medio de agua fría se reduce su temperatura hasta la

establecida para la iniciación del proceso de fermentación. (8ºC a 10°C). El agua utilizada

en el enfriamiento se almacena en tanques aislados térmicamente, para que el agua no

pierda calor, y luego ser utilizada en el proceso.

1.1.8. Zonas frias o de cavas. Las cavas son cuartos refrigerados por un sistema de

difusores y de ductos que mantienen las temperaturas internas de acuerdo con la

temperatura requerida del producto. El enfriamiento de éste consta de cuatro zonas de

cavas así:

1.1.8.1. Fermentación. Una vez enfriado y aireado, el mosto, se le dosifica una cantidad

predeterminada de levadura cervecera procedente de un cultivo puro, que ha sido

cuidadosamente propagado bajo condiciones de control microbiológico y se envía al

tanque de fermentación.

La levadura actúa sobre los azúcares presentes en el mosto, transformándolos en alcohol

etílico y gas carbónico. Al final de la fermentación la levadura se sedimenta en el fondo

del tanque y se separa de la cerveza. Las células de levadura se multiplican durante la

fermentación (cuatro veces la cantidad dosificada).

La cerveza obtenida al final de la fermentación se llama “cerveza verde”, término

correspondiente a la cerveza no sometida al proceso de maduración.

Una vez culminado el proceso de fermentación, se realiza un proceso de enfriamiento por

debajo de los 0°C, para luego llevarla a la zona de maduración.

1.1.8.2. Maduración. En esta etapa se deja la cerveza en reposo a bajas temperaturas,

0°C o menos durante un tiempo aproximado de 2 a 3 semanas, en las cavas de

maduración.

4

Los objetivos de este proceso son:

- Refinación del sabor y del aroma de la cerveza por eliminación de compuestos

(especialmente los azufrados) que le dan a la cerveza “sabor verde”.

- Clarificar la cerveza por sedimentación de compuestos orgánicos y de una parte

de levadura que ha permanecido en suspensión después de la fermentación.

- Darle mayor estabilidad físico-química a la cerveza por precipitación de

compuestos que se forman al enfriarla. Se evita que se enturbie al ser enfriada

después de haber sido filtrada.

Después de la etapa de maduración la cerveza se saca de los tanques, y se le adiciona el

agua necesaria para establecer el extracto final, se enfría, se carbonata y se envía a

filtración.

1.1.8.3. Filtración. Al salir de la etapa de maduración se lleva la cerveza a filtrar con tierra

de diatomáceas (fósil de alga marina) se proporciona así la brillantez, quedándose las

partículas no diluidas de lúpulo, levaduras, etc. Luego se lleva a los tanques de cerveza

filtrada.

1.1.8.4. Contrapresión. Esta es la cerveza que se tiene lista para el proceso de envase y

se mantienen presionados con gas carbónico para evitar entrada de aire dentro de los

tanques.

1.1.9. Envasado. El proceso consiste en envasar la cerveza en recipientes adecuados

que pueden ser barriles de acero inoxidable o de aluminio de diferentes capacidades,

botellas de vidrio retornable o no retornable y latas de aluminio de diferentes capacidades.

Las siguientes son las etapas de envasado:

Recibo y almacenamiento de envase.

Depaletizado y descanastado.

Lavado y Juagado de las botellas.

Llenado y Tapado.

Pasterización.

Etiquetado.

Encanastado y paletizado.

5

Figura 1. Proceso de elaboración de la cerveza en la Cervecería de Bogotá Bavaria S.A.

Fuente: Propia.

6

1.2. SISTEMA DE REFRIGERACION

El amoníaco es un refrigerante importante y se usa mucho en la industria, especialmente

en la conservación de bebidas, cárnicos y lácteos entre otros. Es común el uso de sistema

de recirculación por bomba, de expansión directa, expansión seca y por gravedad.

Dependiendo del tipo de aplicación que este disponible o que se requiera se selecciona

uno de estos sistemas.

En la cervecería se usa el amoniaco para realizar el enfriamiento de:

- Agua “helada” para enfriamiento del mosto.

- Propilen glicol para atemperación en cavas de fermentación.

- Cerveza entre la etapa de fermentación a la etapa de maduración.

- Cerveza en filtración.

- Agua desaireada.

- Cavas de maduración, contrapresión y filtros.

- Cuartos de almacenamiento de lúpulo y productos.

1.2.1. Ciclo Sencillo de la Refrigeración por Compresión

Existen dos presiones en el sistema de compresión: la de evaporación o baja presión y la

de condensación o alta presión. El refrigerante actúa como medio de transporte para

mover el calor del evaporador al condensador donde es disipado a la atmósfera, o en

casos de sistemas enfriados por agua, al agua de enfriamiento. Un cambio de estado de

líquido a vapor y viceversa permite al refrigerante absorber y rechazar grandes

cantidades de calor en forma eficiente.

El ciclo básico de la refrigeración opera de la siguiente forma: el refrigerante líquido a alta

presión es alimentado al recibidor a través de la tubería de líquido, pasando por un filtro

secador al elemento de control que separa el lado de alta presión del de baja. Existen

varios instrumentos de control que pueden emplearse, como la válvula de expansión

termostática.

La válvula de expansión controla la alimentación del refrigerante líquido al evaporador.

Por medio de un pequeño orificio reduce la presión del refrigerante a la de evaporación o

baja presión. La reducción de presión en el refrigerante líquido provoca que este hierva o

7

se vaporice hasta que el refrigerante alcanza la temperatura de saturación

correspondiente a la de su presión. Entonces, el refrigerante a baja temperatura pasa a

través del evaporador, y el calor se conduce por las tuberías hacia el refrigerante,

haciendo que la ebullición continúe hasta que el refrigerante se encuentre totalmente

evaporado. En la Fig. 2, se puede observar el ciclo básico de refrigeración.

Figura 2. Ciclo básico de Refrigeración

Fuente: Propia

La válvula de expansión regula el flujo a través del evaporador conforme sea necesario

para mantener una determinada diferencia de temperatura a cierto sobrecalentamiento

deseado entre la temperatura de evaporación y el vapor que sale del evaporador. A

medida que la temperatura del gas que sale del evaporador varía, el bulbo de la válvula

de expansión censa esta variación y actúa para modular la alimentación a través de la

válvula de expansión para adaptarse a las nuevas necesidades.

El vapor refrigerante que sale del evaporador pasa a través de la línea de succión hacia la

entrada del compresor. El compresor toma el vapor a baja presión, lo bombea y comprime

aumentando tanto su presión como su temperatura. El vapor caliente y la alta presión

salen del compresor por su válvula de descarga hacia el condensador donde es enfriado

por algún medio externo. En sistemas enfriados por aire se usa un ventilador y un

condensador con aletas. En sistemas enfriados con agua, se usa un intercambiador de

8

calor Agua-Refrigerante. A medida que el vapor refrigerante alcanza la temperatura de

saturación correspondiente a la alta presión del condensador, el vapor se condensa y

fluye al recibidor, repitiéndose nuevamente el ciclo. Mientras el compresor funcione

mantiene en forma continua el proceso de refrigeración.

9

2. CARACTERIZACION DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE LAS CAVAS DE

MADURACION

En la cervecería de Bogotá Bavaria S.A., hay un edificio en el cual se encuentran las

cavas para la conservación de levadura, y el enfriamiento de la cerveza en los procesos

de fermentación, maduración, filtración y contrapresión. En el nivel 3 o tercer piso de éste,

se encuentran seis cavas de fermentación y una de levadura, en el segundo piso están

las cavas de maduración 1, 2, 3, 4, 5 y 6, de las cuales la cava 1 actualmente se esta

utilizando para fermentación y la cava 3 va a ser acondicionada para el mismo proceso.

En el primer piso se encuentra las cavas de maduración 7, 8, 9 y 10; la cava 8 y 10 se

encuentran unidas, en este piso también están las cavas de contrapresión 1, 2 y 3, y la

cava de filtración.

Como nuestro estudio se basa en la evaluación, elaboración de diagnóstico y propuesta

de mejoramiento del sistema de refrigeración de las cavas de maduración de la

Cervecería de Bogotá Bavaria S.A. nosotros nos centraremos en las cavas de maduración

dejando a un lado los otros procesos.

2.1. Refrigeración de las Cavas de Maduración.

Las cavas de maduración son cuartos refrigerados a través de difusores, los cuales son

los encargados del sostenimiento de las temperaturas dentro del cuarto, ya que estos por

su serpentín extraen el calor del aire y lo enfrían hasta quedar con una temperatura

inferior a los 0 °C, utilizando como refrigerante amoniaco; mientras para el proceso de

fermentación los tanques son recubiertos con una chaqueta por la cual circula propilen-

glicol, para refrigerar el producto, así, no se hace necesario utilizar difusores en estos

cuartos.

En la refrigeración del área de maduración se deben tener en cuenta dos etapas, las

cuales consisten en el enfriamiento de la cerveza y el sostenimiento de estas

temperaturas.

Enfriamiento de la cerveza hacia la etapa de maduración.

Enfriamiento de las cavas de maduración.

10

2.1.1. Enfriamiento de la cerveza hacia la etapa de maduración.

Para el paso de la cerveza del proceso de fermentación al proceso de maduración se

requiere un enfriamiento intermedio, en donde se baja la temperatura por medio de

enfriadores tipo carcaza-Tubo y de placas, desde 4 o 5°C hasta -2.5 °C. Los enfriadores

utilizados son dos evaporadores, uno de marca Mycom cédula 21807 y otro marca Sulzer

cédula 21803, los cuales usan como refrigerante el amoniaco.

Para enfriamiento de cerveza hacia la etapa de maduración se utiliza el enfriador de

cerveza Mycom, a continuación se muestra las tablas 1 y 2 con los datos técnicos de cada

enfriador.

Tabla 1. Ficha técnica del enfriador de cerveza Mycom.

Fuente: Propia.

En la Figura 3 podemos observar el enfriador de cerveza de trasiego Mycom.

11

Figura 3. Enfriador de cerveza verde de trasiego Mycom.

Fuente: Propia

El otro enfriador aunque menos utilizado es el tipo Sulzer, el cual en su mayor parte del

tiempo es utilizado para enfriar otros productos.

Tabla 2. Ficha técnica del enfriador de cerveza Sulzer.

Fuente: Propia.

El enfriador de cerveza Sulzer al igual que el Mycom se encuentran ubicados en el

segundo nivel del edificio de cavas, con el fin de aprovechar la gravedad y hacer que la

12

cerveza verde fluya más rápido de las cavas de fermentación ubicadas en el tercer piso

hacia los enfriadores.

Figura 4. Enfriador de cerveza verde de trasiego Sulzer.

Fuente: Propia

Para trasladar la cerveza del área de fermentación al de maduración, se utilizan bombas,

pero con la ayuda de la gravedad, estas no consumen demasiada energía.

2.1.2. Enfriamiento de las cavas de maduración.

Durante el proceso de maduración la cava debe mantenerse a una temperatura en el

rango de 0°C a -2°C, para el sostenimiento de la temperatura interior de la cava o cuarto

frío se usan difusores. Ver Fig. 5.

Figura 5. Difusor de cava de la maduración.

Fuente : Propia

13

Estos difusores constan de un serpentín y un ventilador. En donde el ventilador se

encuentra ubicado en la parte superior, son el tipo más común de evaporadores de

serpentín ventilador o de convección forzada en el que el refrigerante se evapora dentro

de los tubos extrayendo el calor del aire que pasa a través del serpentín mediante la

succión ejercida por el ventilador; el aire enfriado es enviado nueva mente al interior de la

cava por medio de unos ductos de distribución. En la tabla 3 de observa la ficha técnica

de los difusores.

Tabla 3. Descripción técnica de los difusores de las cavas.

CAVA CANTIDAD DE DIFUSORES

Nº CEDULAS DIFUSORES

CAPACIDAD NOMINAL DIFUSORES

FLUJO DE AMONIACO DIFUSORES

POTENCIA MOTOR

HP

2 y 4 2 23825 23826

6.6 TR 0.03kg/s 14.6 y 14.6

3 3 23815 23816 23817

4.5TR 0.025kg/s 7.1

5 3 23819 23820 23821

4.5TR 0.025Kg/s 7.1

6 3 23822 23823 23824

4.5TR 0.025Kg/s 7.1

7 2 23827 23828

4.5TR 0.025kg/s 4.75

9 3 23829 23830 23831

4.5TR 0.025Kg/s 7.1

8 y 10 2 23832 23833

6.6TR 0.03Kg/s 9.4

Fuente: Propia

La cerveza en el proceso de maduración es almacenada en tanques los cuales se

encuentran ubicados dentro de las cavas, hay 61 tanques con capacidad de 2.750 Hls y 4

tanques con capacidad de 1.375 Hls. En la tabla 4 se muestra las características de estos

tanques.

14

Tabla 4. Capacidad tanques de Maduración

Cava Nº Cantidad de Tanques

Diámetro (m)

Largo (m)

Volumen (m3)

Capacidad (Hls)

2 4 3.5 15 1409 1375

3 9 3.5 29.5 2818 2750

4 9 3.5 29.5 2818 2750

5 9 3.5 29.5 2818 2750

6 9 3.5 29.5 2818 2750

7 3 3.5 29.5 2818 2750

8 7 3.5 29.5 2818 2750

9 9 3.5 29.5 2818 2750

10 6 3.5 29.5 2818 2750

Fuente: Propia

Los tanques están equipados con:

Conexión de entrada y salida de cerveza

Tapa manhole (del lado del pasillo), de 13.3/4” x 19.5/8”.

Conexión de gas – aire con válvula anti-vacío

Válvula toma de muestra

Conexiones con esfera de rociado

Claraboyas de iluminación interior: hay 4 en los tanques con capacidad de 2.750

Hls y 2 en los tanques con capacidad de 1.375 Hls.

En la siguiente Fig. 6. se observa los tanques del área de maduración.

Figura 6.Tanques de las cavas de Maduración.

Fuente: Propia

15

2.2. Caracterización de variables en las Cavas de Maduración

De acuerdo a registros y estudios anteriores realizados en la zona de cavas de

maduración se han identificado que las variables más relevantes para la conservación del

producto, los cuales son:

Temperatura de cavas y rejillas

Humedad de cavas y rejillas

Caudal de las rejillas y entrada de amoniaco a los difusores

Tiempos de descongelamiento de difusores

2.2.1. Temperatura

2.2.1.1. Temperatura Interna de las Cavas

Para el análisis de esta variable, se realizo varias mediciones de temperatura en

diferentes puntos de la cava, determinando así, si la temperatura del cuarto frío era la

temperatura confort del producto. Estas mediciones se realizaron con un Termer-

Higrometro (Ver anexo 1), el cual registra la temperatura (°C) y la humedad relativa (%)

del aire en ese punto de forma digital. Los puntos donde se realizaron las mediciones de

temperatura fueron tres, cerca de la pared, lateral a los tanques de maduración de

cerveza y en el centro de cada pasillo. Así se realizaron las mediciones para cada una de

las cavas, las mediciones de cada punto se tomaron 2 veces por medición, en diferentes

días y en varias ocasiones para verificar la exactitud de la medición.

En la tabla 5 se puede observar las temperaturas promedios de las cavas de maduración.

Para más información y si se desea ver las temperaturas en los diferentes puntos, y los

puntos de medición, ver en Anexo 2.

Tabla 5. Temperaturas promedios en las cavas de maduración.

T(°C) en las cavas de maduración

2 y 4 2.12 y 1.88

3 2.2

5 1.41

6 0.07

7 2.56

8 y 10 2.78

9 2.17

Fuente: Propia.

16

Al observar las temperaturas promedios de cada cava llegamos a la conclusión, que la

única cava que se encuentra trabajando con una temperatura inferior a 0°C es la cava 6,

lo que nos indica que las otras cavas están presentando deficiencias en cuanto a la

temperatura confort del producto en los cuartos fríos.

2.2.1.2. Temperatura del aire a la salida de la primera y última rejilla de los ductos

de distribución de aire.

Para verificar si el problema de inestabilidad de temperaturas dentro de las cavas, es por

causa de la temperatura con la que sale el aire de los ductos de distribución se tomaron

medidas de temperatura en la primera y ultima rejilla de distribución de aire de cada

difusor, las mediciones se hicieron con un Termer-Higrometro en diferentes puntos de las

rejillas. Ver Anexo 2.

En las siguientes tablas se encuentran los datos obtenidos a partir de las mediciones. La

letra (I) en la tabla representa la primera rejilla del ducto, la letra (F) la ultima rejilla del

respectivo ducto y la letra (S) es la succión del difusor; los espacios que aparecen con

una (X) es por que los difusores no se encuentran en funcionamiento o por que en el

momento de hacer las mediciones estaban fuera de servicio, el área de las rejillas varia

dependiendo de cada cava.

Tabla 6. Temperaturas promedios de rejillas en las cavas de maduración.

CA

VA

Ce

du

la

de

l

Dif

us

or

T

°C.

pro

me

dio

I

T°C

.

pro

me

dio

F

T°C

.

pro

me

dio

S

2 Y 4 23825 0,96 1,26 2,9

23826 1,16 1,43 3,8

3 23815 1,97 1,37 2,88

23816 2,2 1,17 3,12

23817 0,93 1,15 2,97

5 23819 1.16 1.27 3.03

23820 2,15 1,15 2,97

23821 0,93 1,13 2,88

6 23822 0,28 - 0,76 - 0,3

23823 - 1,30 - 2,0 0,4

23824 - 0,72 - 1,56 0,37

7 23827 x x x

23828 2,8 2,83 4,26

9 23829 1,52 2,01 3,08

23830 2,2 2,31 3,12

23831 2,83 3,15 4,26

17

8 Y 10 23832 2,77 2,15 2,97

23833 1,13 2,84 3,03

Fuente: Propia.

2.2.2. Humedad del aire a la salida de la primera y última rejilla de los ductos de

distribución de aire.

La humedad también es uno de los factores que se debe tener en cuenta en las cavas de

maduración, ya que al haber alta humedad relativa, provoca que dentro de las cavas se

origine condensación en los serpentines de los difusores y en los tanques de

almacenamiento de cerveza, lo cual incrementa la carga que debe ser refrigerada.

Por ende se realizaron mediciones en la primera y última rejilla de distribución de aire de

cada difusor, para determinar el grado de humedad con la que se encontraba el aire, las

mediciones fueron hechas con un Termer-Higrometro en diferentes puntos como se

realizo para la muestra de temperaturas.

En las siguientes tablas se encuentran los datos obtenidos a partir de las mediciones. La

letra (I) en la tabla representa la primera rejilla del ducto, la letra (F) la ultima rejilla del

respectivo ducto y la letra (S) es la succión del difusor; los espacios que aparecen con

una (X) es por que los difusores no se encuentran en funcionamiento o por que en el

momento de hacer las mediciones estaban fuera de servicio.

Tabla 7. Humedad promedio en las rejillas de distribución de aire.

CA

VA

Ce

du

la

de

l

Dif

us

or

H

(%

)

pro

me

dio

I

H (

%)

pro

me

dio

F

H (

%)

pro

me

dio

S

2 Y 4 23825 87.5 89.7 91.4

23826 90.7 73.4 92.7

3 23815 69.63 75.05 73.8

23816 81.2 72.7 71.8

23817 72.5 73.8 75.8

5 23819 74.7 72.2 91.0

23820 57.6 70.6 92.7

23821 74.5 71.5 91.4

6 23822 66.5 65.1 73.8

23823 81.2 72.7 68.6

23824 72.5 62.3 60.2

7 23827 x x x

23828 71.3 71.6 64.5

9 23829 71.5 72.5 73.8

23830 81.4 72.7 69.6

18

23831 72.9 76.9 83.2

8 Y 10 23832 81.2 72.7 68.6

23833 66.5 65.1 73.8

Fuente: Propia

2.2.3. Caudal

2.2.3.1. Caudal del flujo de aire que sale por los ductos de distribución.

Se realizo una medición de campo de las velocidades del flujo de la primera y ultima

rejilla de distribución de aire de cada difusor, las mediciones se hicieron con un

anemómetro (ver Anexo 1), en diferentes puntos como se realizo para la muestra de

temperaturas.

En las siguientes tablas se encuentran los datos obtenidos a partir de las mediciones. La

letra (I) en la tabla representa la primera rejilla del ducto, la letra (F) la ultima rejilla del

respectivo ducto y la letra (S) es la succión del difusor; los espacios que aparecen con

una (X) es por que los difusores no se encuentran en funcionamiento o por que en el

momento de hacer las mediciones estaban fuera de servicio, las áreas de las rejillas de

distribución de aire son diferentes en todas las cavas, observar tabla 8 y el área de la

rejilla de succión es de 202cm x 55.5 cm., siendo está igual para todas las cavas de

maduración.

Debido a que tenemos las velocidades y las dimensiones de las rejillas, podemos verificar

el caudal suministrado por cada línea de ductos.

Tabla 8. Dimensiones de las rejillas de distribución de aire.

Nº de la Cava Dimensiones Rejilla ( cm)

Área Rejilla (m2)

2 y 4 46 x 31 0.1426

3 33 x 31 0.1023

5 33 x 31 0.1023

6 33 x 31 0.1023

7 63 x 31 0.1953

8 y 10 66 x 31 0.2046

9 33 x 31 0.1023

Fuente: Propia

En la tabla 9 podemos observar la velocidad promedio de cada rejilla y su respectivo

caudal.

19

Tabla 9. Caudal en las rejillas de distribución de aire.

CAVA

Cedula del

Difusor

Inicial Final Succión

V(m/s)

Q(m3/s) V(m/s)

Q(m3/s) V(m/s)

Q(m3/s)

2 Y 4 23825 5.63 0.80 3.77 0.53 6.43 7.21

23826 5.53 0.78 4.21 0.60 3.61 4.04

3 23815 6.71 0.68 5.31 0.54 6.37 7.15

23816 7.46 0.76 6.48 0.66 7.18 8.06

23817 6.64 0.67 5.33 0.54 6.31 7.07

5 23819 7.14 0.73 5.54 0.56 6.43 7.21

23820 7.46 0.76 6.78 0.69 7.18 8.06

23821 6.64 0.67 5.33 0.54 6.31 7.07

6 23822 4.94 0.50 4.78 0.48 4.52 5.07

23823 7.73 0.79 4.15 0.42 4.23 4.74

23824 4.5 0.46 4.4 0.45 3.86 4.33

7 23827 x x x x x x

23828 2.86 0.55 4.28 0.83 5.22 5.83

9 23829 6.84 0.69 5.23 0.53 6.6 7.39

23830 7.4 0.75 6.57 0.67 7.18 8.06

23831 6.86 0.70 5.34 0.54 6.47 7.26

8 Y 10 23832 7.73 1.58 4.15 0.84 4.23 4.74

23833 6.64 1.35 5.33 1.09 6.31 7.07

Fuente: Propia

2.2.4. Presión

La presión se tomo de los manómetros que se encuentran ubicados en los ductos de

alimentación de amoníaco de los difusores; esta medición se hace para determinar si la

presión de entrada se encuentra en los rangos establecidos por la empresa, y si se esta

proporcionando un adecuada transferencia de calor entre el amoníaco y el aire. Los datos

obtenidos en las mediciones se pueden observar en la tabla 10.

20

Tabla 10. Presión del amoníaco a la entrada de los difusores.

CAVA DIFUSOR PRESION (PSI)

3 23815 30

23816 27

23817 40

4 23825 45

23826 40

5 23819 38

23820 38

23821 35

6 23822 32

23823 33

23824 40

7 23827 40

23828 39

9 23829 40

23830 45

23831 30

8 Y 10 23832 28

23833 30

Fuente: Propia

2.2.5. Tiempo

2.2.5.1. Tiempo de Maduración

El tiempo de maduración que se ha implementado en Bavaria es de aproximadamente 1

semana (168 horas), de acuerdo a las nuevas especificaciones dadas por SAB MILLER,

y no 2 o 3 semanas como se hacia el en pasado. Estos tiempos son los mismos para

diferentes clases de cerveza que en actualidad se están fabricando, incluyendo la malta.

2.2.5.2. Tiempos de descongelamiento de los difusores.

En la cervecería de Bogotá Bavaria S.A. se maneja unos tiempos para el

descongelamiento de los difusores de las cavas de maduración, en la Fig. 7 se puede

observar los tiempos de descongelamiento. El descongelamiento de los difusores se hace

de manera alternada y tarda en descongelarse 36 minutos. Con este PLC todos los

difusores de una respectiva cava son manejados como un solo elemento, en donde se

hace pasar amoniaco con una temperatura alta por los serpentines, para así descongelar

la capa de hielo que se forma alrededor de los de ellos, el cual es por donde

habitualmente pasa amoniaco a baja temperatura.

21

Figura 7. Ciclo de descongelamiento de las cavas de Maduración

Fuente: Anter Ltda.

CAVA No. 10

CAVA No. 9

CAVA No. 8

CAVA No. 7

CAVA No. 4

CAVA No. 3

CAVA No. 2

12

:36

01

:12

01

:48

02

:24

03

:00

03

:36

04

:12

04

:48

05

:24

06

:00

06

:36

07

:12

07

:48

08

:24

09

:00

09

:36

10

:12

10

:48

11

:24

12

:00

22

3. OPERACIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACION1

Los responsables de realizar la actividad o la ejecución de las actividades para operar el

sistema de refrigeración de sala de maquinas en la cervecería de Bogotá Bavaria S.A. son

los maquinistas primeros y el maquinistas segundo de sala de maquinas.

Estos tienen la autoridad de parar el sistema de refrigeración por problemas. Se debe

comunicar a los ingenieros encargados de las áreas los problemas o daños en los

sistemas de refrigeración.

3.1. Generalidades

El amoníaco es el refrigerante utilizado para la generación de frió en la cervecería de

Bogotá. El amoníaco se recibe en carro tanques en forma liquida. Se conecta la salida del

carro tanque a una tubería que lo lleva al tanque de recibo que tiene una capacidad de 7

ton. Allí el amoníaco se almacena para luego ser enviado al sistema cuando este requiera

de refrigerante. El flujo se realiza por diferencia de presiones. Cuando la presión del

tanque de recibo es casi igual a la del carro tanque, se debe enviar el amoníaco a los

tanques de baja; el sistema se encarga de llevarlo cuando requiere mas refrigerante.

Con el sistema de -10°C se envié amoniaco a los siguientes equipos: enfriador de

cerveza, enfriador de agua desaireada, difusores de filtración, difusores en la cava de

lúpulo, difusores en la cava de levadura, difusores en las cavas de maduración, enfriador

Chester Jensen a -3°C, y enfriadores de glicol.

3.1.1. Envío del Amoníaco

El amoníaco se envía a los diferentes puntos donde se requiere:

Mediante bombas desde los tanques de baja para los enfriadores de trasiego,

agua chester, difusores, enfriadores y filtros de cerveza.

Desde los tanques de alta presión para enfriadores de propil sulzer, enfriador de

cerveza del filtro.

Cuando el consumo es bajo, parte del líquido se vuelve a los tanques de baja con ayuda

de válvulas reguladores de alivio de presión.

1 Tomado de la normatividad de Bavaria.

23

En los equipos de las áreas, el amoníaco absorbe la energía térmica del producto a

enfriar, en este proceso de transferencia de calor de vuelve gaseoso y retorna a los

tanques de baja. El trabajo del amoníaco se consigue con ayuda de válvulas reguladores

de presión y válvulas de expansión.

El sistema de frió opera 24 horas del día durante toda la semana, incluyendo días

festivos, por los que requiere un control continuo de funcionamiento de todos los equipos,

en los fines de semana solo opera el sistema de -10°C para los difusores de las cavas; El

sistema de -10°C funciona para los enfriadores de propil-glicol. Y el consumo de energía

es elevado en proporción a la cantidad de cocimientos que se hayan realizado en cocinas.

Los compresores descargan el amoníaco gaseoso a una presión entre 122 Psi y 150 Psi,

el amoníaco caliente pasa a los condensadores evaporativos donde con ayuda de

ventiladores y bombas de agua se disminuye su temperatura y retorna al tanque de alta

en estado líquido. De este tanque es donde normalmente los tanques de baja reponen su

nivel y alimenta los enfriadores del sistema Sulzer y el equipo de agua desaireada.

Entre los tanques de baja y el tanque de alta hay una válvula de expansión automática

que regula la entrada de amoníaco líquido al tanque de baja; si esta válvula se daña, se

puede agregar amoniaco con el by-pass que es una válvula de expansión manual. El

tanque de baja tiene un flotador que es el que controla

La entrada del líquido. El tanque de baja tiene sensores de nivel que le dan seguridad a

su funcionamiento. Cuando el nivel de líquido sube hasta el nivel superior, se dispara el

sistema sacando de funcionamiento todos los compresores de refrigeración. Esta

seguridad no permite el paso de amoníaco líquido a la succión de los compresores

porque se puede ver comprometida la integridad de los mismos.

3.1.2. El Sistema de Refrigeración esta compuesto por los siguientes equipos

Compresores de refrigeración

Bombas de amoníaco

Tanques de baja presión

Tanques de alta presión

Condensadores evaporativos

24

Tanque de recibo

Tanque de alta

Deshidratador de amoniaco

Un purgador de gases no condensables.

Válvulas de expansión

El purgador de gases no condensables esta instalado para retirar de las diferentes

tuberías y equipos el aire y otros gases que son aislantes y le restan eficiencia al trabajo

del amoníaco; este equipo esta instalando en el primer piso de sala de maquinas. En los

planos se puede observar los equipos involucrados en el área de las cavas de

maduración.

3.2. Actividades del Maquinista Primero

Inspección y Arranque del compresor

1. Revisar el nivel de aceite que debe estar por encima de un cuarto del indicador

del nivel.

2. Abrir las válvulas de entrada y salida de agua como el caso de los compresores 1

y 2 Mycom refrigeración o la válvula manual de corte si la refrigeración es por

inyección de amoníaco como en el caso de los compresores 3 y 4 Mycom y

compresor Vilter.

3. Abrir la válvula de succión del compresor.

4. Abrir la válvula de descarga del compresor que se encuentra en la parte alta.

5. Revisar que los condensadores evaporativos se encuentren programados, estos

se verifican en el monitor del computador, con puntos de consigna cuyo valor

mínimo y normal 122 Psi, y valor máximo 150Psi, a medida que la presión de

descarga aumenta van entrando automáticamente los condensadores del N°1 al

N° 6.

6. Verificar el punto de consigna del sistema general que se encuentre en 23 Psi, por

debajo de 20 Psi el compresor no acciona automáticamente.

7. Para colocar en marcha el compresor en el tablero de control se debe pulsar ESC,

para ver el menú de los puntos N°1 a N°9 así:

Start

Set control

Limite de corriente

25

Puntos de consigna

Alarmas

Paradas fallas

Temperaturas y presiones

Tiempo de trabajo

Datos históricos

8. Seleccionar el punto N° 1 que es START.

9. pulsar N°1 más ENTER y aparece en pantalla el N° 1 igual SI, el N°2 igual NO.

10. se pulsa el N°1 más ENTER para accionarlo en AUTO LOCAL con el N°2 y

MANUAL con el N° 1 que aparecen en pantalla.

11. Se pulsa el N°1 más ENTER y arranca la bomba de aceite de compresor

elevando la presión a 15 Kg y colocando en marcha el motor del rotor.

12. Drenar aceite de tanques de baja y alta presión.

3.2.1. Operación del Compresor de Amoníaco

Parámetros y límites dentro de los cuales deben funcionar los compresores de amoníaco:

1. una vez en marcha el compresor de amoníaco este debe trabajar dentro de los

puntos de consigna entre los parámetros mínimos y máximos según la tabla 11 y

12.

Tabla 11. Unidades Sistema Europeo y/o Internacional

Descripción de Pantalla Mínimo Máximo

SP Presión de succión 1.2 Kgr/Cm2 1.7 Kgr/ Cm2

DP Presión de Descarga 15.00 Kgr / Cm2 24.5 Kgr / Cm2

OP Presión de Aceite 1.4 Kgr / Cm2 5.00 Kgr /Cm2

OF Presión Filtro 1.00 Kgr /Cm2 1.40 Kgr / Cm2

SV Válvula de capacidad 0.0% 100%

MA Amperios 0 Amperios 150 Amperios

DT Temperatura de Descarga 100°C 1.04°C

OT Temperatura de Aceite 69 °C 76°C

SO Temperatura Separador 0.0°C 130°C

ST Temperatura de Succión 0.48°C 1.40°C

SET Punto de Consigna 0.0 2.00 Kgr /Cm2

Fuente: Normatividad de Bavaria S.A.

26

2. El compresor en marcha debe estar dentro de los parámetros mínimos y máximos

descriptos en el cuadro anterior para su comportamiento ideal.

3. Se debe controlar que la presión de succión del sistema este en el rango de 20 y

30 Psi, que es la presión normal de trabajo.

Tabla 12. Unidades Sistema Americano

Descripción de Pantalla Mínimo Máximo

SP Presión de succión 17.06 Psi 24.18 Psi

DP Presión de Descarga 213.35 Psi 348.47 Psi

OP Presión de Aceite 19.91 Psi 71.11 Psi

OF Presión Filtro 14.22 Psi 19.91 Psi

SV Válvula de capacidad 0.0% 100%

MA Amperios 0 Amperios 150 Amperios

DT Temperatura de Descarga 100 °C 1.04°C

OT Temperatura de Aceite 69°C 76°C

SO Temperatura Separador 0.0°C 130°C

ST Temperatura de Succión 0.48°C 1.40°C

SET Punto de Consigna 0.0 28.45 Psi

Fuente: Normatividad de Bavaria S.A.

4. Se debe estar atento a verificar que el nivel del tanque de aceite se encuentre en

el rango de 50% y 100% de su capacidad.

5. Controlar el nivel de los tanques separadores de amoníaco Nº 1, 2, y 3 para que

el amoníaco liquido no llegue a su nivel bajo, porque esto saca de servicio las

bombas que alimentan los enfriadores de las cavas de agua glicolada y

enfriadores de cerveza.

6. Revisar niveles de agua a los condensadores evaporativos para mantener la

presión de descarga en el rango de 122 Psi y 150 Psi.

27

3.2.2. Procedimiento de Parada

En funcionamiento el compresor de amoníaco puede salir por dos causas:

1. Estando el sistema en automático debido abajas cargas en cuanto a presión de

descarga como mínimo 19 Psi, o cuando se pretende desfase en los rangos y

puntos de consigna descriptos en el cuadro anterior del comportamiento ideal

Tabla 28 y 29

2. Cuando se necesite detener el compresor para reparación o mantenimiento se

debe proceder así:

Oprimir el botón pulsador color rojo ubicado en el tablero de control del

compresor.

Cerrar las válvulas de entrada y de salida de agua para la refrigeración

como el caso de los compresores1 y 2 que tienen este sistema, cerrar la

válvula manual de corte cuando la refrigeración es por inyección de

amoníaco como es el caso de los compresores 3 y 4.

Cerrar la válvula de succión del compresor

Cerrar la válvula de descarga del compresor

Sacar de servicio los condensadores evaporativos que se encuentren

programados del numero 1 al numero 6 cuando la presión de descarga

este por debajo de 122 Psi.

En el anexo 3 se puede observar los pasos para la solución de problemas que utiliza

Bavaria.

3.3. Actividades del Maquinista Segundo

1. Tomar muestras de agua de las torres condensadoras evaporativas de amoníaco

para ver su dureza a través de análisis químico para la dosificación

correspondiente y ajustar las purgas actividad que se lleva acabo los días martes y

viernes de cada semana biocida 10 litros en el tanque N° 1 ubicado en la terraza

del edificio y inhibidor de corrosión fosfatos 3 litros por torre de las (4 sulzer, 3

mycom) que se encuentre en servicio en el momento de llevar acabo la

dosificación.

2. Drenar las bombas de los separadores de amoníaco N°1, N°2, N°3 evacuando el

aceite que por arrastre llega a las bombas y lograr mantener optima la presión

sobre 4 bares. hacia las líneas de cavas.

28

3. Dosificar las torres COMTECO para el enfriamiento del aceite de los compresores

de amoníaco que vienen adaptados para este sistema como el caso de los

compresores de amoníaco N°1 y N°2 que utilizan este tipo de enfriamiento

agregando los días lunes y jueves de cada semana la referencia biocida

equivalente a 15 litros lo mismo que el biocida equivalente a 15 litros aplicación

esta que se realiza por choque directo con el agua a dosificar.

4. Ejecutar aseo a los equipos de refrigeración compresores de amoníaco, tanques

separadores de amoníaco (11 bares), tanque recibo de amoníaco.

5. Aseo, limpieza y retiro de espuma en las torres COMTECO para la refrigeración de

los compresores de amoníaco actividad esta que se lleva acabo con un recogedor

manual.

6. Estar muy pendiente de las existencias mínimas de los químicos para efectuar la

dosificación en los equipos de refrigeración así: de biocida un caneca de 130 Kg y

biocida una caneca de 155 Kg.

7. Reemplazar al maquinista primero, cuando este en primer turno, accede al

restaurante y otras actividades.

8. Colaborar al maquinista primero en la puesta en marcha y parada de los equipos

de amoníaco.

9. Para todas las actividades descritas anteriormente se debe utilizar el equipo de

protección personal y aplicar las normas de seguridad industrial para tal efecto así:

Ropa impermeable

Guantes apropiados

Respiraderos con filtro

Monogafas, para evitar salpicaduras de productos químicos.

3.4. Gestión Ambiental

El maquinista primero y segundo y el personal que labora en el área de refrigeración

deben utilizar los elementos de protección exigidos por la empresa como protección

auditiva (tapones, guantes, casco) por su seguridad.

1. Periódicamente se debe revisar el estado en que se encuentra equipos escaleras,

pisos, alumbrado de tal forma que garantice la seguridad de los trabajadores del

área de refrigeración para el funcionamiento optimo del sistema de frió.

2. El personal del área debe tener especial cuidado a la exposición directa del

amoníaco mediante inhalación ya que el amoníaco es un gas incoloro, inflamable,

29

irritante y penetrante a la inhalación de vapores de amoníaco puede producir

irritación al trato respiratorio, resequedad en la nariz, estornudo y tos si los

vapores entran en contacto con los ojos pueden producir irritación y lagrimeo las

personas que trabajan en esta área debe tener claros los conceptos de la

sustancia química del amoníaco para cuando se presente cualquier emergencia.

3. El problema más frecuente son los escapes de amoníaco, este se detecta

rápidamente debido al olor irritante por tanto en estos casos se debe informar

inmediatamente al jefe inmediato para ubicar las fugas ya sean en las válvulas o

fisuras de tuberías, este gas puede ser contrarestado con agua o buena

ventilación del área.

4. En caso de escape de amoníaco en el área se debe proceder así:

Evacuar los alrededores

Ventilar el área

Hacer el rociado con agua para controlar la concentración en el ambiente.

Detener el flujo y efectuar la reparación pertinente.

Utilizar los equipos de protección para emergencias y equipo de protección

personal.

5. Cuando se presenta una falla por presión alta descarga (180Psi), el sistema de

supervisión instalado en el computador marca en rojo el valor, indica una alarma

intermitente se debe proceder de la siguiente manera:

Se revisa personalmente los niveles de agua de los condensadores

evaporativos que se encuentren trabajando ventiladores y bombas.

Cuando se baja el nivel de los separadores de NH3, 1-2-3 se paran las

bombas; dando falla (bajo nivel en el separador) se procede a abrir la

válvula manual para que entre mas amoníaco a los separadores.

Cuando los compresores se saltan por nivel alto de amoníaco en los

separadores 1 y 2 se procede a bajar el nivel de NH3, pasando al tanque

separador N° 3.

Cuando el compresor se salta por baja presión de aceite, se procede a

llamar al lubricador para agregarle y que en sus respectivos nivel.

Cuando se esta drenando aceite a los tanques separadores de baja para

evitar fugas de NH3, apretura mínimo de la válvula.

30

4. CARGAS TERMICAS DE REFRIGERACION

4.1. Calculo del Coeficiente Global de Transferencia de Calor

El coeficiente de total de transferencia de calor U, es definido como la cantidad de calor

transmitido a través de un material o miembro estructural compuesto de paredes

paralelas, el coeficiente U resulta después de considerar los efectos de conductividad,

conductancia, y resistencia térmica de los materiales que componen la estructura.

Generalmente se expresa en términos de Ffth

Btu

** 2

Los datos2 siguientes son los valores de la resistencia térmica de los materiales que

componen las paredes y pisos de las cavas de maduración.

RL =Resistencia térmica del ladrillo común por pulg. de espesor= lg*

*º*20.0

2

puBtu

Ffth

RC = Resistencia térmica del corcho por pulg. de espesor= lg*

*º*50.3

2

puBtu

Ffth

RCe = Resistencia térmica del cemento por pulg. de espesor= lg*

*º*20.0

2

puBtu

Ffth

RCon = Resistencia térmica del concreto por pulg. de espesor= lg*

*º*11.0

2

puBtu

Ffth

Hext = Resistencia térmica del aire exterior para pared vertical.= Btu

Ffth *º*17.0

2

Hint = Resistencia térmica del aire interior para pared vertical.= Btu

Ffth *º*68.0

2

Hint = Resistencia térmica del aire interior para pared horizontal.= Btu

Ffth *º*68.0

2

RP = Resistencia térmica de la pintura.= Btu

Ffth *º*0075.0

2

2 Datos tomados del Manual Guía practica para el calculo, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado

31

4.1.1. Coeficiente U para las paredes de las Cavas de Maduración

Espesor del Ladrillo = 120 mm = 4.72 pulg.

Espesor del Corcho = 120 mm = 4.72 pulg.

Espesor del repello de cemento = 10 mm = 0.393 pulg.

intRe HRPRCeRCRLHextquivalente

Donde:

RL= Btu

Ffthpu

puBtu

Ffth º*94.0lg72.4*

lg*

º*20.0

22

RC= Btu

Ffthpu

puBtu

Ffth º*53.16lg72.4*

lg*

º*50.3

22

RCe = Btu

Ffthpu

puBtu

Ffth º*0786.0lg393.0*

lg*

º*20.0

22

68.00075.00786.053.1694.017.0Re q

Btu

Ffthq

º*4166.18Re

2

Después de haber calculado la resistencia térmica equivalente de las paredes de las

cavas de maduración, calcularemos el Coeficiente Global de Transferencia de Calor (U).

qU

Re

1

Donde:

32

Ffth

Btu

Btu

FfthU

oo **0543.0

*416.18

122

Utilizando el factor de conversión podemos encontrar la equivalencia entre:

1 Ffth

Btu

*º* 2 =

Cmh

Kcal

*º*88.4

2

Entonces:

Cmh

Kcal

Ffth

BtuU

*º*26.0

*º*0543.0

22

Este valor de U es igual para todas las paredes de las cavas de Maduración.

4.1.2. Coeficiente U para Techos y pisos de las Cavas de Maduración

Espesor del Concreto = 500 mm = 19.68 pulg.

intintRe HRConHquivalente

Donde:

Btu

Ffthpu

puBtu

Ffth

Btu

Ffthq

º*68.0.lg68.19*

lg*

º*11.0

º*68.0Re

222

Btu

Ffthq

º*52.3Re

2

Después de haber calculado la resistencia térmica equivalente del piso y techo de las

cavas de maduración, calcularemos el Coeficiente Global de Transferencia de Calor (U)

qU

Re

1

33

Btu

FfthU

º*52.3

12

Cmh

Kcal

Ffth

BtuU

*º*36.1

*º*28.0

22

Este valor de U es igual para todos los techos y pisos de las cavas de Maduración.

4.2. Carga térmica Requerida

La transmisión de calor a través de una barrera puede ser definida como la cantidad de

flujo de calor o la cantidad de calor que fluye después de haber considerado todos los

factores.

4.2.1. Carga Térmica para las Cavas de Maduración 2 y 4.

4.2.1.1. Carga Térmica por Paredes, Piso y Techo.

La ganancia de calor por paredes exteriores, interiores, techos, y pisos se calculan a la

hora de máximo flujo térmico, y se deben no solo a la diferencia entre las temperaturas

del aire que baña sus caras exteriores e interiores, sino también al calor solar absorbido

por las exteriores. La insolación y la diferencia

de temperatura exterior y la interior son esencialmente variables en el transcurso del día

por lo que la intensidad del flujo a través de la estructura exterior es inestable por lo tanto

se ha recurrido al concepto empírico de diferencia equivalente de temperatura, definida

como la diferencia entre las temperaturas de aire interior y exterior, que resulta del flujo

calorífico total a través de la estructura originado por la radiación solar variable y la

temperatura exterior.

1. Pared Norte:

Las paredes de las Cavas de Maduración hacen parte del Grupo B3 de acuerdo a

la configuración de su construcción.

Como la pared norte de las cavas de Maduración 2 y4, es una pared exterior, debe

calcularse la respectiva Diferencia de Temperatura Corregida para las 13, 14 y 15

horas del día, por medio de la siguiente ecuación:

8578* ToTiKLMCLTDCLTDcorregido

3 Dato tomado de la Tabla 7, Pág. 36 del Manual Guía practica para el Calculo, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado

34

Donde:

CLTD4 : Diferencia de Temperatura para las paredes

LM5 : Es la corrección mensual de la Latitud

K : Factor de corrección de calor, para zonas industriales es = 1.0

TvTeTo *5.0

Donde:

Te : Temperatura Exterior

Ti : Temperatura Interior

Tv : Es la variación diaria de la Temperatura

Las Temperaturas y las condiciones Geográficas de Bogotá fueron tomadas de la página

Web del IDEAM.

T exterior máxima promedio del año 2007 = 19.25ºC = 66.65 ºF

T exterior mínima promedio del año 2007 = 7.40ºC = 45.33 ºF

T interior de la cava de Maduración = -2ºC = 28.4 ºF

C11.85º Fº31.21 Fº33.45º65.66 FTv

Entonces:

CFFFTo º32.13º99.55º31.21*5.0º65.66

Las condiciones geográficas de Bogotá son:

Latitud : 04º 43’ N

Longitud: 74º 03’ W

Altura: 2546 m = 8353.02 ft

Entonces:

LM = -3 para pared Norte en el mes de Enero

Los correspondientes CLTD para las 13, 14 Y 15 horas del día son:

CLTD13 = 9

4 Dato tomado de la Tabla 8, Pág. 38 del Manual 5 Dato tomado de la Tabla 5, Pág. 26 del Manual

35

CLTD14 = 9

CLTD15 = 9

Debido a que las condiciones concuerdan debemos hallar el CLTDCorregido

FCLTD º59.268599.554.28781*3913

FCLTD º59.268599.554.28781*3914

FCLTD º59.268599.554.28781*3915

La cantidad de calor transmitido en la unidad de tiempo a través de las paredes de un

espacio, es:

Para Pared Exterior:

corregidoCLTDAUQ **

Donde:

Q = Cantidad de calor Transferido

U = Coeficiente total de Transmisión de calor

A = Área de la Superficie de la Pared

CLTD = Diferencia de Temperatura para las paredes

Entonces:

Área= 22 19.432363.40135.6*25.63 ftmmm

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 95.157298.624159.26*19.4323*

**0543.0 2

213

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 95.157298.624159.26*19.4323*

**0543.0 2

214

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 95.157298.624159.26*19.4323*

**0543.0 2

215

36

2. Pared Sur:

Como la pared Sur de la cava de Maduración es una pared Interior, la cantidad de calor

debe calcularse a través de siguiente ecuación:

Para Pared Interior:

TeAUQ **

Donde:

Q = Cantidad de calor Transferido

U = Coeficiente total de Transmisión de calor

A = Área de la Superficie de la Pared

Te = Diferencia de Temperatura para las paredes

intTTextTe

Donde:

Text : Temperatura Exterior de la pared

Tint : Temperatura Interior de la pared

Entonces:

Área= 22 19.432363.40135.6*25.63 ftmmm

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

F49.1º C9.5º Text

F28.4º C2º- Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 53.122431.4859)4.281.49(*19.4323*

**0543.0 2

2

3. Pared Este:

Como la pared Este de la cava de Maduración 2 y 4, es una pared Interior, la cantidad

de calor debe calcularse a través de siguiente ecuación:

TeAUQ **

Entonces:

Área= 22 74.189621.17635.6*75.27 ftmmm

37

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

F49.1º C9.5º Text

F28.4º C2º- Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 24.53795.2131)4.281.49(*74.1896*

**0543.0 2

2

4. Pared Oeste:

Grupo B6 de acuerdo a la configuración de su construcción.

Como la pared Oeste de la cava de maduración 2 y 4, es una pared exterior, debe

calcularse la respectiva Diferencia de Temperatura Corregida para las 13, 14 y 15

horas del día, por medio de la siguiente ecuación:

8578* ToTiKLMCLTDCLTDcorregido

T exterior máxima promedio del año 2007 = 19.25ºC = 66.65 ºF

T exterior mínima promedio del año 2007 = 7.40ºC = 45.33 ºF

T interior = -2ºC = 28.4 ºF

TvTeTo *5.0

C11.85º Fº31.21 Fº33.45º65.66 FTv

Entonces:

CFFFTo º32.13º99.55º31.21*5.0º65.66

LM = -1 para pared Oeste en el mes de Enero

Los correspondientes CLTD para las 13, 14 Y 15 horas del día son:

CLTD13 = 14

CLTD14 = 14

CLTD15 = 14

6 Dato tomado de la Tabla 7, Pág. 36 del Manual Guía practica para el Calculo, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado

38

Debido a que las condiciones concuerdan debemos hallar el CLTDCorregido

FCLTD º59.338599.554.28781*11413

FCLTD º59.338599.554.28781*11414

FCLTD º59.338599.554.28781*11415

La cantidad de calor transmitido en la unidad de tiempo a través de las paredes de un

espacio, es:

Para Pared Exterior:

corregidoCLTDAUQ **

Entonces:

Área= 22 406.93699.8635.6*7.13 ftmmm

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 39.43093.170759.33*40.936*

**0543.0 2

213

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 39.43093.170759.33*40.936*

**0543.0 2

214

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 39.43093.170759.33*40.936*

**0543.0 2

215

5. Piso:

TeAUQ **

Entonces:

Área= 22 33.289052.2686.19*7.13 ftmmm

U =Ffth

Btu

*º*28.0

2

intTTextTe = 0

0)0(*33.2890***

28.0 2

2

Fft

Ffth

BtuQ

39

6. Techo:

TeAUQ **

Entonces:

Área= 22 5.1592881.14796.19*7.1365.43*75.27 ftmmmmm

U =Ffth

Btu

*º*28.0

2

F50º C10º Text

F28.4º C2º- Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 2.242766.96335)º4.2850(*5.15928*

*º*28.0 2

2

h

Btu

h

Btu

h

Btu

h

Btu

h

BtuQTOTAL 6.96335093.170795.213131.485998.6241

..27.93.28041111277 RTh

Kcal

h

BtuQTOTAL

4.2.1.2. Carga Térmica por Infiltraciones.

Las infiltraciones y en particular la entrada en el local acondicionado del vapor de agua

que resulta de ellas, constituyen con frecuencia un origen de importantes ganancias o

pérdidas de calor. El caudal de aire de infiltración varía según la estanqueidad de las

puertas, ventanas y rendijas o porosidades de las paredes. Muchos de estos factores no

pueden ser calculados con exactitud y deben ser objeto de una estimación más o

menos empírica.

La siguiente ecuación nos permite encontrar las infiltraciones por puertas y rendijas.

IpIeIt

Donde:

Ie= infiltraciones a través de rendijas

Ip= infiltraciones a través de puertas

Entonces:

El calculo de infiltraciones a través de rendijas no se efectuó ya que en las cavas

no hay rendijas

1. Se debe observar cuantas personas entran a las cavas

T.R.= 5 personas

40

intTTextTe

Donde:

F49.1º C9.5º Text

F28.4º C2º- Tint

FFTe º20º7.204.281.49

Con T.R. y Te vamos a la Tabla del manual y encontramos:

Ip = 87

Entonces:

CFMIt 880

La cantidad de calor transmitido en la unidad de tiempo por las infiltraciones se calcula a

través de la siguiente ecuación:

TeCFMQ **10.1

Entonces:

)4.281.49(*8*10.1 Q

..01518.0903.4516.182 RTh

Kcal

h

BtuBQ

Nota: La cantidad de calor transmitido por infiltraciones es igual para todas las cavas

de maduración.

4.2.1.3. Carga Térmica por Personas.

El cuerpo humano disipa constantemente calor y humedad. La cantidad de calor

depende del tipo de actividad, temperatura, tiempo dentro del cuarto refrigerado.

La siguiente ecuación nos permite encontrar la carga termia por personas

N° de personas= 5

Ganancia calórica debida a los ocupantes= h

Btu950 8

7 Dato tomado de la tabla 26 del manual Guía de Aprendizaje, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado. 8 Dato tomado del Manual Copeland, Tabla 17 pág. 15-2.

41

..395.098.119647505*950 RTh

Kcal

h

Btuperonas

h

BtuQ

Nota: La carga térmica transmitida por personas en las cavas de Maduración es la misma

para todas las cavas de maduración.

4.2.1.4. Carga Térmica por Motores.

Puesto que la energía no puede destruirse sino transformarse, cualquier energía eléctrica

transmitida a motores ubicados en el interior de un espacio refrigerado sufrirá una

transformación. Cualquier perdida del motor motivada por fricción se traducirá

inmediatamente en energía calorífica

La siguiente ecuación nos permite encontrar carga térmica por motores.

.545.2***h

BtuHpFumotoresNQ

Donde:

N° de Motores= 2

Potencia = 14.6 hp

Fu= Factor de uso=1 para 24 horas

Entonces:

..00619.0726.18314.74.545.2*6.14*1*2 RTh

Kcal

h

Btu

h

BtuQ

4.2.1.5. Carga Térmica por Iluminación.

El alumbrado constituye una fuente de calor sensible. Este calor se emite por radiación,

convección y conducción. Un porcentaje de calor emitido por radiación es absorbido por

los materiales que rodean el local o espacio refrigerado.

La siguiente ecuación nos permite encontrar carga térmica por Iluminación.

.413.3****h

BtuFpFuNWQ

Donde:

W=400 vatios

V=220 Voltios

N° de Bombillos= 32

Fu= 0.3 para cuartos de refrigeración.

Fp= 0.9 para bombillos de Mercurio.

42

Entonces:

..98.037.29727.11795413.3*9.0*3.0*32*400 RTh

Kcal

h

Btu

h

BtuQ

..66.10..98.0..00619.0..395.0..01518.0..27.9 RTRTRTRTRTRTQTOTAL

Los cálculos de las demás cavas de maduración se realizan de la misma forma que los

cálculos de la cava 2 y 4, los resultados de estos cálculos se pueden observar en la tabla

13.

Tabla 13. Cargas Térmicas requeridas de las cavas de Maduración.

CARGAS EN CONDICIONES REQUERIDAS (TR)

Cava Paredes Infiltraciones Personas Motores Iluminación TOTAL

2 y 4 9,27 0,01518 0,395 0,00619 0,98 10,66

3 7,76 0,01518 0,395 0,00451 0,737 8,91

5 14,21 0,01518 0,395 0,004517 0,737 15,36

6 9,64 0,01518 0,395 0,004517 0,737 10,79

7 5,15 0,01518 0,395 0,001994 0,19 5,76

8 y 10 10,91 0,01518 0,395 0,007477 1,10 12,42

9 7,70 0,01518 0,395 0,004517 0,737 8,85

Fuente: Propia

4.3. Cargas térmicas Actuales

4.3.1. Carga Térmica para las Cavas de Maduración 2 y 4.

4.3.1.1. Carga Térmica por Paredes, Piso y Techo.

1. Pared Norte:

Pared Grupo B9 de acuerdo a la configuración de su construcción.

Pared exterior.

8578* ToTiKLMCLTDCLTDcorregido

Donde:

CLTD10 : Diferencia de Temperatura para las paredes

LM11 : Es la corrección mensual de la Latitud

9 Dato tomado de la Tabla 7, Pág. 36 del Manual Guía practica para el Calculo, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado 10 Dato tomado de la Tabla 8, Pág. 38 del Manual

43

K : Factor de corrección de calor, para zonas industriales es = 1.0

TvTeTo *5.0

Donde:

Te : Temperatura Exterior

Ti : Temperatura Interior

Tv : Es la variación diaria de la Temperatura

Las Temperaturas y las condiciones Geográficas de Bogotá fueron tomadas de la página

Web del IDEAM.

T exterior máxima promedio del año 2007 = 19.25ºC = 66.65 ºF

T exterior mínima promedio del año 2007 = 7.40ºC = 45.33 ºF

T interior de la cava de Maduración = 2ºC = 35.6ºF

C11.85º Fº31.21 Fº33.45º65.66 FTv

Entonces:

CFFFTo º32.13º99.55º31.21*5.0º65.66

Las condiciones geográficas de Bogotá son:

Latitud : 04º 43’ N

Longitud: 74º 03’ W

Altura: 2546 m = 8353.02 ft

Entonces:

LM = -3 para pared Norte en el mes de Enero

Los correspondientes CLTD para las 13, 14 Y 15 horas del día son:

o CLTD13 = 9

o CLTD14 = 9

o CLTD15 = 9

11 Dato tomado de la Tabla 5, Pág. 26 del Manual

44

Debido a que las condiciones concuerdan debemos hallar el CLTDCorregido

FCLTD º39.198599.556.35781*3913

FCLTD º39.198599.556.35781*3914

FCLTD º39.198599.556.35781*3915

La cantidad de calor transmitido en la unidad de tiempo a través de las paredes de un

espacio, es:

corregidoCLTDAUQ **

Donde:

Q = Cantidad de calor Transferido

U = Coeficiente total de Transmisión de calor

A = Área de la Superficie de la Pared

CLTD = Diferencia de Temperatura para las paredes

Entonces:

Área= 22 19.432363.40135.6*25.63 ftmmm

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 03.114779.455139.19*19.4323*

**0543.0 2

213

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 03.114779.455139.19*19.4323*

**0543.0 2

214

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 03.114779.455139.19*19.4323*

**0543.0 2

215

2. Pared Sur:

Como la pared Sur de la cava de Maduración es una pared Interior, la cantidad de calor

debe calcularse a través de siguiente ecuación:

TeAUQ **

Donde:

Q = Cantidad de calor Transferido

45

U = Coeficiente total de Transmisión de calor

A = Área de la Superficie de la Pared

Te = Diferencia de Temperatura para las paredes

intTTextTe

Donde:

Text : Temperatura Exterior de la pared

Tint : Temperatura Interior de la pared

Entonces:

Área= 22 19.432363.40135.6*25.63 ftmmm

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

FCText 8.420.6

F35.6º C2º Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 92.42519.1690)6.358.42(*19.4323*

**0543.0 2

2

3. Pared Este:

Como la pared Este de la cava de Maduración 2 y 4, es una pared Interior, la cantidad

de calor debe calcularse a través de siguiente ecuación:

TeAUQ **

Entonces:

Área= 22 74.189621.17635.6*75.27 ftmmm

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

F49.1º C9.5º Text

F35.6º C2º Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 376.35041.1390)6.351.49(*74.1896*

**0543.0 2

2

46

4. Pared Oeste:

Pared Grupo B12 de acuerdo a la configuración de su construcción.

Pared exterior.

8578* ToTiKLMCLTDCLTDcorregido

T exterior máxima promedio del año 2007 = 19.25ºC = 66.65 ºF

T exterior mínima promedio del año 2007 = 7.40ºC = 45.33 ºF

T interior = 2ºC = 35.6 ºF

TvTeTo *5.0

C11.85º Fº31.21 Fº33.45º65.66 FTv

Entonces:

CFFFTo º32.13º99.55º31.21*5.0º65.66

LM = -1 para pared Oeste en el mes de Enero

Los correspondientes CLTD para las 13, 14 Y 15 horas del día son:

CLTD13 = 14

CLTD14 = 14

CLTD15 = 14

Debido a que las condiciones concuerdan debemos hallar el CLTDCorregido

FCLTD º39.268599.556.35781*11413

FCLTD º39.268599.556.35781*11414

FCLTD º39.268599.556.35781*11415

La cantidad de calor transmitido en la unidad de tiempo a través de las paredes de un

espacio, es:

corregidoCLTDAUQ **

Entonces:

12 Dato tomado de la Tabla 7, Pág. 36 del Manual Guía practica para el Calculo, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado

47

Área= 22 406.93699.8635.6*7.13 ftmmm

U=Ffth

Btu

*º*0543.0

2

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 13.33884.134139.26*40.936*

**0543.0 2

213

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 13.33884.134139.26*40.936*

**0543.0 2

214

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 13.33884.134139.26*40.936*

**0543.0 2

215

5. Piso:

TeAUQ **

Entonces:

Área1= 22 33.289052.2686.19*7.13 ftmmm

U =Ffth

Btu

*º*28.0

2

intTTextTe

F37º C2.78º Text

F35.6º C2º Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 514.28501.1133)6.3537(*33.2890*

**28.0 2

21

Área2= 22 2.1303829.121175.27*65.43 ftmmm

U =Ffth

Btu

**33.0

2

intTTextTe

F37º C2.78º Text

F35.6º C2º Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 93.151765.6023)6.3537(*2.13038*

**33.0 2

22

h

Kcal

h

Btu

h

Btu

h

BtuQQQ 45.180366.715665.602301.113321

48

6. Techo:

TeAUQ **

Entonces:

Área= 22 5.1592881.14796.19*7.1365.43*75.27 ftmmmmm

U =Ffth

Btu

*º*28.0

2

F50º C10º Text

F35.6º C2º Tint

h

Kcal

h

BtuFft

Ffth

BtuQ 1.161847.64223)º6.3550(*5.15928*

*º*28.0 2

2

h

Btu

h

Btu

h

Btu

h

Btu

h

Btu

h

BtuQTOTAL 7.6422366.715684.134141.139019.169079.4551

..69.6202496.80354 RTh

Kcal

h

BtuQTOTAL

4.3.1.2. Carga Térmica por Infiltraciones.

IpIeIt

Donde:

Ie= infiltraciones a través de rendijas

Ip= infiltraciones a través de puertas

Entonces:

El calculo de infiltraciones a través de rendijas no se efectuó ya que en las cavas

no hay rendijas

1. Se debe observar cuantas personas entran a las cavas

T.R.= 5 personas

intTTextTe

Donde:

F49.1º C9.5º Text

F28.4º C2º- Tint .

49

FFTe º20º7.204.281.49

Con T.R. y Te vamos a la Tabla del manual y encontramos:

Ip = 813

Entonces:

CFMIt 880

La cantidad de calor transmitido en la unidad de tiempo por las infiltraciones se calcula a

través de la siguiente ecuación:

TeCFMQ **10.1

Entonces:

)4.281.49(*8*10.1 Q

..01518.0903.4516.182 RTh

Kcal

h

BtuBQ

Nota: La cantidad de calor transmitido por infiltraciones es igual para todas las cavas

de maduración.

4.3.1.3. Carga Térmica por Personas.

N° de personas= 5

Ganancia calórica debida a los ocupantes= h

Btu950 14

..395.098.119647505*950 RTh

Kcal

h

Btuperonas

h

BtuQ

Nota: La carga térmica transmitida por personas en las cavas de Maduración es la misma

para todas las cavas de maduración.

4.3.1.4. Carga Térmica por Motores.

.545.2***h

BtuHpFumotoresNQ

13 Dato tomado de la tabla 26 del manual Guía de Aprendizaje, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado. 14 Dato tomado del Manual Copeland, Tabla 17 pág. 15-2.

50

Donde:

N° de Motores= 2

Potencia = 14.6 hp

Fu= Factor de uso=1 para 24 horas

Entonces:

..00619.0726.18314.74.545.2*6.14*1*2 RTh

Kcal

h

Btu

h

BtuQ

4.3.1.5. Carga Térmica por Iluminación.

.413.3****h

BtuFpFuNWQ

Donde:

W=400 vatios

V =220 Voltios

N° de Bombillos= 32

Fu= 0.3 para cuartos de refrigeración.

Fp= 0.9 para bombillos de Mercurio.

Entonces:

..98.037.297211795413.3*9.0*3.0*32*400 RTh

Kcal

h

Btu

h

BtuQ

..08.8..98.0..00619.0..395.0..01518.0..69.6 RTRTRTRTRTRTQTOTAL

Los cálculos de las demás cavas de maduración se realizan de la misma forma que los

cálculos de la cava 2 y 4, los resultados de estos cálculos se pueden observar en la tabla

14.

Tabla 14. Cargas Térmicas actuales de las cavas de Maduración.

CARGAS EN CONDICIONES ACTUALES (TR)

Cava Paredes Infiltraciones Personas Motores Iluminación TOTAL T°C cava

2 y 4 6,69 0,01518 0,395 0,00619 0,98 8,08 2.12 y 1.88

3 5,06 0,01518 0,395 0,00451 0,737 6,21 2.2

5 10,14 0,01518 0,395 0,00451 0,737 11,29 1.41

6 7,14 0,01518 0,395 0,00451 0,737 8,29 0.07

7 3,20 0,01518 0,395 0,001994 0,184 3,79 2.56

8 y 10 7,20 0,01518 0,395 0,00747 1,10 8,72 2.78

9 5,04 0,01518 0,395 0,00451 0,737 6,19 2.17

Fuente: Propia

Si se desea ver con más detalle los cálculos de cada cava, remitirse al anexo 7.

51

5. CALCULO DE LA POTENCIA CONSUMIDA

5.1 Potencia consumida por los Difusores de las cavas de Maduración

Tabla 15. Ficha técnica del los difusores de las cavas de maduración.

Cava Potencia (HP)

R.P.M Difusor Fase 1 Fase 2 Fase 3

3

7.1

1716

23815 6.6 A 6.7 A 6.4 A

23816 7.8 A 7.3 A 7.3 A

23817 7.6 A 8.1 A 7.6 A

2 y 4 14.6 1150 23825 8.5 A 8.9 A 8.1 A

23826 14.2 A 15 A 14.2 A

5

7.1

1716

23819 7.1 A 7.5 A 6.8 A

23820 7.3 A 7.7 A 7.1 A

23821 5.5 A 6.1 A 5.6 A

6

7.1

1716

23822 7.3 A 7.7 A 7.1 A

23823 7.0 A 7.2 A 6.6 A

23824 6.9 A 7.2 A 6.8 A

7 4.7 1404 23827 5.0 A 5.1 A 5.2 A

23828 5.3 A 5.2 A 5.3 A

9 7.1

1716

23829 6.8 A 7.1 A 6.5 A

23830 6.8 A 7.5 A 6.9 A

23831 6.9 A 7.0 A 6.8 A

8 y 10

9.4

7.1

1716

23832 8.3 A 8.4 A 8.8 A

23833 7.8 A 8.6 A 8.0 A

23834 7.3 A 7.5 A 7.4 A

23835 7.1 A 7.0 A 7.1 A

Fuente: Propia.

Sabiendo el amperaje en cada una de las fases del difusor, el factor de potencia, el

voltaje de los motores, podremos calcular a través de la siguiente ecuación la potencia de

trabajo de cada difusor.

Potencia de Trabajo 3*85.0**VI

En la tabla 16 se puede apreciar la potencia aproximada de trabajo de los motores de los

difusores.

Como tenemos la capacidad y la potencia nominal de los difusores y tenemos la potencia

con la cual se encuentran trabajando los motores de los difusores podemos calcular una

capacidad aproximada de la real de los difusores.

Capacidad real de los difusoresHp

RTHp NOMINALreal

1.7

..*

En la Tabla 17. Se pueden ver las capacidades Actuales que se encuentran

proporcionando los difusores de la cavas de maduración.

52

Tabla 16. Potencia de trabajo de los difusores de las cavas de Maduración.

Cava Difusor Amperaje (promedio)

Potencia Actual (Kw)

Potencia Actual (Hp)

3

23815 6.56 A 4.25 5.69

23816 7.46 A 4.83 6.48

23817 7.76 A 5.02 6.74

2 y 4 23825 8.5 A 5.50 7.38

23826 14.46 A 9.36 12.56

5

23819 7.13 A 4.61 6.19

23820 7.36 A 4.76 6.39

23821 5.73 A 3.71 4.97

6

23822 7.36 A 4.76 6.39

23823 6.93 A 4.48 6.02

23824 6.96 A 4.50 6.04

7 23827 5.1 A 3.30 4.43

23828 5.26 A 3.41 4.57

9

23829 6.8 A 4.40 5.90

23830 7.06 A 4.57 6.13

23831 6.9 A 4.46 5.99

8 y 10

23832 8.5 A 5.50 7.38

23833 8.13 A 5.26 7.06

23834 7.40 A 4.79 6.42

23835 7.06 A 4.57 6.13

Fuente: Propia. Tabla 17. Capacidad Actual proporcionada por los difusores de las cavas.

Cava Potencia Nominal

(Hp)

Potencia Actual (Hp)

Difusor Capacidad Nominal

Capacidad Actual

3

7.1

5.69 23815 4.5 T.R. 3.60T.R.

6.48 23816 4.5 T.R. 4.10T.R.

6.74 23817 4.5 T.R. 4.27T.R.

2 y 4 14.6

7.38 23825 6.6 T.R. 3.33T.R.

12.56 23826 6.6 T.R. 5.67T.R.

5

7.1

6.19 23819 4.5 T.R 3.92T.R.

6.39 23820 4.5 T.R. 4.05T.R.

4.97 23821 4.5 T.R. 3.15T.R.

6

7.1

6.39 23822 4.5 T.R. 4.05T.R.

6.02 23823 4.5 T.R. 3.81T.R.

6.04 23824 4.5 T.R. 3.82T.R.

7 4.7

4.43 23827 4.5 T.R. 4.24T.R.

4.57 23828 4.5 T.R. 4.37T.R.

9

7.1

5.90 23829 4.5 T.R. 3.73T.R.

6.13 23830 4.5 T.R. 3.88T.R.

5.99 23831 4.5 T.R. 3.79T.R.

8 y 10

9.4 7.1

7.38 23832 6.6 T.R. 5.18T.R.

7.06 23833 6.6 T.R. 4.95T.R.

6.42 23834 4.5 T.R. 4.06T.R.

6.13 23835 4.5 T.R. 3.88T.R.

Fuente: Propia.

53

5.2. Subsistema Compresores Amoniaco

Este subsistema esta compuesto por 6 compresores de tornillo, de una sola etapa, con

descarga de amoniaco ligeramente sobrecalentado. El proceso ocurre politropicamente,

ya que el aceite que sirve de lubricación retira parte del calor de compresión,

disminuyendo su consumo de energía. Los compresores se encuentran conectados en

paralelo a los tanques recirculadores, todos los compresores pueden tomar amoniaco

gaseoso de cualquier recirculador de baja presión.

El Master de control solo acoge a los compresores 1, 2, 3 y 4, los compresores 5 y 6 se

encuentran en montaje y acoplamiento al Master de refrigeración. En la figura 8 se

muestran algunos de los compresores de la sala de maquinas:

Figura 8. Compresores amoniaco sala de maquinas.

Las especificaciones técnicas y capacidades de los compresores suministradas por el

fabricante se señalan en la tabla 18.

54

Tabla 18. Especificaciones compresores amoniaco de la Cervecería.

COMPRESORES

MYCOM 1 MYCOM 2 MYCOM 3 MYCOM 4 MYCOM 5 VILTER

Fabricante Mycom Mycom Mycom Mycom Mycom Vilter

Modelo N250 LUD-LI

N250-LUD-L

N250 VDL-SU

N250 VLD-SU

200 MUD-VX

VRS-12000

No. Serie 2513153 2512256 2515139 2515140 2030594 1129

Año de Fabricación

1980 1980 1980 1993 1994 1994

Capacidad ( T R)

540 540 540 540 250 300

Flujo masíco (Kg/s)

1.71 1.71 1.71 1.71 1.21 1.35

Tipo de separador

Vertical Vertical Horizontal Horizontal Horizontal Vertical

Refrigerante Agua torre de enfriamiento

Inyección amoniaco inyección amoniaco

Fuente: Propia. Tabla 19. Especificación de los motores de los compresores.

MOTORES

Marca Yaskawa Yaskawa Efficency Efficency Efficency Effiency

Modelo BDA BDA TIKK TIKK TIKK TIKK

Potencia (Kw) 550 550 522 522 224 373

Velocidad (RPM) 3570 3570 3565 3565 3570 3570

Tensión (V) 2400 2400 2400 2400 460 460

Corriente (Amp) 150 150 145 145 330 560

Frecuencia (Hz) 60 60 60 60 60 60

Fuente: propia. En la tabla 20 podemos observar el amperaje y la potencia real consumida por los

motores de los compresores de la sala de maquinas de la cervecería.

Tabla 20. Potencia de trabajo de los compresores de las cavas de Maduración.

COMPRESOR Marca del Motor

Amperaje (promedio)

Potencia Actual (Kw)

Potencia Actual (Hp)

Eficiencia (%)

Mycom 1 Yaskawa 147 518.792 695.71 84.89

Mycom 2 Yaskawa 148 522.321 700.44 85.47

Mycom 3 Efficency 143 504.675 676.78 87.01

Mycom 4 Efficency 144.6 510.322 684.35 87.98

Mycom 5 Efficency 327 211.575 283.72 85.00

Vilter Efficency 556 359.743 482.41 86.80

Fuente: Propia.

5.3. SUBSISTEMA CONDENSADORES EVAPORATIVOS

El sistema de condensadores evaporativos esta compuesto por 4 condensadores Sulzer,

2 condensadores Evapco y un condensador Baltimore.

55

Todos los condensadores evaporativos se encuentran conectados en paralelo a un mismo

cabezal de descarga en los compresores.

Los condensadores son de tipo flujo forzado en contracorriente con aspersión de agua

sobre el serpentín. Cada condensador cuenta con dos bombas centrifugas para recircular

el agua y ventiladores para hacer fluir el aire en contracorriente por el equipo.

Los condensadores Evapco y Baltimore, se encuentran divididos en 2 módulos

independientes permitiendo flexibilidad para la realización de labores de mantenimiento.

Su control esta a cargo del Master del sistema refrigeración de la sala de maquinas y el

parámetro para el control de los condensadores es la presión de condensación del

sistema.

En la figura 9 se observan algunos condensadores evaporativos. Figura 9. Condensadores evaporativos de la sala de maquinas.

En el siguiente cuadro se muestran las características más relevantes de los equipos con

que cuenta el sistema de refrigeración de la Cervecería.

Tabla 21. Especificaciones condensadores evaporativos de la Cervecería.

CONDENSADORES

Marca Sulzer Evapco Baltimore

Cantidad 4 2 1

Modelo Desconocido Desconocido Desconocido

N° Serie Desconocido 57408 57407 57410

Capacidad (TR) 380 690 1052

N° de Bombas 1 2 2

Capacidad Bombas (L/min) 3600 3600 3600

N° de Ventiladores 3 6 6

Fuente: Propia.

56

En la tabla 22 podemos observar podemos observar las especificaciones de los motores

de las bombas.

Tabla 22. Especificaciones de los motores de las Bombas.

MOTORES BOMBAS

Marca Siemens Siemens Siemens

Cantidad 1 2 2

Potencia (HP) 5 5 5

Velocidad (RPM) 2430 2430 2430

Tensión (V) 440 440 440

Fuente: Propia.

En la tabla 23 podemos observar podemos observar las especificaciones de los motores

de los condensadores Evaporativos.

Tabla 23. Especificaciones de los motores de condensadores Evaporativos.

MOTORES

Marca Siemens Siemens Siemens

Cantidad 1 2 2 2

Potencia (HP) 5 5 5 10

Velocidad (RPM) 2430 2430 2430 2430

Tensión (V) 440 440 440 440

Fuente: Propia.

En la tabla siguiente podemos observar la potencia real consumida por los condensadores

de la sala de maquinas

Tabla 24. Potencia real consumida por los condensadores de la sala de maquinas

CONDENSADOR Marca del Motor

Amperaje (promedio)

Potencia Actual (Kw)

Potencia Actual (Hp)

Eficiencia (%)

Sulzer Siemens 1 5.6 3.62 4.86 87.48

Evapco

Siemens 2 5.7 3.69 4.95 89.10

Siemens 3 5.63 3.64 4.89 88.02

Baltimore

Siemens 4 5.68 3.67 4.93 88.74

Siemens 5 5.65 3.66 4.90 88.2

Siemens 6 11 7.12 9.55 85.95

Siemens 7 11.26 7.29 9.78 88.02

Fuente: Propia

En el anexo 6 se puede observar el consumo energético de la zona de cavas de

maduración y la producción.

57

6. ANALISIS DE RESULTADOS

Como se observa en los cálculos, la carga térmica para cada cava de Maduración es

diferente. Estos cálculos en condiciones óptimas se realizaron con las temperaturas con

las que debiera trabajar cada cava, temperatura interior de -2 ° C, temperatura exterior

teniendo en cuenta los cambios de climáticos por el IDEAM, etc.

Después de haber realizado las mediciones de campo nos pudimos dar cuenta que las

cargas térmicas con las cuales se encuentran trabajando las cavas de Maduración son

inferiores a las que debiera estar trabajando, esto se puede observar en la tabla 25, esto

se debe a que los difusores no están supliendo la capacidad necesaria en toneladas de

refrigeración para cada cava, ya sea por problemas de mantenimiento, fugas, mal

direccionamiento de las rejillas de distribución de aire, o condensación en los difusores,

por los inadecuados tiempos de descongelamiento de estos.

Tabla 25. Cargas Térmicas de las cavas de Maduración.

CARGAS EN LAS CAVAS DE MADURACION (TR)

Cava REQUERIDAS ACTUALES

2 y 4 10,66 8,08

3 8,91 6,21

5 15,36 11,29

6 10,79 8,29

7 5,76 3,79

8 y 10 12,42 8.72

9 8,45 6.19

Fuente: Propia

Al notar el problema que se estaba presentando en las cavas de maduración se procedió

a tomar mediciones de temperatura dentro de la cava para determinar los puntos calientes

de estas y se comenzó a analizar que factor lo podría estar produciendo. En la tabla 26

se puede observar las temperaturas promedios de cada cava y en la figura 10 los puntos

calientes.

58

Tabla 26. Temperaturas promedios de las cavas de Maduración.

CARGAS EN CONDICIONES ACTUALES (TR)

Cava T(°C)

2 y 4 2.12 y 1.88

3 2.2

5 1.41

6 0.07

7 2.56

8 y 10 2.78

9 2.17

Fuente: Propia

Figura 10. Distribución de aire frio en las cavas de maduración.

Fuente: Propia

59

Las cavas más calientes fueron la cava 2, 3, 7, 9 y 8 -10 .Después se realizo la toma de

los amperajes de cada uno de los difusores estableciendo así la potencia de cada uno y

comparándolas con la potencia nominal que debería tener los difusores. Con esto se

determino la eficiencia de los difusores. Ver tabla 27.

Tabla 27. Toneladas de refrigeración por difusores.

Cava Nº Cedulas Difusores

Potencia Motor

HP

Potencia Motor Actual

HP

Capacidad Nominal Difusores

Capacidad Actual Difusores

Eficiencia Actual Difusores %

2 y 4 23825 23826

14.6 7.38 12.56

6.6 TR 3.33 TR 5.67 TR

50 86

3 23815 23816 23817

7.1 5.69 6.48 6.74

4.5TR 3.60 TR 4.10TR 4.27 TR

80 91 95

5 23819 23820 23821

7.1 6.19 6.39 4.97

4.5TR 3.92 TR 4.05 TR 3.15TR

87 90 70

6 23822 23823 23824

7.1 6.39 6.02 6.04

4.5TR 4.05 TR 3.81 TR 3.82 TR

90 85 84

7 23827 23828

4.75 4.43 4.57

4.5TR 4.24 TR 4.37 TR

94 97

9 23829 23830 23831

7.1 5.90 6.13 5.99

4.5TR 3.73 TR 3.88 TR 3.79 TR

83 86 84

8 y 10 23832 23833 23834 23835

9.4

7.1

7.38 7.06 6.42 6.13

6.6TR

4.5 TR

5.18 TR 4.95 TR 4.06 TR 3.88 TR

78 75 90 86

Fuente: Propia

Al comparar los datos de la tabla 26 y 27 se observa que no todos los difusores están

trabajando a una misma eficiencia y esta puede ser una de las razones de las altas

temperaturas de las cavas 2 (enfriada por el difusor 23825), 8 y 10 (enfriadas por los

difusores 23832, 23833 y 23834), las cuales son una de las mas altas del proceso de

maduración. Como la cava 8 no esta aislada de la cava 4, la transferencia de calor de

una cava a otra es mas fácil, por lo tanto lo que pase en alguna de las dos con respecto a

la temperatura, la otra se vera afectada.

La cava 3 no se tendrá en cuenta debido a que actualmente esta en proceso de

transformación de cava de maduración a cava de fermentación. Para ello se esta

60

aislando la cava 9 de la cava 3, para que no afecte el proceso de maduración en la cava

9.

En la cava 7 se observo estas altas temperaturas, debido a que no siempre están

funcionando ambos difusores. Como el ventilador de difusor si estaba funcionando, pero

no había succión en la entrada de aire, se observo una obstrucción de la entrada debido

al congelamiento alrededor de los serpentines, lo cual nos indica, que los tiempos de

descongelamiento de los difusores no es el apropiado. Esto mismo se puede deducir para

la cava 9.

A pesar de que la cava 5 tiene un difusor con una baja eficiencia y que debajo de ella la

temperatura es mas alta que dentro de la cava, la temperatura no es tan alta, pero como

se necesita temperaturas iguales o inferiores a 0ºC, lo mas adecuado es tener cuidado

con los tiempos de descongelamiento de los difusores.

Se encontró que los puntos más calientes de las cavas se encuentran en la parte más

lejana a la entrada de succión de aire. Esto es debido a que la succión no esta

homogéneamente distribuida dentro de la cava.

Para determinar si las rejillas de los ductos de distribución de aire, tiene alguna influencia

en las temperaturas o flujo de aire de las cavas, se analizo las mediciones de velocidad y

temperatura del aire que sale de las rejillas y se concluye que para las primeras 3 rejillas

de distribución de aire, deben estar direccionadas 50% contraflujo y 50 % perpendicular al

ducto, las siguientes dos deben estar el primer 30% perpendicular al ducto y 60% en

dirección al flujo a unos 45º. Al final el resto de rejillas deben estar en dirección al flujo,

para que así llegue más caudal a la parte trasera de la cava. Preferiblemente deben estar

ubicadas sobre los tanques

Al realizar las toma de datos en las cavas, se observo que en la cava 4 existen unos

plásticos que están sirviendo como deposito de aguas, lo cual es de gran riesgo para los

trabajadores encargados del mantenimiento de la cava 8, la cual esta comunicada con la

cava 4.

61

Los sensores de temperatura que se encuentran en las cavas de maduración, se

encuentran en la parte superior de los cuartos, esto no es muy adecuado, debido a que la

temperatura que mas interesa es la temperatura en la parte inferior del cuarto, ya que esta

medida nos da mas idea de lo caliente o fría que se encuentra la cava. Al estar estos

sensores en la parte superior de la cava los datos que se están obteniendo son las

temperaturas que están saliendo de las rejillas de los difusores, las cuales nos daría una

idea errónea del comportamiento de las cavas.

Tabla 28. Toneladas de refrigeración requeridas, actuales, y capacidad de difusores.

Cava

Carga

Térmica Requerida

(T.R.)

Carga

Térmica Actual (T.R.)

Capacidad Nominal

Proporcionada por los

Difusores (T.R.)

Capacidad Actual

Proporcionada por los

Difusores (T.R.)

Diferencia (T.R.)

3 8.91 6.21 13.5 11.97 Sobra 3.06

2 y 4 10.66 8.08 13.2 9 Falta 1.66

5 15.36 11.29 13.5 11.12 Falta 4.24

6 10.79 8.29 13.5 11.68 Sobra 0.89

7 5.79 3.79 9 8.61 Sobra 2.82

9 8.85 6.19 13.5 11.4 Sobra 2.55

8 y 10 12.42 8.72 22.2 18.07 Sobra 5.65

Fuente: Propia

Después de haber analizado la Tabla 28, podemos observar que la capacidad de

refrigeración nominal proporcionada por los difusores de la cava 5 no es la necesaria

para mantener el cuarto frío en las condiciones requeridas, pues hay una deficiencia de

1.87 Toneladas de refrigeración.

De igual forma se puede observar que la capacidad de refrigeración actual proporcionada

por los difusores de la cava 2 y 4 es insuficiente para mantener el cuarto refrigerado en

las condiciones requeridas, pues hay una deficiencia de 1.66T.R;

Mientras que la capacidad de refrigeración actual proporcionada por los difusores de la

cava 8 y 10, aparentemente es mayor a la requerida por el cuarto frío; pues a esta cava le

sobra 5.65T.R. las cuales suplen gran parte de la deficiencia de la cava 2 y 4; teniendo en

cuenta que estas cavas se encuentran unidas.

En cuanto a las otras cavas podemos observar que la capacidad de refrigeración actual

proporcionada por los difusores es aparentemente superior a la requerida por cada una de

62

ellas; cuando decimos aparentemente nos referimos a que en verdad en ninguna cava

sobran toneladas de refrigeración debido a que todas las cavas presentan alta humedad

relativa, lo que hace que en los serpentines de los difusores se presente condensación,

formando una capa de hielo o escarcha que evita la transferencia de calor, y el flujo de

aire; de igual forma las cavas presentan gran transferencia de calor por los pasillos por

donde ingresa la cerveza a los tanques de las cavas de maduración, esto se puede

afirmar ya que la temperatura promedio de estos pasillos es de 6°c, mientras que los otros

pasillos se encuentran a una temperatura promedio de 9.5 °C; de igual forma hay

perdidas de aire refrigerado por la no hermeticidad de las puertas, ya que el empaque de

estas permite la entrada de aire caliente al espacio refrigerado, también hay perdidas de

aire refrigerado por que las puertas de las cavas, la mayor parte del tiempo permanecen

abiertas o mal cerradas, otra causa es el ingreso de personas a las cavas sin previa

autorización, los cuales transfieren calor al cuarto refrigerado, el uso innecesario de

iluminación en estas, pues hay ocasiones que las personas entran a los cuartos prendes

las luces, desarrollan la labor que tienen que hacer, salen y dejan las luces prendidas, lo

cuales transfiere calor al ambiente; otro aspecto que hay que tener en cuenta en cuanto a

las perdidas de aire refrigerado, se debe a que los difusores no todo el tiempo se

encuentran funcionando por fallas o por que el PLC hay enviado la orden de

descongelamiento, sin tener en cuenta si el serpentín esta congelado o no. y por ultimo

hay que tener en cuenta que las rejillas de distribución de aire no se encuentran

direccionadas adecuadamente, que presentan obstrucción al flujo de aire por la mugre

dentro de los ductos, y que los ductos de distribución de aire presentas fugas de aire en

las uniones.

DIAGNOSTICO SUBSISTEMA COMPRESORES DE AMONIACO

A través del desarrollo de este diagnostico se descubrió que los compresores son

quienes en gran parte administran la capacidad y el control en los sistemas de

refrigeración, marcando la pauta del flujo del amoniaco a través del ciclo.

Los compresores cuentan con un monitoreo constante de los parámetros de operación

permitiendo evaluar continuamente su condición de eficiencia. El sistema se

autodiagnostica identificando las fallas que se puedan presentar.

La primera actividad desarrollada fue la consulta de los manuales suministrados por el

fabricante para la operación de los compresores tipo tornillo. Se caracterizo la

63

programación del control de los equipos y la incidencia de su desempeño en el ciclo de

refrigeración.

Luego se identificaron los parámetros de operación del subsistema de compresores y se

confrontaron con los parámetros de configuración en los evaporadores. Se encontró que

estos parámetros de configuración diferían pues se tenía una solicitación mayor en los

compresores respecto a la condición del sistema.

Para los compresores tipo tornillo instalados en la Cervecería, la única variable que

determina el comportamiento del compresor es la presión de succión, este valor debe

estar acorde a la secuencia de control establecida para la entrada y salida de los

compresores.

Al ejecutar las herramientas de autodiagnóstico se encontró problemas de descalibración

de los sensores que registran los valores de la presión de succión y descarga en los

compresores Mycom 3 y 4.

En los compresores Mycom 1, 2 y 3 el desajuste se presenta en las válvulas de

deslizamiento. En estos equipos se tiene paso en las válvulas de regulación del circuito

hidráulico que administra la apertura y cierre de la válvula de deslizamiento.

Los separadores de aceite de los compresores Mycom 1 y 2 permiten la circulación

excesiva de aceite a través de las líneas de conducción de amoniaco, esto se debe a un

mal montaje de los elementos que constituyen el separador. Como consecuencia a la

circulación de aceite por el sistema se disminuye la eficiencia de las áreas de

transferencia de calor en los enfriadores.

Se recomienda dar capacitación a la parte operativa porque es notorio el poco

conocimiento del funcionamiento del sistema de refrigeración. La parte operativa se

desempeña bien su centro de trabajo pero desconocen las operaciones y condiciones de

trabajo de áreas aledañas relacionadas al ciclo de refrigeración.

El desconocimiento de la función desarrollada por los compresores en el ciclo de

refrigeración, acarrea la incapacidad de aportar soluciones rápidas y acertadas para

resolver los problemas que produce la inestabilidad del sistema.

DIAGNOSTICO SUBSISTEMA CONDENSADORES EVAPORATIVOS

A mediada que se profundizaba en el diagnostico se observaba que los condensadores

evaporativos, son quienes llevan la pauta en la distribución continua y homogénea del

amoniaco liquido que se lleva hacia los evaporadores de alta y los tanques recirculadores.

64

Adicionalmente regulan la presión de descarga en los compresores y condensan el

amoniaco líquido para que sea de nuevo recirculado por el sistema.

Primero se realizo una inspección visual de los condensadores encontrando desaseo en

la estructura, ventiladores, eliminadores, tuberías e incrustaciones en la parte externa del

serpentín. Las incrustaciones en el serpentín del equipo restan efectividad a la

transferencia de calor.

Se realizo un minucioso aseo a todos en los condensadores para establecer las

condiciones propicias para el diagnostico.

65

7. ANALISIS ECONOMICO

Para un adecuado manejo del sistema de las cavas de maduración se necesitara la

siguiente cantidad de sensores como se ve en la tabla 29.

Tabla 29. Lista de sensores para la adecuación de las cavas de maduración

Elemento Cant. Piso 1 Cant. Piso 2 Total

Sensor de temperatura 12 13 25

Sensor de humedad 3 3 6

Anemómetro 7 11 18

Tacómetro 7 11 18

Total 29 38 67

Fuente: Propia

Al tener 67 sensores, el PLC a manejar debe recibir como mínimo 67 señales.

Al realizar la cotización de los sensores, el cableado, y el software que necesita el PLC

para que funcione correctamente se observa en la tabla 30.

Tabla 30. Elementos para el PLC

N° Elementos Elemento comercial Cant

1 Sensor T°C Termopar T expuexto. Cable cal.24 teflón 1m. clavija mini 25

2 Conector Clavija mini tipo T, SMP 25

3 Cable T-20-PVC, alambre extensión T,PVC 1761m

4 Sensor h% TRH-302, transmisor de humedad 0-100%/4-20MA, 2 hilos 6

5 Cable 3 cod, xAWG-18,cable apantallado, aislamiento PVC, Dren 428m

6 Tacómetro SI18-CE8-NPN-NC, inductivo diam 18mm,ALC 8mm10-30VDC

18

7 Convertidor de señal

PI-F, Convertidor de frecuencia/DC, Program, 4 hilos, 20-270VAC/DC

18

7.1 Cable 3 cod, xAWG-18,cable apantallado, aislamiento PVC, Dren 638m

8 Anemómetro DW33984106RP. Transmisor Velocidad Aire. 75 M/S. 4-20MA. Dis

18

9 Anemómetro CP2UE, 24VDC/125MA, 110/220VAC, Fuente Voltaje. 18

9.1 Cable 3 cod, xAWG-18,cable apantallado, aislamiento PVC, Dren 746m

10 Estación de 16 señales

2100-A16-RS485, 16 ENT.ANAL.,4 ENT. DIG,2 Reles,2 SAL. ANA.

6

11 Cable RS485, 2 Pares/24, Cable de comunicación, entorchado,B9842

180m

12 Convertidor a PC

CR485, RS422/485 DIN, Convertidor RS232C, ALIM. 110VAC

1

13 Software T150,Modulo registrador , Mimico, Shimaden ,DDE,MAX.150I/O

1

Fuente: Instrumatic

66

De acuerdo a la tabla 30 el recorrido que hará el sistema de mando del PLC será como se

observa en la siguiente figura 11.

Figura 11. Flujograma del PLC recomendado.

Fuente: Propia

Teniendo ya las cantidades de elementos necesarios para el buen funcionamiento de la

propuesta, se realizara el análisis económico de la propuesta.

7.1. Inversión Inicial.

En la tabla 31 se puede observar los costos de la inversión inicial, que se necesita para

automatización de las cavas de Maduración.

Tabla 31. Precios de los elementos del PLC

N° Elementos Cant Precio unidad Precio total

1 Sensor T°C 21 $ 39.500,00 $ 829.500,00

2 Conector 21 $ 12.800,00 $ 268.800,00

3 Cable 1761m $ 4.800,00 $ 8.452.800,00

4 Sensor h% 5 $ 540.000,00 $ 2.700.000,00

5 Cable 428m $ 4.600,00 $ 1.968.800,00

6 Tacómetro 15 $ 110.000,00 $ 1.650.000,00

7 Convertidor de señal 15 $ 1.140.000,00 $ 17.100.000,00

7.1 Cable 638m $ 4.800,00 $ 3.062.400,00

8 Anemómetro 15 $ 9.120.000,00 $ 136.800.000,00

9 Anemómetro 15 $ 226.000,00 $ 3.390.000,00

9.1 Cable 746m $ 4.600,00 $ 3.431.600,00

10 Estación de 16 señales 6 $ 3.090.000,00 $ 18.540.000,00

11 Cable 180m $ 10.500,00 $ 1.890.000,00

12 Convertidor a PC 1 $ 895.000,00 $ 895.000,00

13 Software 1 $ 7.100.000,00 $ 7.100.000,00

TOTAL $ 208.078.900,00

Fuente:Instrumatic

67

7.2. Criterios de evaluación Económica.

Para determinar la rentabilidad de las inversiones se emplea el Valor Presente Neto

(VPN) y Tasa Interna de Retorno (TIR), indicadores que permiten evaluarlas:

El Valor Presente Neto (VPN): Pone en pesos de hoy tanto los ingresos futuros como los

egresos futuros, para esto es necesario utilizar una tasa de interés, que es la tasa que

normalmente gana la cervecería. En este método se resta el valor presente de los

ingresos menos el valor presente de los egresos. Si el VPN es mayor que cero habrá

ganancia por encima de la tasa que se utilice para evaluar el proyecto. Si el VPN es igual

a cero es indiferente realizar el proyecto en cuestión. Si el VPN es menor que cero no es

aconsejable realizar el proyecto.

jji

Ci

iVPN

11

ln

Egresos =Ci

Tasa de oportunidad = i

Ingresos netos anuales = ln

Periodos de análisis de la inversión = j

Los periodos de análisis de la inversión tienen que ver con la vida útil del proyecto.

Tasa Interna de Retorno (TIR): La Tasa Interna de retorno mide la rentabilidad de una

inversión, que es una característica propia del proyecto. El la tasa a la cual el VPN se

hace igual a cero.

0

11

ln

jj

i

Ci

iVPN

Por ensayo y error se encuentra la tasa a la cual el VPN se hace cero.

Periodo de Recuperación de la Inversión (PRI): Es el tiempo en que se recupera la

inversión inicial para una tasa de descuento considerada.

68

7.2.1. Ingresos

La tabla 32 se muestra los datos que justifican el ingreso o ahorro que se tendría por

realizar la inversión para la automatización de las cavas de maduración.

Tabla 32. Ingresos

CAVAS Producción Estándar

Diario

Producción Sin un Difusor

Variación Diaria

Variación %

Variación Anual

2 y 4 30.250 15.920 14.330 47 28.661

5 24.750 12.326,70 12.423 50 74.540

6 24.750 17.547,50 7.203 29 43.215

7 8.250 5.471,35 2.779 34 16.672

9 24.750 21.394,10 3.356 14 20.135

8 y 10 35.750 32.295,90 3.454 10 20.725

Total 148.500 104.955 43.545 203.948

Fuente: Propia.

Debido a que no se tiene datos exactos en cuanto al costo de pérdidas que se produce

cuando un difusor deja de funcionar, se procedió a estimar el costo de este, teniendo en

cuanta las cargas ideales para cada cava, y la capacidad de refrigeración del difusor

cuando este esta operando al 85% de su eficiencia, se calculo la capacidad máxima de

hectolitros que se pueden almacenar en cada cava y se saco la relación de la capacidad

de refrigeración que pueden proporcionar los otros difusores cuando uno de estos deja de

funcionar por un día y los operarios no se dan cuenta de este problema, a raíz de esto la

temperatura de la cava aumenta permitiendo que la cerveza se caliente y puedan ocurrir

perdidas del 2% en cuanto al costo de producción de un hectolitro, este dato fue tomado

de la entrevista dada por el accionista Alejandro Santodomingo, el cual afirma que el

costo de producir un hectolitro es de $ 29700 aproximadamente 11dolares. Ver Tabla 33.

Producción Estándar Diario: Es la capacidad máxima de hectolitros que se

pueden almacenar en cada cava durante un día o una semana.

Producción sin un Difusor: Es la capacidad máxima que tienen las cavas de

refrigeración cuando un difusor deja de funcionar.

Variación Diaria: Es la diferencia de la producción estándar diaria y la producción

sin un difusor.

69

Variación %: Es el porcentaje que indica la capacidad de refrigeración que puede

tener cada cava después de que un difusor de ella, deje de funcionar, haciendo

que la temperatura interior aumente.

Variación Anual: Es el producto de la variación diaria, por la cantidad de veces

que pueda dejar de funcionar un difusor de las cavas, durante un año, para este

calculo se estimo que los difusores pueden dejar de funcionar 2 veces al año.

Tabla 33. Costo estimado en la producción de un hectolitro en el proceso de maduración

Año Costo Hectolitro

Año Costo Hectolitro

Año Costo Hectolitro

1 594 6 723 11 879

2 618 7 752 12 914

3 642 8 782 13 951

4 668 9 813 14 989

5 695 10 845 15 1029

Fuente: Propia.

7.2.2. Flujo de Caja.

La Tasa de Oportunidad promedio de la cervecería es del 25% anual y la vida útil

considerada es de 15 años

En la tabla 34 y en la figura 10, se puede observar los ingresos obtenidos en cada año.

Tabla 34. Ingresos obtenidos por año.

Año Ingresos por Año

Año Ingresos por Año

Año Ingresos por Año

1 $121.144.815 6 $147.391.191 11 $179.323.920

2 $125.990.608 7 $153.286.838 12 $186.496.877

3 $131.030.232 8 $159.418.312 13 $193.956.752

4 $136.271.441 9 $165.795.044 14 $201.715.022

5 $141.722.299 10 $172.426.846 15 $209.783.623

Fuente: Propia.

70

Figura 12. Flujo de caja para la inversión de la automatización de las cavas.

Fuente: Propia.

El proyecto si es viable por que la Tasa Interna de Retorno (TIR) es del 62,15%, siendo

superior a la Tasa de oportunidad promedio que es del 25% para el sector cervecero,

generando un Valor Presente Neto (VPN) de $265.797.702 con un periodo de

recuperación de la inversión de 1 año y 8 meses.

71

8. CONCLUSIONES

Mientras se evaluaba los sistemas que hacen parte de las cavas de maduración de la

cervecería de Bogotá Bavaria S.A., se observo que hay deficiencias en el Control de

temperaturas dentro de las cavas de maduración, Control de humedad de la cava,

Control de velocidad del aire proporcionado por los ductos de distribución y en el

mantenimiento efectuado a los difusores

Al revisar la historia de las temperaturas de las cavas de maduración, se observo que

en ellas se ha realizado muchas paradas, lo cual provoca una baja en la producción y

un incremento en los costos de la producción del área de maduración. Al sacar los

datos de enero del 2005 a julio del 2007, se observo que la cava 3 y 9, estuvieron 21

meses en fuera de servicio, la cava 5 y 6 estuvieron 14 meses, la cava 7 tuvo 9 meses

y la cava 8 tuvo 1 mes, en total hubo 80 meses de paradas en 2 años con 7 meses, lo

cual representa un 30% del área que dejo de trabajar durante todo este tiempo. Ver

anexo 4.

En la actualidad los difusores son controlados por un PLC, el cual encienden o apagan

los difusores a determinadas horas, como se vio en el capitulo 2, figura 7. Se observo

que no siempre el encendido y apagado de los difusores es el correcto, ya que como

cada cava de maduración cuenta con una carga diferente los tiempos de

descongelamiento deben ser distintos.

De acuerdo a las mediciones realizadas en las cavas, se encontró puntos calientes en

diferentes áreas, las cuales pueden ser provocadas por inadecuado aislamiento de

algunas zonas y distribución de la succión de aire.

Durante la inspección a los recintos de las cavas, se observo que en ocasiones

existen fugas de cerveza y sumándole la humedad del recinto se produce una gran

condensación. Al elevarse la humedad de la cava, esta provoca que se presente el

fenómeno de punto de roció, en donde se aprecia pequeñas gotas en los elementos

que se encuentran conectados a las cavas, como lo son los tanques, los difusores y

específicamente los serpentines que llevan el refrigerante amoniaco. Estas gotas

evitan que la trasferencia de calor de un punto a otro sea menos eficiente, en el caso

de los tanques que contienen la cerveza, mientras en el caso de los serpentines, las

gotas se congelan y comienzan a obstruir el paso del aire a enfriar, por lo cual provoca

que no haya succión de aire en el sistema.

72

En el caso de la cava 4 y 8 de maduración que se encuentran separadas solo por un

plástico, se sugiere que sean removidas. Originalmente este plástico fue colocado

para aislar el flujo de aire de la cava 8 con la 4, pero a consecuencia estos plásticos

están sirviendo como un depósito para las aguas estancadas de la cava 4. Esto esta

provocando un gran riesgo para los trabajadores encargados de las cavas ya que

estos depósitos no son de todos seguros y al romperse el plástico o las uniones a las

cuales se afirman, provocan una caída brusca de los líquidos y parte de las estructura.

Estas caídas pueden ocasionar serias lesiones a los trabajadores que estén

trabajando en el momento en la cava 8.

En ocasiones se ha visto que los difusores se encuentran en funcionamiento pero no

esta dando el flujo de aire necesario para cada cava, estos problemas puede ser

ocasionado por: que el serpentín se encuentra con escarcha o hielo, evitando así la

transferencia de calor y obstruyendo el paso de aire o por Fallas en el mecanismo del

ventilador.

Durante la toma de datos en las cavas se observaron unos sensores de temperaturas

en las cavas, pero estos sensores se encontraban ubicados muy cerca a los ductos de

distribución de aire, lo cual no nos da la temperatura promedio de cava, sino la

temperatura del aire a la salida de los ductos.

73

9. RECOMENDACIONES

El encendido y apagado de los difusores (tiempos de descongelamiento) debe

realizarse dependiendo de la carga térmica de cada cava de maduración ya que son

diferentes para cada una.

Monitorear el comportamiento de las variables temperatura y humedad dentro de las

cavas de maduración y así controlar los tiempos de descongelamiento de los

difusores.

Debido a que hay puntos calientes dentro de las cavas es recomendable colocar en

una distribución de sensores homogénea dentro de ellas, y para mayor accesibilidad

a la hora de realizar mantenimiento se aconseja ser colocados en la parte superior de

las bases de los tanques. En la figura 13 y 14 se observa la distribución propuesta.

Figura 13. Segundo piso de cavas de maduración.

Fuente: Propia

Los puntos rojos son sensores de temperatura y los azules son sensores de humedad, de

los cuales se propone uno por cava en la parte más central de cada cava.

74

Figura 14. Primer piso de cavas de maduración.

Fuente: Propia

Debido a la alta humedad de algunas cavas, fugas de líquido y condensación es

recomendable colocar sistemas de drenaje, ya que esta alta condensación produce el

congelamiento de los serpentines de los difusores y la baja transferencia térmica de

los tanques al aire frio.

Para poder controlar la alta humedad, se sugiere contar con filtros los cuales al hacer

pasar aire por ellos, estos succionan parte de la humedad que lleva el aire.

La falta de caudal de aire en las cavas puede ser ocasionado por que en los difusores

hay fallas mecánicas o alrededor de los serpentines se encuentran congelados, por

ello se recomienda mejorar el control de estas dos variables. Para evitar estas

posibles anormalidades, se sugiere colocar un anemómetro en la primera rejilla de

distribución de aire de cada uno de los difusores. Esto es con el fin de monitorear el

flujo de aire que suministra el ventilador de los difusores. En caso de no detectarse un

adecuado flujo de aire, se revisara el funcionamiento del ventilador.

Falla por congelamiento de los serpentines: Al formarse hielo alrededor de los

serpentines, una de las formas de verificar si el congelamiento se esta

produciendo es con un anemómetro en la primera rejilla del ducto, el cual nos

indicara si hay succión de aire o no. Este sensor mandara una señal que activara

75

el mando y el PLC, automáticamente hará pasar por los serpentines amoniaco a

alta temperatura.

Falla en los mecanismos del ventilador: Para saber si el flujo del aire dentro de las

cavas no es problema del ventilador, se sugiere colocar un tacómetro, el cual

censará la rpm del ventilador. En caso que el ventilador se deteriore o se produzca

una falla que obligue su parada, el sensor detectara un rango inadecuado de rpm e

enviara una señal al panel de control, quien dará aviso del fallo.

En el caso de la cava 4 y 8 de maduración que se encuentran separadas solo por un

plástico, se sugiere que sean removidas, debido a que estos platicos están sirviendo

como un depósito para las aguas estancadas de la cava 4. Esto esta provocando un

gran riesgo para los trabajadores encargados de las cavas ya que estos depósitos no

son de todos seguros y al romperse el plástico o las uniones a las cuales se afirman,

provocan una caída brusca de los líquidos y parte de las estructura. Estas caídas

pueden ocasionar serias lesiones a los trabajadores que estén trabajando en el

momento en la cava 8.

Para la cava 2 y 4 que se encuentra separada por un plástico con la cava 8 y 10, se

recomienda retirar este plástico y separar las cavas mencionadas con una lamina

galvanizada pintada calibre 26, con poliuretano expandido de una densidad de 36

Kg/m³ como aislante. Con esta modificación se puede lograr un ahorro de 1T.R.

aproximadamente para las dos cavas, esto se debe a que el coeficiente de

transferencia de calor del techo preconstruido que se recomienda utilizar para la

separación es inferior al del plástico que se esta utilizando actualmente, de igual

forma cada cava quedaría mejor aislada térmicamente, evitando así que los cambios

de temperatura en una de ellas afecte directamente a la otra, como viene ocurriendo.

En el anexo 6 se puede observar los caculos de las cargas térmicas de la cava 2 y 4

y de la cava 8 y 10, teniendo en cuenta el aislamiento o el techo preconstruido

propuesto para la separación de las cavas.

Para las rejillas de distribución de aire se recomienda direccionar las primeras 3

rejillas 50% contraflujo y 50 % perpendicular al ducto, las siguientes dos deben estar

el primer 30% perpendicular al ducto y 60% en dirección al flujo a unos 45º.Al final el

resto de rejillas deben estar en dirección al flujo, para que así llegue más caudal a la

parte trasera de la cava. estas rejillas se recomiendan colocar sobre los tanques que

contienen el liquido a refrigerar.

76

Se debe evitar que animales o insectos estén viviendo sobre o dentro del difusor o

ductos de transporte de aire.

Se recomienda que la succión de los difusores debe estar provistas de rejillas parar

evitar el acceso de animales, insectos y demás partículas que interrumpan el

proceso.

Se debe brindar mantenimiento regular a los filtros, a las correas, a los serpentines y

a los cojinetes del ventilador. En el anexo 5 se puede observar las fichas de

mantenimiento propuestas para los difusores.

Para lograr mejoras en la eficiencia de los motores de los difusores se recomienda el

siguiente mantenimiento a tener en cuenta:

Se debe verificar periódicamente la alineación del motor con la carga impulsada

(hélice). Una alineación defectuosa puede incrementar las perdidas por

rozamiento y en caso extremo ocasionar daños mayores en el motor y en el

ventilador.

Una tensión reducida en los terminales del motor, genera un incremento de la

corriente, sobre calentamiento y disminución de su eficiencia, ya que las normas

permiten una caída de tensión de 5%, para esto se deben utilizar conductores

correctamente dimensionados.

Se debe ajustar la tensión de alimentación en los motores de los Difusores

(Trifásicos, alimentados por corriente alterna). El desequilibrio entre fases no

debe exceder en ningún caso del 5%, pero mientras menor sea el desajuste, los

motores operaran con mayor eficiencia.

Se debe mantener bien ajustado y en optimas condiciones el interruptor de

arranque, el mal funcionamiento de este, provoca un sobre calentamiento en los

conductores ocasionando significativas perdidas de energía y en caso extremo la

falla del motor.

Los motores no deben ser rebobinados mas de 2 veces, porque se pueden variar

las características de diseño del motor, lo cual incrementaría las perdidas de

energía.

Se debe revisar toda la instalación de la tubería del serpentín para verificar que no

existan fugas en especial en las uniones de los tramos de tubería. Los empaques

viejos y gastados y las uniones flojas pueden ocasionar fugas las cuales darán

por resultado un mayor consumo eléctrico.

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La potencia nominal suministrada por el motor debe ser igual a la que requiere el

ventilador para trabajar a su máxima eficiencia. Si es superior se esta gastando

innecesariamente la energía.

El motor debe estar perfectamente alineado con la hélice del ventilador y montado

sobre una superficie que reduzca las vibraciones.

Se debe revisar la temperatura de operación de los conductores. El calentamiento

puede ser causado, entre otras cosas por el calibre inadecuado de los

conductores o por los empalmes y conexiones mal efectuados.

Se debe evitar las conexiones flojas o inadecuadas, estas aumentan las perdidas

de energía, esto se puede evitar efectuando un programa periódico de ajuste de

conexiones y limpieza de contactos.

El empaque de las puertas de los equipos de refrigeración debe permitir el cierre

hermético para impedir la entrada de aire caliente al espacio refrigerado.

Los ductos, difusores y retornos deben estar limpios de partículas que puedan

obstruir el paso del refrigerante.

Se debe evitar que los difusores sean alterados o abiertos por los operarios sin

previa autorización.

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BIBLIOGRAFIA [1] Fabricación de cerveza y estudio de parámetros que influyen en la fermentación alcohólica por saccharomyces cerevisiae sobre mosto de malta de cebada. Cristina Pérez Diez. Universidad de Valladolid en España.2004 [2] Estudio de cargas térmicas y evaluación de equipos de refrigeración en la Cervecería Bavaria S.A. de Bogotá. Mycom de Colombia LTDA. Refrigeration Engineers y Manufacturers. 1995. [3] Guía de aprendizaje para el mantenimiento de sistemas de aire acondicionado y refrigeración. Dirección General de centro de formación para el trabajo. México.2002. [4] Estudio del sistema de refrigeración con amoniaco para mejorar su eficiencia en la Cervecería de Bavaria S.A. en Bogotá. Adiel Hidalgo Méndez y Mario Andrés Paredes Vallejo. Tesis de grado para aspirar al título de Ingeniero Mecánico de la Fundación Universidad de América en Colombia.2000. [5] Mejoramiento del C.O.P. del sistema de refrigeración de la cervecería de Bavaria en Bogotá. Ing. Álvaro Ruiz Pardo. Tesis de grado para aspirar al título de Doctor de la Universidad los Andes en Colombia.2002. [6] Diagnóstico del sistema de refrigeración en la sala de maquinas de la Cervecería de Bogotá Bavaria S.A. Ing. Wilson Leonardo Gonzáles Piñeros. Tesis de grado para aspirar al título de Ingeniero Mecánico de la Universidad Nacional de Colombia.2004. [7] Manual de refrigeración de Copeland. [8] Manual Guía practica para el cálculo, Diseño y Montaje de Aire Acondicionado [9] Manual de Aire Acondicionado y Refrigeración de Carrier. [10] Gestión Energética Empresarial, Realizada por el Centro de Estudios de Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Cienfuegos, Cuba. 2002.