Ingeniería Mecánica · 2021
Diseño y construcción de un equipo escalado de maceración-cocción para la producción de cerveza artesanal en el departamento de Santander
La producción de cerveza es una actividad que se realiza en la mayoría de los países, proceso que ha generado un impacto en la economía a nivel mundial, como también un aumento en oportunidad laboral que se ve reflejado en el desarrollo de una región. En Colombia la producción de cerveza se encuentra liderada por las grandes industrias y en una menor proporción por micro cervecerías y producción a nivel doméstico. Aun cuando el consumo de cerveza industrial es mayor, y, pese a que existen diversas limitaciones para las micro cervecerías, entre las más destacadas están, la adquisición de materia prima, debido a su no producción en el país y adquisición de un equipo que garantice un proceso eficiente y rentable, la cerveza artesanal se ha ido posicionando cada vez más en el mercado, en virtud de que se ha caracterizado por su innovación e insumos a utilizar, como también sus propiedades organolépticas; sabor, olor y color. El objeto de este proyecto es el diseño y construcción de un sistema escalado maceracióncocción, con capacidad de 120.000 L anuales de producción, equipo idóneo para producir mosto mediante dos equipos capaces de realizar los procesos de cocción, calentamiento agua, filtrado, lavado de grano y enfriamiento. Con la finalidad de analizar la factibilidad de producción y comercialización de cerveza artesanal, por esta razón la ejecución de este proyecto tiene un impacto en la región. Mediante la construcción de un módulo escalado fue posible realizar el estudio financiero del sistema, donde se observó que la inversión para una planta de producción de 120.000 L anules, el valor presente neto dio $357.615.140 lo que significa que la inversión renta a una tasa superior a la tasa de oportunidad supuesta de 17%, dando como resultado que el proyecto es factible.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 22
- 1. OBJETIVOSp. 25
- 1.1 OBJETIVO GENERALp. 25
- 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 25
- 2. JUSTIFICACIÓNp. 26
- 3. REVISIÓN DE LITERATURAp. 27
- 3.1 ESTADO DEL ARTEp. 27
- 3.1.1 Antecedentes internacionalesp. 27
- 3.1.2 Antecedentes nacionalesp. 28
- 3.1.3 Antecedentes regionalesp. 30
- 3.2 MARCO CONCEPTUALp. 31
- 3.2.1 Cerveza artesanalp. 140
- 3.2.1.1 Características de la cerveza artesanalp. 32
- 3.2.1.2 Tipos de cervezap. 32
- 3.2.1.3 Materias primasp. 33
- 3.2.2 Proceso de fabricaciónp. 35
- 3.2.2.1 Maceraciónp. 35
- 3.2.2.2 Cocciónp. 36
- 3.2.2.3 Enfriadop. 37
- 3.2.2.4 Fermentaciónp. 38
- 3.2.3 Montajes y distribución de equiposp. 39
- 3.2.3.1 Sistemas de macerado por infusión recirculado (RIMS)p. 40
- 3.2.3.2 Sistemas de macerado recirculado por intercambio de calor (HERMS)p. 41
- 3.2.3.3 Sistemas de colector removible (DIMS)p. 42
- 3.3 MARCO LEGALp. 43
- 4. PROCESO DE DISEÑOp. 45
- 4.1 PARAMETROS DE DISEÑOp. 45
- 4.1.1 Selección del tipo de cervezap. 45
- 4.1.2 Determinación de la función global maceración-cocciónp. 47
- 4.1.3 Análisis funcional del módulo de maceración-cocciónp. 47
- 4.2 DISEÑO CONCEPTUALp. 49
- 4.2.1 Determinación de componentes del sistemap. 49
- 4.2.2 Análisis de alternativasp. 50
- 4.2.2.1 Alternativa 1p. 51
- 4.2.2.2 Alternativa 2p. 52
- 4.2.2.3 Alternativa 3p. 53
- 4.2.2.4 Alternativa 4p. 54
- 4.2.3 Selección de la propuestap. 55
- 4.2.4 Concepto de diseño macerador-hervidorp. 56
- 4.3 DISEÑO EN DETALLEp. 57
- 4.3.1 Diseño del maceradorp. 57
- 4.3.1.1 Cuerpo del maceradorp. 57
- 4.3.1.2 Tapa superiorp. 63
- 4.3.1.3 Cribap. 65
- 4.3.1.4 Comprobación de la flexión en tapa, criba y soportep. 68
- 4.3.1.5 Soportes del maceradorp. 70
- 4.3.1.6 Aspersor tipo lluviap. 71
- 4.3.1.7 Agitadorp. 76
- 4.3.1.8 Compuerta lateralp. 80
- 4.3.1.9 Resistencia eléctricap. 135
- 4.3.2 Diseño del hervidorp. 85
- 4.3.2.1 Cuerpo del hervidorp. 85
- 4.3.2.2 Soportes del hervidorp. 88
- 4.3.2.3 Quemadorp. 88
- 4.3.3. Sistema enfriadorp. 91
- 4.3.4 Sistema hidráulicop. 120
- 4.3.5 Sistema de control eléctricop. 100
- 5. CONSTRUCCIÓN DEL MODULO ESCALADOp. 104
- 5.1 PROCESOS EN COMÚNp. 105
- 5.1.1 Cabeza elipsoidal 2:1p. 105
- 5.1.2 Cuerpo interno macerador y hervidorp. 106
- 5.1.3 Conformado de los soportesp. 106
- 5.1.4 Armado del soporte niveladorp. 107
- 5.1.5 Soldado de los soportesp. 107
- 5.2 CONSTRUCCIÓN DEL HERVIDORp. 108
- 5.2.1 Unión cabezal-cuerpo hervidorp. 108
- 5.2.2 Perforación del cuerpop. 108
- 5.2.3 Unión de la arandela soporte del hervidorp. 109
- 5.2.4 Adecuaciones de la tapa y aislante del hervidorp. 109
- 5.2.5 Instalación de la camisa del hervidorp. 110
- 5.2.6 Presentación del hervidor terminadop. 111
- 5.2.7 Base del quemadorp. 111
- 5.3 CONSTRUCCIÓN DEL MACERADORp. 112
- 5.3.1 Perforación del cabezalp. 112
- 5.3.2 Unión del cuerpo y el soporte de la cribap. 112
- 5.3.3 Construcción de la cribap. 113
- 5.3.4 Unión cabezal-cuerpo maceradorp. 113
- 5.3.5 Corte de la compuertap. 114
- 5.3.6 Unión de la arandela soporte del maceradorp. 114
- 5.3.7 Fabricación del aspersorp. 115
- 5.3.8 Caja de compuertap. 115
- 5.3.9 Cubierta del sensorp. 116
- 5.3.10 Adecuaciones de la compuertap. 116
- 5.3.11 Fabricación del agitadorp. 117
- 5.3.12 Adecuaciones del maceradorp. 117
- 5.4 COSTOS DE CONSTRUCCIÓN DEL MODULO ESCALADOp. 118
- 6. PRUEBASp. 121
- 6.1 ADECUACIÓN DE MATERIAS PRIMASp. 121
- 6.1.1 Molienda de la maltap. 121
- 6.1.2 Gramaje de los insumosp. 123
- 6.2 PROCESO DE FABRICACION DE CERVEZAp. 126
- 7. ESTUDIO FINANCIEROp. 134
- 7.1 INVERSIONESp. 134
- 7.1.1 Inversión fijap. 136
- 7.1.1.1 Moblajep. 134
- 7.1.1.2 Equipo de oficinap. 135
- 7.1.1.3 Maquinariap. 136
- 7.1.1.4 Inversión total fijap. 136
- 7.1.1.5 Depreciacionesp. 148
- 7.1.2 Inversión diferidap. 137
- 7.1.3 Capital de trabajop. 137
- 7.1.4 Inversión totalp. 138
- 7.2 INGRESOSp. 138
- 7.2.1 Precio de ventasp. 138
- 7.2.2 Proyección de ventasp. 140
- 7.2.2.1 Proyección de ventas por tipo de cervezap. 141
- 7.3 COSTOSp. 55
- 7.3.1 Costo de la materia primap. 142
- 7.3.2 Costo anual nominap. 142
- 7.3.3 Costos variables indirectos para la fabricaciónp. 143
- 7.3.4 Costos fijos indirectos para la fabricaciónp. 145
- 7.3.5 Costos totales de fabricaciónp. 145
- 7.4 GASTOSp. 145
- 7.4.1 Utensilios de limpiezap. 145
- 7.4.2 Insumos de limpiezap. 146
- 7.4.3 Gastos financierosp. 147
- 7.4.4 Gastos adicionalesp. 147
- 7.4.5 Gastos Totalesp. 147
- 7.5 RESUMEN DE ESTADOS FINANCIEROSp. 147
- 7.6 ANÁLISIS FINANCIEROp. 148
- 7.6.1 Valor presente neto, tasa interna de retorno y periodo de recuperaciónp. 149
- 8. CONCLUSIONESp. 151
- 9. RECOMENDACIONESp. 152
- BIBLIOGRAFÍAp. 153
- ANEXOSp. 160
- Tabla 1. Sistema eléctricop. 118
- Tabla 2. Sistema hidráulicop. 119
- Tabla 3. Sistema de gasp. 119
- Tabla 4. Equiposp. 119
- Tabla 5. Accesoriosp. 120
- Tabla 6. Insumosp. 120
- Tabla 7. Costos de construcciónp. 120
- Tabla 8. Moblajep. 134
- Tabla 9. Equipo de oficinap. 135
- Tabla 10. Maquinariap. 135
- Tabla 11. Inversión total fijap. 136
- Tabla 12. Depreciacionesp. 136
- Tabla 13. Inversión diferidap. 137
- Tabla 14. Capital de trabajop. 137
- Tabla 15. Inversión totalp. 138
- Tabla 16. Precio venta cerveza artesanalp. 139
- Tabla 17. Proyección precio venta cerveza artesanalp. 140
- Tabla 18. Producción de cerveza artesanalp. 140
- Tabla 19. Proyección de ventas cerveza artesanalp. 141
- Tabla 20. Proyección de ventas por tipo de cerveza artesanalp. 141
- Tabla 21. Costos de la materia primap. 142
- Tabla 22. Proyección de costos anuales de materia primap. 142
- Tabla 23. Costo anual de nóminap. 143
- Tabla 24. Proyección de costos anuales de nóminap. 143
- Tabla 25. Cantidad de botellas al añop. 143
- Tabla 26. Costos variables indirectos del primer añop. 144
- Tabla 27. Proyección de costos variables indirectosp. 144
- Tabla 28. Serviciosp. 144
- Tabla 29. Proyección de costos fijos indirectosp. 145
- Tabla 30. Costos totales de fabricaciónp. 145
- Tabla 31. Utensilios de limpiezap. 145
- Tabla 32. Insumos de limpiezap. 146
- Tabla 33. Gastos financierosp. 146
- Tabla 34. Gastos adicionalesp. 147
- Tabla 35. Gastos totalesp. 147
- Tabla 36. Estado financierop. 148
- Tabla 37. Flujo de cajap. 148
- Figura 1. Maceradorp. 36
- Figura 2. Hervidorp. 37
- Figura 3. Intercambiador de calorp. 38
- Figura 4. Fermentadorp. 39
- Figura 5. Montaje de un sistema de macerado por infusión recirculadop. 40
- Figura 6. Montaje de un sistema de macerado recirculado por intercambiadorp. 41
- Figura 7. Montaje de un sistema de colector removiblep. 42
- Figura 8. Módulo de maceración-cocción como caja negrap. 47
- Figura 9. Módulo de maceración-cocción como caja grisp. 49
- Figura 10. Componentes del sistemap. 50
- Figura 11. Alternativa 1p. 51
- Figura 12. Alternativa 2p. 52
- Figura 13. Alternativa 3p. 53
- Figura 14. Alternativa 4p. 54
- Figura 15. Propuesta de diseño macerador y hervidorp. 57
- Figura 16. Relación para tamaños óptimos de recipientes a presiónp. 60
- Figura 17. Carga del motor impuesta sobre la tapap. 64
- Figura 18. Carga sobre la criba y el soportep. 65
- Figura 19. Casos de carga sobre la tapa, criba y soporte de cribap. 68
- Figura 20. Dimensiones del tanque agitadop. 73
- Figura 21. Grafica de potencia vs diámetrop. 75
- Figura 22. Compuerta lateralp. 80
- Figura 23. Curva de la bomba vs Curva del sistemap. 100
- Figura 24. Esquema de accesorios del sistema eléctricop. 101
- Figura 25. Grafcet del sistema de maceración-cocciónp. 103
- Figura 26. Cabeza elipsoidalp. 105